Без дозволу викладача підключати коло до мережі забороняється! 3 страница

3. Зобразіть початки та кінці фаз обмотки статора (табл. 2).

4. Накресліть схеми прямого пуску двигуна в хід при з’єднанні фаз статора зіркою та трикутником (табл. 2).

Таблиця 2

Схема виводів фаз обмоток статора	Схема з’єднанні фаз статора зіркою	Схема з’єднанні фаз статора трикутником

5. Зробіть висновки по роботі.

РОЗРАХУНКИ ТА ВИСНОВКИ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 15

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА
З КОРОТКОЗАМКНЕНИМ РОТОРОМ

Мета роботи: 1. Ознайомитись з установкою для дослідження трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором. 2. Провести дослідження трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором шляхом зняття його основних характеристик.

Знати: принцип дії та основи теорії трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором, а також методику їх дослідження.

Вміти: правильно підключати трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором для дослідження, знімати робочі характеристики досліджуваного двигуна.

Обладнання: 1.Установка для дослідження трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. 2. Ватметр (0-1500 Вт). 3. Вольтметр (0-250 В). 4. Вольтметр (0-75 В). 5. Амперметр (0-10 А). 6. Амперметр (0-5 А). 7. Електричний тахометр. 8. Лабораторний автотрансформатор. 9. Діодний місток розрахований на струм до 5 А.

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Трифазні асинхронні двигуни (ТАД) призначаються для перетворення електричної енергії змінного струму в механічну енергію обертального руху.

Принцип дії двигунів ґрунтується на використанні трьох основних явищ електромагнетизму: явищі обертового магнітного поля, яке утворюється внаслідок накладання кількох змінних магнітних полів; електромагнітної індукції; механічної взаємодії струмів.

Двигун може мати три режими роботи: режим холостого ходу, навантаження і короткого замикання.

В режимі холостого ходу до обмотки статора підводять номінальну напругу, а обмотку ротора розмикають (режим використовується тільки теоретично). По обмотці статора піде струм, який утворить стале за величиною обертове магнітне поле. Воно перетинатиме витки обмотки статора та ротора і наводитиме в них відповідне е. р. с. Е₁ і Е₂. Діючі значення цих е. р. с. у кожній фазі статора і ротора визначають за формулою з урахуванням κ_об:

, .

Але в роторі струму не буде і він залишається нерухомим.

Для обмотки статора можна написати рівняння рівноваги е. р. с.

, де – струм в обмотці статора, який. називається струмом холостого ходу; – спад напруги на активному опорі обмотки статора R₁; – спад напруги на індуктивному опорі обмотки статора Х. На рисунку 1 зображено векторну діаграму двигуна в режимі холостого ходу.

Робочий режим. Якщо обмотку ротора замкнути накоротко, то по ній під впливом е. р. с. ротора потече струм , який створить роторний потік і потік розсіювання .

Взаємодія струму ротора з основним магнітним потоком створює обертальний момент, ротор почне обертатися з певною швидкістю.

Е. р. с. в обмотці рухомого ротора буде .

Якщо вал двигуна не навантажено, то і ковзання наближається до нуля; тоді е. р. с. ротора стає дуже малою. Із збільшенням навантаження ковзання двигуна зростає і досягає номінального значення. При номінальному навантаженні S_nom = (2-6)%. Потік розсіювання ротора , перетинаючи витки ротора, наводить у них е. р. с. розсіювання ротора .

Рівняння рівноваги е. р. с. ротора буде таке: , де , – спад напруги відповідно на активному і реактивному опорах ротора. Індуктивний опір визначають так: .

Величину струму ротора можна знайти з формули: .

Струм ротора відносно струму статора перебуває у протифазі, тобто зсунутий майже на 180°. При запуску двигуна струм має найбільше значення, оскільки і відстає від е. р. с. на кут ψ₂ близький до 90°, тому що в початковий момент пуску опір у 8-10 раз більший за і є суто реактивним. Коли ротор починає обертатися, зменшується ковзання s, а отже, і Зменшується також , тому кут зсуву між струмом і е. р. с. також зменшується.

Струм ротора змінюється з частотою і створює магнітний потік , який обертається відносно ротора з швидкістю . Оскільки ротор у свою чергу обертається з швидкістю n₂, то магнітне поле Ф₂ обертатиметься відносно статора з швидкістю . Отже, магнітне поле ротора обертається в просторі незалежно від режиму роботи двигуна з тією самою швидкістю і в тому самому напрямі, що й магнітне поле статора .

Результуючий магнітний потік машини дорівнює векторній сумі потоків статора і ротора (1)

Цей потік переносить енергію від статора до ротора. За другим законом Кірхгофа для обмотки статора двигуна можна записати

. Прикладена напруга дорівнює векторній сумі складової напруги , спаду напруги на активному опорі і спаду напруги на реактивному опорі обмотки статора .

