Мета роботи. Дослідження робочих і механічних характеристик асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.

Дослідження робочих і механічних характеристик асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.

Тривалість заняття

Тривалість лабораторної роботи 4 години.

Обладнання, матеріали та інструменти

Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, кнопки керування, магнітні пускачі, контактори, провідники, реостати, вимірювальні прилади, автоматичні вимикачі, трансформатори струму, машини постійного струму.

Місце проведення заняття

Лабораторна робота проводиться в лабораторії електроприводу 7м^а.

Загальні відомості

Трифазний асинхронний електродвигун із короткозамкненим ротором має найбільш широке застосування в народному господарстві. Механічні характеристики w=f(М) таких двигунів є різними для різних модифікацій електродвигунів. Двигуни загального застосування випускаються з нормальною характеристикою, але можуть бути і з підвищеним пусковим моментом та підвищеним ковзанням. Кранові двигуни мають підвищений максимальний і пусковий моменти порівняно з двигунами єдиної серії. Розрахунок механічних характеристик асинхронних двигунів із короткозамкненим ротором виконується за допомогою паспортних даних. Тільки для деяких типів двигунів (наприклад, кранових) механічні характеристики подаються в каталогах. Для розрахунку механічних характеристик необхідно такі паспортні дані:

а) номінальна потужність на валі двигуна Р_н, кВт;

б) номінальна частота обертання ротора n_н, об/хв;

в) кратність максимального моменту l=М_кр/М_н.

Для побудови механічної характеристики в інженерних розрахунках використовують спрощену формулу Клосса:

, (6.1)

де М_кр - критичний момент, S_кр, S - критичне і біжуче значення ковзання.

Розрахована за номінальними даними механічна характеристика дійсна тільки при номінальній напрузі, прикладеній до двигуна. Коли до двигуна прикладена інша напруга то обертовий момент змінюється пропорційно квадрату прикладеної напруги: М₁/М₂=(U₁/U₂)².

Ротор двигуна обертає якір генератора незалежного збудження, що жорстко з’єднаний з ним муфтою. Навантажуючи збуджений генератор за допомогою реостата Rн, завантажується одночасно досліджуваний двигун в лабораторній роботі. Нормальним з’єднанням обмотки статора з лінійною напругою джерела живлення 220 В повинен бути трикутник. Коли обмотки статора з’єднана в зірку, кожна із них буде отримувати понижену напругу в раз. У цьому випадку момент двигуна зменшиться практично в три рази, в порівнянні із з’єднанням статора в трикутник, коли кожна обмотка під’єднана на лінійну напругу, тому двигун слід навантажувати лише до тих пір, поки він стійко працює, але при запуску слід використовувати з’єднання зіркою, тому що завдяки цьому зменшуються пускові струми.

Дослідження робочих і механічних характеристик слід виконувати, для обох випадків: з’єднавши обмотки статора в зірку і в трикутник.

Результати вимірювань, для кожного навантажування двигуна, при цих двох з’єднаннях обмоток статора записати в табл. 6.1.

Таблиця 6.1

Експериментальні дані

Генератор завантажують так, щоб струм асинхронного двигуна дорівнював 1, 5 Ін, про що роблять перший запис. Далі двигун поступово розвантажують до його неробочого ходу.

У табл. 6.1 прийняті наступні позначення:

U₁ – лінійна напруга джерела живлення двигуна;

– середнє значення струму статора;

Р₁=к_Т.С.(Р_А+Р_С) – споживана двигуном потужність з мережі,

де к_Т.С. – коефіцієнт трансформації трансформатора струму.

Швидкість обертання асинхронного двигуна вимірюється за допомогою вольтметра V₂ ввімкненого в коло тахогенератора TG (1 В = 17, 3 об/хв).

При розрахунках приймаємо:

опір обмотки статора дорівнює r _ст = 1, 63 Ом;

U_D/l=220/380 В; п_н=1300 об/хв;

І_D/l=11, 7/6, 9 А; п₀=1500 об/хв;

Р_1н=2, 8 кВт; h = 74%; cosj = 0, 85.

Щоб можна було накреслити робочі та механічні характеристики, необхідно виконати додаткові розрахунки, результати яких заносяться в таблицю 6.2.

