Лабораторна робота № 4

ДОСЛІДЖЕННЯ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОДВИГУНА З ФАЗНИМ РОТОРОМ

Мета роботи - ознайомитися з будовою асинхронного двигуна з фазним ротором; з'ясувати його принцип дії; навчитися проводити пуск двигуна з фазним ротором і знімати природні й реостатні робочі характеристики.

Основні теоретичні відомості

Асинхронний двигун із короткозамкнутим ротором разом із його безперечними перевагами порівняно з іншими електродвигунами має і серйозні недоліки: погані пускові характеристики (великий пусковий струм, малий пусковий момент) і складн ість регулювання частоти обертання.

Прагнення поліпшити пускові характеристики асинхронних двигунів привело до створення двигунів із фазним ротором (контактними кільцями), хоча останні складніші у виготовленні й обслуговуванні, вимагають спеціальної пускової і регулюючої апаратури.

Будова статорів двигунів із фазним і короткозамкнутим роторами не відрізняється одна від одної. Відмінність між цими двигунами полягає в будові ротора.

На фазному роторі електродвигуна, як і на статорі, розміщено три фазні обмотки, з'єднані між собою, як правило, зіркою. Кінці фазних обмоток ротора приєднані до трьох ізольованих контактних кілець, укріплених на валу ротора, тому цей двигун називається також асинхронним двигуном із контактними кільцями. До контактних кілець приєднані щітки, за допомогою яких до кожної фазної обмотки ротора, що обертається, послідовно під'єднаний опір пускового реостата (рис.4.1).

Для побудови природної механічної характеристики використовують формулу Клоса

де М_МАХ – максимальний момент, Нм;

S – ковзання; S_КР – критичне ковзання, його розраховують з виразу

.

З рівняння для механічної характеристики можна визначити реостатні характеристики

,

де і –порядковий номер штучної механічної характеристики (і = 1, 2, 3, 4…);

S_КР – критичне ковзання і - ої штучної механічної характеристики

При значенні сумарного приведеного активного опору ротора R₂'+Rд'=X₁+X₂' пусковий момент дорівнює критичному.

Таким чином, асинхронний двигун розвиває при пуску (s = 1) найбільший момент М_КР, коли приведений активний опір фази обмотки ротора (R₂'+Rд') рівний сумарному індуктивному опору обмоток статора й ротора (X₁+X₂').

Механічні характеристики (1 - природні, 2, 3 – реостатні) асинхронного двигуна з фазним ротором М=f(s) і М=f(n) (останні побудовані з перших з урахуванням ) для різних Rд зображені на рис.4.2, а, б.

Пуск двигуна з фазним ротором здійснюється подачею напруги живлення мережі із заздалегідь уведеним у ланцюг ротора максимальним додатковим опором R д (див.рис.4.1).

Робоча точка на реостатній характеристиці 3 (Rд = Rд ₁+ Rд ₂) буде переміщуватись по ділянці а-б цієї характеристики (рис.4.2, а, б). Досягнувши швидкості, яка відповідає точці б, опір пускового реостата зменшується (Rд = Rд ₁), і двигун починає працювати на ділянці в - г характеристики 2 (рис.4.2, а, б), розганяючись від швидкості, що відповідає точці в, до швидкості, котра відповідає точці г.

а

а) б)

При досягненні цієї швидкості відключається опір Rд ₁, ротор двигуна стає короткозамкнутим (Rд = 0), і двигун працює на ділянці д – е природної характеристики 1, розганяється до номінальної швидкості n_н, що відповідає номінальному моменту на валу М_НОМ (точка в).

Двигуни з фазним ротором мають гарні пускові характеристики, проте вони дорожчі у виготовленні і менш надійні в експлуатації, мають гірші енергетичні показники (ККД і cosφ), ніж двигуни з короткозамкнутим ротором. Тому вони застосовуються лише тоді, коли короткозамкнуті двигуни не проходять за нагрівом (приводи з великою частотою включення), не забезпечують пусковий момент (приводи маховиків, приводи мостових кранів) або не можуть бути встановлені за умов роботи мережі.

Уведенням спеціально розрахованого регулювального реостата в ланцюг ротора можна в достатньо широких межах змінювати швидкість обертання, що вигідно відрізняє асинхронні двигуни з фазним ротором від двигунів із короткозамкнутим ротором.

