8.2. Порядок выполнения работы

1 . Собрать схему (рис. 8.1). Ознакомиться с правилами работы с измерительным комплексом К-50 (см. ниже).

После проверки схемы приступить к выполнению работы. На рис. 8.1. показана схема включения асинхронного двигателя.

2. Замкнуть трехполюсный выключа-тель В₁ (В₂ должен быть разомкнут, т.к. исследуется режим ХХ двигателя). По показаниям тахогенератора убедиться в правильном вращения ротора (либо реверсировать двигатель).

Показания приборов внести в таблицу № 8.1.

U, в	I, A	P, Bт	n, об/мин

3. При вращающемся роторе двигателя, замкнуть выключатель В2 и регулируя делителем напряжения R ток в обмотках электромагнитов тормоза, испытать двигатель при тормозных моментах М_Т = 25, 50, 75, 100, 125% номинального момента двигателя.

Результаты внести в таблицу № 8.2.

% п/п	U, В	I, A	P, Bт	Мт, Нм	N, об/мин
15

Обработка результатов опыта:

1) Рассчитать число полюсов исследуемого асинхронного двигателя.

2) Найти для всех опытов следующие величины: частоту вращения ротора n₂, скольжение S, коэффициент мощности cos, мощность Р₂, мощность Р₁ и кпд .

используя следующие формулы:

P₂ = 1,028 Mn₂10^-5(Вт) – полезная (выходная) мощность двигателя.

М(гсм) – момент нагрузки;

n₂(об/мин) – частота вращения ротора;

Р₁ = 3Р_Ф – подводимая к двигателю мощность;

η = (P₂/P₁)∙100% – кпд двигателя;

cos  = P_Ф/(U_Ф∙I_Ф) – коэффициент мощности;

S% = [(n₁ – n₂)/n₁]∙100 – скольжение;

n₁ = 60∙f₁/p₁. р = f₁∙60∙(1 – S)/n₂.

р – число пар полюсов; f₁ = 50 Гц – частота сети.

Механические характеристики двигателя: зависимости М = f(S) и n₂ = f(M)

№	N2	n1 – n2	S	MТ	P2,	U	I	P1	cos	
15

3) Установить по данным опытов зависимость величины момента на валу двигателя от скольжения, для чего построить характеристику М = f(S).

4) Построить механическую характеристику n₂=f(M) асинхронного двигателя и найти % изменение частоты вращения ротора n₂ при переходе от режима ХХ к

номинальной нагрузке по формуле: Δn₂ = [(n_2X – n_2H)/n_2X]∙100%.

5) Начертить в одной координатной системе характеристики:

n₂ = f(P₂), S = f(P₂), I = f(P₂), cos = f(P₂),  = f(P₂).

П риложение. В состав стенда входит измерительный комплект К–50.

Комплект К–50 предназначен для измерения фазных напряжений, токов и мощностей в трехфазных – трех и четырех проводных цепях.

Рис. 8.2. Лицевая сторона измерительного комплекта К-50.

Комплект состоит из амперметра, многопредельного вольтметра, однофазного ваттметра и многопредельного трансформатора тока, включаемых поочередно в цепь с искусственной нейтралью (рис. 8.2).

Пределы измерения тока устанавливают переключателем А.

Пределы измерения напряжения устанавливают переключателем U.

Очередность включения приборов в фазы А, В и С определяют установкой переключателя Ф. При установке переключателя в позиции 0 последовательные обмотки приборов оказываются закороченными, а вольтметр отключен.

Мощность трехфазных устройств определяют как алгебраическую сумму показаний ваттметра при установке переключателя в позиции А, В, С:

Р = + Р_А + Р_В + Р_С.

ВО ИЗБЕЖАНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИБОРОВ (А и W) значительными токами (при пуске, реверсировании или перегрузке) необходимо сразу после отсчета показаний этих приборов переключатель Ф установить в позицию 0.

Контрольные вопросы:

1. Как устроен трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

2. Как обозначают начала и концы статора?

3. Как определить начало и конец фазы обмотки статора асинхронного двигателя при отсутствии маркировки зажимов?

4. Как изменить направления вращения ротора 3-хфазного асинхронного двигателя?

