Содержание отчета

К защите лабораторной работы студент обязан представить индивидуальный отчет, содержащий:

1. Cхему лабораторной установки с графическими обозначениями, выполненными по действующему ГОСТу.

2. Паспортные данные электрических машин и перечень электроизмерительных приборов с указанием типов и классов точности.

3. Таблицы экспериментальных и расчетных значений.

4. Графики механических характеристик испытуемого двигателя в режиме динамического торможения и торможения противовключением.

Работа 4. Исследование механических характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Цель работы: расчетное построение и экспериментальное исследование механических характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Программа:

1.Расчет и построение естественной механической характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

2. Экспериментальное снятие механических характеристик двигателя при:

1) соединении фаз обмотки статора в «звезду»;

2) соединении фаз обмотки статора в «треугольник».

Общие сведения

Испытуемый двигатель М1 (трехфазный асинхронный двигатель переменного тока) соединен в агрегат с нагрузочной машиной постоянного тока М2 (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема для исследования механических характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Нагрузочная машина предназначена для создания статического момента нагрузки на валу испытуемого двигателя. При экспериментальном исследовании для получения механических характеристик М1 в двигательном режиме электромагнитный момент, создаваемый нагрузочной машиной М2, должен быть достаточным для остановки двигателя, но реактивным, чтобы двигатель М1 не перешел в режим торможения противовключением, что затруднительно в виду 5-7-кратных токов машины. В лаборатории задание нужного статического момента нагрузки осуществляется изменением сопротивления в цепи якоря нагрузочной машины М2, что позволяет снять рабочую часть характеристики. Для измерения частоты вращения испытуемой машины М1 используется тахогенератор BR, встроенный в корпус нагрузочного двигателя.

В качестве испытуемого двигателя используется асинхронный двигатель переменного тока типа АИР71В4, который имеет следующие номинальные параметры:

1) мощность P = 0,75 кВт;

2) фазное напряжение U_ф = 220В;

3) фазный ток I_ф = 1,9А;

4) частота вращения n = 1350 об/мин.

Тахогенератор ВR вырабатывает напряжение 28 В при скорости вращения 1350 об/мин. Зависимость изменения напряжения на выходе тахогенератора от частоты вращения линейная.

Порядок выполнения работы

1. Расчетное построение естественной механической характеристики асинхронного двигателя.

1.1. Математическое выражение, которое описывает естественную механическую характеристику асинхронного двигателя, имеет следующий вид

, (3.1)

где M - электромагнитный момент, Нм; U₁ - фазное напряжение, В; ω₀ - скорость вращения магнитного поля, рад/c; s - скольжение, о.е.; - индуктивное сопротивление фазы обмотки статора, Ом; -индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом; -активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом; -активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом.

Для построения механической характеристики асинхронного двигателя как функции M = f(s) в соответствии с уравнением (3.1) необходимо знать численные значения активных и индуктивных сопротивлений обмоток статора и ротора. Эти значения не всегда можно найти в справочной литературе. Поэтому, в целях построения приближенной механической характеристики асинхронного двигателя, рекомендуется пользоваться уравнением Клосса

, (3.2)

здесь M_кр - критический момент асинхронного двигателя, Нм; s_кр - критическое скольжение, о.е.

Численные значения критического момента и критического скольжения можно рассчитать, зная номинальные параметры двигателя, указанные на его паспортной табличке. Расчетные формулы имеют следующий вид

, (3.3)

где λ = M_кр/M_н – кратность максимального момента, значение которой для асинхронных двигателей общего применения ориентировочно равно 1,7-2,2; M_н - номинальный электромагнитный момент двигателя, Нм; s_н -номинальное скольжение двигателя, о.е.

Для расчета номинального электромагнитного момента и номинального скольжения можно применить известные выражения

,

,

, (3.4)

здесь ω_н - номинальная частота вращения, рад/с.

1.2. В процессе выполнения лабораторной работы необходимо, пользуясь выражениями (3.2-3.4) и номинальными данными испытуемого асинхронного двигателя, построить его естественную механическую характеристику.

2. Экспериментальное исследование механических характеристик асинхронного двигателя.

2.1. Снятие механических характеристик асинхронного двигателя при соединении фазных обмоток в «звезду».