На практиці реостатне регулювання швидкості обертання застосовується рідко, оскільки пов'язано із збільшенням втрат потужності в реостаті.

Сімейства типових робочих характеристик n=f(Р₂), n=f(P2); асинхронного двигуна з фазним ротором при Rд = 0 і Rдmax показані на рис.4.3.

Опис установки

Установка випробування асинхронного двигуна з фазним ротором, електрична схема якої показана на рис.4.4, являє собою двигун, із валом котрого жорстко сполучені диск електромагнітного гальма (ЕМГ) і тахогенератор (ТГ). Величина гальмівного моменту на валу змінюється за допомогою реостата R_ЕТ, включеного послідовно з обмоткою електромагнітного гальма. Вольтметр, що вимірює напругу тахогенератора, відкалібрований в оборотах за хвилину. Перемикачі П₁ і П₂ служать для подачі напруги живлення відповідно на випробовуваний двигун та електромагнітне гальмо. Прилади А, V і W призначені для вимірювання відповідно споживаного струму, напруги живлення й споживаної потужності.

Порядок виконання роботи

1.Ознайомитися з елементами досліджуваної установки і вимірювальними приладами. Записати паспортні дані асинхрон-ного двигуна в табл.4.1.

Примітка. Паспортні дані двигуна наведено для режиму роботи без додаткового опору в ланцюзі ротора.

2.Зняти робочі харак-теристики двигуна n=f(Р₂), η =f(P2), cosφ =f(Р₂) без додаткового опору в ланцюзі ротора, для цього необхідно:

а) встановити рукоятку пускового реостата в крайнє праве положення (Rд = R д _max), при цому живлення електромагнітного гальма

відключити (перемикач П₂ у положення “вимкн”) та перемикачем автомата П₁ запустити двигун на холостому ходу (М=0). Показання приладів занести в табл.4.1;

Примітка. Величину пускового струму виміряти зразу ж після ввімкнення, переключивши шкалу приладу на збільшену межу вимірювання.

Таблиця 4.1

б) включити живлення електромагнітного гальма (перемикач П₂ у положення “Ввімкн.”) і, зменшуючи опір реостата R_ЕТ, установити послідовно за шкалою електромагнітного гальма 4 значення обертового моменту М на валу: від 0 до М_МАХ. Показання приладів для кожного значення встановленого моменту занести в табл.4.1.

в) зупинити двигун перемикачем автомата П₁, не змінюючи величини навантаження (движок реостата R_ЕТ в положенні, що відповідає М_МАХ), і знову запустити двигун. Показання приладу I_пуск занести в табл.4.1.

3. Зняти робочі характеристики двигуна при частково введеному додатковому опорі ланцюга ротора, для цього необхідно встановити ручку пускового реостата в середнє положення і провести випробування в послідовності, вказаній у п.2. Значення моменту М, що обертається, встановити такі ж, як у п.2.Показання приладів занести в табл.4.1.

4. Зняти робочі характеристики двигуна при вимкненому додатковому опорі в ланцюзі ротора. Для цього встановити рукоятку пускового реостата в крайнє праве положення (Rд = 0) і провести випробування в послідовності, вказаній у пп.2 і 3. Показання приладів занести в табл.4.1.

Обробка результатів вимірювань

1. Обчислити параметри, наведені в табл.4.1,

2. За даними табл.4.1 побудувати (в масштабі) сімейства робочих характеристик: n=f(Р₂), η =f(Р₂), cosφ =f(Р₂) для різних значень додаткового опору в ланцюзі ротора (Rд = 0; Rд = Rдмах).

3. Проаналізувати зміну робочих характеристик при зміні величини Rд у ланцюзі ротора.

4. Порівняти значення пускових струмів при різних значеннях додаткового опору в ланцюзі ротора.

Контрольні запитання

1. Опишіть будову й принцип дії двигуна з фазним ротором.

2. Як здійснюється пуск асинхронного двигуна з фазним ротором?

3. За якої умови початковий пусковий момент двигуна з фазним ротором має максимальне значення?

4. Назвіть переваги та недоліки двигуна з фазним ротором.

5. Як регулюється частота обертання двигуна з фазним ротором?

6. Назвіть галузь використання двигунів із фазним ротором.

7. Який вигляд має рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором?

8. Який вигляд мають реостатні характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором?