71011

Дослідження однофазного асинхронного двигуна та випробування трифазного асинхронного двигуна в режимі однофазного

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Вивчити будову і принцип дії однофазного асинхронного двигуна та дослідити його робочі характеристики. У випадку коли недоцільно влаштовувати трифазну мережу битові приміщення одинокі споживачі невеликої потужності тощо прокладають однофазну мережу...

Украинкский

2014-10-31

534 KB

11 чел.

Робота 17. Дослідження однофазного асинхрон-ного двигуна та випробування трифазного асинхронного двигуна в режимі однофазного

17.1. Мета роботи

Вивчити будову і принцип дії однофазного асинхронного двигуна та дослідити його робочі характеристики. Навчитися використовувати трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором в  режимі однофазного.

17.2. Короткі теоретичні відомості

Трифазні асинхронні двигуни випускаються серійно потужністю від 90 Вт до 400 кВт і використовуються скрізь, де є доцільною трифазна мережа живлення. У випадку, коли недоцільно влаштовувати трифазну мережу (битові приміщення, одинокі споживачі невеликої потужності тощо) прокладають однофазну мережу і використовують однофазні двигуни, які потужністю до 600 Вт називають мікродвигунами.

Однофазний асинхронний двигун відрізняється від трифазного тим, що в пазах статора укладають дві однофазні обмотки: робочу, яка займає 2/3 пазів, і пускову, яка зсунута по колу статора відносно робочої обмотки на 90 градусів. Ротор двигуна короткозамкнений типу “колеса білки”.

Розташування в статорі двох зсунутих у просторі обмоток зумовлено тим, що двигун з однією обмоткою не створює при пуску (n=0) пускового моменту і двигун не може зрушитись з місця. Пояснюється це тим, що однофазна обмотка, як описано в роботі 16, створює пульсуюче магнітне поле, яке не може створити обертового моменту при пуску.

Проте , якщо ротор зовнішньою силою розкрутити в будь-яку сторону, то він буде продовжувати обертатись у цьому ж напрямку, розвиваючи певний обертовий момент. Останнє можна пояснити тим, що пульсуюче магнітне поле можна представити у вигляді суми двох полів, що обертаються з синхронною швидкістю в різні сторони.

В роботі 16 було показано, що індукція в точці, зміщеній на кут відносно осі однофазної обмотки, змінюється за законом (рівняння 16.1)

,                               /17.1/

якщо рахунок часу вести від моменту, коли індукція на осі обмотки має максимальне значення . Рівняння /17.1/ показує, що в часі (при зміні t) індукція В буде змінюватись від (t=0) до нуля , потім до . Поле, коли індукція на осі змінюється в часі від  до , називають пульсуючим.

Рис. 17.1.

Рівність /17.1/ можна представити у вигляді

.   /17.2/

Кожна складова рівності /17.2/ описує колове магнітне поле. Отже, пульсуюче магні-тне поле представляє собою суму двох колових полів, які рухаються в протилежних напрямках з кутовою швидкістю і амплітудою, яка дорівнює половині амплітуди пульсуючого поля.

На рис 17.1,а обертові магнітні поля представлені векторами  і , які рівні за амплітудами, але обертаються з однаковою кутовою швидкістю в різні сторони. Сума цих векторів дає вектор пульсуючого поля , який нерухомий у просторі.

На рис.17.1,б зображені залежності швидкості від моментів, які створюють пряме і зворотне магнітні поля. Сума цих моментів дає результуючий момент М однофазного асинхронного двигуна з однією обмоткою в статорі. Як видно з рис.17.1,б при  пусковий момент Мп= Мп1 - Мп2 =0, а при швидкості  існує обертовий момент.

Якщо при моменті сил опору Мс розкрутити ротор зовнішньою силою до швидкості  і зняти цю силу, то результуючий момент двигуна буде більшим момента сил опору  і двигун буде розганятись до швидкості , при якій настане усталений режим .

При обертанні ротора обертовий момент М1 від прямого поля, яке обертається в туж сторону, що і ротор, буде більшим, ніж момент М2 від зворотного поля, яке обертається у зворотну сторону. Цим і пояснюється існування обертового моменту у однофазного двигуна при обертанні його ротора, а також у трифазного двигуна при обриві однієї із фаз під час роботи.

