МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ. При малых мощностях установок и наличии только однофазных сетей часто применяют однофазные асинхронные двигатели

При малых мощностях установок и наличии только однофазных сетей часто применяют однофазные асинхронные двигатели. Они используются для привода стиральных машин, холодильных установок и других бытовых механизмов, а также в качестве исполнительных двигателей. Их мощность относительно невелика
(до 5 кВт).

Двигатель имеет короткозамкнутый ротор и статор с однофазной обмоткой, которая расположена в пазах и занимает примерно две трети окружности статора (рис. 9.1, а).

При включении обмотки статора в однофазную сеть в ней создается не вращающийся магнитный поток, а пульсирующий ф=Ф_мsinωt . Его можно разложить на два одинаковых, вращающихся навстречу друг другу потока: Ф_пр (прямой) и Ф_об (обратный). Их величины равны половине амплитудного значения результирующего потока (рис. 9.1, б). Они индуктируют в обмотке ротора э.д.с, которые создают токи в роторе. Активные составляющие токов будут взаимодействовать с потоками Ф_пр и Ф_об и создадут два равных, но противоположных друг другу электромагнитных вращающих момента. Таким образом, результирующий момент будет равен нулю, т. е. ротор такого двигателя вращаться не будет и поэтому пустить его прямым включением в сеть нельзя.

Рис. 9.1. Однофазный асинхронный двигатель: а – расположение обмотки статора; б – разложение пульсирующего потока на два вращающихся.

Отсутствие пускового момента - существенный недостаток однофазных асинхронных двигателей. В современных машинах его устраняют устройством на статоре вспомогательной обмотки, цепь которой имеет повышенное сопротивление.

Для получения кругового вращающегося ноля необходимо выполнить два условия:

1) сдвинуть в пространстве (на статоре) рабочую и пусковую обмотки на 90°;

2) включить в цепь пусковой обмотки фазосдвигающий элемент (индуктивную катушку, резистор или конденсатор), который должен обеспечить сдвиг по фазе на 90° между токами рабочей I₁ и пусковой I₂ обмоток.

Конденсаторные двигатели (рис. 9.2) находят широкое применение. Они имеют на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов. Обмотки сдвинуты в пространстве на 90°. Ротор у этой машины короткозамкнутый. Одна из обмоток рабочая, а вторая вспомогательная, в цепь которой включен конденсатор С, создающий сдвиг по фазе между токами I₁ и I₂. В отличие от однофазного двигателя, вспомогательная обмотка после пуска остается включенной в течение всего времени работы двигателя.

Рис. 9.2. Конденсаторный асинхронный двигатель

Конденсатор С обеспечивает получение кругового вращающегося ноля при нормальном режиме работы двигателя. Для получения кругового вращающегося поля при пуске кроме конденсатора С включают еще конденсатор С_п (пусковой). По окончании разгона С_п должен быть отключен.

В отличие от однофазного двигателя, работающего с пульсирующей намагничивающей силой статора, конденсаторные двигатели по свойствам приближаются к трехфазным. Они имеют по сравнению с однофазными высокие к.п.д., коэффициент мощности (cosφ=0,8-0,95), пусковой и максимальный моменты.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

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

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

При нажатии кнопки ПУСК трехфазное напряжение поступает к выводам С1, С2 рабочей обмотки статора двигателя, и выводам П1, П2 пусковой обмотки. Для измерения необходимых параметров двигателя включены соответственно вольтметр, миллиамперметр и ваттметр.

Вал 1 двигателя 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, уста­новленных на диске 6. Обмотки возбуждения 5 подключаются к источнику постоянного напряжения 7, величину которого можно изменять с помощью автотрансформатора 8.

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 M₂ 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.

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. 9.1.

Таблица 9.1

Технические характеристики приборов

Наименование прибора	Система прибора	Класс точности	Пределы измерений	Цена деления

Рис. 9.3. Схема лабораторной установки

3. Соберите схему для испытания асинхронного двигателя
(см. рис. 9.3) и дайте проверить ее преподавателю.

4. Осуществить 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. 9.2.

Таблица 9.2

Результаты исследований двигателя с отключенной пусковой обмоткой

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

Примечание. В табл. 9.2. 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 1 до 7 делений). Данные опыта записать в табл. 9.2.

Измерьте критический момент двигателя M_kp, для этого продолжайте плавно увеличивать нагрузку до тех пор, пока двигатель не остановится. Максимальное число делений, на которое отклонится стрелка моментомера, будет соответствовать кри­тическому моменту. Запишите величину критического момента в ньютонах под табл. 9.2, в виде примечания.

6. Исследуйте работу двигателя при различной нагрузке с включенной пусковой обмоткой (тумблер Т3 замкнут) по методике, описанной в п. 5. Данные опытов записать в табл. 9.3.

Таблица 9.3

Результаты исследований двигателя с включенной пусковой обмоткой

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

Измерьте критический момент двигателя M_kp, величину ко­торого запишите в виде примечания под табл. 9.3. Измерьте пусковой момент двигателя M_П. Для этого совместите отверстие в алюминиевом диске с одним из отверстий в полюсных наконечниках и вставьте в них проволочный штифт. Придерживая одной рукой диск электромагнитного тормоза с обмоткой возбуждения от резких поворотов, включите второй рукой двигатель нажатием кнопки ПУСК. Показания стрелки моментомера после успокоения ее колебаний и будут соответствовать величине пускового момента. Величину пускового момента M_П запишите в виде примечания под табл. 9.3.

7. 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. 9.3);

- технические характеристики приборов (табл. 9.1);

- таблицы измерений;

- расчетные формулы и таблицы расчетных данных;

- рабочие характеристики двигателя:

; ; ; ; ;

- выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните устройство и принцип действия однофазного конденсаторного двигателя с короткозамкнутым ротором?

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

3. Объясните схему замещения асинхронного двигателя.

4. Постройте энергетическую диаграмму конденсаторного двигателя.

5. Как изменить направление вращения двигателя?

6. Почему cosφ относительно больше у однофазного конден­саторного двигателя по сравнению с трехфазным?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10