У табл. 6.2 прийнято наступні позначення:

Р_м1 – втрати потужності в обмотці статора, які відповідають даному струмові, коли з’єднано зіркою Р_м1=3І₁²r_ст, а коли трикутником – Р_м1=І₁²r_ст;

Таблиця 6.2

Експериментальні та розрахункові дані

Р_ст - втрати потужності в сталі, які відповідають напрузі живлення і визначені способом розподілу втрат, коли з’єднання в зірку Р_ст = 60 Вт, коли в трикутник - Р_ст = 100 Вт. Згадані втрати потужності при всіх навантаженнях машини постійні;

Р_ем - електромагнітна потужність, яка дорівнює:

Р_ем= Р₁ - (Р_м1+ Р_ст),

де М – електромагнітний момент, М=Р_ем/w;

Р_м2 – втрати потужності в обмотці ротора, Р_м2 = Р_ем× s;

Р_мех – механічні втрати потужності, приймаються постійними з досліду розподілу втрат. Для даної роботи Р_мех = 70 Вт;

Р_д – додаткові втрати потужності в двигуні, коли споживається номінальна потужність, і вони умовно приймаються рівними

;

å Р – сума всіх втрат потужності в двигуні:

å Р=Р_м1+ Р_ст+ Р_м2+ Р_мех+ Р_д;

Тоді корисна потужність на валі двигуна Р₂ рівна:

Р₂=Р₁ -å Р.

Крім цього слід скористатися наступними виразами:

– ковзання;

– момент на валі двигуна;

– коефіцієнт потужності;

– коефіцієнт корисної дії.

Схема експериментальної установки наведена на рис. 6.1.

Досліджуваний асинхронний двигун вмикається в мережу автоматом QF1 і він запускається при з’єднанні обмоток статора в зірку з подальшим перемиканням їх у трикутник. Увімкнення обмотки статора в зірку і трикутник виконується магнітними пускачами КМ_U і КМ_D відповідно.

Навантажувальний момент на валі досліджуваного двигуна M створюється генератором GN, який працює в режимі динамічного гальмування. Значення гальмівного моменту з боку машини GN регулюється за допомогою опору Rн, що є в колі якоря генератора. Вимірювальні прилади, що ввімкнені в коло якоря генератора GN, лише контролюють значення струму та напруги їх записувати не потрібно. Обмотка збудження генератора ОЗ GN вмикається в мережу автоматом QF2, а значення її струму регулюється реостатом Rр. Вимірювання потужності виконується за схемою двох ватметрів із трансформаторами струму.

Під час запуску струмові обмотки ватметрів (виходи трансформаторів струму ТА) шунтують штирем (на схемі показані пунктиром), щоб не допустити вихід з ладу ватметрів під час пуску з великими пусковими струмами.

Вольтметр V1, за допомогою перемикача SA, вимірює всі лінійні напруги мережі живлення.

Рис. 6.1. Схема лабораторної установки для дослідження асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором

Послідовність виконання роботи

1. Ознайомитись з електричними машинами, які входять в експериментальну установку.

2. Вибрати апарати керування, вимірювальні прилади і скласти електричну схеми установки.

3. Запустити двигун при з’єднані обмотки статора в зірку, завантажити двигуна M генератором GN, записати значення струму І₁, напруги U₁, потужності Р₁ і частоти обертання n при кожному навантаженні двигуна.

4. Запустити двигун при з’єднанні обмотки статора в трикутник з подальшим виконанням пункту 3.

5. Розрахувати робочі характеристики для роботи з обмоткою статора, з’днаною в зірку і трикутник І₁=f(Р₂), Р₁= f(Р₂), cosj= f(Р₂), h= f(Р₂).

6. Розрахувати механічні характеристики для роботи двигуна з обмотками, з’єднаними в зірку і трикутник: s=f(М_е) і w =f(М₂),
де М_е – електромагнітний момент двигуна; М₂ – момент на валу двигуна.

7. Порівняти механічні експериментальні характеристики з характеристиками, побудованими з використанням паспортних даних двигуна.

Зміст звіту

1. Назва роботи.

2. Мета роботи.

3. Порядок виконання роботи.

4. Схема експериментальної установки.

5. Паспортні дані електромашин, апаратів керування та вимірних приладів.

6. Таблиці з даними експерименту і розрахунків.

7. Робочі та механічні характеристики досліджуваного двигуна.

8. Висновки.

Питання для самоконтролю

1. Чому запускають двигун, з’єднавши його в зірку, коли лінійна напруга джерела живлення 220 В, а потім перемикають у трикутник?

2. Чому в схемі живлення двигуна увімкнені трансформатори струму?

3. Які функції виконує машина постійного струму GN?

4. Поясніть принцип роботи схеми керування магнітними пускачами?