С короткозамкнутым ротором с частотным регулированием оборотов

Инструкции

По выполнению лабораторных работ

Учебная дисциплина «Электропривод и электроавтоматика»

по специальности	2-36 01 56	Мехатроника
квалификация специализация по профессии рабочего по специальности по квалификации	2-36 01 56-51 2-36 01 56-51 01 2-36 01 53 2-36 01 53-52	Мехатроник 5-го разряда Махатроник 5-го разряда (машиностроение) Техническая эксплуатация оборудования Наладчик станков и манипуляторов с программным управлением 5-го разряда

Минск 2013

Обсуждено и одобрено на заседании цикловой комиссии эксплуатации оборудования машиностроения

Протокол от__________ №___

Бондарев М.Б.

Лабораторные работы выполняются по учебной дисциплине «Электропривод и электроавтоматика» и предусматривают закрепление теоретических знаний по таким важным темам как электрические двигатели постоянного и переменного токов, способы регулирования оборотов электрических двигателей, использование релейно-контактной аппаратуры для управления двигателями.

При выполнении работы формируются навыки составления простых схем управления электрическими двигателями, определение характеристик электрических двигателей.

Для специальности 2-36 01 53 «Техническая эксплуатация оборудования» не выполняются лабораторные работы №№ 5, 6, 10.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1 «Испытание электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением»………………………………...
Лабораторная работа №2 «Испытание электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением»…………………………….
Лабораторная работа №3 «Испытание электродвигателя постоянного тока со смешанным возбуждением»…………………………………… Лабораторная работа №4 «Испытание асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором»……………………………………….. Лабораторная работа №5 «Испытание асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, включенным через частотный преобразователь»…………………………………………………………… Лабораторная работа №6 «Испытание асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором» с частотным регулированием оборотов… Лабораторная работа №7 «Испытание реверсивной схемы запуска асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором»………. Лабораторная работа №8 «Испытание торможения противовключением асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором»... Лабораторная работа №9 «Испытание динамического торможения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором………... Лабораторная работа №10 «Испытание непосредственного преобразователя частоты переменного тока»…….................................................. Список использованных источников……………………………………..

Тема учебной дисциплины: «Электродвигатели постоянного тока»

Лабораторная работа № 1

Тема работы: «Испытание электродвигателя постоянного тока
с параллельным возбуждением»

Цель работы

Научиться снимать рабочие характеристики электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Задание

2.1 Собрать электрическую схему для испытания электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

2.2 Осуществить регулирование частоты вращения двигателя, изменением:

а) напряжения, подводимого к якорю;

б) сопротивления в цепи якоря;

в) нагрузки.

3 Оснащение работы:

- лабораторный стенд;

- двигатель постоянного тока;

- измерительные приборы (2 амперметра и 1 вольтметр);

- реостат;

- калькуляторы;

- чертежные принадлежности (карандаш, линейка).

Основные сведения

В автоматизированных электроприводах и в системах автоматического управления широкое распространение получили электродвигатели постоянного тока.

Как и все двигатели, двигатель постоянного тока состоит из двух частей – статора и ротора (якоря).

Статор – неподвижная часть электрической машины, выполненная в виде полого цилиндра из литой электротехнической стали. Статор служит для крепления к нему отдельных деталей машины (главных и добавочных полюсов, подшипниковых щитов, щеточного устройства). Статор защищает узлы машины от механических повреждений.

На внутренней поверхности статора закреплены главные полюсы машины. Главные полюсы состоят из набранных из листов электротехнической стали сердечников с полюсными наконечниками и катушек возбуждения. Катушки возбуждения соединяют между собой таким образом, чтобы полярность полюсов чередовалась. Совокупность всех соединенных катушек образует обмотку возбуждения.

Обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. По обмотке возбуждения протекает ток, создающий основное магнитное поле машины. Статор является частью магнитопровода, по которому замыкается основной магнитный поток машины.

В машинах средней и большой мощности между основными полюсами располагают добавочные полюсы. Обмотку, находящуюся на них, соединяют последовательно с якорной обмоткой.

Якорь – вращающаяся часть машины постоянного тока. Состоит из вала, на который насаживается сердечник, обмотки якоря и коллектора. Сердечник якоря набирают из листов электротехнической стали.

На наружной поверхности сердечника якоря находятся пазы, предназначенные для укладки в них обмотки якоря. В двигателях постоянного тока обмотка якоря с помощью коллекторно-щеточного узла присоединяется к источнику постоянного тока.

Если мы имеем один источник питания, то можно включить обмотки статора и ротора в цепь питания тремя различными способами: параллельно, последовательно и смешанным образом.

Наиболее часто используются двигатели с последовательным или параллельным соединением обмоток.

Механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения жесткая (рисунок 1.1).

1 – U=U₁=Uном; 2 – U=U₂; 3 – U=U₃

U₁>U_2>U₃

Рисунок 1.1 – Механические характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу, определяется по формуле 1.1.

(Вт), (1.1)

где U – напряжение, приложенное к якорю, В;

I_н – ток нагрузки, А;

I_в – ток нагрузки, А.

Мощность на валу двигателя Р₂ определяется по формуле 1.2.

(Вт) (1.2)

Коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока η определяется как отношение полезной мощности Р₂ к затраченной P₁.

(1.3)

Электромагнитный момент М₁ переделяется по формуле 1.4.

(Нм) (1.4)

Порядок выполнения работы

5.1 Собрать схему (рисунок 1.2) и показать ее преподавателю.

Рисунок 1.2 – Схема для испытания электродвигателя постоянного тока
с параллельным возбуждением

5.2 Включить блок питания 725 852 D, установить напряжение 30 В
и с помощью прибора 731989 USB 01 определить обороты двигателя n. Результаты измерений занести в таблицу 1.1. Повторить опыты для 50В, 70В и 90В.

Таблица 1.1 – Результаты измерений

Номер опыта	U, В	n, мин-1

5.3 Установить напряжение 90 В и, изменяя сопротивление реостата R, измерить обороты двигателя n с помощью 731 989 USB 01 для четырех значений R. Результаты измерений занести в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Результаты измерений

Номер опыта	R, Ом	n, мин-1

5.4 Выключить питание двигателя. По результатам измерений построить графики зависимостей n= f(U), n= f(R).

5.5 Включить блок питание 725 852 D, установить напряжение 90 В. Для четырех опытов, изменяя нагрузку М₂ на валу двигателя с помощью испытательного устройства снять показания приборов.

Для изменения нагрузки включить кнопку М на приборе 731989 USB 01, нагрузку изменять потенциометром на приборе. Результаты измерений занести в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
U, В	Iн, А	Iв, А	n2, мин-1	M2, Нм	P1, Вт	P2, Вт	η, %	M1, Нм

5.6 Отключить автоматический воздушный выключатель.

5.7 На основании измеренных показаний и технических данных двигателя рассчитать значения следующих величин:

- мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу;

- мощность на валу двигателя Р₂;

- коэффициент полезного действия двигателя η;

- электромагнитный момент М₁.

5.8 По результатам расчетов построить следующие рабочие характеристики: I_н=f (Р₂); М₂=f(Р₂); η=f (Р₂); n₂=f (Р₂).

5.9 Показать результаты преподавателю, который проверяет их, визирует своей подписью.

5.10 Сделать вывод по результатам проделанной работы

5.11 Оформить отчет.

5.12 Выполнить контрольные задания.

5.13 Отчет по лабораторной работе сдать преподавателю.

Форма отчета

Лабораторная работа № 1

Испытание электродвигателя постоянного тока с параллельным
возбуждением

Цель работы...

Задание…

Оснащение работы...

