Тема 1.1 Электрический привод Лабораторная работа №2 Исследование двигателя асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Формируемая компетенция:

ПК 1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

Цель работы:

1.Исследовать рабочие и регулировочные свойства двигателя путем снятия соответствующих характеристик.

2. Ознакомиться с устройством лабораторной установки, правильно записать паспортные данные электрических машин и данные измерительных приборов.

3. Приобрести практические навыки в выполнении опыта по снятию данных и построению механических и электромеханических характеристик асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при различных режимах его работы.

4.Изучение переходных процессов асинхронного электродвигателя при пуске и ступенчатом приложении нагрузки.

Выполнив работу, Вы будете:

уметь:

- определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;

- организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;

Материальное обеспечение:

учебное оборудование (стенд), инструменты, приборы, провода

Задание:

1.Собрать схему

2. Снять осциллограммы прямого пуска АД

3. Снять механические характеристики АД и осциллограммы переходных процессов АД при ступенчатом приложении статической нагрузки

4. Снять характеристики динамического торможения АД

5. Обработать результаты экспериментов и составить отчет по работе

6.Ответить на вопросы

Краткие теоретические сведения:

При прямом пуске статорная цепь исследуемого асинхронного двигателя Ml подключается к модулю питания напрямую (рис. 23).

Для снятия механических характеристик статорная цепь АД подключается к модулю питания через преобразователь частоты (ПЧ) (рис. 24). ПЧ обеспечивает регулирование значения напряжения и частоты в статорной цепи АД.

Нагружение АД осуществляется двигателем М2 постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ) силового агрегата. Питание якорной цепи ДПТ - от модуля тиристорного преобразователя (ТП). Переключатель SA1 «Разрешение» включает или выключает в активный режим преобразователь. Переключатель SA2 ТП в течение всей работы должен находиться в положении нагрузочная машина - «НМ». Тогда значение скорости и момента ДПТ устанавливаются соответственно потенциометрами RP1 и RP2. Изменение полярности напряжения ТП обеспечивается переключателем SA3. В среднем положении «Стоп» SA3 снимает напряжение задания ТП.

ДПТ в данной работе работает с полным потоком возбуждения и потому его обмотка возбуждения подключается непосредственно к выпрямителю ОВ тиристорного преобразователя.

При снятии характеристик динамического торможения АД питание обмоток его статора постоянным током осуществляется от модуля автотрансформатора (рис. 25).

Измерение напряжения якоря ДПТ U_П, тока якоря I_я и тока возбуждения I_B, а также частоты вращения силового агрегата ω обеспечивается измерительным устройством на базе индикатора модуля ТП.

При исследовании переходных процессов происходит осциллографирование параметров с использованием ПЭВМ. Подключение осциллографируемых параметров, а именно: тока статора I_с АД, частоты вращения ю двигателей и напряжение U_c на статоре АД осуществляется соответственно через аналоговые входы А1, A3 и А4 модуля измерительного (МИ).

Ход работы:

1.Прямой пуск АД

С обрать схему в соответствии с рисунком 23. Устанавливаемые соединения между модулями на схеме обозначены жирными линиями.

Рисунок 23 – Схема для прямого пуска АД

Осциллографирование пуска АД. Отключить автомат QF2, дождаться остановки двигателя. Приготовиться к осциллографированию. После включения автомата QF2 модуля питания двигатель разгоняется до скорости холостого хода. При появлении картинки переходных процессов на экране нажать кнопку «Стоп». Посмотреть по осциллографу форму кривой тока I_с и запомнить время разгона двигателя и максимальное значение тока статора при пуске. Отключить автоматы QF2 QF1.

2.Пуск при введении добавочных сопротивлений в цепь статора

Установить значение добавочных сопротивлений равное 50...200 Ом. Выполнить пуск двигателя аналогично предыдущему пункту. После достижения установившегося значения скорости вывести сопротивление. Посмотреть по осциллографу форму кривой тока I_с, запомнить время разгона двигателя и максимальное значение тока статора при пуске. Отключить автомат QF2.

3. Снятие механических характеристик АД

1. Собрать схему в соответствии с рисунком 24, содержащую нагрузочную машину, исследуемый АД, преобразователь частоты.

2. Проверка работы нагрузочной машины (тиристорного преобразователя и двигателя постоянного тока).

а) установить в исходные положения переключатели и потенциометры ТП:

• переключатель SA1 «Разрешение» в нижнее положение (запрет работы);

• переключатель SA2 в положение «НМ»;

• переключатель SA3 в среднее положение;

• потенциометры RP1 и RP2 в нулевое положение;

• включить автоматы QF1 и QF2.

