Щадящий метод тестирования обмоток двигателя.
Классическая маркировка статорных трехфазных обмоток машин переменного тока: асинхронного и синхронного электродвигателя, синхронного генератора показаны на рис.8.6 Маркировка статора по-фазно (А,В,С) выполняется или буквами русского алфавита (С1-С4, С2-С5, С3-С6) , или буквами латинского алфавита (U1-U2, V1-V2, W1-W2) соответственно. Для схем соединения «звезда» и «треугольник» важно знать «начало» и «конец» каждой фазной обмотки. Например, трехфазный асинхронный двигатель (АД) при неправильном соединении фаз обмоток статора, когда одна из трех «перевернута», то есть «конец» (К) и «начало» (Н) фазы поменялись местами, при включении издает сильный гул, плохо разворачивается или вообще не трогается (рис. 8.6).
Рис. 8.6. Маркировка выводов обмоток трехфазного асинхронного электродвигателя.
Существуют несколько известных классических методов определения «начал» и «концов» обмоток. Это: а) метод пробного пуска; б) методы трансформации с последовательным соединением 2-х или 3-х обмоток и контролем напряжения по вольтметру; в) метод с источником постоянного напряжения (аккумулятор) и гальванометра, отключения и включения которого показывают соответствия полярности двух обмоток по сравнению с коммутируемой. Но есть еще один метод, который упрощает запоминание методики и не требует никаких источников питания, контрольно-измерительных приборов с большими пределами измерения, двигатель не пускается и не разгоняется, по обмоткам не текут большие токи (2-5 кратные номинальному току), от которых они могут серьезно пострадать, если не ограничивать время тестирования до 2-3 секунд, подходит для АД любой мощности и частоты вращения и ,кроме того, как для низковольтных-до 1000 В, так и для высоковольтных – свыше 1000 В.
Электротехническая сталь ротора имеет малый остаточный магнитный поток (Ф). При вращении ротора от руки с малой частотой (f2), в витках (w1) будет наводится мизерная электродвижущая сила (Е).
E= 4,44 Ф f2 w1
Получаем аналог трехфазного синхронного генератора (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Тестирование обмоток статора по принципу синхронного генератора.
Если теперь подключиться к выводам одной фазы милли- (микро) амперметром или милли – (микро) вольтметром магнитоэлектрической системы (или мультиметром, тестером) постоянного тока, то при толчковом вращении ротора от руки короткими прерывистыми движениями будет наблюдаться заметное отклонение стрелки от нуля по шкале влево (-) и вправо (+) за 1 оборот ротора. Таким образом:
1) прозваниваем три фазные обмотки статора на обрыв или на целостность;
2) контролируем наличие или отсутствие короткого замыкания через поврежденную изоляцию, то есть гальваническую связь между обмотками (при 6-ти выводах на клеммнике) и корпусом;
3) также определяем количество полюсов (2Р). Например, за один оборот ротора АД
стрелочный указатель прибора отклонился от нуля один раз влево и один раз вправо, (на дисплее мультиметра это будет изменение полярности полуволн наводимых фазных ЭДС от полюсов) – значит имеем один южный и один северный полюс, то есть 2Р = 2 полюса или Р = 1 пара. По числу полюсов определяется частота вращения магнитного поля статора n1.
.
4) Если теперь у прозвонившихся фаз обмоток статора соединим действительные три «начала» в один узел, а три «конца» – в другой и подключим к ним тот же милли -(микро) амперметр или милли- (микро) вольтметр, то при вращении ротора от руки с небольшой частотой вращения стрелочный указатель будет чуть колебаться около нуля, так как геометрическая сумма трех векторов фазных напряжений обмоток будет равна нулю. Если же колебания стрелки далеки от нуля (как при прозвонке фаз, пункт 1), то это значит, что перевернута какая-то одна фаза из трех, которая отыскивается поочередным пересоединением условных «начал» и «концов» до индикации устойчивого нуля по прибору.