Рисунок 1 – Схема для испытания электродвигателя постоянного тока
с параллельным возбуждением

Таблица 1 – Результаты измерений

Номер опыта	U, В	n, мин-1

Таблица 2 – Результаты измерений

Номер опыта	R, Ом	n, мин-1

Таблица 3 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
U, В	Iн, А	Iв, А	n2, мин-1	M2, Нм	P1, Вт	P2, Вт	η, %	M1, Нм

Расчеты…

Выводы…

Контрольные задания

1 Объясните, почему во время пуска по мере разгона двигателя уменьшается ток якоря.

2 Объясните, как влияет напряжение сети на частоту вращения двигателя.

3 Объясните, что необходимо сделать, для изменения направления вращения двигателя.

4 Объясните, для чего служит обмотка возбуждения двигателя.

5 Расскажите, на чем основан принцип действия электродвигателя постоянного тока.

6 Объясните, что понимают под рабочими характеристиками электродвигателя и что они показывают.

7 Объясните, какова роль коллектора в машинах постоянного тока.

8 Расскажите, как классифицируются двигатели постоянного тока по способу возбуждения.

9 Объясните, каким образом создается магнитный поток возбуждения в двигателях постоянного тока.

10 Объясните, как можно рассчитать число оборотов холостого хода двигателя постоянного тока.

11 Объясните, чем определяется вращающий момент двигателей постоянного тока.

Тема учебной дисциплины: «Электродвигатели постоянного тока»

Лабораторная работа № 2

Тема работы: «Испытание электродвигателя постоянного тока
с последовательным возбуждением»

Цель работы

Научиться снимать рабочие характеристики электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Задание

2.1 Собрать электрическую схему для испытания электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

2.2 Осуществить регулирование частоты вращения двигателя, изменением:

а) напряжения, подводимого к якорю;

б) сопротивления в цепи якоря;

в) нагрузки.

3 Оснащение работы:

- лабораторный стенд;

- двигатель постоянного тока;

- измерительные приборы (1 амперметр и 1 вольтметр);

- реостат;

- калькуляторы;

- чертежные принадлежности (карандаш, линейка).

Основные сведения

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения мягкая (рисунок 2.1).

1 – U=Uном; 2 – U=0,6U_ном; 3 – U=0,25U_ном

U₁>U_2>U₃

Рисунок 2.1 – Механические характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением

Мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу, определяется по формуле 2.1.

(Вт), (2.1)

где U – напряжение, приложенное к якорю, В;

I_н – ток нагрузки, А

Мощность на валу двигателя Р₂ определяется по формуле 2.2.

(Вт) (2.2)

Коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока η определяется как отношение полезной мощности Р₂ к затраченной P₁.

(2.3)

Электромагнитный момент М₁ переделяется по формуле 2.4.

(Нм) (2.4)

Порядок выполнения работы

5.1 Собрать схему (рисунок 2.2) и показать ее преподавателю.

Рисунок 2.2 – Схема для испытания электродвигателя постоянного тока
с последовательным возбуждением

5.2 Включить блок питания 725 852 D, установить напряжение 30 В
и с помощью прибора 731989 USB 01 определить обороты двигателя n. Результаты измерений занести в таблицу 2.1. Повторить опыты для 50В, 70В и 90В.

Таблица 2.1 – Результаты измерений

Номер опыта	U, В	n, мин-1

5.3 Установить напряжение 90 В и, изменяя сопротивление реостата R, измерить обороты двигателя n с помощью 731 989 USB 01 для четырех значений R. Результаты измерений занести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты измерений

Номер опыта	R, Ом	n, мин-1

5.4 Выключить питание двигателя. По результатам измерений построить графики зависимостей n= f(U), n= f(R).

5.5 Включить блок питание 725 852 D, установить напряжение 90 В. Для четырех опытов, изменяя нагрузку М₂ на валу двигателя с помощью испытательного устройства снять показания приборов.

Для изменения нагрузки включить кнопку М на приборе 731989 USB 01, нагрузку изменять потенциометром на приборе. Результаты измерений занести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
U, В	Iн, А	Iв, А	n2, мин-1	M2, Нм	P1, Вт	P2, Вт	η, %	M1, Нм

5.6 Отключить автоматический воздушный выключатель.

