Учебное пособие: Методические указания к лабораторным работам по асинхронным машинам для студентов специальности 140604 Липецк 2009

Федеральное агентство по образованию

Липецкий государственный технический университет

Кафедра электропривода

И.Б. Битюцкий

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по асинхронным машинам

для студентов специальности 140604

Липецк – 2009

621.313(07)

Б 66

Методические указания утверждены на заседании кафедры электропривода

«____» __________2009г. , протокол №

Рецензет – А.А. Красичков

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Перед началом работы все выключатели питания должны быть в положении «отключено».

- При сборке схемы избегать натяжения проводов. Обратить особое внимание на качество соединений проводов; там, где это возможно, ставить наконечники проводов под зажим.

- После сборки схемы убрать с рабочего места лишние провода, приборы, книги и пр., а также освободить проход к рабочему месту.

- Не включать схему без проверки ее руководителем занятий или лаборантом.

- Перед включением схемы убедиться, чтобы никто не касался токоведущих элементов схемы или подвижных частей машины.

Без предупреждения схему не включать.

- Не стоять против незакрытых вращающихся соединительных муфт и дисков.

- При возникновении каких-либо неисправностей немедленно отключить питание схемы и сообщить об этом руководителю занятий.

- Не производить пересоединений в схеме, находящейся под напряжением.

- Запрещается оставлять без присмотра включенные схемы.

- По окончании работы в первую очередь отключить питание, а затем разобрать схему.

УКАЗАНИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ОТЧЕТА ПО
ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Отчет выполняется по образцу, вывешенному в лаборатории, и должен содержать:

Паспортные данные

Схему установки

Таблицы с опытными и расчетными данными

Основные расчетные формулы

Графики

Выводы

Лабораторная работа №8

«ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ С ПОМОЩЬЮ КРУГОВОЙ ДИАГРАММЫ»

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Круговая диаграмма позволяет построить рабочие и механические характеристики асинхронного двигателя на основе опытов холостого хода и короткого замыкания

В этой лабораторной установке объектом исследования является трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором. В цепь фазного ротора с целью регулирования скорости вращения, тока, момента и коэффициента мощности можно вводить различные элементы – как пассивные так и активные. В этом заключаются его существенные преимущества перед короткозамкнутым ротором.

Электрическая схема лабораторной установки показана на рис. 1. В качестве нагрузки на валу исследуемого двигателя установлен электромагнитный тормоз ЭТ. Источником регулирования трехфазного напряжения служит трансформатор РН. Переключатель П позволяет измерять трехфазную мощность с помощью однофазного ваттметра как модуль алгебраической суммы показаний Р^\ и Р^\\ в положениях 1 и 2.

Цель работы – сопоставление характеристик, рассчитанных по круговой диаграмме, с опытными.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Записать паспортные данные двигателя.

Снять механические характеристики двигателя n=f(M₁ ) при U₁ =U_1н =const, f₁ =f_1н =const:

a) с ротором, замкнутым накоротко;

б) с добавочным трехфазным активным сопротивлением r_д , введенным в цепь ротора

Провести опыт холостого хода.

Провести опыт короткого замыкания.

Снять рабочие характеристики двигателя М₂ , I₁ , η, cosφ, n=f(P₂ ) при U₁ =U_1н =const, f₁ =f_1н =const.

ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

Перед началом каждого опыта рукоятку конроллера пускового реостата ПР необходимо ставить в исходное положение, а потенциометр ПТ – установить на”0”.

Габариты и параметры двигателя, использованного в установке, позволяют снимать его механические характеристики с помощью электромагнитного тормоза при номинальном напряжении.

Для снятия естественной механической характеристики (п.2,а программы работы) необходимо установить на выходе РН напряжение U_1н и вывести пусковой реостат; переключатель П поставить в нейтральное положение, а амперметр в фазе В исключить. Запустив таким образом двигатель, постепенно нагружать его, увеличивая ток возбуждения электромагнитного тормоза i. В диапазоне 0≤i≤i_max сделать 5-7 замеров момента на валу двигателя М₂ и скорости вращения n. Результаты измерений записать в таблицу 1.

Цена деления монометра

r_д С_м =…Нм/дел Таблица 1

Реостатная механическая характеристика (п.2б программы работы) снимается в той же последовательности, что и естественная. Особенность лишь в том, что после запуска в цепи ротора должна остаться последняя ступень пускового реостата в качестве r_д .

