87867

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом обусловленным переходом ротора и механически связанных с ним частей исполнительного механизма из состояния покоя в состояние равномерного вращения когда вращающий момент двигателя уравновешивается суммой противодействующих моментов...

Русский

2015-04-24

961.71 KB

1 чел.

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА  

Цель работы: изучить существующие способы пуска асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока, изучить лабораторный стенд и произвести пуск этих двигателей.

1.1. Основные теоретические положения

1.1.1. Пусковые свойства асинхронного двигателя (АД).

Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом, обусловленным переходом ротора и механически связанных с ним частей исполнительного механизма из состояния покоя в состояние равномерного вращения, когда вращающий момент двигателя уравновешивается суммой противодействующих моментов, действующих на ротор двигателя.

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока значением пускового момента. Двигатель, обладающий хорошими пусковыми свойствами, развивает значительный пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе. Улучшить пусковые свойства двигателя можно увеличением активного сопротивления цепи ротора, так как в этом случае уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. В то же время напряжение, подаваемое на обмотку статора по-разному влияет на пусковые параметры двигателя: с уменьшением напряжения пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно уменьшается пусковой момент. Целесообразность применения того или иного способа для улучшения пусковых свойств двигателя определяется конкретными условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые предъявляются к его пусковым свойствам.

Помимо пусковых значений тока и момента пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой операции, ее экономичность (стоимость и надежность пусковой аппаратуры и потери энергии в ней).

1.1.2. Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Пуск непосредственным включением в сеть. Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный недостаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке статора возникает большой пусковой ток, в пять – семь раз превышающий номинальный ток двигателя, который может привести к заметному падению напряжения сети. При небольшой инерционности исполнительного механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмотки статора. Однако этот способ пуска благодаря своей простоте получил наибольшее применение для двигателей мощностью до 30–50 кВт и более (при достаточном сечении жил токоподводящего кабеля). При необходимости уменьшения пускового тока двигателя применяют какой-либо из способов пуска короткозамкнутых двигателей при пониженном напряжении.

Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя прямо пропорционален подведенному напряжению, уменьшение которого вызывает соответствующее уменьшение пускового тока. Для уменьшения подводимого напряжения к двигателю существует несколько способов.

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора «треугольником», можно применить пуск переключением обмотки статора со «звезды» на «треугольник». При этом фазное напряжение на статоре и  ток в фазных обмотках понижается в √3 раз и линейный ток становится равным фазному. При пуске обмотка статора подключается «звездой», после достижения ротором частоты вращения близкой к установившейся, быстро меняют с помощью переключателя соединение со «звезды» на «треугольник» и фазные обмотки двигателя оказываются под номинальным напряжением. Возникший при этом бросок тока  является незначительным.

Рассмотренный способ пуска имеет существенный недостаток – уменьшение фазного напряжения в √3 раз сопровождается уменьшением пускового момента в три раза, так как пусковой момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения. Из-за значительного снижения пускового момента такой способ не применяется для пуска двигателей при значительной нагрузке на валу.

Уменьшить подводимое напряжение можно посредством реакторов (реактивных катушек – дросселей), либо через понижающий автотрансформатор. Такие способы пуска сопровождаются уменьшением пускового момента. С точки зрения пускового тока и пускового момента автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, так как при реакторном пуске пусковой ток в питающей сети уменьшается в раз, а при автотрансформаторном – в раз. Но некоторая сложность пусковой операции и повышенная стоимость пусковой аппаратуры (понижающий автотрансформатор и переключающая аппаратура) несколько ограничивают применение этого способа пуска асинхронных двигателей.

1.1.3. Пуск двигателей с фазным ротором.

Наличие контактных колец у двигателей с фазным ротором позволяет подключить к обмотке ротора пусковой реостат (ПР). При этом увеличивается активное сопротивление цепи ротора.  

При выборе сопротивления пускового реостата исходят из условий пуска двигателя: если двигатель включают при значительном нагрузочном моменте на валу, сопротивление пускового реостата выбирают таким, чтобы обеспечить наибольший пусковой момент, если же двигатель включают при небольшом нагрузочном моменте на валу, когда пусковой момент не имеет решающего значения для пуска, целесообразно выбрать сопротивление ПР несколько большего значения, соответствующего наибольшему пусковому моменту. В этом случае пусковой момент оказывается несколько меньшим наибольшего значения, но зато пусковой ток значительно уменьшается.

Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременное протекание тока, а поэтому при переключении ступеней пускового реостата нельзя долго задерживать на промежуточных ступенях, так как сопротивления реостата могут перегореть. По окончании процесса пуска обмотка ротора замыкается накоротко.

В заключение отметим, что в асинхронных двигателях с фазным ротором обеспечивается наиболее благоприятное соотношение между пусковым моментом и пусковым током: большой пусковой момент при небольшом пусковом токе (в два-три раза больше номинального). Однако следует помнить и о недостатках пусковых свойств этих двигателей: некоторая сложность, продолжительность и неэкономичность пусковой операции, связанная с непроизводительным расходом электроэнергии на нагрев пускового реостата.

1.1.4. Пуск двигателя постоянного тока

Величина тока якоря в двигателе постоянного тока зависит от противо-ЭДС. Наибольшего значения ток якоря достигает при пуске двигателя вход. В начальный момент пуска якорь двигателя неподвижен и в его обмотке не индуцируется ЭДС. Поэтому при непосредственном подключении двигателя к сети в обмотке его якоря возникает пусковой ток

      (1)

Обычно сопротивление цепи обмотки невелико, поэтому значение пускового тока достигает недопустимо больших значений, в 10–20 раз превышающих номинальный ток двигателя.

Такой большой пусковой ток весьма опасен для двигателя. Во-первых, он может вызвать в машине круговой огонь, а во-вторых, при таком токе в двигателе развивается чрезмерно большой пусковой момент, который оказывает ударное действие на вращающиеся части двигателя и может механически их разрушить. И наконец, этот ток вызывает резкое падение напряжения в сети, что неблагоприятно отражается на работе других потребителей, включенных в эту сеть. Поэтому пуск двигателя непосредственным подключением в сеть (безреостатный пуск) обычно применяют для двигателей мощностью не более 0,7–1,0 кВт. В этих двигателях благодаря повышенному сопротивлению обмотки якоря и небольшим вращающимся массам значение пускового тока лишь в 3–5 раз превышает номинальный, что не представляет опасности для двигателя. Что же касается двигателей большей мощности, то при их пуске для ограничения пускового тока используют пусковые реостаты, включаемые последовательно в цепь якоря (реостатный пуск).

Пусковой ток якоря при полном сопротивлении пускового реостата можно определить по следующему выражению:

    (2)

С появлением тока в цепи якоря возникает пусковой момент под действием которого начинается вращение якоря. По мере нарастания частоты вращения увеличивается противо-ЭДС, что ведет к уменьшению пускового тока и пускового момента.

Общая продолжительность реостатного пуска зависит от мощности двигателя, инерционности якоря и вращающихся частей исполнительного механизма. Сопротивление пускового реостата выбирают обычно таким, чтобы наибольший пусковой ток превышал номинальный не более чем в два-три раза.

Для пуска двигателей большей мощности применять пусковые реостаты нецелесообразно, так как это вызвало бы значительные потери энергии. Кроме того, пусковые реостаты были бы громоздкими. Поэтому в двигателях большой мощности применяют безреостатный пуск двигателя путем понижения напряжения. Примерами этого являются пуск тяговых двигателей электровоза переключением их с последовательного соединения при пуске на параллельное при нормальной работе или пуск двигателя в схеме «генератор – двигатель».

1.2. Программа и порядок выполнения работы

1.2.1. Произвести пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором непосредственным включением в сеть.

1) Собрать схему, показанную на рис. 1.2 (после сборки схемы показать ее для проверки преподавателю).

Рис. 1.2. Схема пуска АД

2) На блоке «Модуль добавочных сопротивлений №1» установить переключатель SA1 в положение «0», что соответствует короткому замыканию в цепи ротора асинхронного двигателя.

3) Подать напряжение на лабораторный стенд с помощью автоматического выключателя QF1 блока «Модуль питания стенда».