5. Как рассчитать номинальный момент асинхронного двигателя по его паспортным данным?

6. Какие преимущества и недостатки свойственны асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором по сравнению с двигателями с фазным ротором?

7. Почему при пуске асинхронного двигателя наблюдается резкое увеличение тока и во сколько раз пусковой ток может быть больше номинального?

8. Какими способами можно ограничить величину пускового тока асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

9. Можно ли регулировать число оборотов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, если можно, то как?

Задание 1:

Параметры асинхронного двигателя 4А160S4У3 с короткозамкнутым ротором:

Р = 15 кВт; n_Ном = 1465 об/мин; U_Ном = 380 В; I_Ном = 29,3 А; частота f = 50 Гц;

число полюсов р = 2; коэффициент отношения k = 2,3;

Определить теоретически:

ω, момент скольжения М, критический момент;

Задание 2:

Параметры асинхронного двигателя ___________ с короткозамкнутым ротором:

Р₁ = 10 кВт; Р₂(хх) = 4 кВт; n_Ном = 1465 об/мин; U_Ном =380 В; I_Ном = А; f =50 Гц;

t₁ = 50 с; t₂(хол. запуск) = 3 с; t₃(после работы) = 2 с; t (пуска) = 25 с.

Определить: эквивалентную мощность и продолжительность при работе электрического привода.

Литература

1. Касаткин А. С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Высш. шк., 2003. - 540 с.

2. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторный практикум по электротехнике и основам электроники: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 2001. – 255 с.

3. Рекус Г.Г. Основы электротехники и промышленной электроники в примерах и задачах с решениями: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 2008. – 343 c.

ПРИЛОЖЕНИЕ А1

Пример выполнения и оформления лабораторной работы № 8

для асинхронного двигателя, включенного в однофазную цепь

Тема. Ознакомиться с характеристиками работы трехфазного двигателя, включенного в однофазную сеть.

1) Описание стенда при исследовании однофазного двигателя (рис. А1.1)

С огласно рис. А.1.1. SA1 – служит для включения питания схемы двигателя.

SA2 – переключает конденсатор с одной обмотки двигателя к другой для реверса.

Реверс двигателя выполняют при выключенном и остановленном двигателе!

С помощью переключателей SA3-SA9 в двоичном коде выбирается значение емкости конденсатора. Линейное напряжение измеряется цифровым вольтметром.

Фазное напряжение измеряется относительно нулевого провода, только при включении по схеме «звездой».

Измерение токов производится амперметрами включенными в разрывы линейных проводов, которые разрываются с помощью выключателей SA11-SA13.

Переключателями SA14-SA16 – коммутируют обмотки двигателя для включения по схеме «звезда» и «треугольник». При включении по схеме треугольник конец предыдущей обмотки соединяется с началом следующей обмотки.

По схеме звезда все концы обмоток соединяются вместе образуя точку N.

Двигатель подключают к разъемам на стенде согласно наименований проводов.

Следует учитывать, что: в однофазную сеть допустимо вклю­чать трехфазные электродвигатели лю­бых типов, однако не все они работают равноценно.

Это относится к двигателям с двойной клеткой короткозамкнутого ротора, например, серии М, которые функционируют крайне плохо.

Другие серии, а их – большинство, с конденсатором работают нормально.

Это асинхронные электродвигатели се­рий: А, АО, А02, Д, АОЛ, АПН, УАД.

Ход работы:

1. Рассчитывают рабочую и пусковую емкость конденсатора:

для варианта «звезда» емкость С_Р = 2800 (I/U);

для варианта «треугольник» С_Р = 4800 (I/U);

где I - (А); U - (В); пусковая емкость С_П = (23)С_Р.

2. Запускают двигатель, с расчетной емкостью и через время Т = (25) секунд устанавливают (подключают) рабочую емкость.

При пуске необходимо наблюдать изменение рабочего тока от пускового.

3. Исследуют режимы работы при изменении емкости конденсатора; измерение фазных, линейных напряжений и токов в цепях двигателя и заполняют табл. № А.1.1.

Изменяя значение емкости путем перебора и суммирования емкости конденсаторов, снимают характеристики тока и напряжения и заполняют табл. № А.1.1.