Результаты измерений записать в таблицу 2

r_д =…Ом Таблица 2

В опыте холостого хода ротор двигателя вращается без нагрузки на валу. Пусковой реостат должен быть выведен. При этом необходимо снять зависимомти мощности и тока от подведенного напряжения в диапазоне 0,4U_нф ≤U_нф ≤1,2U_нф , где

Показания ваттметра Р₀ ^\ и Р₀ ^\\ при различных положениях переключателя П необходимо записать с учетом знака этих величин. Одновременно с измерениями Р₀ ^\ и Р₀ ^\\ фиксируют токи соответствующих фаз. Результаты измерений следует записать в таблицу 3.

Таблица 3

В опыте короткого замыкания ротор двигателя должен быть заторможен специальным стопором. Пусковой реостат должен быть выведен. Пределы измерений приборов необходимо изменить в соответствии с новым диапазоном измерения тока и напряжения.

Перед началом опыта регулятор напряжения РН следует установить на “0”. В дальнейшем напряжение повышать в таких пределах, чтобы ток короткого замыкания не превысил 1,5I _нф. Измерения напряжения тока I _кф и мощности необходимо провести в интервале 0,5I_нф ≤I_{k ф} ≤1,5I_нф

Результаты измерений записать в таблицу 4

Таблица 4

В этой таблице

Рабочие характеристики двигателя снимаются при номинальном напряжении U_1н и выведенном реостате в цепи ротора.

Перед началом опыта необходимо вынуть стопор, тормозивший ротор в режиме короткого замыкания.

После запуска двигателя, увеличивая i , довести ток статора постепенно разгружать двигатель до холостого хода, измеряя токи фаз, момент, мощность и скорость вращения n . Напряжение поддерживать постоянным. Результаты измерений записать в таблицу 5.

Таблица 5

ОБРАБОТКА ДАННЫХ

Для удобства сравнения механические характеристики, построенные по данным таблиц 1 и 2, следует совместить, как это показано на рис. 2.

По результатам опыта холостого хода(таблица 3) необходимо построить графики и . Вид этих зависимостей показан на рис. 3. В таблицу 6 следует записать значения I ₀ и cosφ ₀ , найденные на рис. 3 при номинальном фазном напряжении U_фн .

Таблица 6

По результатам опыта короткого замыкания(таблица 4) необходимо построить графики , , , определить, как показано на рис. 4, значения Р_к и cosφ_к , соответствующие номинальному значению фазного тока , записать их в таблицу 6. Активное сопротивление короткого замыкания в этой таблице вычисляются по формуле:

Приведенное сопротивление фазы ротора составляет ; ток короткого замыкания при номинальном напряжении рассчитывается по формуле:

Где и - наибольшие значения напряжения и тока в опыте короткого замыкания; реактивное сопротивление короткого замыкания

Наибольший ток

4. Таблица 6 содержит все данные, необходимые для построения простейшей круговой диаграммы, показанной на рис. 5.

При построении круговой диаграммы вектор номинального фазного напряжения U_нф откладывают вертикально в произвольном масштабе. Диаметр окружности ОН, изображающий максимальный индуктивный ток I_мах , выбирается равный 300-400 мм. В таком случае масштаб токов составляет m_i =I_мах /δ[A/мм]. Точка О получается в результате построения вектора I_k . Дуга ОАК соответствует двигательному режиму работы асинхронной машины.

Дальнейшее построение по диаграмме:

О^/ В||OH; KL┴OH; KN:NL=r₂ ^/ :r₁ , таким образом определяется положение линии ОТ. Теперь круговая диаграмма позволяет для заданного тока I₁ вычислить потребляемую мощность Р₁ =m_p AC и полезную мощность Р₂ =Р_мах =m_p AF. В последних двух формулах m_p =m₁ U_нф m_i [Bm/мм] – масштаб мощности, m₁ – число фаз обмотки статора. Кроме того, при известных φ₁ , Р₁ и Р₂ можно определить лишь cosφ и η.

Для вычисления скольжения S и скорости вращения ротора n, соответствующих заданному I₁ , необходимы дополнительные построения.

На рис. 5 показано построение линии скольжения MD. Эта линия проводится параллельно DT до пересечения с OK или с ее продолжением. Точка М находится на перпендикуляре МО к ОН. Вектор , соответствующий заданному , пересекает MD в точке V. Отношение равно скольжению S при выданном , пересекает MD в точке V. Соответствующая скорость вращения ротора составляет n= ( 1 - s ), где – скорость вращения поля двигателя. Момент на валу двигателя определяется по формуле.

