Работа № 4. Исследование асинхронного лектродвигателя с короткозамкнутым ротором

Цель работы

Исследование рабочих свойств трехфазного асинхронного электродвигателя путем снятия соответствующих опытных характеристик.

Программа работы

1. Изучить схемы для исследования асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (в дальнейшем изложении АД).

2. Исследовать двигатель в режиме короткого замыкания.

3. Исследовать двигатель в режиме холостого хода.

4. Снять рабочие характеристики двигателя по методу непосредственной нагрузки.

5. По опытам холостого хода и короткого замыкания рассчитать параметры двигателя, построить схему замещения.

6. Провести обработку экспериментальных данных, составить отчет и сделать заключение по работе.

Пояснения к работе

В лабораторной работе используются следующие модули:

– модуль питания стенда (МПС);

– модуль питания (МП);

– модуль измерителя мощности (МИМ);

– модуль добавочных сопротивлений №1 (МДС1);

– модуль добавочных сопротивлений №2 (МДС2);

– силовой модуль (СМ);

– модуль преобразователя частоты (ПЧ);

– модуль измерительный (МИ).

Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние:

– переключатель SA1 МДС№1 установить в положение «¥»;

– переключатель SA1 МДС№2 установить в положение «¥».

Исследуемый асинхронный двигатель входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя собственно исследуемый двигатель М1, нагрузочный генератор – машину постоянного тока – М2, импульсный датчик скорости ­ М3.

1. Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя

Опыт короткого замыкания проводится при неподвижном (заторможенном роторе) и пониженном напряжении, при котором ток статора примерно равен номинальному току статора I_1К ≈ I_1Н.

Схема для проведения опыта короткого замыкания представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема для проведения опытов короткого замыкания

и холостого хода

Торможение двигателя осуществляется путем установки металлического стержня в отверстие полумуфты.

Понижение напряжения достигается включением добавочного сопротивления в цепь статора.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1 и QF2 соответственно МПС и МП;

– переключателем SA1 МДС1 вводить сопротивление в цепь статора до тех пор, пока ток статора примерно не будет равен номинальному току статора.

Данные занести в табл. 1.

Опыт необходимо производить максимально быстро.

Таблица 1

Данные опыта	Расчетные данные
U1ФК	I1ФК	Р1ФК	сosφ1К	Р1К	ΔРэл.1	ΔРСТ	РЭМ.К	МЭМ.К	zК	rК	хК
В	А	Вт		Вт	Вт	Вт	Вт	Н∙м	Ом	Ом	Ом

После проведения опыта отключить автоматические выключатели QF1, QF2, установить модули в исходное состояние, удалить металлический стержень из электромашинного агрегата.

По данным опыта короткого замыкания определить пусковой ток, пусковой момент при s=1.

Расчетные данные.

Трехфазная активная мощность при опыте короткого замыкания, Вт

Р_1К=m_1К∙P_1ФК.

Электрические потери в цепи статора, Вт

,

где m₁ – число фаз обмотки статора;

r₁ – сопротивление фазы статора (Приложение Б), Ом.

Потери в стали при напряжении U_1К, Вт

,

где ΔР_СТ1 – потери в стали при номинальном напряжении, Вт;

Электромагнитная мощность при опыте короткого замыкания, Вт

Р_ЭМ.К=Р_1К –ΔР_ЭЛ.1–ΔР_СТ;

Электромагнитный момент при опыте короткого замыкания, Н·м

,

где ω₁ – синхронная частота вращения электродвигателя, рад/с.

Электромагнитный момент при номинальном напряжении, Н·м

.

Кратность пускового момента

Номинальный момент электродвигателя, Н∙м

,

где Р_2Н – номинальная мощность на валу, Вт;

ω_Н – угловая номинальная частота вращения (Приложение Б), рад/с.

Кратность пускового тока

.

2. Опыт холостого хода асинхронного двигателя

Исследование двигателя в режиме холостого хода проводится для одного значения напряжения, равного номинальному, и позволяет оценить величину тока холостого хода, а также потери в стали при номинальном напряжении.

Схема для проведения опыта холостого хода представлена на рис. 1.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1 и QF2 соответственное МПС и МП;

– переключатель SA1 МДС1 установить из положения «¥» в положение «0», напряжение принимает значение, равное номинальному, запускается асинхронный двигатель.

Данные опыта занести в табл. 2.

Таблица 2

Данные опыта	Расчетные данные
U1ФН	I10	Р1Ф	ω	Р10	сosφ10	ΔРЭЛ.1	ΔРСТ	I10*
В	А	Вт	рад/с	Вт		Вт	Вт

После проведения опыта отключить автоматические выключатели QF1, QF2, установить модули в исходное состояние.

Расчетные данные:

Коэффициент мощности

.

Активная мощность трех фаз, Вт

Р₁₀ = m₁Р_1Ф.

Потери в стали сердечника статора при номинальном напряжении, Вт

,

где r₁ – активное сопротивление фазы статора при температуре окружающей среды (Приложение Б), Ом;

ΔР_МЕХ.АД. – механические потери асинхронного двигателя (Приложение Б), Вт;

ΔР_{МЕХ.ДПТ} – механические потери машины постоянного тока (Приложение Б), Вт.

Потери в стали сердечника статора при любом другом напряжении могут быть пересчитаны через квадрат напряжения:

,

Значение тока холостого хода в относительных единицах

.