Перед подачей напряжения на экспериментальный стенд необходимо убедиться в том, что автоматические выключатели QF1, QF2 находятся в выключенном состоянии, а выключатели S1, S2, S3 находятся в положении 0. Для подачи напряжения на обмотки статора испытуемого асинхронного двигателя М1 необходимо включить автоматический выключатель QF1, затем последовательно выключатели S1, S2 установить в положение 1. Для подачи напряжения на обмотку возбуждения нагрузочного двигателя М2 необходимо включить автоматический выключатель QF2. После окончания пускового процесса испытуемого двигателя и перехода его в установившийся режим работы необходимо измерить частоту вращения холостого хода по показанию вольтметра PV4 и величину ЭДС нагрузочного двигателя М2 по показанию вольтметра PV2, заполнить первый столбец табл. 3.1. Переводя рукоятку переключателя S3 из положения 0 в положение 9, измеряют частоту вращения (вольтметр PV4), ток в цепи якоря нагрузочного двигателя (амперметр РА3) и величину фазного напряжения, подводимого к обмоткам статора (вольтметр РV1). Результаты всех измерений заносятся в табл. 3.1.

Таблица 3.1.

Наименование параметра	Значение параметра
Фазное напряжение, В
Ток возбуждения М2, А
Частота вращения, рад/c
Скольжение, о.е. *
Ток якоря М2, А
Электромагн. момент, Нм

В эту же таблицу заносятся численные значения электромагнитного момента, развиваемого испытуемым асинхронным двигателем, которые получаются расчетным путем из выражения

, (3.5)

здесь M_c - статический момент нагрузки, который в установившемся режиме равен электромагнитному моменту нагрузочного двигателя, Нм; - ток в цепи якоря нагрузочного двигателя, А; Ф - магнитный поток испытуемого двигателя, Вб; k - конструктивная постоянная нагрузочного двигателя.

Величину произведения kФ, входящего в выражение (3.5), можно определить, зная величину ЭДС двигателя, измеренную в режиме холостого хода

(3.6)

Кроме того, в табл. 3.1 заносятся величины скольжения s (0<s<1), которые рассчитываются по формуле

, (3.7)

где ω₀ - скорость холостого хода испытуемого двигателя, рад/с.

По значениям представленным в табл. 3.1 строится механическая характеристика в координатных осях ω, M, а также строится механическая характеристика в координатных осях M, s.

2.2. Снятие механических характеристик асинхронного двигателя при соединении фазных обмоток в «треугольник».

Перед проведением экспериментальных исследований необходимо убедиться в том, что автоматические выключатели QF1, QF2 находятся в выключенном состоянии, а выключатели S1, S2, S3 находятся в положении 0. Для подачи напряжения на обмотки статора испытуемого асинхронного двигателя М1 необходимо включить автоматический выключатель QF1, затем последовательно выключатель S1 установить в положение 1, а S2 установить в положение 2 для переключения обмоток статора со «звезды» на «треугольник». Для подачи напряжения на обмотку возбуждения нагрузочного двигателя М2 необходимо включить автоматический выключатель QF2. После окончания пускового процесса испытуемого двигателя и перехода его в установившийся режим работы необходимо измерить частоту вращения холостого хода по показанию вольтметра PV4 и величину ЭДС нагрузочного двигателя М2 по показанию вольтметра PV2, заполнить первый столбец табл. 3.1. Переводя рукоятку переключателя S3 из положения 0 в положение 9, измеряют частоту вращения (вольтметр PV4), ток в цепи якоря нагрузочного двигателя (амперметр РА3) и величину фазного напряжения, подводимого к обмоткам статора (вольтметр РV1). Результаты всех измерений заносятся в табл. 3.1.

В эту же таблицу заносятся численные значения электромагнитного момента, развиваемого испытуемым асинхронным двигателем, которые получаются расчетным путем по выражению (3.5). В это выражение подставляются значение произведения kФ, полученные в предыдущем опыте, и численные значения тока якоря нагрузочной машины, приведенные в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Фазное напряжение, В
Ток возбуждения М2, А
Частота вращения, рад/c
Скольжение, о.е.
Ток якоря М2, А
Электромагн. момент, Нм

Кроме того, в табл. 3.2 заносятся величины скольжения s, которые рассчитываются по формуле (3.7).

По значениям представленным в табл. 3.2 строятся две механические характеристики, одна в координатных осях ω, M, а другая в координатных осях M, s.