12611

Трьохфазний асинхронний двигун із фазним ротором

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Лабораторна робота №2 Трьохфазний асинхронний двигун із фазним ротором Мета роботи: Вивчити пристрій та принцип дії трьохфазного асинхронного двигуна із фазним ротором; навчитись виконувати пуск та реверс асинхронного двигуна; зняти та проаналізувати робочі ...

Украинкский

2013-05-02

187.1 KB

44 чел.

Лабораторна робота №2

Трьохфазний асинхронний двигун із фазним ротором

  Мета роботи: Вивчити пристрій та принцип дії трьохфазного асинхронного двигуна із фазним ротором; навчитись виконувати пуск та реверс асинхронного двигуна; зняти та проаналізувати ро-бочі характеристики асинхронного двигуна.

  Загальні відомості

  Асинхронні двигуни – найбільш поширені із електричних двигунів. Із загальної кількості ефект-родвигунів, що експлуатуються у народному господарстві, асинхронні складають близько 90%. Це обумовлено простотою їх конструкції та значною експлуатаційною надійністю.

  Пристрій асинхронного двигуна у спрощеному вигляді показано на рисунку 2.1.

  Асинхронний двигун складається із двох основних частин: нерухомої – статору і рухомої – ротору.

  Статор – уявляє собою корпус 1 із запресованим у ньому циліндричним осердям 2, на внутрішній поверхні якого у спеціальних пазах укладена трьохфазна обмотка 3.

  Для зменшення втрат потужності в сталі, осердя статору набирається із ізольованих одне від одного листів електротехнічної сталі. Обмотка статору виконується таким чином, щоб після її підк-лючення до мережі трьохфазного змінного струму, створювалось обертове магнітне поле.

  На валу двигуна закріплене циліндричне осердя ротора 4. У пазах якого розміщується обмотка 5. Осердя ротору також набирається із листової електротехнічної сталі. В залежності від конструкції обмотки ротора розрізняють двигуни із фазним і короткозамкненим ротором. У двигунів із фазним ротором обмотки ротора і статора аналогічні. Затискачі обмотки ротора підключаються до контак-тних кілець і через щітки з'єднуються із зовнішнім колом. Обмотка ротора двигуна із короткозамк-неним ротором виконується у вигляді металевих стержнів, які на торцях з'єднуються один з одним (замикаються накоротко) металевими кільцями. Короткозамкнена обмотка не може бути ввімкнена у зовнішнє коло.

Рисунок 2.1 – Пристрій асинхронного двигуна

 

  При підключенні двигуна до мережі трьохфазного змінного струму, обмоткою статора створює-ться постійне за величиною, але обертове у просторі із частотою n1 магнітне поле.

  Частота обертання поля залежить від частоти трьохфазного струму ƒ1, що живить обмотку, і чис-ла пар полюсів цієї обмотки р:

 ƒ1.       (2.1)

  Обертове магнітне поле перетинає обмотки статору і ротору. Завдяки цьому у обмотці статору наводиться ЕРС Е1, а у обмотці ротору – Е2;

  ƒ1,     (2.2)

ƒ2.     (2.3)

  ЕРС Е2 викликає струм ротору І2, за рахунок взаємодії якого із обертовим магнітним полем, ви-никає обертовий момент, під дією якого ротор почне обертатись у напрямку обертання поля із час-тотою n. Для зміни напрямку обертання поля, відповідно, і ротора, необхідно змінити порядок змі-ни фаз при підключенні обмотки статору до джерела трьохфазної напруги. Частота обертання поля n1, завжди більше частоти обертання ротора n. Співвідношення між частотами обертового поля і ротору оцінюється величиною, яка називається ковзанням S:

  .       (2.4)

 У сучасних асинхронних двигунах ковзання при номінальному навантаженні складає 0.015 – 0.05.

 Електрична рівновага кожної фази статору характеризується рівнянням:

  .   (2.5)

  Опір фазних обмоток статору z1 звичайно невеликий, тому падіння напруги z1∙I1 не перевищує 0.05U1 при номінальному навантаженні двигуна.

  ЕРС E2, що індуктована в обмотці ротору, врівноважена падінням напруги у активному г2 і індук-тивному х2 опорі розсіювання цієї обмотки, тому рівняння електричної рівноваги кола ротора записується як

  .     (2.6)

  Із рівняння (2.6) виходить, що струм ротору

  або

    ,      (2.7)

 

  де      – е.р.с, наведена в обмотці ротора, коли він не рухомий;

              – індуктивний опір розсіювання фази обмотки не рухомого ротора.