5.7 На основании измеренных показаний и технических данных двигателя рассчитать значения следующих величин:

- мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу;

- мощность на валу двигателя Р₂;

- коэффициент полезного действия двигателя η;

- электромагнитный момент М₁.

5.8 По результатам расчетов построить следующие рабочие характеристики: I_н=f (Р₂); М₂=f(Р₂); η=f (Р₂); n₂=f (Р₂).

5.9 Показать результаты преподавателю, который проверяет их, визирует своей подписью.

5.10 Сделать вывод по результатам проделанной работы

5.11 Оформить отчет.

5.12 Выполнить контрольные задания.

5.13 Отчет по лабораторной работе сдать преподавателю.

Форма отчета

Лабораторная работа № 2

Испытание электродвигателя постоянного тока с последовательным
возбуждением

Цель работы...

Задание…

Оснащение работы...

Рисунок 1 – Схема для испытания электродвигателя постоянного тока
с последовательным возбуждением

Таблица 1 – Результаты измерений

Номер опыта	U, В	n, мин-1

Таблица 2 – Результаты измерений

Номер опыта	R, Ом	n, мин-1

Таблица 3 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
U, В	Iн, А	n2, мин-1	M2, Нм	P1, Вт	P2, Вт	η, %	M1, Нм

Расчеты…

Выводы…

Контрольные задания

1 Объясните, почему во время пуска по мере разгона двигателя уменьшается ток якоря.

2 Объясните, как влияет напряжение сети на частоту вращения двигателя.

3 Объясните, что необходимо сделать, для изменения направления вращения двигателя.

4 Объясните, для чего служит обмотка возбуждения двигателя.

5 Укажите область применения ДПТ с ПВ.

6 Объясните, что такое естественная и искусственная механические характеристики ДПТ с ПВ.

7 Перечислите способы регулирования частоты вращения ДПТ с ПВ и укажите их основные достоинства и недостатки

8 Объясните устройство и принцип действия ДПТ с ПВ

9 Объясните, как производится пуск ДПТ с ПВ.

10 Объясните, как происходит процесс саморегулирования ДПТ с ПВ при изменении момента нагрузки на валу?

Тема учебной дисциплины: «Электродвигатели постоянного тока»

Лабораторная работа № 3

Тема работы: «Испытание электродвигателя постоянного тока
со смешанным возбуждением»

Цель работы

Научиться снимать рабочие характеристики электродвигателя постоянного тока со смешанным возбуждением.

Задание

2.1 Собрать электрическую схему для испытания электродвигателя постоянного тока со смешанным возбуждением.

2.2 Осуществить регулирование частоты вращения двигателя, изменением:

а) напряжения, подводимого к якорю;

б) сопротивления в цепи якоря;

в) нагрузки.

3 Оснащение работы:

- лабораторный стенд;

- двигатель постоянного тока;

- измерительные приборы (1 амперметр и 1 вольтметр);

- реостат;

- калькуляторы;

- чертежные принадлежности (карандаш, линейка).

Основные сведения

В отличие от двигателя с последовательным возбуждением, у двигателя со смешанным возбуждением частота вращения не нарастает беспредельно в отсутствие нагрузки. Такие двигатели применяются для лифтов, поскольку последовательная обмотка возбуждения создает большой вращающий момент, необходимый для быстрого ускорения, а параллельная обеспечивает постоянную частоту вращения после разгона. Они также незаменимы в приводах, требующих периодического приложения больших вращающих моментов – для мощных ножниц, штампов, прессов и прокатных станов. При уменьшении тока сам двигатель и другие вращающиеся элементы, например маховики, передают нагрузке свою кинетическую энергию, что позволяет существенно снизить пиковые нагрузки энергоблоков.