Внутрішній спад напруги в обмотці статора навіть при номінальному навантаженні двигуна становить кілька відсотків від напруги мережі . Тому можна вважати, що . Оскільки напруга мережі практично незмінна, то й , і отже, Е₁ ~ Ф ~ U=const, тобто робочий магнітний потік двигуна пропорційний напрузі мережі й практично не залежить від навантаження. Виходячи з цього, робочий потік можна визначити за формулою для холостого ходу а магнітні потоки статора і ротора при навантаженні можна записати: , .

Підставивши в (1) одержимо рівняння намагнічуючих сил асин-хронного двигуна: звідки знаходимо рівняння струмів двигуна .

Отже, струм статора дорівнює векторній сумі струму холостого ходу і взятого з оберненим знаком зведеного значення струму ротора . Роботу двигуна при навантаженні доцільно аналізувати за векторною діаграмою (рис. 2).

У статор асинхронного двигуна надходить із мережі потужність

.

Внаслідок втрат частини цієї потужності у статорі (електричні та магнітні втрати статора) у ротор надходить електромагнітна потужність , де М – електромагнітний момент асинхронного двигуна. Якщо врахувати втрати потужності у роторі, то механічну потужність можна визначити за аналогічною формулою: Електромагнітна потужність більша за механічну на величину втрат у роторі. Оскільки магнітні втрати у роторі наближаються до нуля, ; ;

; , де т₂ – число фаз обмотки ротора.

Втрати у роторі можна визначити за допомогою е.р.с. і струму обмотки ротора: , де – зсув фаз між е.р.с. та струмом. Виходячи з рівняння е. р. с. електромагнітний момент можна визначити за формулою: де стала машиниі залежить від конструктивних особливостей машини. Остаточний вираз електромагнітного моменту має вигляд: –електромагнітний момент асинхронного двигуна пропорційний магнітному потоку та струму ротора.

Електромагнітний момент М залежить від ковзання. Використовуючи теорію трифазного двигуна можна визначити цю залежність:

де – стала величина для машини.

Нехтуючи спадом напруги в обмотці статора і вважаючи, що е.р.с. статора Е₁ і напруга сітки приблизно рівні й сталі, тобто E₁≈U₁=const, матимемо: .

З формули видно, що обертальний електромагнітний момент залежить від однієї змінної , тобто . Проте слід підкреслити, що це рівняння є приблизним, тому що при збільшенні навантаження двигуна спад напруги в обмотці статора значно зростає, а e. р. с. відповідно зменшується, особливо в машинах малої потужності.

Залежність обертального мо-менту від ковзання показано на рисунку 3.

При збільшенні навантаження на вал двигуна збільшується ковзання , внаслідок чого зростають струм ротора і електромагнітний момент до певного максимального значення .

Якщо криву повернути на 90° за годинниковою стрілкою і по ординаті відкладати замість ковзання число обертів вала двигуна, то матимемо залежність (рис. 4),яку називають механічною харак-теристикою, оскільки графік зв’язує між собою дві механічні величини – швидкість обертання ротора та обертальний момент двигуна.

Механічну характеристику поділяють на дві частини: верхню «стійку» робочу частину від s = 0 до s = s_К і нижню «нестійку» частину від s = s_К (точка К) до s = 1.

Для «стійкої» частини діє принцип саморегулювання двигуна. При збільшенні навантаження (гальмівного моменту) швидкість обертання ротора зменшується, ковзання збільшується, зростає струм ротора, а разом з ним і обертальний момент, який зрівноважує гальмівний момент. Настає рівновага моментів, але число обертів ротора буде трохи меншим від попереднього. Саморегулювання діятиме до точки К. На «нестійкій» частині (нижче точки К) збільшення гальмівного моменту призводить до різкого зростання ковзання і двигун практично відразу зупиняється.

Робочі характеристики трифазного двигуна показують залежність від потужності або від коефіцієнта завантаження таких величин: частоти обертання ротора, коефіцієнта корисної дії, коефіцієнта потужності, струму статора, моменту на валу двигуна (рис. 5).

Більш докладну інформацію про трифазні асинхронні двигуни можна отримати із вказаної в інструкції літератури.

Установка для дослідження складається з трифазного асинхронного двигуна, на валу якого закріплено алюмінієвий диск. Алюмінієвий диск, перетинає поле постійного електромагніту, внаслідок чого відбувається його гальмування, а відповідно і навантаження на вал. В коло статора двигуна вмикають вольтметр, амперметр та ватметр, які вимірюють електричний режим двигуна.

Навантаження двигуна вимірюється посередньо. Для цього вимірюється струм і напруга, що поступають на постійний електромагніт.

Швидкість обертання ротора вимірюється електронним тахометром.

САМОСТІЙНА ПІДГОТОВКА ДО ВИКОНАННЯ
ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

1. Ознайомитись з інструкцією та вказаною в ній літературою.

2. Ознайомитись з установкою для дослідження трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Звернути увагу на розміщення вимірювальних приладів.

