Теоретическое обоснование работы

Процесс преобразования электрической энергии в механиче­скую сопровождается потерями. В них существенную долю со­ставляет механическая часть потерь.

Исследуем механические потери в асинхронном электродви­гателе с короткозамкнутым ротором, расположенным горизон­тально.

Ниже приведены технические данные электродвигателя, не­обходимые для исследований.

Технические данные лабораторной установки

1. Тип электродвигателя - асинхронный с короткозамкнутым
ротором.

2. Момент инерции ротора J_x . кг-м²
0,0017

3. Угловая скорость вращения ротора ω₀ , рад/с
104,5

При подключении электродвигателя к сети питания возникает движущий момент в роторе. В результате ротор начинает вра­щаться. Через некоторое время угловая скорость стабилизируется, становится равной с со₀.

При отключении электродвигателя от сети питания ротор продолжает вращаться по инерции. Однако из-за механических потерь угловая скорость вращения ротора постепенно падает, и через определенное время он останавливается. При этом механи­ческие потери складываются из момента трения в опорах и мо­мента сил сопротивления воздуха при вращении ротора (рис. 3.1).

Рис 3.1. Схема к исследованию механических потерь в электродви­гателе .

Момент трения в опорах ротора является постоянной величи­ной, зависящей от сил реакции и коэффициента трения в опорах, т. е. определяется по формуле:

Гдеf₁, f₂ - условные коэффициенты трения в подшипниках;

R₁, R₂ - реакции опор;

d_b d₂ - диаметры цапф ротора под подшипники (часто при­нимают оба подшипника одинаковыми).

Момент сил сопротивления воздуха пропорционален угловой скорости вращения ротора, т. е. определяется по формуле:

М_в =μω

где μ. - коэффициент сопротивления воздуха при вращении ро­тора;

ω - угловая скорость вращения ротора.

Момент сил сопротивления воздуха определяется теоретиче­ски с невысокой точностью, так как большие трудности возника­ют в определении коэффициента сопротивления воздуха μ. По­этому для практической оценки механических потерь в электро­двигателе ограничимся определением среднего значения момента М_Ср сил сопротивления вращению ротора электродвигателя.

Рассмотрим вращательное движение ротора после отключения от сети питания электродвигателя. При этом движение ротора можно описать дифференциальным уравнением вида:

(3.1)

где J_x - момент инерции ротора;

со - текущее значение угловой скорости ротора. Разделяя пе­ременные, взяв от обеих частей равенства соответствующие ин­тегралы, получим:

где ω₀ - угловая скорость вращения ротора в момент отключения электродвигателя от сети питания;

t - время свободного вращения ротора до полной остановки. Откуда после преобразований

(3.2)

Порядок выполнения работы

1. Нажатием пусковой кнопки "Пуск" запустить электродви­гатель в работу.

2. При установившемся режиме работы электродвигателя за­мерить тахометром частоту вращения п₀„ ротора.

3. Вычислить угловую скорость вращения ротора по формуле:

_о

4. Нажатием кнопки "Стоп" отключить электродвигатель от сети питания, запустив одновременно в работу секундомер.

5. Зафиксировать время свободного вращения ротора до пол­ной остановки.

6. Определить по формуле (3.2) значение момента М_ср сил со­противления вращению ротора.

7. Действия, изложенные в п. 1, 2, 3, 4, 5 и 6, повторить три раза. Вычислить средние значения данных. Результаты занести в таблицу.

3.3. Содержание отчета

1. Номер и название работы.

2. Цель работы.

3. Схема к исследованию механических потерь в электродви­гателе.

4. Результаты исследований по форме:

Номер опыта	Частота вра­щения ротора п0, об/мин	Угловая ско­рость ротора а>о, рад/с	Время сво­бодного вращения ротора, с	Момент со­противления Мср, Нм
2 3
Сред, значен.

5. Выводы.

3.4. Контрольные вопросы

1. По какой причине ротор останавливается через некоторое время после отключения электродвигателя от сети питания?

2. От чего зависит время свободного вращения ротора после отключения электродвигателя от сети питания?

3. Назовите составляющие механических потерь в электро­двигателе.

4. Почему в правой части уравнения (3.1) значение момента представлено со знаком "-" ?

5. Какова зависимость момента сил сопротивления от частоты вращения ротора?

6. Какова зависимость времени свободного вращения ротора до полной остановки от его начальной угловой скорости ω₀?

РАБОТА 4.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТЕЛ МЕТО­ДОМ МАЯТНИКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ

Цель работы - изучить методику определения момента инер­ции тел по законам маятниковых колебаний.