Опробование работы ДПТ, выступающего в роли нагрузочной машины. После включения тумблера «Сеть» по цепи возбуждения ДПТ протекает ток I_в. Если он отсутствует, то следует найти причину его отсутствия и устранить ее. Включить разрешение SA3 в положение «Вперед», потенциометры RP1 и RP2 в нулевом положении, дать разрешение на работу ТП - включить SA1 в верхнее положение и перевести потенциометр RP2 в максимальное положение. Плавно перемещая движок потенциометра RP1 «Скорость» ТП, наблюдать вращение ДПТ, индикацию тока I_я и частоты вращения ω. Запомнить направление вращения. Движок RP1 плавно переместить на нулевую отметку. Переключить переключатель SA3 в положение «Назад» и вновь, плавно перемещая движок потенциометра RP1 «Скорость» ТП, наблюдать разгон и вращение ДПТ в противоположную сторону. Плавно вернуть движок RP1 ТП на нулевую отметку. Включить разрешение SA3 в среднее положение, потенциометр RP2 перевести в нулевое положение и выключить SA1. Выключить QF2.

3. Для подготовки преобразователя частоты к работе необходимо:

• установить переключатели и потенциометр модуля в исходные положения: переключатель SA3 «Разрешение» - в «0», переключатель SA1 «Направление вращения» - в среднее положение, потенциометр RP1 - в нулевое положение, переключатель SA2 «Управление» в положение «Скорость»;

• включить автомат QF2 модуля питания. При этом включится вентилятор преобразователя, на дисплее появятся сообщения о режимах работы;

-установить разомкнутую систему. Для этого установить значение параметра 0.00 равным 1253 и нажать кнопку SB1 «Сброс». В параметре 0.48 вести значение «ОРЕп LP» и нажать кнопку SB1 «Сброс»;

• установить заводские параметры настройки преобразователя. Для этого установить значение параметра 0.00 равным 1233 и нажать кнопку SB1 «Сброс»;

• используя каталожные данные на асинхронный двигатель, ввести в преобразователь параметры двигателя:

0.42 - число полюсов (можно ввести значение AVTO);

0.43 - коэффициент мощности (можно не вводить);

0.44 - номинальное напряжение (ввести напряжение 220 В);

0.45 - номинальная скорость (об/мин);

0.46 - номинальный ток;

0.47 - номинальная частота;

• выполнить самонастройку привода: переключить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «1», установить параметр 0.40 в «2», А переключателем SA1 выбрать направление вращения. После того как дисплей перейдёт в режим индикации нажать кнопку SB1 «Сброс», двигатель совершит несколько оборотов вала и параметр 0.40 автоматически установится в нулевое значение, переключить тумблер «Разрешение» в положение «0»;

• после проведения самонастройки преобразователя проверить параметры 0.42-0.47.

• сохранить новые измененные значения параметров. Для этого установить в параметр 0.00 значение 1000, нажать кнопку «М» на кнопочной панели и далее кнопку SB1 «Сброс» - измененные параметры будут запомнены (при этом параметр 0.00 установится в 0).

• для просмотра значения активной составляющей тока статора, знак которой определяет режим работы двигателя (рекуперация или потребление энергии сети) необходимо ввести значение 0,49 в параметр L2, нажать кнопку М и далее «Сброс». Значение полного тока статора можно посмотреть в параметре 4.01, а активной составляющей - 4.02.

Рисунок 24 - Схема для снятия механических характеристик АД

4. Пуск двигателя от ПЧ:

• установить тумблер SA3 «Разрешение» в положение «1»;

• установить тумблер SA2 в положение «Скорость»;

• установить тумблер SA1 в верхнее положение на индикаторе ПЧ появится сообщение «шп» (работа);

• выбрать аналоговый вход 1;

• потенциометр RP1 установить в максимальное положение, при этом происходит разгон двигателя до максимальной частоты вращения 1500 об/мин;

• установить на индикаторе ПЧ параметр 4.02, показывающий активную составляющую тока статора.

Имеет место реальный холостой ход на естественной характеристике.

5. Снятие механической характеристики АД

Переключатель SA3 модуля ТП поставьте в положение, соответствующее вращению ДПТ в сторону вращения АД (согласное вращение). Потенциометр RP1 модуля ТП установить в максимальное положение. Изменением положения движка RP2 (ТП) задается момент двигателя ДПТ и АД разгоняется выше номинальной скорости вращения. При этом значение активной составляющей тока уменьшается, а при его нулевом значении получаем точку идеального холостого хода. Это режим вращения ротора с синхронной скоростью ω₀. Ток статора I_C идет только на создание магнитного потока. При дальнейшем разгоне двигателем ДПТ АД переходит в режим рекуперативного торможения (следите за токами якоря -допустима работа до значений 1... 1,5 А). Считываемые показания рекомендуется записывать в таблицу 30 (частоту вращения ω и ток якоря ДПТ I_п снимаются с индикатора ТП, остальные параметры с индикатора ПЧ).

Таблица 30 – Данные при снятии механической характеристики АД

ω, 1/с
Uc, В (5.02)
Iс А (4.01)
Ia, А (4.02)
IП, А

3.6. Для снятия части естественной характеристики в двигательном режиме нужно установить в нулевое положение потенциометр модуля ТП задания момента RP2, переключатель SA3 поставить в положение, соответствующее встречному вращению ДПТ и АД. Изменением положения потенциометра RP2 «Момент» изменяйте нагрузку АД. Ограничения по току якоря те же самые. Снять несколько точек характеристики и занести их в таблицу 30.

