Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Изучение устройства, принципа действия и назначения асинхронного двигателя.

2. Исследование поведения трехфазного короткозамкнутого асинхронного двигателя в режиме холостого хода и под нагрузкой.

3. Снятие рабочих характеристик асинхронного двигателя.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ

Трёхфазный асинхронный двигатель

Бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными частотами, называется асинхронной.

В промышленных электроустановках наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные двигатели
(рис. 10.1), работа которых основана на использовании вращающегося магнитного поля статора.

Рис. 10.1. Электрическая схема цепи ротора фазного двигателя

1- обмотка; 2 - кольца; 3 - щетки; 4 - реостат

Асинхронная машина состоит из неподвижного статора и вращающегося внутри него ротора. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина которого зависит от номинальной мощности машины и ее быстроходности.

Статор содержит наружную часть, станину, внутрь которой запрессован сердечник, и подшипниковые щиты. Станина с подшипниковыми щитами образуют корпус машины, который может быть стальным, чугунным, а при небольшой мощности из алюминиевого сплава.

Для уменьшения потерь сердечник статора, как и трансформатора, собран из тонких листов электротехнической стали, изолированных слоем лака. Сердечник представляет собой полый цилиндр с продольными внутренними пазами, в которых уложена обмотка.

В зависимости от конструкции ротора различают машины с короткозамкнутым и фазным роторами. У машины с короткозамкнутым ротором обмотка выполняется в виде короткозамкнутой обмотки или клетки. При изготовлении ротора пазы часто заливают алюминием с одновременной отливкой замыкающих обмотку колец и лопаток вентилятора. У машины с фазным ротором обмотка 1 выполняется разомкнутой. Концы обмоток соединены в одну точку, а их начала (P1, Р2, Р3) электрически подключены (будучи изолированы от вала) к трем контактным кольцам 2, находящимся на изоляционной втулке вала машины. На кольца накладывают щетки 3, к которым присоединяют пусковой или регулировочный реостат.

Принцип действия асинхронного двигателя заключается в следующем. При подключении к трехфазной сети обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, пересекающее обмотки статора и ротора и индуктирующее в них синусоидальные э.д.с. Под действием э.д.с. появляется ток в обмотке ротора, который, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создает на валу электромагнитный момент.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. По конспекту лекций изучите устройство, принцип действия и характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

2. Ознакомьтесь с лабораторной установкой, принципиальная электрическая схема которой приведена на рис. 10.2.

При нажатии кнопки «ПУСК» переменное трехфазное напряжение через соответствующие предохранители и замкнутые контакты КМ2 магнитного пускателя КМ поступает к выводам С1, С2 и С3 трехфазной обмотки статора двигателя, соединенной по схеме «звезда». Для измерения необходимых параметров двигателя включены соответственно вольтметр, миллиамперметр и ваттметр.

Вал 1 трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором эластичной муфтой 2 соединен с валом 3 измерительно-нагрузочного устройства, состоящего из электромагнитного тормоза и моментомера.

Электромагнитный тормоз состоит из алюминиевого диска 4, жестко закрепленного на валу 3, обмоток возбуждения 5 электромагнитного тормоза, установленных на другом диске 6, которые с помощью подшипника также установлены на валу 3. Обмотки возбуждения 5 подключаются к источнику постоянного напряжения 7, величину которого можно плавно изменять с помощью автотрансформатора 8. Автотрансформатор 8 и выпрямительное устройство 7 включаются соответственно тумблерами Т1 и Т2.

Электромагнитный тормоз предназначен для создания переменной механической нагрузки вала асинхронного двигателя тормозным моментом Мг.

Моментомер конструктивно совмещен с электромагнитным тормозом. К нижней части диска 6 прикреплен груз 9. К верхней части диска 6 прикреплена стрелка, которая при повороте диска 6 перемещается около неподвижной шкалы 10 моментомера. Моментомер предназначен для измерения вращающего момента Мг асинхронного двигателя.