3. Коротко письмово відповісти на одне з питань для перевірки, що приведені в кінці лабораторної роботи. Номер питання приймається за останньою цифрою залікової книжки.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Ознайомитись з установкою для дослідження двигуна. Звернути увагу на спосіб навантаження двигуна. Записати паспортні дані двигуна до протоколу.

2. Ознайомитись з комутаційним обладнанням установки і вимірювальними приладами, записати їх технічні характеристики. Перевірити готовність установки, обладнання і вимірювальних приладів до роботи.

3. Зібрати схему (рис. 6). Після перевірки схеми викладачем за допомогою вимикача S₁ запустити установку.

4. Встановити потрібний напрямок обертання двигуна (вказано стрілкою на корпусі) і підготуватись до проведення дослідів. Провести дослідження холостого ходу двигуна. Для цього встановити режим холостого ходу двигуна – ЛАТР відключено,напруга напостійний електромагніт не подається. Зняти покази вимірювальних приладів, результати записати до таблиці 1.

5. Зняти робочі характеристики досліджуваного двигуна. Для цього потрібно підключити до мережі ЛАТР, який через випрямляч живить постійним струмом електромагніт. Поступово навантажувати двигун, змінюючи за допомогою ЛАТРа напругу на постійному магніті. Навантажувати двигун від І_1хх до 1,2І_1ном (номінальний струм вказано в паспорті двигуна). Результати записати до таблиці 1.

	Рис. 6. Схема для дослідження трифазного асинхронного двигуна

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

1. Будова та принцип дії трифазного асинхронного двигуна з
короткозамкненим ротором.

2. Чим визначається швидкість обертання обертового магнітного поля двигуна і як залежить вона від навантаження?

3. Чому пусковий струм двигуна більше номінального?

4. Накреслити і пояснити векторну діаграму асинхронного двигуна при навантаженні.

5. Накреслити і пояснити схему заміщення асинхронного двигуна.

6. Від чого залежить к.к.д. асинхронного двигуна?

7. Привести і пояснити енергетичну діаграму асинхронного двигуна.

8. Чому із збільшенням навантаження оберти асинхронного двигуна зменшуються?

9. Привести і пояснити робочі характеристики асинхронного двигуна.

10. Привести і пояснити механічні характеристики двигуна.

ЛІТЕРАТУРА

1. Загальна електротехніка / В.А.Вартабедян – 4-е вид.‚ перероб. и доп. – К.: Вища шк. Головне вид-во‚ 1986. – С. 131-150.

2. Касаткин А.С.‚ Немцов М.В. Электротехника: Учеб пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат. 1983. – С. 341-366.

3. Электротехника / А.П. Трегуб; Под ред. Э.В. Кузнецова. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987. – С. 391-415.

4. Борисов Ю.М. Липатов Д.Н. Общая электротехника. Учеб пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1974. – С. 352-372.

5. Волынский Б.А. и др. Электротехника / Б.А. Волынский,
Е.Н. Зейн, В.А. Шатерников: Учеб пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 528 с. – С. 392-405.

6. Общая электротехника: Учеб. пособие для вузов / Под ред. д-ра техн. наук А.Т. Блажкина. – 4-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. – 592 с. – С. 301-336.

ЗВІТ ДО РОБОТИ

1. Результати дослідження двигуна в режимі холостого ходу та навантаження запишіть в таблицю 1.

Таблиця 1

№	Досліди	Виміряти
U1	IА	ІВ	ІС	P1	n2	U2	I2
	Холостий хід
	Режим навантаження

2. Зробіть необхідні обчислення і занесіть в таблицю 2 у відповідності до даних дослідження.

Таблиця 2

№	Досліди	Обчислити
S	cosφ	Рвт	Pм	Р2		s	М
	Холостий хід
	Режим навантаження

Повна споживана потужність знаходиться за формулою:

.

знаходиться так: .

Втрати в двигуні: ,де ,(R= Ом)

Потужність на валу двигуна дорівнює: .

коефіцієнт корисної дії дорівнює: ;

ковзання двигуна визначають за формулою: ;

Момент на валу двигуна дорівнює: .

6. Побудуйте робочі характеристики двигуна в одній системі координат згідно з результатами вимірів: .

7. Побудуйте механічні характеристики двигуна в різних системах координат.

8. Зробіть висновки по роботі.

ГРАФІКИ ЗАЛЕЖНОСТІ

МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

РОЗРАХУНКИ ТА ВИСНОВКИ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 16

ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОМОБІЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА

Мета роботи: Вивчити будову, принцип дії і схему вмикання автомобільного генератора для його перевірки і роботи в паралельній роботі з реле-регулятором.

Знати: будову, принцип дії, технічні характеристики, способи підключення автомобільного генератора.

Вміти: перевіряти генератор в режимі холостого ходу та навантаження, робити висновки про відповідність його характеристик технічним параметрам.