Задаваясь различными значениями на круговой диаграмме в диапозоне , следует заполнить таблицу 7

Таблица 7

По данным таблицы 7 сплошными линиями необходимо построить графики , = ,

, = .

Вид этих зависимостей показан на рис. 6 и 7. На эти же рисунки для сравнения пунктиром нанести соответствующие графики , построенные по данным таблицы 5. На рис. 2 указать точки зависимости n = f ( ), взятые на таблицы 7.

Выводы

В этом разделе работы необходимо оценить совпадение расчетных и опытных рабочих характеристик двигателя и проанализировать возможные причины расхождения.

Контрольные вопросы

Для допуска к работе знать

А) наизусть схему для испытания асинхронного двигателя с фазным ротором

Б) назначение каждого элемента схемы

В) вид любой из характеристик двигателя и последовательность действий при ее снятии.

2. Для отчета по лабораторной работе :

А) уметь объяснить назначение пускового реостата;

Б) знать теоретическое обоснование круговой диаграммы;

В) уметь объяснить вид любой из характеристик, снятых в лабораторной работе.

Литература

Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974

Костенко М.П. и Пиотровский Л.М. Электрические машины. М.: Энергия, 1973, ч.2.

Петров Г.Н. Электрические машины, М.: Госэнергоиздат, 1963, ч.2.

Нюрноерг В. Испытание электрических машин . М.: Госенергоиздат, 1959.

Лабораторная работа № 9

« ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ »

Цель работы – изучение методов испытания и характеристик.

Описание установки

Электрическая схема лабораторной установки показана на рис. 1. Для нагрузки исследуемого двигателя 1 использована относительно сложная система. В которой нагрузочный генератор 2 служит источником питания двигателя 3. Последний приводит во вращение асинхронный генератор 4, который в значительной мере возвращает энергию в трехфазную сеть. Подробнее системы нагрузки особенно эффективны при испытании машин большой мощности.

Трехфазный асинхронный двигатель нормального исполнения имеет нелинейную механическую характеристику ( зависимости скорости вращения n от момента на валу ), показанную на рис.9.2. На этом же рисунке прямыми линиями показаны графики n = f (), соответствующие статической нагрузке при работе генератора 2 на реостат. В таком случае значительная часть механической характеристики двигателя ( точки a , b, c ) может оказаться неопределенной. Этого недостатка не имеет схема на рис.1, обеспечивающая статическую нагрузку, которой соответствуют параллельные линии на рис. 3.

Точнее измерение вращения ротора n , близкой к известной скорости вращения поля , осуществляется с помощью индукционной катушки, установленной на двигателе. Местный потоки рассеяния ротора индуктируют в ней ЭДС, частота которой связана с известной частотой соотношением.

При относительно больших значениях – n величина n достаточно точно измеряется с помощью тахогенератора.

Программа Работы

Записать паспортные данные двигателя.

Снять механическую и скоростную характеристики двигателя n = f ( M2 ) и n = f ( I1 ) при U1 = const в трехфазном режиме.

Снять механическую и скоростную характеристики двигателя n = f ( M2 ) и n = f ( I1 ) при U1 = const в однофазном режиме.

Снять рабочие характеристики двигателя : n, I1, M2, , =f (P2) при , .

Пояснение к работе

Чтобы избежать недопустимого перегрева двигателя при малых скоростях вращения, его механические характеристики снимают на пониженном напряжении . Степень и способ понижения напряжения указывается преподавателем.

При выполнении п.2 программы работы в исходном положении потенциометры П1 и П2 должны быть установлены из «0», рубильники Р и Р1 должны быть замкнуты, Р2 – разомкнут и на нем установлена перемычка S ( рис. 1).

Запустив асинхронный двигатели 1 и 4. Необходимо включить генераторы 2 и 3 на параллельную работу. Для этого потенциометром П1 следует установить номинальное значение тока возбуждения , а ток , увеличивать постепенно, измеряя вольтметром со щупа напряжение на рубильнике Р2. Если с ростом тока возбуждения показания этого вольтметра возрастают, то необходимо остановить двигателя 4, разомкнуть Р1 и на рубильнике Р2 поменять местами провода, идущие от генератора 3. При правильной полярности ЭДС генератора 3 показания вольтметра на рубильнике Р2 должна убывать с ростом . Рубильник Р2 можно замкнуть только тогда, когда вольтметр на нем при замкнутом Р1 и установленной перемычке « S » будет показывать «0».