7. Осциллографирование приложения статической нагрузки. Изменяя положение движка RP2 «Момент» модуля ТП, установить 1/2 номинальную нагрузку в двигательном режиме - задать ток якоря 0,4...0,6 А. При установке переключателя SA1 «Разрешение» в нижнее положение нагрузка отключается. Дается команда на осциллографирование (кнопка «Пуск» осциллографа) и включается переключатель SA1. Происходит ступенчатый наброс нагрузки. При появлении картинки на дисплее нажать кнопу «Стоп».

Вернуть в исходные положения переключатели и потенциометры вначале модуля ТП, а затем модуля ПЧ.

8. Выполнить пункты 3.5 - 3.8 для пониженной частоты вращения АД (потенциометр RP1 ПЧ установить в среднее положение).

4. Для снятия характеристики динамического торможения необходимо пропускать по обмотке статора постоянный ток. Для этого собирается схема (рис. 25), в которой вместо ПЧ устанавливается автотрансформатор, и его выходные клеммы XS5 и XS6 соединяются с двумя фазами АД. Напряжение в обмотку возбуждения ДПТ (нагрузочного генератора) подается от клемм «=220 В» модуля питания, нагрузкой генератора служат сопротивления RP1 и RP2 модуля добавочных сопротивлений №2. Клемма XS9 ДПТ силового модуля соединяется с клеммой XS2 модуля добавочных сопротивлений №2, а клемма XS10 - с клеммой XS4. Клемма XS1 модуля добавочных сопротивлений соединена с клеммой XS3 того же модуля.

4.1. Установить в исходное положение модули:

• автотрансформатора (переключатель SA2 в нижнее положение, ручка - в крайнее положение против часовой стрелки);

- добавочных сопротивлений № 2 (переключатель SA1 - в положение «оо», переключатель SA2 - в положение «1100»).

4.2. Снятие характеристики

• включить QF1 и далее QF2;

• включить тумблер SA1 модуля автотрансформатора в верхнее положение и поворачивая ручку автотрансформатора установить ток статора 0,5... 1,0 А (см. на мониторе ПЭВМ или на амперметре модуля измерительного постоянного тока);

• переключатель SA1 модуля добавочных сопротивлений № 2 перевести из положения «оо» в положение «160»;

• увеличивать нагрузку ГПТ, уменьшая вначале переключателем SA2 сопротивление RP2 до нулевого значения (положение переключателя «0»), а затем переключателем SA1 сопротивление RP1, при этом следить за значением тока якоря ДПТ. Ток якоря не должен превышать номинального значения I_НАГР = I_Я ≈_ I_ЯН (Iян = 1,3 А)! Происходит раскручивание исследуемого АД, препятствующего движению - динамическое торможение. Снять несколько точек характеристики динамического торможения при разных скоростях ω и заполнить таблицу 31.

• вернуть модули в исходное положение, отключить автоматы QF2 и QF1;

• изменить полярность напряжения в обмотке возбуждения двигателя постоянного тока и снять несколько точек характеристики при вращении ДПТ в противоположную сторону, данные занести в таблицу 31. Значение тока якоря наблюдать на модуле измерительном постоянного тока.

Рисунок 25 – Схема для снятия характеристики динамического торможения АД

Таблица 31 – Данные для построения механической характеристики АД в режиме динамического торможения

ω, 1/с
IЯ,А
Iс, А

6. Используя опытные данные, строят механические ω=f(M) и электромеханические ω=/(I_я) характеристики в своих системах координат. Для оценки точности полученных результатов совместно с опытными механическими характеристиками следует построить расчетные естественную и искусственную механические характеристики. Так как в эксперименте используется маломощный АД, то пренебречь сопротивлением его статора невозможно и воспользоваться упрощенными уравнениями для расчета механических характеристик невозможно. Поэтому электромагнитный момент асинхронного электродвигателя следует рассчитывать по формуле

где U₁ - напряжение (фазное), подведенное к обмотке статора, В;

ω₀ - синхронная частота вращения, 1/с;

r₁ и r₂ - сопротивление активное обмотки статора и приведенное сопротивление обмотки ротора, Ом;

x₁ и х₂ - реактивные сопротивления рассеяния соответственно обмотки статора и приведенное сопротивление обмотки ротора, Ом;

S - скольжение;

ω -частота вращения ротора, 1/с.

Обработать осциллограммы переходных процессов АД. Произвести оцифровку параметров по осям. Определить и записать время пуска АД, время падения скорости при приложении нагрузки и величину падения скорости.

Форма представления результата:

Оформление отчета, ответы на вопросы:

1. Чему равен ток статора АД при вращении его ротора с синхронной скоростью?

2. Как меняется форма характеристики ω=f(М) при изменении напряжения на статоре асинхронного двигателя?

3. Различаются ли по величине максимальные моменты АД в двигательном и генераторном режимах?

4. Может ли критическое скольжение АД иметь значение, превышающее единицу?

5. По какому параметру можно определить, что АД вращается с синхронной скоростью?

6. Как осуществить перевод исследуемого АД из двигательного режима в режим рекуперативного торможения?