Механическая характеристика (рисунок 3.1, кривая 3) располагается между характеристиками двигателя с параллельным возбуждением 1 и двигателя с последовательным возбуждением 2. Такая характеристика позволяет получить значительный пусковой момент и исключает возможность «разноса» двигателя при холостом ходе. Регулирование частоты вращения двигателя смешанного возбуждения аналогично регулированию скорости двигателя параллельного возбуждения. Варьируя МДС обмоток возбуждения, можно получить почти любую промежуточную механическую характеристику.

Рисунок 3.1 – Механические характеристики двигателя постоянного тока со смешанным возбуждением

Мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу, определяется по формуле 3.1.

(Вт), (3.1)

где U – напряжение, приложенное к якорю, В;

I_н – ток нагрузки, А

Мощность на валу двигателя Р₂ определяется по формуле 3.2.

(Вт) (3.2)

Коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока η определяется как отношение полезной мощности Р₂ к затраченной P₁.

(3.3)

Электромагнитный момент М₁ переделяется по формуле 3.4.

(Нм) (3.4)

Порядок выполнения работы

5.1 Собрать схему (рисунок 3.2) и показать ее преподавателю.

Рисунок 3.2 – Схема для испытания электродвигателя постоянного тока
со смешанным возбуждением

5.2 Включить блок питания 725 852 D, установить напряжение 30 В
и с помощью прибора 731989 USB 01 определить обороты двигателя n. Результаты измерений занести в таблицу 2.1. Повторить опыты для 50В, 70В и 90В.

Таблица 3.1 – Результаты измерений

Номер опыта	U, В	n, мин-1

5.3 Установить напряжение 90 В и, изменяя сопротивление реостата R, измерить обороты двигателя n с помощью 731 989 USB 01 для четырех значений R. Результаты измерений занести в таблицу 2.2.

Таблица 3.2 – Результаты измерений

Номер опыта	R, Ом	n, мин-1

5.4 Выключить питание двигателя. По результатам измерений построить графики зависимостей n= f(U), n= f(R).

5.5 Включить блок питание 725 852 D, установить напряжение 90 В. Для четырех опытов, изменяя нагрузку М₂ на валу двигателя с помощью испытательного устройства снять показания приборов.

Для изменения нагрузки включить кнопку М на приборе 731989 USB 01, нагрузку изменять потенциометром на приборе. Результаты измерений занести в таблицу 2.3.

Таблица 3.3 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
U, В	Iн, А	Iв, А	n2, мин-1	M2, Нм	P1, Вт	P2, Вт	η, %	M1, Нм

5.6 Отключить автоматический воздушный выключатель.

5.7 На основании измеренных показаний и технических данных двигателя рассчитать значения следующих величин:

- мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу;

- мощность на валу двигателя Р₂;

- коэффициент полезного действия двигателя η;

- электромагнитный момент М₁.

5.8 По результатам расчетов построить следующие рабочие характеристики: I_н=f (Р₂); М₂=f(Р₂); η=f (Р₂); n₂=f (Р₂).

5.9 Показать результаты преподавателю, который проверяет их, визирует своей подписью.

5.10 Сделать вывод по результатам проделанной работы

5.11 Оформить отчет.

5.12 Выполнить контрольные задания.

5.13 Отчет по лабораторной работе сдать преподавателю.

Форма отчета

Лабораторная работа № 3

Испытание электродвигателя постоянного тока со смешанным
возбуждением

Цель работы...

Задание…

Оснащение работы...

Рисунок 1 – Схема для испытания электродвигателя постоянного тока
с последовательным возбуждением

Таблица 1 – Результаты измерений

Номер опыта	U, В	n, мин-1

Таблица 2 – Результаты измерений

Номер опыта	R, Ом	n, мин-1

Таблица 3 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
U, В	Iн, А	n2, мин-1	M2, Нм	P1, Вт	P2, Вт	η, %	M1, Нм

Расчеты…

Выводы…

Контрольные задания

1 Объясните, почему во время пуска по мере разгона двигателя уменьшается ток якоря.

2 Объясните, как влияет напряжение сети на частоту вращения двигателя.