Отже, для того щоби мати обертовий момент при пуску однофазного двигуна необхідно створити обертове магнітне поле. Для цього треба мати мінімум дві зсунуті по колу статора (у просторі) обмотки, по яких повинні протікати струми, зсунуті за фазою в часі. Така система обмоток і струмів утворить обертове магнітне поле, яке, обертаючись у просторі, змінюється за величиною. Таке поле називають еліптичним, бо кінець вектора поля при обертанні описує еліпс.

Еліптичне поле також розкладається на два несиметричні поля, які обертаються в протилежні сторони. Оскільки ці поля несиметричні, то виникає пусковий момент. Щоби зробити його максимальним в пазах статора розміщують додаткову (пускову) обмотку, зсунуту відносно основної на 90, і струм в пусковій обмотці зсувають у часі відносно струму в основній обмотці за допомогою фазозсуваючих елементів: конденсатора, реактора або резистора. Поле найбільше наближене до колового, і найкращі властивості двигуна одержать у тому випадку, коли фазозсуваючим елементом буде конденсатор певної ємності.

Додаткова обмотка послідовно з конденсатором може  під’єднуватись до однофазної мережі на час пуску (рис. 17.2,а) або постійно (рис.17.2,б). В обох  випадках  при  розгоні  маємо  фактично

Рис. 17.2.

двофазний асинхронний двигун, який живиться від однофазної мережі. При відключенні пускової обмотки момент, створений полем, близьким до кругового обертового, стрибком змінюється і двигун продовжує працювати як чисто однофазний. На рис.17.2,а показано, що його пусковий момент більший від пускового момента двигуна з постійно підключеною додатковою обмоткою за рахунок того, що ємність двигуна з пусковою обмоткою вибирається за умови створення колового поля при пуску, а у другому випадку – за умови створення колового поля при розрахунковому навантаженні.

Двигуни з постійно підключеною додатковою обмоткою називають конденсаторними двигунами. Вони мають кращі експлуатаційні показники: більш жорстку механічну характеристику, вищий коефіцієнт корисної дії і вищий . Тому їх використовують в пральних машинах, пилесмоках, центрифугах, холодильниках тощо.

Робочі характеристики однофазного двигуна подібні до робочих характеристик трифазного двигуна, бо вони зумовлені дією обертових магнітних полів.

Для зміни напрямку обертання однофазних двигунів необхідно поміняти місцями виводи основної або пускової обмотки.

При експлуатації трифазних асинхронних двигунів можливі аварійні випадки, коли двигун переходить в однофазний режим роботи. Це відбувається при обриві одного з трьох проводів чи перегоранні запобіжника. Якщо це відбулося при роботі двигуна, то він продовжує працювати як однофазний. При цьому збільшуються струм фази і  двигуна. Тривала робота при навантажені, близькому до номінального, призведе до перегріву обмоток і виходу двигуна з ладу. Однофазний режим роботи супроводжується характерним гудінням, яке зв’язане з тим, що зворотне магнітне поле індукує струм в роторі з частотою .

  Звичайний  трифазний  асинхронний   двигун  з  короткозамкненим

                                ротором невеликої потужності можна         використати в якості однофазного. При фазній  напрузі  220В  його  вмикають в  мережу  за схе-

мою згідно рис.17.3. При цьому напруга мережі

не повинна перевищувати фазну напругу дви-           

гуна. Величину ємності в мкФ при частоті 50Гц  

визначають за формулою:

,                            /17.3/

де  - номінальний фазний струм обмотки     

Рис. 17.3.           статора,  А;  - напруга в мережі, В.

                                         Якщо пуск двигуна потрібно проводити при

великому навантаженні, то для збільшення пускового моменту необхідно паралельно до ємності С під’єднати пускову ємність . У цьому випадку пусковий момент буде дорівнювати номінальному.

При використанні трифазного двигуна в однофазному режимі його корисна потужність складе 70...80% номінальної потужності.

Надійна робота трифазного двигуна в однофазному режимі залежить від правильного вибору конденсатора за напругою. Для схеми, наведеної на рис.17.3, напруга на конденсаторі .

