Лабораторная работа № 14 исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Цель работы: ознакомление с принципом действия и устройством асинхронного двигателя; испытание двигателя под нагрузкой и построение его рабочих и механических характеристик.

14.1. Содержание работы

У асинхронного двигателя на статоре расположена трехфазная об­мотка. При питании этой обмотки от трехфазной сети она образует вра­щающееся магнитное поле, частота вращения, об/мин,

где f₁ – частота тока питающей сети, f₁ = 50 Гц; Р – число пар полюсов обмотки статора.

В пазы ротора двигателя уложена короткозамкнутая обмотка, имеющая вид беличьего колеса. Обычно это медные или алюминиевые стержни в пазах ротора, замкнутые накоротко по концам кольцами из этого же металла.

Вращающееся поле статора пересекает обмотки статора и ротора, ин­дуктируя в них эдс. В обмотке статора эдс – E₁, в обмотке ротора – Е₂. Эдс ротора Е₂ создает и обмотке ток I₂, который, взаимодействуя с магнитным потоком статора, создает вращающий электромагнитный момент М. Этот момент заставляет вращаться ротор в том же направлении, что и магнитное поле статора, но с меньшей скоростью. Отноше­ние разности частоты вращения магнитного поля статора и ротора к частоте вращения магнитного поля статора называется скольжением, о. е.

,

или, %,

S_% = .

Скольжение является одним из важнейших параметров двигателя и обычно изменяется в пределах(1 6)%.

В настоящей работе требуется испытать двигатель под нагрузкой и оп­ределить характер изменения основных его параметров от на­грузки. По результатам опыта построить рабочие и механические харак­теристики.

14.2. Порядок выполнения работы

1. Под рабочими характеристиками асинхронного двигателя понимают зависимость n или S, сos , M, I, P₁, = f(P₂).

Для снятия рабочих характеристик собрать схему (рис. 14.1). Пе­ред сборкой схемы следует ознакомиться с пусковой аппаратурой, из­мери­тельными приборами и нагрузкой двигателя.

При каждом запуске двигателя включать ключ К, предохраняю­щий токовые цепи измерительных приборов от кратковременных больших токов, возникающих при запуске двигателя. Пусковой ток может пре­вышать номинальный в 6–7 раз. После запуска двигателя ключ К раз­мыкается.

В качестве механической нагрузки на двигатель служит генератор постоянного тока параллельного возбуждения, имеющий электрическую нагрузку – лампы накаливания.

Первое измерение параметров двигателя и генератора сделать при холостом ходе, затем последующие – при изменении нагрузки.

Рис. 14.1. Схема испытания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Показания приборов записать в табл. 14.1.

Таблица 14.1.

Данные испытаний асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором

Измерено						Вычислено
Uл, В	Iл, А	Р1, Вт	Iг, А	Uг, В	nск, об/мин	Р2, Вт	n, об/мин	, о. е.	cos φ1, о. е.	M, Нм

2. Скоростная характеристика – это зависимость S = f₁(P₂) или S = f₂(P₂). При холостом ходе, когда Р₂ = 0, ротор вращается с частотой, об/мин, близкой к частоте магнитного поля n₁, где

По мере увеличения нагрузки частота вращения ротора уменьшает­ся, а скольжение S увеличивается. Зависимость n = f(P₂) представляет собой линию с небольшим наклоном, так как

Частота вращения ротора n определяется стробоскопическим мето­дом. Для этого на вал ротора помещается диск с нанесенными на него секторами, число которых равно числу полюсов двигателя. Если осве­щать диск вращающегося ротора газоразрядной лампой, то создается эффект вращения секторов на диске в обратную сторону. Вращение столь медленное, что их частоту можно подсчитать визуально:

зная и n_s, определяют

3. Моментная характеристика показывает зависимость

где М₂ – полезный момент на валу двигателя; Р₂ – полезная мощность на валу двигателя.

Эти величины связаны между собой уравнением, Н/м,

Так как с увеличением Р₂ n уменьшается незначительно, то зависимость М₂ = f(P₂) будет почти линейной с некоторой вогнутостью. Эта за­висимость, так же как и n = f(P₂), похожа на ту же зависимость, что и у двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

4. Асинхронный двигатель потребляет из сети на образование вращаю­щего магнитного поля значительный реактивный ток (отстающий), поэтому при холостом ходе сos Затем при увеличении нагрузки реактивный ток почти не изменяется, а активный – резко увеличивается. Поэтому соs быстро достигает своего номинального значения (при Р₂ Р_н). При дальнейшем увеличении нагрузки коэффициент мощности незначительно уменьшается.

В асинхронных машинах существуют те же потери, что и в других электрических машинах.

Полные потери в двигателе составляют

При увеличении нагрузки сумма потерь почти не изменяется, и поэтому считается постоянной.

Потери в обмотках статора и ротора Р_Э1 и Р_Э2 увеличиваются с повышением потребляемого тока в квадратичной от него зависимости. До­бавочные потери принимаются равными 0,5 % номинальной подводимой мощности. Кпд двигателя определяется уравнением

Поэтому при увеличении нагрузки Р₂ он сначала быстро растет и достигает максимального значения при нагрузке, близкой к номинальной, а затем незначительно снижается.

В лабораторной работе все необходимые параметры двигателя оп­ределяются уравнениями:

где – кпд передачи, – кпд генератора.

5. По результатам опыта в одних осях координат построить рабочие характеристики. По тем же данным построить механическую характеристику n = f(M) и сделать выводы.

Рекомендуемая литература: [1, §19.1, 24.4, 26.5; 2, §3.3, 3.6, 3.8].