4) Включить тумблер «Сеть» блока «Модуль измерителя мощности». Очистить память модуля кнопкой «RESET», с помощью кнопки «DISPLAY» выбрать режим «∑» для индикации среднего значения тока (A), среднего значения линейного напряжения (V) и коэффициента мощности (PF).

5) Произвести пуск АД с помощью автоматического выключателя QF2 блока «Модуль питания».

6) На блоке «Модуль измерителя мощности» кнопкой «MAX» выставить режим «MAX». Максимальное среднее значение тока, отображенного на индикаторе, умножить на коэффициент интегрирования 1,75 для прибора, записать полученное значение пускового тока в таблицу 1.1.

7) После достижения двигателем установившейся скорости вращения с помощью блока «Модуль измерителя мощности» записать следующие параметры: среднее значение тока и линейного напряжения, активная и реактивная мощность, энергия, коэффициент мощности, частота питающей сети. По индикации блока «Датчик скорости» записать частоту вращения ротора АД на холостом ходу и рассчитать величину скольжения для четырехполюсной машины. Заполнить таблицу 1.1.

8) ВНИМАНИЕ! После завершения эксперимента обесточить схему и лабораторный стенд.

1.2.2. Произвести пуск асинхронного двигателя с фазным ротором (АД с ФЗР) с помощью пускового реостата.

1) Используя схему рис. 1.2, к разъемам XS1 и XS2 блока «Силовой модуль» подключить стрелочный амперметр PA2 блока «Модуль измерительный» (схему показать преподавателю).

2) На блоке «Модуль добавочных сопротивлений №1» переключателем SA1 выбрать заданное преподавателем значение сопротивления, введенного в цепь фазного ротора АД.

3) Произвести пуск АД с ФЗР выполнив п. п. 3-5 п. 1.3.1. В момент подачи напряжения на схему по стрелочному амперметру зафиксировать максимальное отклонение стрелки прибора, что соответствует пусковому току. Записать полученное значение в таблицу 1.1.

4) При включенном сопротивлении дождаться установившейся частоты вращения ротора АД и записать все параметры в таблицу 1.1 (см. п. п. 7 п. 1.3.1).

5) ВНИМАНИЕ! После завершения эксперимента обесточить схему и лабораторный стенд.

 

Таблица 1.1

Экспериментальные и расчетные данные

Схема

Rпр, Ом

Iп, А

Uл, В

Р, Вт

Q, вар

W, кВт/ч

cos φ

f, Гц

n, об/мин

S

1

АД с КЗР

0

2

АД с ФЗР

задается

3

АД и ПЧ

0

 

1.2.3. Произвести пуск асинхронного двигателя с использованием преобразователя частоты.

1) Рассчитать значение синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1 для различных частот питающего напряжения f. Занести расчеты в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Экспериментальные и расчетные данные

Параметры

Частота питающего напряжения f, Гц

10

20

30

40

50

n1, об/мин

n, об/мин

S

2) Собрать схему, показанную на рис. 1.3. Проверить наличие соединения между точками X1 и X2 блока «Преобразователь частоты» (после сборки схемы показать ее для проверки преподавателю).

Рис. 1.3. Схема пуска АД

2) Установить органы управления блока «Частотный преобразователь» в исходное положение: ручку потенциометра RP1 установить в крайнее левое положение, переключателем SA2 выбрать направление вращения, переключателем SA3 выбрать режим «Скорость». На блоке «Модуль добавочных сопротивлений №1» установить переключатель SA1 в положение «0».

3) Подать напряжение на стенд с помощью автоматического выключателя QF1 «Модуля питания стенда», а затем на схему – QF2 «Модуля питания».

4) Перевести переключатель SA1 в положение «Разрешение».

5) Плавно поворачивая ручку потенциометра RP1 вправо, тем самым увеличивая частоту подаваемого напряжения на обмотку статора, выставить на выходе преобразователя напряжение разной частоты (см. таблицу 1.2), контролируя по индикатору преобразователя значение n1, рассчитанное в п. п. 1.

6) Для каждого рассчитанного значения n1 записать показания индикатора блока «Датчик скорости» в таблицу 1.2.

7) Для максимальной синхронной частоты, используя «Модуль измерителя мощности», заполнить таблицу 1.1 (см. п. п. 7 п. 1.3.1).