Для измерения частоты вращения вала двигателя n₂ служит строботахометр 11. Он представляет собой ламповый генератор регулируемой частоты, питающий осветительную лампу, и имеющий шкалу, градуированную в числах оборотов в минуту. Частота вращения вала измеряется бесконтактным способом, для чего алюминиевый диск 4 освещается прерывистым светом лампы. Если число оборотов диска (вала двигателя) и число вспышек лампы равны между собой, то диск кажется неподвижным. Если частота вспышек лампы больше или меньше, чем число оборотов диска, то диск представляется наблюдателю вращающимся в ту или иную сторону. Для удобства отсчета на диске наносится точка или черта.

Рис. 10.2. Схема лабораторной установки

Шкала частоты импульсов в приборе имеет три диапазона:
300-1200, 1200-6000, 6000-30000 об/мин. Отсчет следует производить на втором диапазоне. Переход с одного диапазона на другой осуществляется переключателем (справа). Точность измерения ±1 %.

Запишите технические данные приборов, используемых в работе в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Технические характеристики приборов

Наименование прибора	Система прибора	Класс точности	Пределы измерений	Цена деления

3. Соберите схему для испытания асинхронного двигателя
(см. рис. 10.2) и дайте проверить ее преподавателю.

4. Осуществите запуск электродвигателя, нажав кнопку «ПУСК». При выключенных тумблерах Т1 и Т2 (режим холостого хода) снять показания приборов, включенных в цепь двигателя и записать их в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Результаты исследований

Опытные данные	Расчетные данные
, А	, В	, Вт	, дел.	, об/мин	, В	, Н м	, В	, %		, %

Примечание. В табл. 10.2 I₁, U₁ - линейные ток и напряжение;
P_ф - активная мощность одной фазы (показания ваттметра); m - число делений тормоза моментомера.

5. Исследуйте работу двигателя при различной нагрузке. При включении тумблеров Т1 и Т2 электромагнитный тормоз развивает тормозной момент, противодействующий моменту электродвигателя, чем и осуществляет его нагрузку. Плавно с помощью автотрансформатора изменить режим работы тормоза моментомера (от 0 до 12 делений). Данные опыта записать в табл. 10.2.

Измерьте критический момент двигателя M_kp, для этого продолжайте плавно увеличивать нагрузку до тех пор, пока двигатель не остановиться. Максимальное число делений, на которое отклониться стрелка моментомера и будет соответствовать кри­тическому моменту. Запишите величину критического момента в ньютонах под табл. 10.2, в виде примечания.

6. Произведите обработку результатов измерений, используя следующие расчетные формулы:

а) активная мощность, потребляемая электродвигателем

;

б) момент, развиваемый двигателем

;

в) полезная мощность двигателя, развиваемая на валу

;

г) частота вращения поля статора

;

где f=50 Гц - частота сети; p=2 - число пар полюсов обмотки статора;

д) скольжение

;

е) коэффициент полезного действия

;

ж) коэффициент мощности

.

7. Покажите руководителю результаты опытов и расчетов. По указанию руководителя, если не требуется повторение опытов, разберите схему, приведите в порядок рабочее место.

8. Составьте отчет по работе. Отчет должен содержать следующие основные разделы:

- цели работы;

- схему испытаний (рис. 10.2);

- технические характеристики приборов (табл. 10.1);

- таблицу измерений;

- расчетные формулы и таблицу расчетных данных;

- рабочие характеристики двигателя:

;

;

;

;

;

- выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Объясните устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным роторами.

2. Какие электродвижущие силы индуктируются в обмотках статора и ротора?

3. Объясните, что такое намагничивающие силы обмоток статора и ротора?

4. Постройте векторную диаграмму асинхронного двигателя при нагрузке.

5. Постройте рабочие и механическую характеристики асинхронного двигателя и дайте пояснения к ним.

6. Начертите и объясните схему замещения асинхронного двигателя.

7. Постройте энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

8. Какие существуют методы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами?

9. Как регулируется частота вращения асинхронного двигателя?

10. Как осуществляется электрическое торможение асинхронных двигателей.

11. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11