3. Снятие рабочих характеристик

Схема для снятия рабочих характеристик, представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема для снятия рабочих характеристик асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель подключается непосредственно к преобразователю частоты.

Питание обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (ДПТ) осуществляется от клемм «=220 В» модуля питания.

Якорная цепь машины постоянного тока подключается на сопротивление RP1 МДС2.

Для измерения тока, частоты выходного напряжения статора, мощности двигателя и момента асинхронного двигателя используется преобразователь частоты.

Измерение тока якоря и напряжения на якоре осуществляется с помощью приборов МИ.

Текущее значение частоты вращения n агрегата наблюдать на индикаторе СМ.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП;

– настроить преобразователь частоты (Приложение Г);

– установкой SA1 модуля ПЧ в крайнее положение запустить асинхронный двигатель. Установить выходную частоту напряжения 50 Гц (RP1);

– переключателем SA1 МДС2, уменьшая сопротивление, увеличивать нагрузку ГПТ пока ток якоря ГПТ не достигнет номинального значения (1,3А). Выше этого значения двигатель не нагружать! (SA1 в «0» не выводить!).

Опытные данные со стороны, как асинхронного двигателя, так и со стороны генератора, занести в табл. 3. и 4.

Таблица 3

Со стороны асинхронного двигателя

Данные опыта

Расчетные данные

I1Ф

P1

n

сosφ1

U1

ΔРЭЛ.1

ΔРСТ

РЭМ

s

ΔРЭЛ.2

РМЕХ

∑ΔP

Р2

МЭМ

η

А

Вт

об/мин

В

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Н∙м

%

Таблица 4

Со стороны ГПТ
Данные опыта	Расчетные данные
IЯ	UЯ	СМ	МЭМ	IЯО	М0	М2	Р2	η
А	В		Н∙м	А	Н∙м	Н∙м	Вт	%

После проведения опыта отключить автоматические выключатели QF1, QF2, установить модули в исходное состояние.

Расчетные данные со стороны асинхронного двигателя.

Линейное напряжение на статоре, В

Электрические потери в обмотке статора асинхронного двигателя, Вт

,

где r₁ – активное сопротивление фазы статора (Приложение Б);

Потери в стали при напряжении U_1Ф, Вт

.

Электромагнитная мощность, Вт

Р_ЭМ = Р₁ –ΔР_ЭЛ.1– ΔР_СТ;

Скольжение

.

Электрические потери в обмотке ротора, Вт

ΔР_ЭЛ.2 = Р_ЭМ·s.

Суммарные потери в двигателе, Вт

∑ΔР=ΔР_ЭЛ.1+ΔР_СТ+ΔР_ЭЛ.2+ΔР_МЕХ.АД.

Электромагнитный момент асинхронного двигателя, Н·м

,

где ω₁ – синхронная угловая частота вращения, рад/с.

Полезный момент на валу двигателя, Н∙м

М₂=М_ЭМ–М₀.

Полезная мощность на валу двигателя, Вт

Р₂=Р₁–∑ΔР.

Коэффициент полезного действия, %

Коэффициент мощности (расчетный)

.

Расчетные данные со стороны машины постоянного тока.

Электромагнитный момент ГПТ, Н·м

М_ЭМ.ГПТ=С_М∙I_Я,

где С_М – принимается из тарировочной кривой (Приложение В).

Момент холостого хода ГПТ, Н∙м

М₀ = С_М∙I_Я0,

где I_Я0 – ток холостого хода принимается из тарировочной кривой машины постоянного тока (Приложение В), А.

Полный момент на валу ГПТ, Н∙м

М_2ГПТ = М_ЭМ.ГПТ + М₀.

Полезная мощность на валу ГПТ, Вт

Р₂ = М_2ГПТ∙ω.

Рабочие характеристики представляют собой графически изображенные зависимости тока статора, потребляемой из сети активной мощности, частоты вращения, скольжения, электромагнитного момента, КПД и коэффициента мощности от полезной мощности на валу двигателя:

I₁, Р₁, n, s, М_ЭМ, η, сosφ₁ = f(P₂) при f₁ = const и U₁ = const.

4. Расчет параметров асинхронного двигателя. Построение схемы замещения.

Опыты холостого хода и короткого замыкания позволяют рассчитать параметры асинхронного двигателя и построить схему замещения.

Из опыта холостого хода.

Активное сопротивление намагничивающей цепи, Ом

.

Полное сопротивление намагничивающей цепи, Ом

.

Индуктивное сопротивление намагничивающей цепи .

Из опыта короткого замыкания.

Полное сопротивление .

Активное сопротивление ,

r₂’=r_к–r₁.

Индуктивное сопротивление

,

.

«Т» – образная схема замещения асинхронного двигателя представлена на рис. 3.

Рис. 3. «Т»-образная схема замещения

Контрольные вопросы

1. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?

2. Как изменится момент асинхронного двигателя при понижении напряжения питающей сети?

3. Может ли асинхронный двигатель создавать момент при синхронной частоте вращения, т.е. может ли он вращаться с синхронной частотой вращения?

4. Как изменяется ток статора двигателя при повышении напряжения и неизменной нагрузке на валу двигателя?

5. Объяснить физический смысл зависимости сosφ₁ = f(Р₂).

Дата добавления: 2014-12-07