Таблица № А.1.1.

Токи [A]

Напряжения линейные, фазные [B]

cos 

условия

C

IA

IB

IC

UАЛ

UBЛ

UCЛ

UАФ

UВФ

UСФ

нагрузка

реверс

При включении двигателя по схеме звезда замеряют фазные напряжения относительно нулевого провода.

4. Строят функциональные зависимости I(C), U(C).

5. Исследуют вид резонанса и находят точку резонанса.

Если конденсатор включен параллельно обмотке двигателя, то рассматривают резонанс токов. Резонанса возникает при такой С, когда I_общ будет минимален.

6. Определяют индуктивность обмотки.

7. Определяют значение сos и строят функциональные зависимости.

сos = P/S; при S = (I_Общ∙U_Р) получают: сos = P/(I_Общ∙U_Р).

Для нагруженного двигателя значение Р паспортной мощности двигателя можно взять из заводской таблички, прикрепленной к двигателю.

При работе двигателя в режиме ХХ мощность Р измеряют ваттметром.

Определяют значение сos по формуле: сos = P/(I_Общ∙U_Р)

и строят функциональных зависимостей.

Проведем исследование режима работы при изменении емкости конденсатора

1. Рассчитаем рабочую емкость для схемы включения двигателя треугольником

С_P = 4800∙(I_P/U_P),

где I_P = P/(√3∙η∙U_P∙cosφ) - рабочий ток для двигателя.

U_P = 220В; мощность P = 400 Вт; КПД η = 0,7; cosφ = 0,7.

I_P = 400/(√3∙0,7∙220∙0,7) = 2,14 (А).

С_P = 4800∙(2,14/220) = 47∙10^-6 [Ф] = 47 (мкФ). - рабочая емкость.

С_П = 2С_P = 94 мкФ - пусковая емкость.

2. Запускаем двигатель с рассчитанной пусковой емкостью С_П = 94 мкФ и

через 5 секунд устанавливаем рабочую емкость С_P = 47 мкФ.

3. Изменяя емкость С замеряем параметры цепи и записываем в таблицу № А.1.2.

Таблица № А.1.2.

	Токи [A]			Напряжения линейные, фазные [B]						cos 	условия
C	IA	IB	IC	UАЛ	UBЛ	UCЛ	UАФ	UВФ	UСФ		нагрузка	реверс
0	1,9	1,9	0	210	220	190					нет	нет
10	1,9	1,5	0,5	230		210
20	1,9	1,2	1,65	245		227
25	1,9	1,1	2,4	248		235
30	2	1	2,4	250		240
31	2	1	2,45	251		243
32	2,1	1	2,5	251		245
33	2,15	0,9	2,5	253		247
34	2,2	1	2,5			250
35	2,3	1,1	2,55			253
40	2,5	1,2	2,9
45	2,6	1,35	3,6
55	3	1,8	4,5
65	3,2	2,5	5,3
75	3,5	3,8

4. Строим зависимости I(C), U(C) и изображаем их графически.

5. Условие резонанса. Если конденсатор включен параллельно обмотке двигателя, то рассматриваем резонанс токов.

Находим точку резонанса (С_РЕЗ, при которой I_Общ= I_B будет минимален)

С_РЕЗ = 33 мкФ

6. Индуктивность обмотки, в которую включен конденсатор из соотношения

ω = 1/(√L∙C_РЕЗ), при ω = 314 рад, составит:

L = 1/(ω²∙C_РЕЗ) = 1/(314²∙33∙10^-6) = 0,3 [Гн].

X_L = ωL = 314∙0,3 = 96,5 [Ом]; X_С = 1/ωC = 10⁶/314∙33 = 96,5 [Ом].

7. сos  = P/S, где P – паспортная мощность двигателя.

S = I_Общ∙U_Р. I_общ= I_B, U_P = U_B = 220 B.

Рис. А.1.2.

Значение мощности P = 400 Вт справедливо только для нагруженного двигателя.

При работе двигателя в режиме ХХ мощность Р измеряем ваттметром и определяем значение сos  для точки резонанса: сos  = P/(I_Общ∙U_Р), сos = P/(0,9∙220).