Для снятия механической характеристики двигателя 1 необходимо после включения генераторов 2 и 3 на параллельную работу при постепенно уменьшать до нуля. При этом машина 3 переходит в двигательный режим и агрегат 3-4 становится нагрузкой для агрегата 1-2.

Точность измерения n с помощью тахогенератора в этом опыте вполне достаточна.

Результаты измерения n, I1, U2, I2 следует записать в таблицу . Остальные величины в этой таблице необходимо вычислить.

Таблица 1

Трехфазный режим U1 = . . . = const

Механическая характеристика в однофазном режиме снимается в той же последовательности, что и в трехфазном. Особенность лишь в том, что непосредственно после запуска двигателя 1 необходимо разомкнуть рубильник Р.

Результаты измерения следует записать в таблицу 2

Таблица 2

Однофазный режим

Рабочие характеристики двигателя снимаются в трехфазном режиме при номинальном напряжении . Последовательность действий остается той же, что и при выполнении п.2 программы работы. Особенности только в том, что ток статора не должен превышать , а скорость вращения n следует изменять с помощью индукционной катушки. Стрелка измерения прибора, включенного в цепь этой катушки, отклоняется от нулевого положения с частотой тока ротора . Если за время подсчитано Х отклонений стрелки в какую-либо одну сторону, то , , где – частота сети, а – скорость вращения поля двигателя. Точность измерения n будет достаточной, если с при каждом значении нагрузки.

Мощность , потребляемая двигателем, измеряется трехфазным ваттметром в цепи статора.

Результаты измерений следует записать в таблицу 3. Остальные величины в этой таблице необходимо вычислить.

Таблица 3

Обработка данных

В таблицах 1 и 2 потери холостого хода нагрузочного генератора 2 обозначены . Для заполнения соответствующей графы необходимо по таблице 4 построить вспомогательный график . Эта таблица составлена при тарировании нагрузочного генератора.

Таблица 4

Мощность на валу двигателя 1 определяется по формуле

Где - сопротивление цепи якоря генератора 2, приведено к температуре ;

– потери в щеточном контакте

- падение напряжения в щеточном контакте.

Момент на валу двигателя

Механическая характеристика двигателя в трехфазном и однофазном режимах для сравнения следует совместить, как это показано на рис.4, и указать напряжение, при котором они сняты. Определение пускового момента трехфазного асинхронного двигателя требуется большой точности и обычно является предметом специального исследования.

Скорость характеристики, построенные по данным таблиц 1 и 2 , также следует совместить, как это показано на рис.5. Здесь кривая 1 соответствует трехфазному режиму, а кривая 2 – однофазному.

В таблице 3 величина может быть принята постоянной, так как в рабочем диапазоне нагрузок скорость вращения асинхронного двигателя изменяется мало. Для заполнения соответствующей графы этой таблицы следует по вспомогательному графику определить при n=. Остальные величины рассчитываются по следующим формулам:

Рабочие характеристики двигателя следует совместить, как это показано на рис.6.

В первом приближении можно принять, что момент пропорционален . Таким образом, для построения естественной механической характеристики n = f(при U1=U1н необходимо величины , взятые из таблицы 1. Умножить на ( при тех же значениях n.

Таблица 5

Графики n=f(, построенные по таблице 3 и 5, следует совместить, как это показано на рис.7. Здесь сплошной линией обозначен рабочий участок механической характеристики, соответствует таблице 3.

Выводы

В этом разделе работы следует оценить совпадение графиков на рис.7 и проанализировать возможные причины их расхождения.

Контрольные вопросы

1. Для допуска к работе знать

А) наизусть схему для испытания асинхронного двигателя с фазным ротором

Б) назначение каждого элемента схемы

В) вид любой из характеристик двигателя и последовательность действий при ее снятии.

2. Для отчета по лабораторной работе :

А) уметь объяснить назначение пускового реостата;

Б) знать теоретическое обоснование круговой диаграммы;

В) уметь объяснить вид любой из характеристик, снятых в лабораторной работе.

Литература

Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974

Костенко М.П. и Пиотровский Л.М. Электрические машины. М.: Энергия, 1973, ч.2.

Петров Г.Н. Электрические машины, М.: Госэнергоиздат, 1963, ч.2.

Нюрноерг В. Испытание электрических машин . М.: Госенергоиздат, 1959.