5) Применение такого принципа тестирования позволяет также определить последовательность чередования фазных обмоток статора внутри АД для любого заданного направления вращения ротора, например, по часовой стрелке. Это практически важно заблаговременно знать всегда, чтобы не повредить привод рабочей машины и сам АД из-за неправильного вращения и сэкономить время и средства на его подключение к сети. Смысл заключается в определении границ отклонения стрелки прибора влево (–) и вправо (+) от нуля для каждой фазы. Полярность прибора в опыте должна быть неизменной по отношению к «началам» (АН, ВН, СН) и «концам» (АК, ВК, СК) всех трех фаз. Эта информация изображается на рисунке расточки статора (рис. 8.8) для одного оборота ротора по часовой стрелке. Обращаем внимание на одинаковую очередность перехода границ отклонений указателя (стрелки) справа на лево, т.е. условно с «+» на «–» (или наоборот) у каждой фазы в заданном направлении вращения ротора, например, по часовой стрелке. Точка отсчёта положения ротора на рисунке может быть паз под шпонку или какая-либо другая метка, например. краска, изолента.В нашем примере, для АД с 2Р=2 полюса, это будет «прямое» чередование фаз обмоток (А-В-С) (рис.8.8)
Рис. 8.8. Определение чередования статорных обмоток при выбранном направлении вращении ротора по часовой стрелке.
Принимаем эти выводы как «начала» фаз (АН, ВН, СН), то есть, если эти выводы подключить в питающую сеть на то же прямое чередование фаз, то ротор АД будет вращаться по часовой стрелке. От схемы соединений обмоток к сети (возможны 6 вариантов: 2 – для «звезды» и 4 – для «треугольника») направление вращения не меняется при неизменном чередовании фаз сети, так как фазовый сдвиг (уфаз) трех обмоток у АД всегда одинаков по отношению к «началам» или к «концам» и равен 120 электрических градусов. Анализируя и сравнивая известные методы можно сделать вывод, что последний описанный метод отличен от других тем, что он прост, удобен, максимально безопасен для человека, для двигателя, для сети, для прибора, определяет много информации, экономичен по средствам и по времени, подходит для любых по напряжению и мощности АД с тремя и шестью выводами, со схемами «звезда» и «треугольник», и поэтому рекомендуется для обучения и практического применения. Чаще всего востребованными являются первые 4 пункта тестирования обмоток статора.
Порядок выполнения работы
1.Ознакомиться с теоретическими сведениями.
2. Ознакомиться с образцами асинхронных электродвигателей, представленными на лабораторном стенде. Записать их паспортные данные.
3. Выполнить расчет основных параметров электродвигателя по его паспортным данным (скольжение, суммарные потери мощности внутри двигателя, потребляемая мощность из сети, фазное напряжение, фазный ток).
4. Выполнить маркировку выводов электродвигателя, определить начала и концы обмоток.
5. Произвести визуальный осмотр электродвигателя, определить сопротивление изоляции электродвигателя с помощью мегаомметра. Сделать вывод о возможности подключения данного электродвигателя в сеть.
6.Произвести подключение электродвигателя к сети. Измерить и записать значение тока холостого хода электродвигателя.
7 . Сделать выводы по работе.
8.Составить отчет и ответить на контрольные вопросы.
Содержание отчёта
1.Классификация электродвигателей.
2.Формулы определения скольжения, номинальной частоты вращения, номинального тока, мощности, потребляемой из сети, номинального момента.
3. Паспортные данные изучаемых электродвигателей.
4 Расчет основных параметров электродвигателя по его паспортным данным (скольжение, суммарные потери мощности внутри двигателя, потребляемая мощность из сети, фазное напряжение, фазный ток).
5.Маркировка выводов электродвигателя.
6. Результаты визуального осмотра электродвигателя, сопротивление изоляции , вывод о возможности подключения данного электродвигателя в сеть.
6.Значение тока холостого хода электродвигателя.
7 . Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные части асинхронного электродвигателя.
2. В чем отличие электродвигателей с короткозамкнутым и фазным ротором?
3. Укажите основные схемы соединения обмоток статора..
4. Поясните принцип действия асинхронного электродвигателя.
5. Что такое скольжение и как оно определяется?
6. Укажите основные показатели энергоэффективности асинхронного электродвигателя.
7. Как определяется ток и потребляемая из сети мощность электродвигателя?
8. Укажите отличия механических характеристик асинхронных электродвигателей разных исполнений.
9. Как определить начала и концы обмоток электродвигателя?
10. Какие основные данные приводятся в паспорте электродвигателя?
11. Как восстановить паспортные данные экспериментально?