3 Объясните, что необходимо сделать, для изменения направления вращения двигателя.

4 Объясните, в чем особенности схемы включения и характеристик двигателей постоянного тока со смешанным возбуждением.

5 Объясните, в чем цель и сущность формирования статических и динамических характеристик ЭП.

Тема учебной дисциплины: «Асинхронные электродвигатели
переменного тока»

Лабораторная работа № 4

Тема работы: «Испытание асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором»

Цель работы

Научиться снимать рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Задание

2.1 Собрать электрическую схему для испытания асинхронного электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором.

2.2 Осуществить регулирование частоты вращения двигателя, изменением нагрузки.

3 Оснащение работы:

- лабораторный стенд;

- асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором;

- измерительные приборы (амперметр, вольтметр и измеритель коэффиента мощности);

- калькуляторы;

- чертежные принадлежности (карандаш, линейка).

Основные сведения

Принцип действия асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии индуктированного тока ротора с магнитным потоком статора. При включении обмотки трехфазного двигателя под напряжение источника трехфазного переменного тока внутри расточки статора образуется вращающееся магнитное поле, частота вращения которого равна

n₁ = 60fp, (4.1)

где n₁ - частота вращения магнитного поля, мин^-1; f - частота тока, Гц; p - число пар магнитных полюсов двигателя.

Силовые линии вращающегося магнитного поля пересекают стержни короткозамкнутой обмотки ротора, и в них индуктируется ЭДС, которая вызывает появление тока и магнитного потока в роторе двигателя.

Взаимодействие магнитного поля статора с магнитным потоком ротора создает механический вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться. Частота вращения ротора несколько меньше частоты вращения магнитного поля. Поэтому двигатель называется асинхронным.

Величина, характеризующая отставание ротора от магнитного поля в относительных единицах, называется скольжением, подсчитывают ее по формуле 4.2.

, (4.2)

где S - скольжение (относительная угловая скорость); n₁ - частота вращения магнитного поля, мин^-1; n₂ - номинальная частота вращения ротора, мин^-1.

Для включения двигателя в сеть его статорные обмотки должны быть соединены в «звезду» или «треугольник».

Чтобы двигатель включить в сеть по схеме «звезда», нужно все концы обмоток соединить электрически в одну точку, а все начала обмоток присоединить к фазам сети.

Схемы включения всегда приводятся на обратной стороне крышки, закрывающей коробку выводов электродвигателя.

Для изменения направления вращения трехфазного асинхронного электродвигателя достаточно поменять местами две любых фазы сети независимо от схемы включения электродвигателя. Для быстрого изменения направления вращения двигателя применяют реверсивные рубильники, пакетные выключатели или реверсивные магнитные пускатели.

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором наряду с простотой конструкции, высокой надежностью в работе, долговечностью, низкой стоимостью и универсальностью, обладает одним существенным недостатком: при его пуске возникает пусковой ток, значение которого в 5-7 раз больше номинального. Большой пусковой ток, на который электрическая сеть обычно не рассчитана, вызывает значительное снижение напряжения, что, в свою очередь, отрицательно влияет на устойчивую работу соседних электроприемников.

Мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу, определяется по формуле 4.3.

(Вт), (4.3)

где Uл – линейное напряжение, В;

I_ф – фазный ток, А;

– коэффициент мощности.

Мощность на валу двигателя Р₂ определяется по формуле 4.4.

(Вт) (4.4)

Коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока η определяется как отношение полезной мощности Р₂ к затраченной P₁.

(4.5)

Порядок выполнения работы

5.1 Собрать схему (рисунок 4.1) и показать ее преподавателю.

Рисунок 4.1 – Схема для испытания асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором

5.2 Включить автоматический воздушный выключатель и ключ на блоке питания. Для четырех опытов, изменяя нагрузку на валу двигателя с помощью испытательного устройства 731989 USB 01 снять показания приборов. Результаты измерений занести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
Iф, А	Uл, В	cosφ	n2, мин-1	М2, Нм	Р1, Вт	Р2, Вт	η, %	S, %

5.3 Отключить автоматический воздушный выключатель.