В конденсаторних двигунах переважно застосовують паперові конденсатори в металевому герметичному корпусі прямокутної форми. На корпусі конденсатора вказують ємність і робочу напругу постійного струму. При вмиканні такого конденсатора в мережу змінного струму потрібно приблизно вдвічі зменшити робочу напругу. Наприклад, якщо на конденсаторі вказана напруга 600В, то робочу напругу при змінному струмі слід вважати 300В.

17.3 Програма роботи

1. Вивчити будову і принцип дії однофазного асинхронного двигуна.

2. Випробувати однофазний асинхронний двигун без пускової обмотки і з нею.

3. Дослідити основні робочі характеристики однофазного асинхронного двигуна.

4. Дослідити роботу трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором при обриві однієї із фаз.

5. Навчитися використовувати трифазний асинхронний двигун з режимі однофазного.

17.4. Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для дослідження однофазного асинхронного двигуна (рис. 17.4) складається з асинхронного двигуна з пусковою обмоткою М, механічного гальма  МГ, давача сили з цифровою індикацією ДF, тахогенератора BR, теплового реле КК і вимірювальних приладів: амперметра РА, вольтметра РV, прилада для вимірювання коефіцієнта потужності cos і спеціального триполюсного вимикача SA.

Для захисту обмотки статора від перегрівання, яке виникає при тривалому навантаженні двигуна, застосоване електротеплове реле КК. Нормально замкнені контакти якого КК розмикають коло живлення робочої обмотки РО, коли її температура досягне граничного значення.

Механічне гальмо МГ складається із шківа Ш, паса П, тензометричного давача ДF з цифровою індикацією сили в ньютонах і важеля В, за допомогою якого створюється гальмівний момент Mc=F.Rш, де F – сила натягу паса; Rш – радіус шківа в метрах.

Швидкість обертання двигуна контролюється тахогенератором BR і вимірюється приладом Р, який проградуйований в обертах за хвилину.

Спеціальний вимикач SA має три контакти: верхній контакт вмикає пускову обмотку ПО і не має механічної зачіпки, і він розмикається при відпусканні кнопки; два інші – мають зачіпки, які утримують їх в замкненому стані при відпусканні кнопки. Щоб ці контакти розімкнути, потрібно натиснути на нижню кнопку, яка діє за зачіпки.

Рис. 17.4.

Перемичка П призначена для випробовування двигуна без пускової обмотки.

Лабораторна установка для випробовування трифазного асинхронного двигуна в режимі однофазного наведена на рис. 17.5.

Рис. 17.5.

Вона складається з двигуна М, обмотка статора якого з’єднана трикутником, механічного гальма МГ, тахогенератора ВР з приладом  Р, шкала якого проградуйована в обертах за хвилину, конденсаторів С1 і С2, автоматичного вимикача SF, вимикачів SA1, SA2, SA3 і вимірювальних приладів PA, PV, .

Дія механічного гальма МП описана в роботі №16.

17.5. Порядок виконання роботи

1. Вивчаючи будову однофазного асинхронного двигуна, потрібно звернути увагу на конструктивне виконання ротора і на кількість виводів обмоток статора. Для вивчення конструкції триконтактного вимикача, потрібно натиснути на верхню кнопку і подивитися на рух контактів. Відпустивши кнопку, переконатися, що один з контактів розімкнувся, а два інші залишилися замкненими. Натиснути на нижню кнопку і переконатись, що контакти розімкнулися.

2. Схема лабораторної установки зібрана. Тому з дозволу викладача подати напругу на стенд і приступити до проведення випробувань. Для випробування роботи двигуна без пускової обмотки зняти перемичку П і ослабити пас гальма. На вал між ротором двигуна і тахогенератором туго намотати 4 – 5 витків стрічки за напрямком годинникової стрілки і утримувати в легко натягнутому стані. Увімкнути вимикач SA і переконатись, що двигун не обертається. Запам’ятайте величину струму в обмотці і це буде пусковий струм. Потягнувши стрічку до себе, надайте ротору невелику початкову швидкість і двигун повинен продовжувати розганятись. При холостому ході двигуна визначте і занесіть в табл.1 покази амперметра, вольтметра, тахогенератора і величину . Виключіть вимикач SA. Після зупинки двигуна знову намотайте стрічку на вал в напрямку проти годинникової стрілки, увімкніть вимикач SA, переконайтесь знову, що ротор не рухається, запам’ятайте величину струму, стрічкою поверніть вал і покази вимірювальних приладів при холостому ході занесіть в табл. 1.