  При пуску двигуна S = 1 і, як випливає з виразу (2.7), струм ротора I2, а значить і струм статора I1 будуть максимальними. При прямому ввімкнені асинхронного двигуна пусковий струм перевищує номінальний в 5-7 раз. Для обмеження пускового струму двигунів з фазним ротором на час пуску в коло ротора вмикають додатковий активний опір. Збільшення активного опору кола ротора обумо-влює збільшення пускового моменту двигуна (рисунок 2.2).

1 – природна (r = 0); 2 – штучна (r ≠ 0).

Рисунок 2.2 – Механічні характеристики асинхронного двигуна:

  Обертовий магнітний потік створюється сумісною дією намагнічуючих сил статора і ротора, які залежать від кількості фаз статора m1, ротора m2, а також від обмоточних коефіцієнтів Коб1 і Ко62.

                                             .                       (2.8)

  Це рівняння називають рівнянням магніторушійних сил асинхронного двигуна. На підставі (2.8) струм статора можемо представити в вигляді намагнічуючої і компенсуючої размагнічуваної дії струму ротора (приведений струм ротора):

.    (2.9)

  За рахунок намагнічуваної складової І0 асинхронний двигун споживає порівнянно великий струм холостого ходу Іхх = (0.20.6)∙І.

  Важливе значення при оцінці механічних властивостей двигуна має залежність n = ƒ(М), що на-зивається механічною характеристикою. Механічну характеристику можна побудувати на підставі залежностей:

  .       (2.10)

                                                 .                                  (2.11)

  Характерними точками на механічній характеристиці (рисунок 2.2) є:

  а) пусковий момент МП тобто момент, що виникає в першу мить після підключення двигуна, ко-ли n = 0; щоб двигун можна було запустити, його пусковий момент повинен бути більше моменту навантаження;

  б) максимальний (критичний) момент Ммах, який здатен розвинути двигун; від величини макси-мального моменту залежить перенавантажувальна здатність двигуна, тобто здатність короткочасно витримувати навантаження, більше за номінальне;

  в) номінальний момент Мн, якому відповідає довгостроково припустиме навантаження двигуна, тобто навантаження на забезпечення якого він розрахований.

  Ступінь залежності частоти обертання асинхронного двигуна від навантаження можна змінити за рахунок зміни активного опору кола ротора. Якщо в коло ротора ввести додатковий опір г, це призведе до більшої зміни швидкості при зміні навантаження на валу двигуна (рис. 2.2, крива 2). Збільшення активного опору кола ротора забезпечує збільшення пускового моменту.

  Стійка робота асинхронного двигуна при зміні навантаження на його валу має місце на ділянці механічної характеристики, яка відповідає зміні частоти n1 від n до nк.

  Крім механічної характеристики, експлуатаційні властивості асинхронного двигуна характери-зуються його коефіцієнтом потужності Cosφ, ККД η, моментом на валу М2, струмом статора І1, і частотою обертання n . Залежність цих величин від потужності на валу двигуна Р2 називають ро-бочими характеристиками асинхронного двигуна. Ці характеристики показані на рисунку 2.3.

  Асинхронний двигун витрачає електричну енергію не тільки на корисну механічну роботу і наг-рівання статора і ротора, а також періодично частково запасає її в магнітному полі машини. Тому енергетичні процеси двигуна характеризуються активною потужністю Р1 й реактивною потужні-стю Q1. Співвідношення між ними оцінюється коефіцієнтом потужності

                                                                  .             (2.12)

Рисунок 2.3 – Робочі характеристики асинхронного двигуна

  При холостому ході двигуна, коли енергія витрачається на покриття невеликих втрат у статорі і роторі, а також незначних механічних втрат, активна потужність Р1 мала, а реактивна потужність Q1 , що витрачається на збудження обертового магнітного поля – велика. Тому Сosφ1 буде низь-ким, звичайно він дорівнює 0,08-0,2.