8) Произвести остановку АД, уменьшая частоту подаваемого напряжения, с помощью потенциометра RP1, отключить тумблер SA1. Обесточить схему и стенд.

9) Рассчитать величину скольжения для каждой частоты вращения ротора n, результаты расчета занести в таблицу 1.2.

1.2.4. Пуск двигателя постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения с помощью пускового реостат (ПР).

1) Произвести расчет сопротивления пускового реостата, необходимого для включения в цепь обмотки якоря ДПТ, для ограничения пускового тока (Iп=(1,5÷3)·Iан). Коэффициент для ограничения пускового тока указывается преподавателем, расчетные формулы находятся в теоретической части, паспортные данные ДПТ – в приложении. Данные записать в таблицу 1.3.

2) Собрать схему, показанную на рис. 1.4 (после сборки схемы показать ее для проверки преподавателю).

Рис. 1.4. Схема пуска ДПТ с использованием пускового реостата.

3) На блоке «Модуль добавочных сопротивлений №1» установить переключатель SA1 в положение, соответствующее ближайшему большему значению сопротивления пускового реостата, рассчитанного в п. п. 1.

4) Подать напряжение на стенд с помощью автоматического выключателя QF1 «Модуля питания стенда».

5) Подать напряжение на обмотку возбуждения с помощью включателя «Сеть» блока «Тиристорный преобразователь» и перевести переключатель SA1 в положение «Iв» для индикации тока возбуждения.

6) Произвести пуск двигателя постоянного тока с помощью автоматического выключателя QF2 одновременно фиксируя максимальное отклонение стрелки амперметра, соответствующее пусковому току. Занести показания в таблицу 1.3.

7) Вывести сопротивление из цепи якоря, переводя переключатель SA1 блока «Модуль добавочных сопротивлений №1» в положение «0», и записать значения тока якоря, тока возбуждения, напряжения якоря и частоты вращения в режиме холостого хода в таблицу 1.3.

8) Обесточить схему и стенд.

Таблица 1.3

Экспериментальные и расчетные данные

Способы пуска ДПТ

Параметры ДПТ

Iп, А

Rп, Ом

Iя хх, А

Uя, В

Iв, А

nхх, об/мин

Uн, В

Iян, А

rя, Ом

Дано

Опыт

Расчет

Опыт

Посредством пускового реостата

Посредством тиристорного преобразователя

«Вперед»

-

-

-

-

«Назад»

-

-

-

-

1.3.5. Пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения с помощью тиристорного преобразователя.

1) Собрать схему, показанную на рис. 1.5 (после сборки схемы показать ее для проверки преподавателю).

Рис. 1.5. Схема пуска ДПТ с использованием тиристорного преобразователя.

2) Установить органы управления блока «Тиристорный преобразователь» в исходное положение: ручку потенциометра RP1 (Uупр) установить в крайнее левое положение, переключателем SA5 выбрать направление вращения, переключателем SA3 выбрать режим «Скорость».

3) Подать напряжение на стенд с помощью автоматического выключателя QF1 «Модуля питания стенда».

4) Подать напряжение на обмотку возбуждения с помощью включателя «Сеть» блока «Тиристорный преобразователь» и перевести переключатель SA1 в положение «Uя» для индикации напряжения на обмотке якоря.

4) Перевести переключатель SA5 в положение «Разрешение».

5) Плавно поворачивая ручку потенциометра RP1 вправо, тем самым увеличивая величину подаваемого напряжения на обмотку якоря, выставить на выходе преобразователя номинальное напряжение, контролируя его по индикатору преобразователя.  В таблицу 1.3. записать значения тока якоря и возбуждения и частоту вращения якоря.

6) Произвести остановку ДПТ, уменьшая напряжение на обмотке якоря. Отключить тумблер SA6. Изменить направление вращения на обратное и повторить п. п. 5.

7)  Обесточить схему и стенд.

1.3. Контрольные вопросы

1.3.1. По итогам проведенных экспериментальных исследований различных методов пуска провести сравнительный анализ и сделать вывод об эффективности использования того или иного способа пуска.

1.3.2. Как можно изменить направление вращения асинхронного двигателя при прямом пуске?

1.3.3. Как можно изменить направление вращения двигателя постоянного тока при пуске через пусковой реостат?