Визначити активну, реактивну і повну потужності при холостому ході і записати їх значення в табл.1. (; ; ). При відключеному двигуні поставити перемичку П. Натиснути на верхню кнопку вимикача SA і утримувати її 2 – 3 секунди. Запам’ятайте кидок струму при пуску. Покази вимірювальних приладів при холостому ході занесіть в табл.1. Відключіть двигун, поміняйте місцем кінці пускової обмотки П1 і П2. Увімкніть двигун. Експериментальні дані занесіть в табл. 1. Визначити потужності.

Таблиця 1

№п/п

Способи пуску

Без пускової обмотки

З пусковою обмоткою

Параметри

Оберт. вправо

Оберт. вліво

Оберт. вправо

Оберт. Вліво

1

Пусковий струм, А

2

Струм хол. ходу, А

3

Швидкість хол. ходу, об/хв.

4

сosφ при хол. ході

5

Напруга живлення, В

6

Потужність хол. ходу, Вт

Акт.

Реак.

Повна

На підставі експериментальних і розрахункових даних зробити висновки про пуск однофазного двигуна без пускової обмотки і з нею.

3. Дослідження роботи двигуна під навантаженням починають з режиму холостого ходу. Для цього потрібно запустити двигун і покази вимірювальних приладів записати в табл. 2. Після, навантажуючи двигун за допомогою гальма, записати покази  вимірювальних приладів для струмів, вказаних в табл. 2.

Вирахувати момент на валу двигуна М, потужності Р1 і Р2, і коефіцієнт корисної дії η за формулами , де  - радіус шківа, ;  і . За експериментальними і розрахунковими даними побудувати в одних координатах механічну характеристику  і залежності М, n, cosφ, і η від Р2.

Таблиця 2

№ п/п

Виміряно

Вичислено

І, А

U, В

n, об/хв

cosφ

F, Н

М, Н*м

Р1, Вт

Р2, Вт

η

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Іх.х

0.25Ін

0.5Ін

0.75Ін

1.0Ін

1.25Ін

4. Дослідження роботи трифазного асинхронного двигуна в режимі однофазного проводять на стенді, схема якого наведена на рис. 17.5.

Щоби визначити, що змінюється при переході двигуна від трифазного режиму до однофазного, спочатку випробувати його, як трифазного в режимах холостого ходу і номінального, який створити за допомогою гальма . Покази вимірювальних приладів занести в табл. 3.

При холостому ході двигуна вимкнути вимикач SА1. Двигун перейде в режим однофазного. Покази приладів занести в табл. 3. Далі створити гальмом номінальне навантаження (І=Ін) і дані вимірювань записати.

Вимкнути двигун. Коли його швидкість зменшиться в 5-6 разів, увімкнути вимикач SF і переконатись, що двигун почне розганятись. Знову вимкнути двигун. Після зупинки ротора увімкнути на 1...2 секунди вимикач SF і переконатися, що ротор не рухається.

Вимикачем SА2 під’єднайте ємність С1 і увімкніть вимикач SF. Покази вимірювальних приладів при холостому ході і номінальному навантаженні занесіть в табл. 3. Не знімаючи гальма виключати двигун. Колі він зупиниться, знову включити і спостерігати за валом двигуна не довше 1...2 секунд. Після вимикачем SА3 під’єднати ємність С2 – двигун почне розганятись. Результати вимірювань для режимів номінального і холостого ходу занести в табл. 3.

Таблиця 3

№ п/п

Режим роботи двигуна

Виміряно

Вичислено

І,

А

U, В

n, об/хв

cosφ

F1-F2, кг

М, Н*м

Р1, кВт

Р2, кВт

η

1

Трифазний

Холостий хід

Ном. навантаж

Ін

2

Однофазний

Холостий хід

Ном. навантаж

Ін

3

Однофазний з ємністю С1

Холостий хід

Ном. навантаж

Ін

4

Однофазний з ємністю С1 і С2

Холостий хід

Ном. навантаж

Ін

За даними вимірювань вичислити момент , де  і

- покази динамометрів;  - радіус шківа. Активну Р1 і корисну Р2 

потужності та коефіцієнт корисної дії η вирахувати за формулами які були наведені вище.