  При збільшенні навантаження на валу двигуна активна потужність збільшується, а реактивна за-лишається практично незмінної, тому Сosφ1 зростає і досягає свого максимуму (0,75-0,9) при нава-нтаженнях, близьких до номінального. При навантаженнях, більших за номінальне, Сosφ1 знижу-ється, що пояснюється посиленням полів розсіювання, отже, більш швидким ростом реактивної по-тужності в порівнянні з активною.

  Коефіцієнт корисної дії асинхронного двигуна визначається відношенням його корисної механіч-ної потужності Р2 до потужності Р1, споживаної з мережі:

  ,      (2.13)

  де   ΔР – сумарні втрати в двигуні.

  ККД асинхронного двигуна залежить від навантаження на його валу і досягає максимуму, коли постійні втрати дорівнюють змінним. До постійних втрат відносяться; втрати в сталі ΔPc, механічні ΔPMЕХ і додаткові ΔPД. Втрати в обмотці статора , і втрати в обмотці ротора являються змінними. Момент на валу двигуна М2 зв'язаний з корисною потужністю Р2 наступним відношенням:

   .      (2.14)

  У реальній роботі в якості навантаження асинхронного двигуна використовують генератор пості-йного струму, що працює на навантажувальний опір. По вимірюванням струму генератора Іген і напрузі на його затисках Uген, а також по відомому його ККД ηген (заданий у вигляді залежності

ηген = f(Pген)) визначають потужність Р2 на валу двигуна:

                                                                       ,      (2.15)

яка потім використовується при розрахунку і побудові робочих характеристик.

  Опис лабораторної установки

  Лабораторна установка (рисунок 2.4) складається з випробовуваного асинхронного двигуна АДФ5, генератора постійного струму МПТ5 і лабораторного стенда, на якому розташована пуско-регулююча і вимірювальна апаратура.

  Струми двигуна ІА і ІС виміряються амперметрами А1 та А2, а потужність – кіловатметром, що включаються через трансформатори струму ТТ1 і ТТ2, тому межі виміру і ціна поділки цих прила-дів залежать від встановленого коефіцієнта трансформації трансформаторів струму.

Рисунок 2.4 – Схема дослідження трифазного асинхронного двигуна з фазним ротором

  Ціна поділу приладів з врахуванням КТТ визначається наступним чином:

                                                                      ,                        (2.16)

  де   Ктт – коефіцієнт трансформації трансформатора струму;

          Сn – ціна поділу вимірювального приладу.

  Швидкість обертання двигуна контролюється тахогенератором ТГ.

  Порядок виконання роботи

  1. Ознайомитися з будовою асинхронного двигуна з фазним ротором.

  2. Записати паспортні дані двигуна.

  3. Підготувати лабораторний стенд до роботи, виконавши наступні операції:

      а) зібрати схему (рисунок 2.4);

      б) поставити пусковий реостат у пускове положення (значення гн повинне бути максимальним);

      в) встановити коефіцієнти трансформації трансформаторів струму ТТ1 і ТТ2, обрані з врахуван-ням паспортних даних двигуна.

  4. Зробити пуск і реверсування двигуна.

  5. Досліджувати вплив навантаження на роботу двигуна, змінюючи її значення від нуля до номі-нального. Навантаження змінюється за рахунок зміни опору rн навантажувального генератора МПТ6. Експериментальні і розрахункові дані досліджень асинхронного двигуна з фазним ротором записати в таблицю 2.1.

  Обробка результатів експерименту

  1. Використовуючи дані досліджень, записані в таблиці 2.1, розрахувати: коефіцієнт потужності Сosφ1, корисну потужність Р2, корисний момент М2, кутову швидкість ω і коефіцієнт корисної дії η двигуна. Результати розрахунків внести у відповідні графи таблиці 2.1.

  2. На підставі даних таблиці 2.1 побудувати на одному малюнку залежності: n = f(P2), M2 = f(P2), IФ = f(P2), η = f(P2), Cosφ1 = f(P2).

  3. Проаналізувати експериментальні і розрахункові дані іспитів двигуна, а також побудовані робочі характеристики і зробити висновки по роботі.

  Результати експерименту

  Таблиця 2.1 – Дослідження асинхронного двигуна

Результати вимірювань

Результати розрахунків

ІА

ІС

UФ

Р1

n

Ur

Ir

Pr

ηr

ω

M2

cosφ1

IФ

Р2

А

А

В

Вт

Об/хв

В

А

Вт

%

Рад/с

Н*м

д/од

А

Вт

  1.  