5.4 На основании измеренных показаний и технических данных двигателя рассчитать значения следующих величин:

- мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу;

- мощность на валу двигателя Р₂;

- коэффициент полезного действия двигателя η;

- скольжение асинхронного двигателя ( при n₁= 1500 мин^-1).

5.5 По результатам расчетов построить следующие рабочие характеристики: I_ф=f (Р₂); М₂=f (Р₂); η=f (Р₂); n₂=f (Р₂); S=f (Р₂).

5.6 Показать результаты преподавателю, который проверяет их, визирует своей подписью.

5.7 Сделать вывод по результатам проделанной работы

5.8 Оформить отчет.

5.9 Выполнить контрольные задания.

5.10 Отчет по лабораторной работе сдать преподавателю.

Форма отчета

Лабораторная работа № 4

Испытание асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором

Цель работы...

Задание…

Оснащение работы...

Рисунок 1 – Схема для испытания асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором

Таблица 1 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
Iф, А	Uл, В	cosφ	n2, мин-1	М2, Нм	Р1, Вт	Р2, Вт	η, %	S, %

Расчеты…

Выводы…

Контрольные задания

1 Объясните принцип действия асинхронного двигателя.

2 Объясните, что такое скольжение асинхронного двигателя.

3 Объясните, как в эксперименте определяется полезная мощность, развиваемая двигателем.

4 Объясните, почему у асинхронного короткозамкнутого двигателя пусковой ток большой, а пусковой момент малый.

5 Объясните, при каких условиях КПД двигателя имеет максимальное значение.

Тема учебной дисциплины: «Асинхронные электродвигатели
переменного тока»

Лабораторная работа № 5

Тема работы: «Испытание асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором, включенным через частотный
преобразователь»

Цель работы

Научиться снимать рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, включенным через частотный преобразователь.

Задание

2.1 Собрать электрическую схему для испытания асинхронного электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором, включенного через частотный преобразователь.

2.2 Осуществить регулирование частоты вращения двигателя, изменением нагрузки.

3 Оснащение работы:

- лабораторный стенд;

- асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором;

- измерительные приборы (амперметр, вольтметр и измеритель коэффиента мощности);

- калькуляторы;

- чертежные принадлежности (карандаш, линейка).

Основные сведения

Частотные преобразователи применяются для регулирования скорости вращения асинхронных электродвигателей благодаря изменению частоты напряжения питания электродвигателя. Применение частотно-регулированного привода позволяет осуществлять бесступенчатое регулирование скорости в широком диапазоне, как в процессе работы, так и при разгоне и торможении, работу механизма с любой требуемой скоростью, бесконтактный реверс. Преобразователь частоты также обеспечивает улучшение в целом динамики работы электропривода, уменьшение износа механических звеньев, увеличение срока службы технологических установок, обеспечивают защиту двигателя, позволяют очень точно изменять скорость вращения двигателя.

Кроме того, внедрение преобразователей частоты дает значительную экономию электроэнергии. Например, на объектах водоснабжения окупаемость преобразователей частоты составляет от 8 до 15 месяцев.

Величина, характеризующая отставание ротора от магнитного поля в относительных единицах, называется скольжением, подсчитывают ее по формуле 5.1.

, (5.1)

где S - скольжение (относительная угловая скорость); n₁ - частота вращения магнитного поля, мин^-1; n₂ - номинальная частота вращения ротора, мин^-1.

Мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу, определяется по формуле 5.2.

(Вт), (5.2)

где Uл – линейное напряжение, В;

I_ф – фазный ток, А;

– коэффициент мощности.

Мощность на валу двигателя Р₂ определяется по формуле 5.3.

(Вт) (5.3)

Коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока η определяется как отношение полезной мощности Р₂ к затраченной P₁.