1.3.4. Какие из рассмотренных способов пуска машин переменного и постоянного тока являются наиболее экономичными с точки зрения энергопотребления и какие с точки зрения финансовых затрат? Дать объяснение.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24768. Сущность, содержание и структура системы национальной безопасности государства 42.5 KB
  Под национальной безопасностью страны необходимо понимать систему элементов связей и отношений обеспечивающую реализацию жизненно важных политических экономических военных гуманитарных экологических информационных и других интересов личности общества и государства. Национальные интересы – объективные потребности гражданина общества и государства вытекающие из особенностей социальноэкономического и политического устройства государства уровня его экономического развития исторически сложившегося места в международном разделении...
24769. Гражданские правоотношения: понятие, элементы, виды 109.5 KB
  Гражданские правоотношения: понятие элементы виды Гражданские правоотношения – общественные отношения урегулированные нормами ГП это связь субъектов наделенных взаимными правами и обязанностями.Субъекты: лица обладающие гражданскими правами и несущие гражданские обязанности в связи с участием в конкретном гражданском правоотношении.Объекты определенные цели на достижение которых направлены те или иные права. характер санкций применяемый в гражданском праве: Меры принуждения имеют имущественный характер и санкции являются...
24770. Экономическое понятие собственности и ее основные формы 213.5 KB
  В каждой стране в экономике имеется государственный сектор экономики что представляет общую черту современного рыночного хозяйства. В России предприятия государственного сектора экономики подразделяются на федеральные и муниципальные. Можно выделить следующие типы экономических систем: система современной рыночной экономики; система смешанной экономики; система традиционной нерыночной экономики; система административнокомандной экономики. Система современной рыночной экономики сегодня является доминирующей по причине высокой...
24771. Финансово-кредитная система РФ, ее структура и принципы формирования 197.5 KB
  Распределительная функция государственных и муниципальных финансов заключается в том что через распределение и перераспределение вновь созданной стоимости обеспечиваются общегосударственные потребности формируются источники финансирования общественного сектора экономики достигается сбалансированность бюджетов и внебюджетных фондов в рамках единой бюджетной системы РФ. Особую роль играет процесс перераспределения доходов между различными уровнями бюджетов. Бюджетная система Российской Федерации состоит из бюджетов трех уровней:...
24772. Предмет региональной экономики и управления. Место региональной экономики и управления в современной системе наук 116 KB
  Место региональной экономики и управления в современной системе наук. Главными составляющими предмета региональной экономики и управления являются: экономика отдельного региона; экономические связи между регионами; региональные системы национальная экономика как система взаимодействующих регионов; размещение производительных сил как процесса стихийного или целенаправленного распределения по территории средств производства и людей занятых в производстве; региональные аспекты экономической жизни экономику производства инвестиционного...
24773. Территориальные факторы и особенности расселения населения 80 KB
  Территориальные факторы и особенности расселения населения Размещение населения показывает распределение жителей по отдельным частям территории страны. Показателями размещения являются численность населения или доля от общей численности и плотность населения количество жителей на единицу площади. Если динамика населения страны в целом зависит в основном от естественного движения населения то изменение размещения населения внутри России связано в основном с миграционными процессами. Подавляющее большинство населения России проживает в...
24775. Сущность и значение управления 136 KB
  Сущность и значение управления. Деятельность любой организации требует управления без которого невозможно не только ее эффективное функционирование и развитие но и само существование. Особенностью современного управления является его направленность на эффективное ведение хозяйства в условиях дефицитности ресурсов постепенное уменьшение регулирования производства административными методами интенсификацию производства. Под управляющим воздействием понимается воздействие на объект управления направленное на достижение цели управления.
24776. Организация связей с общественностью в системе государственного и муниципального управления: общее и особенное 71.5 KB
  Организация связей с общественностью в системе государственного и муниципального управления: общее и особенное. Так что к основным функциональным задачам ПР в системе госуправления можно отнести: участие в демократизации государственного управления содействие становлению гражданского общества. Существует прямая зависимость между уровнем управления и особенностями служб ПР: в региональных и муниципальных органах власти широко реализуется коммуникативная функция и общение с гражданами постоянно и организованно. Возможности ПР могут быть...