Рис. А.1.3. Значение cos φ

На рис. А.1.4 показаны характеристики пуска двигателя

Рис. А.1.4

Ненагруженный двигатель хорошо запускается даже с малыми емкостями конденсаторов. Следовательно, пусковая емкость необходима только для пуска нагруженного двигателя. Графический анализ наглядно показывает характеристику работы двигателя, в том числе и точку резонанса.

Для работы двигателя в режиме холостого хода, емкость конденсатора ниже расчетной (С_Р=47 мкФ, Срез=33 мкФ) потому, что через конденсатор протекает ток выше номинального. На резонансной емкости двигатель работает стабильнее и экономичнее.

На графике видно, что подбором емкости конденсатора можно свести к минимуму потери мощности двигателя, путем повышения значения сos .

Скорость вращения ротора не может быть равной скорости вращения магнитного поля статора. Если это произойдет, то вращающееся поле статора перестанет пересекать ротор, токи в его обмотке исчезнут, и ротор остановится.

Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от вращения магнитного поля статора, т.е. вращаться асинхронно — не в такт с полем.

Поэтому такие двигатели называются асинхронными.

Наличие сдвига фаз между напряжением и током в индуктивных потребителях значительно ухудшает эффективность их работы, делает невозможным использование всей потребляемой ими мощности на полезное действие.

Пусковая емкость С_П = (23) С_Р требуется для запуска нагруженного двигателя.

Она включается на период (25) секунд (до момента разгона двигателя).

8. Выводы по проделанной работе.

Пусковая емкость С_П применяется только для пуска нагруженного двигателя.

Точка резонанса находится по минимальному току в общем проводе (провод В).

При резонансе сos  max. Это говорит о мах. КПД (т.е. имеет место мах. использование активной мощности в двигателе).

Литература

1. Прянишников В.А. Теоретические основы электротехники. – Санкт-Петербург: Корона, 2001. – 3 64 с.

2. Китунович Ф.Г. Электротехника. – Минск. Высш. шк., 1999. – 399 с.

3. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – М.: Радио, 2000. – 384 с.

Содержание

Введение……………………………………………………………………… 3

Л.Р. 1. Опытная проверка тока в диагонали мостовой схемы по методу

эквивалентного генератора………………………………………… 6

Л.Р. 2. Исследование линейной разветвленной электрической цепи

с несколькими источником постоянной ЭДС….…………………. 11

Л.Р. 3. Исследование резонансных явлений в неразветвленной

электрической цепи с источником синусоидальной ЭДС……...... 14

Л.Р. 4. Исследование резонансных явлений в разветвленной

электрической цепи с источником синусоидальной ЭДС…..…... 22

Л.Р. 5. Исследование параметров трехфазной цепи с нагрузкой,

включенной по схеме звезда………………………………….……. 28

Л.Р. 6. Исследование параметров трехфазной цепи с нагрузкой,

включенной по схеме треугольник………………………………… 35

Л.Р. 7. Исследование параметров однофазного трансформатора………….. 40

Л.Р. 8. Исследование работы асинхронного трехфазного двигателя с

коротко замкнутым ротором……..……..…………………………….. 48

ПРИЛОЖЕНИЕ А1.

Пример выполнения и оформления лабораторной работы № 8 для

асинхронного двигателя, включенного в однофазную цепь…………..55

ПРИЛОЖЕНИЕ А2.

Пример оформления бланка для отчета по лабораторной работе……… 58

ПРИЛОЖЕНИЕ А2. Пример оформления бланка для отчета по лабораторной работе

ПРИЛОЖЕНИЕ А2. Пример оформления бланка лабораторной работы (продолжение)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ по дисциплине

“Электротехника и электроника” - раздел “Электротехника”

для студентов специальностей:

160801 – Ракетостроение,

151001 – Технология машиностроения,

230101 – Автоматические системы обработки информации и управления,

270102 – Промышленное и гражданское строительство.

- Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011. - 60 с.

М.А. Святский.

Сдано в печать __________. Формат 60х84/16. Усл. печ. л. ____.

Уч. –изд. л. ____. Тираж ___ экз. Заказ №____

Отпечатано на ризографе Издательства ГОУ ВПО “ИжГТУ”