На підставі експериментальних і розрахункових даних провести аналіз зміни, які відбуалися в двигуні при переході від трифазного режиму до однофазного, і впливу ємностей на показники роботи двигуна.

17.6. Контрольні запитання

1. Чим конструктивно відрізняється однофазний асинхронний двигун від трифазного?

2. Яке магнітне поле створює однофазна обмотка статора  однофазного двигуна?

3. Які існують способи пуску однофазних асинхронних двигунів?

4. Як здійснюють зміну напрямку обертання однофазних асинхронних двигунів?

5. Які переваги мають конденсаторні однофазні асинхронні двигуни?

6. Як можна змінювати величину пускового моменту однофазного асинхронного двигуна?

7. За якої умови працюючий трифазний асинхронний двигун переходить в режим однофазного?

8. Чи можна при обриві провода в мережі живлення пустити трифазний асинхронний двигун?

9. Що треба зробити, щоби  трифазний асинхронний двигун працював в режимі однофазного?

10. Які засоби використовують для збільшення пускового момента трифазного асинхронного двигуна в режимі однофазного?

203


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4787. Простые типы данных. Линейные программы 99.5 KB
  Простые типы данных. Линейные программы Заголовок программы. Константы и их использование. Раздел констант. Переменные программы. Раздел переменных. Стандартные простые типы данных: Тип данных Integer Тип данных Real...
4788. Структурное программирование на языке Pascal 156.5 KB
  Структурное программирование. Основные управляющие структуры. Основные структуры данных. Методология программирования сверху-вниз. Пример: Решение системы линейных уравнений. Проектирование модулей. Модуль RAT. Оформление модуля...
4789. Ветвящиеся программы. Тип данных Boolean 96 KB
  Ветвящиеся программы 1.Понятие условия. Тип данных Boolean (логический). 2.Составной оператор. 3.Выбирающие операторы: условный оператор. 4.Ветвящиеся программы. Пример. 5.Оптимизация ветвящихся программ по времени. 6.Скалярный тип. 7.Выбирающие опе...
4790. Графика в системе программирования TP-6 86 KB
  Графика в системе программирования TP-6. Графический экран. Виды графических адаптеров. Графический модуль GRAPH. Задача построения графика функции. Работа с текстами и ввод-вывод в графическом экране. Рекурсивные описания в графике. Работа ...
4791. Система программирования Вorland Рascal 7.0. Техника программирования структур управления алгоритмов 54 KB
  Система программирования Вorland Рascal 7.0. Цель: Первоначальное знакомство с технологией программирования в среде Вorland Рascal 7.0. Опорные знания: Начальные знания языка программирования Паскаль. Операционные среды Windows, MS DOS + Norto...
4792. Алгоритмы. Императивный подход. О понятии алгоритма. Декларативный подход 132.5 KB
  Алгоритмы. Императивный подход. Содержательное понятие алгоритма. Точное математическое определение алгоритма и изучение этого понятия - предмет специальной математической дисциплины - теории алгоритмов, которая, в свою очередь, опирается на...
4793. Концепция императивного язык программирования 83 KB
  Концепция императивного язык программирования. Основная задача программирования. Краткая история языков программирования. Языки программирования (ЯП) как формальные языки описания алгоритмов. Структура языка программирования. О синтаксисе и семантик...
4794. Концепция данных в программировании 80.5 KB
  Концепция данных Элементарные конструкции языка программирования: алфавит, данные, имена. Типы данных. Вычислительные структуры (многосортные алгебры) как формальные средства описания данных. Носители и сигнатуры, формы записи. Термы. Интерпретации ...
4795. Операторы управления языка Паскаль 89.5 KB
  Операторы управления ЯП Операторы выбора: типы, синтаксис и семантика. Выбирающие операторы ЯП Паскаль. Техника программирования ветвлений. Операторы повторения: типы, синтаксис и семантика. Техника программирования циклов...