12. Укажите основные способы монтажа электродвигателей.
13. Определите по маркировке электродвигателя скорость вращения его магнитного поля статора.
14. Укажите основные типы электродвигателей по климатическому исполнению.
15. Какие классификационные признаки используются при классификации асинхронных электродвигателей?
16. Укажите основные принципы выбора электродвигателя.
10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Цель работы: исследовать работу трехфазного асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором.
Краткие теоретические сведения
Работа АД в трехфазном режиме
Исследование работы АД будем производить на стенде, где в качестве механической нагрузки используется генератор постоянного тока параллельного возбуждения соединенный с валом исследуемого АД. В ходе работы необходимо построить и проанализировать следующие зависимости: M=f(P2), η=f(P2), n2=f(P2), сosφ=f(P2) в одной координатной системе и механическую характеристику M = f(s) - в другой координатной сетке. Здесь М – момент вращения электродвигателя; Р2 - механическая мощность на валу двигателя; η – КПД АД; сosφ – коэффициент мощности АД; S – скольжение АД.
Ниже приведены основные выражения, характеризующие работу АД.
Асинхронный двигатель является симметричной нагрузкой трехфазной сети и общую активную потребляемую мощность можно определить, зная потребляемую мощность в одной из фаз:
Р1 = 3 РФ , Вт
Поскольку в лабораторной установке в качестве механической нагрузки двигателя используется электрический генератор. Тогда механическая мощность на валу двигателя определяется исходя из электрической мощности, отдаваемой генератором и его КПД:
Р2 = РГ / η Г ; РГ = U2 I2 , Вт
Зная выходную механическую мощность двигателя можно определить полезный момент на валу двигателя:
Мн = 9550 Р2/n, Нм,
где Р2 приводится в кВт.
Магнитное поле статора АД вращается в пространстве с частотой:
n = 60f/p, об/мин
где f - частота переменного тока, Гц; p - число пар полюсов обмотки статора.
Скольжение определяется:
s = (n-np/n)·100%,
где n – частота вращения магнитного поля статора, об/мин; nр – частота вращения ротора, об/мин.
Линейный ток двигателя:
I = P1/ √3 · Uл · η ·cosϕ, А
Для построения механической характеристики АД дополнительно потребуются следующие данные:
Мп = Мн·кп,
где –Мп – пусковой момент АД; кп – кратность пускового момента (определяется по справочным данным АД).
Мкр = Мн·ккр
где –Мкр – критический (максимальный) момент АД; ккр– кратность критического (максимального) момента (определяется по справочным данным АД).
В ходе работы необходимо построить рабочую ветвь механической характеристики, в то время как разгонную ветвь необходимо построить исходя из данных о пусковом и критическом моментах АД.
Работа АД в однофазном режиме
При питании статорной обмотки асинхронного двигателя однофазным током возникает не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле. В этом случае работа машины возможна, но для запуска необходимо дополнительно в схему управления двигателем вводить специальные пусковые элементы, подключаемые к обмоткам двигателя только на время его пуска. В результате подключения пусковых элементов магнитное поле статора из пульсирующего преобразуется во вращающееся, но изменяющееся по величине. В целом при питании двигателя от однофазной сети удельная мощность двигателя снижается приблизительно на 30% и значительно ухудшаются его энергетические характеристики.
В лабораторной установке используется трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Для его запуска от однофазной сети в цепь одной из обмоток подключается пусковой конденсатор. Для создания механической нагрузки двигателя служит генератор.
Для включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник как это показано на рисунке 9.1
Рис. 9.1 – Схемы подключения АД к одной фазе.
Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.
Пусковая емкость конденсаторов
Сп = Ср + Со,
где Ср — рабочая емкость, Со — отключаемая емкость.
После пуска двигателя конденсатор Со отключают.
Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:
для схемы на рис. а: Ср = 2800 Iном /U;
для схемы на рис. б: Ср = 4800 Iном /U;
для схемы на рис. в: Ср = 1600 Iном / U;
для схемы на рис. г: Ср = 2740 Iном / U,
где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.
Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.
Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается. При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.
Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:
для схемы на рис.9.1 а, б: Uк = 1,15 U;
для схемы на рис.9.1 в: Uк = 2,2 U;
для схемы на рис.9.1 г: Uк = 1,3 U,
где Uк и U — напряжения на конденсаторе и в сети.
Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%.
В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске. Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).
Сопротивление (Ом) резистора может быть определено по формуле:
R=0.86·U/к·I
где R — сопротивление резистора; к - кратность пускового тока; I - линейный ток в трехфазном режиме; U – напряжение сети
Порядок выполнения работы
1.Ознакомиться с лабораторным стендом, асинхронным двигателем и измерительными приборами. Записать их паспортные данные.
2.Собрать электрическую схему (рис. 9.2) и представить ее для проверки преподавателю.
Рис.9.2 - Схема подключения 3-х фазного асинхронного двигателя с нагрузкой
3. Выполнить пуск двигателя при замкнутом ключе К с последующим его отключением.
4. Установить регулировочным реостатом в цепи возбуждения паспортное напряжение нагрузочного генератора.
5. Снять рабочие характеристики асинхронного двигателя, нагружая двигатель при помощи генератора уменьшением сопротивления нагрузочного реостата. Выполнить 5-6 измерений, начиная с холостого хода двигателя. Записать показания приборов в табл.9.1.
Таблица9.1 - Результаты испытаний АД
| №изм. | Измерено | Вычислено | ||||||||||||
| Uф, В | IФ, А | РФ, кВт | ns, об/мин | UГ, В | IГ, А | РГ, кВт | Р2, кВт | Р1, кВт | n2, об/мин | М, Нм | S, % | Cosφ | η | |
| Трехфазный режим | ||||||||||||||
| 1(х.х) | ||||||||||||||
| Однофазный режим | ||||||||||||||
| 1(х.х) | ||||||||||||||
6. Отключить двигатель от сети. Изменить направление вращения двигателя, поменяв местами два любых фазных провода. Включить двигатель и проконтролировать изменение направления вращения двигателя.
7. Вычислить параметры двигателя.
8. На основании паспортных данных двигателя построить механическую характеристику во всем диапазоне скольжений.
9. По результатам опытов и расчетов построить рабочие характеристики M=f(P2), η=f(P2), n2=f(P2), сosφ=f(P2) в одной координатной системе и механическую характеристику M = f(s) - в другой координатной сетке.
10. Сделать выводы по исследованию работы АД в трехфазном режиме.
11. Рассчитать емкость пускового и рабочего конденсаторов. Собрать электрическую схему (рис. 9.3) и представить ее для проверки преподавателю.
12. Подключить двигатель к источнику переменного тока 220 В, подключить пусковой и рабочий конденсаторы и после разгона двигателя отключить пусковой конденсатор.
13. Установить регулировочным реостатом в цепи возбуждения нагрузочного генератора напряжение равное 50-60% от номинального.
14. Снять рабочие характеристики асинхронного двигателя, нагружая двигатель посредством генератора включением ламп нагрузочного реостата. Выполнить 3-4 измерений, начиная с холостого хода двигателя. Записать показания приборов в табл.7.1.
15. Отключить двигатель от сети.
16. Вычислить параметры двигателя.
17. Пользуясь результатами измерений и вычислений, построить в масштабе на одной координатной сетке рабочие характеристики M=f(P2), η=f(P2), n2=f(P2), сosφ=f(P2) в одной координатной системе и механическую характеристику M = f(s) - в другой координатной сетке.
8. Сформулировать выводы по работе АД в однофазном режиме.
Рис. 9.3 - Схема включения АД в однофазном режиме.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит принцип действия трехфазного асинхронного двигателя?
2. Какие виды асинхронных двигателей Вы знаете?
3. Как влияет изменение питающего напряжения на вращающий момент асинхронного двигателя?
4. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей.
5. Что такое номинальное и критическое скольжение?
6. Чем определяется перегрузочная способность асинхронного двигателя?
7. Каковы преимущества и недостатки асинхронных двигателей?
8. Объясните принцип работы однофазного асинхронного двигателя с конденсаторным пуском.
9. . Укажите наиболее распространенные схемы включения однофазных двигателей.
10. Каковы условия возникновения вращающегося магнитного поля статора в однофазных двигателях?
11. В каких случаях вращающееся поле статора является круговым, а в каких - эллиптическим?
12. Какие сопротивления применяют в качестве пусковых элементов в однофазных асинхронных двигателях?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10