3,4

3,4

229

450

1490

170

 0

0

0

155,95

0

0,19

3,4

0

  1.  

3,8

3,8

229

1050

1470

160

 3

480

65

153,86

4,8

0,4

3,8

738

  1.  

4

4

229

1350

1460

154

 5

770

74

152,81

6,76

0,49

4

1033

  1.  

4,3

4,4

229

1820

1440

145

 8

1160

78

150,72

10,15

0,61

4,35

1487

  1.  

4,7

4,8

229

2250

1430

130

11

1430

79

149,67

12,09

0,69

4,75

1810

  1.  

5

5,1

229

2550

1410

120

13

1560

79,5

147,58

13,3

0,735

5,05

1962

  1.  

5,2

5,4

229

2800

1400

110

15,5

1705

79.5

146,53

14,63

0,77

5,3

2144

 P = 2,8 кВт; U = 380 В; I = 6,7 A; n = 1370 об/мин

Pг = Uг*Iг = 160*3 = 480 Вт

ω = 2*π*n = 2*3,14*1470 = 153,8 рад/с

P2 = Pгг = 480/0,65 = 738 Вт

М2 = P2/ ω = 4.8 H*м

Iф = (IA + IC) / 2 = 3,8 A

Cosφ1 = P1/(Iф*Uф*3) = 0,4 д/од

Висновок: При виконанні лабораторної роботи було вивчено пристрій та принцип дії трьохфазного асинхронного двигуна із фазним ротором, навчилися виконувати його пуск та реверс. На основі лабораторних розрахунків побудували характеристики та залежності


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19790. Створення меню. Компоненти MainMenu та PopupMenu 28 KB
  1.Створення меню. Компоненти MainMenu та PopupMenu. MainMenu невізуальний на відміну від візуальних компонентів TEdit і TLabel в точності відповідних своєму зовнішньому вигляду в працюючій програмі. Це означає що хоча його видно на формі як невеликий квадрат у вікні створеної програми ...
19792. Текстові компоненти Label, Edit, Memo 26.5 KB
  Текстові компоненти Label Edit Memo Компоненти керування стандартні для Windows інтерфейсні елементи такі як головне і спливаюче меню кнопка однорядковий і багаторядковий редактори перемикачі мітки списки і деякі інші компоненти що застосовуються найчастіше. Компонен
19793. Файловий ввід/вивід. Поняття потока. Класс TFileStream 27 KB
  Файловий ввід/вивід. Поняття потока. Класс TFileStream. Файловий вводвивод реалізується по поточним стандартам.Наприклад Мова Сі абстрагує всі файлові операції перетворюючи їх на операції з потоками байтів які можуть бути як потоками введення так і потоками виведе
19794. Требования, предъявляемые к современным вычислительным сетям 17.73 KB
  Требования предъявляемые к современным вычислительным сетям Главным требование обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров объединенных в сеть. Все остальные требования производительность надежность сов
19795. Основні методи комутацій. Методи передачі даних 18.59 KB
  Існують три принципово різні схеми комутації абонентів у мережах: комутація каналів circuit switching комутація пакетів packet switching і комутація повідомлень message switching. Мережа з комутацією каналів вид телекомунікаційної мережі у якій між двома вузлами мережі повинне б...
19796. Моделі OSI. Рівень моделі OSI, їх призначення 19.93 KB
  Модель OSI англ. Open Systems Interconnection Reference Model модель взаємодії відкритих систем абстрактна модель для мережних комунікацій і розробки мережевих протоколів. Представляє рівневий підхід до мережі. Кожен рівень обслуговує свою частину процесу взаємодії. Завдяки такій структ
19797. Апаратні та програмні компоненти ЛОМ 15.56 KB
  Весь комплекс програмноапаратних засобів мережі може бути описаний багатошаровою моделлю що складається з шарів:комп'ютери чи комп'ютерні платформи;комунікаційне обладнання;операційні системи;мережеві додатки.Комп'ютериВ основі будьякої мережі лежить апаратний шар
19798. Архітектура, основні поняття і визначення глобальних мереж 19.54 KB
  Комунікаційна мережа система що складається з об'єктів що здійснюють функції генерації перетворення зберігання і споживання продукту званих пунктами вузлами мережі і ліній передачі зв'язків комунікацій з'єднань що здійснюють передачу продукту між пунктами.Відм...