(5.4)

Порядок выполнения работы

5.1 Собрать схему (рисунок 5.1) и показать ее преподавателю.

5.2 Включить питание на стенде, включить частотный преобразователь 725 312 и запустить двигатель на частоте 50 Гц. Для четырех опытов, изменяя нагрузку на валу двигателя с помощью испытательного устройства
731989 USB 01 снять показания приборов. Результаты измерений занести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
Iф, А	Uл, В	cosφ	n2, мин-1	М2, Нм	Р1, Вт	Р2, Вт	η, %	S, %

Рисунок 5.1 – Схема для испытания асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором, включенным через
частотный преобразователь

5.3 Отключить автоматический воздушный выключатель.

5.4 На основании измеренных показаний и технических данных двигателя рассчитать значения следующих величин:

- мощность Р₁, потребляемая двигателем на холостом ходу;

- мощность на валу двигателя Р₂;

- коэффициент полезного действия двигателя η;

- скольжение асинхронного двигателя (при n₁= 1500 мин^-1).

5.5 По результатам расчетов построить следующие рабочие характеристики: I_ф=f (Р₂); М₂=f (Р₂); η=f (Р₂); n₂=f (Р₂); S=f (Р₂).

5.6 Показать результаты преподавателю, который проверяет их, визирует своей подписью.

5.7 Сделать вывод по результатам проделанной работы

5.8 Оформить отчет.

5.9 Выполнить контрольные задания.

5.10 Отчет по лабораторной работе сдать преподавателю.

Форма отчета

Лабораторная работа № 5

Испытание асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором, включенным через частотный
преобразователь

Цель работы...

Задание…

Оснащение работы...

Рисунок 1 – Схема для испытания асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором, включенным через
частотный преобразователь

Таблица 1 – Результаты измерений

Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
Iф, А	Uл, В	cos φ	n2, мин-1	М2, Нм	Р1, Вт	Р2, Вт	η, %	S, %

Расчеты…

Выводы…

Контрольные задания

1 Объясните принцип действия асинхронного двигателя.

2 Объясните, что такое скольжение асинхронного двигателя.

3 Объясните, как в эксперименте определяется полезная мощность, развиваемая двигателем.

4 Объясните, почему у асинхронного короткозамкнутого двигателя пусковой ток большой, а пусковой момент малый.

5 Объясните, при каких условиях КПД двигателя имеет максимальное значение.

Тема учебной дисциплины: «Асинхронные электродвигатели
переменного тока»

Лабораторная работа № 6

Тема работы: «Испытание асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором с частотным регулированием оборотов»

Цель работы

Научиться снимать рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с частотным регулированием оборотов.

Задание

2.1 Собрать электрическую схему для испытания асинхронного электродвигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором с частотным регулированием оборотов.

2.2 Осуществить регулирование частоты вращения двигателя, изменением нагрузки, на различных частотах переменного тока.

3 Оснащение работы:

- лабораторный стенд;

- асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором;

- измерительные приборы (амперметр, вольтметр и измеритель коэффиента мощности);

- калькуляторы;

- чертежные принадлежности (карандаш, линейка).

Основные сведения

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации.

Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток).

Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.

Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации.

Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.

Порядок выполнения работы

5.1 Собрать схему (рисунок 6.1) и показать ее преподавателю.

5.2 Включить питание на стенде, включить частотный преобразователь 725 312 и запустить двигатель на частоте 20 Гц. Для четырех опытов, изменяя нагрузку на валу двигателя с помощью испытательного устройства снять показания приборов. Результаты измерений занести в таблицу 6.1. Повторно измерить для двигателя, работающего на частоте 35 Гц, 45 Гц.

Таблица 6.1 – Результаты измерений

Частота	Номер опыта	Показания приборов	Расчетные данные
Iф, А	Uл, В	cos φ	n2, мин-1	М2, Нм	Р1, Вт	Р2, Вт	η, %	S, %
20 Гц
35 Гц
45 Гц