МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

(Минсельхоз России)

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. ПРОФ. И.И.ИВАНОВА»

Кафедра Электротехники и мж

Лабораторная работа №2

ПОДГОТОВКА АСИНХРОННЫХ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ К ПУСКУ

по дисциплине «Электропривод»

КУРСК – 2007

Составили: профессор Серебровский В.И.

преподаватель Назаренко Ю.В.

Лабораторная работа №2

ПОДГОТОВКА АСИНХРОННЫХ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ К ПУСКУ

Цель работы:

1. Изучить основные приемы подготовки к пуску трехфазного асинхронного двигателя.

2. Определить начало и конец фаз статорной обмотки при отсутствии обозначенной на выводах.

3. Восстановить паспортные данные двигателя и включить его в сеть.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В сельском хозяйстве широкое применение находят асинхронные короткозамкнутые двигатели мощности (0,6 – 20 кВт). Асинхронные двигатели большей мощности чаще применяются с фазным ротором.

Отличие двигателя с фазным ротором от короткозамкнутого заключается в выполнении обмотки его ротора. У двигателя с фазным ротором обмотка соединена «звездой» и свободные концы ее выведены к трем контактным кольцам. На контактные кольца накладываются щетки, которые служат для включения в цепь ротора дополнительного сопротивления (пускового реостата). Этим достигается снижение пускового тока (при одновременном увеличении пускового момента).

После разбега двигателя надобность в пусковом реостате отпадает. Кольца ротора замыкают накоротко, а щетки поднимают, отсоединяя реостат от ротора.

На паспортном щитке асинхронного короткозамкнутого двигателя (рис.1.) указаны его номинальные величины: мощность (на валу) в киловаттах, линейное напряжение на зажимах обмотки статора в вольтах, линейный ток в амперах, частота тока в герцах, скорость вращения (число оборотов в минуту), К.П.Д., коэффициент мощности (косинус угла между векторами напряжения и тока фазы обмотки статора). Для двигателя с фазным ротором указано, кроме того, напряжение на контактных кольцах (при неподвижном роторе) и ток обмотки ротора (при нормальном режиме).

Двигатель асинхронный Тип: 4А71А4У3 № 65322 3 ~ 50 Hz 0,55 кВт cos φ 0,7 1390 об/мин D/Y 220/380 В 2,9/1,7 А КПД 70,5 % 15,1 кг 8.1 IР44 ГОСТ 6523-74 Режим S1 кл. изоляции В Сделано в СССР

Рис. 1.

На паспортном щитке (рис. 1) указаны также схема соединения обмотки статора, режим работы, для которого предназначен двигатель и полный вес его в килограммах, что необходимо учитывать при монтаже. Числа 220/380 означают, что при напряжении сети 380 В обмотки необходимо соединять «звездой», а при напряжении 220 В – «треугольником». Аналогично обозначение 220/127 В.

При преобразовании электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе наблюдаются следующие потери:

магнитные – в стали (в сердечниках статора и ротора на перемагничивание и вихревые токи);

электрические (в проводах обмоток статора и ротора);

механические (трение в подшипниках, щёток о контактные кольца и вращающихся частей о воздух).

Коэффициент полезного действия электродвигателя – это отношение полезной механической мощности, отдаваемой двигателем на валу, к электрической мощности, потребляемой двигателем из сети.

Для асинхронных двигателей новой единой серии А2 и АО2 мощностью от 11 до 22,5 кВт КПД при нормальной нагрузке составляет 0,76-0,90. У асинхронного двигателя КПД изменяется сравнительно мало при изменении нагрузки в пределах от 2/3 до 5/4 номинальной мощности. При нагрузках, выходящих за эти пределы, КПД падает довольно значительно. У двигателей трехфазного тока КПД определяют по формуле:

h _н = , (1)

где P _н – номинальная мощность двигателя, Вт;

U_н - номинальное напряжение, В;

J_н - номинальный ток, А;

cos φ _н - номинальный коэффициент мощности.

Проверка состояния обмотки статора

Сопротивление изоляции определяется между отдельными обмотками и корпусом, а также между обмотками относительно друг друга.

Если машина переменного тока имеет только три входа (соединение фаз выполнено внутри машины), то измеряют сопротивление изоляции всей обмотки по отношению к корпусу. Если машина имеет шесть выводов, то их следует разъединить и измерить сопротивление изоляции каждой фазы относительно корпуса и относительно друг друга.

При отсутствии мегомметра сопротивление изоляции можно измерить вольтметром постоянного тока с достаточно высоким (не менее 300 Ом на 1 В) внутренним сопротивлением. При этом необходимо иметь источник постоянного тока напряжением не ниже 220 В.

Для измерения сопротивления изоляции вольтметр первоначально включают на зажимы источника (измеряют напряжение источника тока), во второй раз в цепь вольтметра вводят сопротивление изоляции, подлежащее измерению (рис. 2).

Электрическая схема для измерения сопротивления изоляции вольтметром

Рис. 2.

Если в первом случае вольтметр показывает U₁ B, а во втором U₂ B, то искомое сопротивление изоляции:

R _И3 = R_B ( U₁ / U₂ - 1) (2)

где R_B - сопротивление вольтметра.

Пример: U₁ = 220 В, U₂ = 5 В, вольтметр с добавочным сопротивлением R_B = 100000 Ом, тогда: R _И3 = 0,1 (220 / 5 - 1) = 4,3 мОм

Проверка правильности (разметка) выводов обмотки статора асинхронного двигателя методом трансформации и методом подбора

Обмотка каждой фазы имеет два вывода: начало и конец. Обозначение выводов дано в таблице 1.

Обычная обмотка имеет 6 выводов (существуют специальные трехфазные обмотки, у которых имеются выводы от середины фаз обмотки с параллельными цепями, многоскоростные обмотки и т.п., где общее число выводов может быть больше шести).

При соединении «звездой» три вывода обмотки фаз (начала С1, С2, С3 или концы С4, С5, С6) соединяются вместе, образуя нулевую точку, а другие три вывода присоединяются к питающей линии (рис. 3).

При соединении в «треугольник» конец обмотки одной фазы присоединяется к началу обмотки другой, образуя замкнутый треугольник. При соединении в «треугольник» фазное напряжение U_ф равно линейному U_л, а ток фазы:

где I_л - линейный ток.

Таблица 1

Обозначение выводов обмотки статора трехфазных машин

Схема соединения	Число выводов	Название выводов	Обозначение выводов
			Начало	Конец
Открытая схема	6	Первая фаза	С1	С4
		Вторая фаза	С2	С5
		Третья фаза	С3	С6
Соединение «звездой»	3 и 4	Первая фаза	С1
		Вторая фаза	С2
		Третья фаза	С3
		Нулевая точка	0
Соединение «треугольником»	3	Первый зажим	С1
		Второй зажим	С2
		Третий зажим	С3

Таблица 2

Обозначение выводов ротора асинхронного двигателя (ГОСТ 183-55)

Число выводов на контактных кольцах	Название выводов	Обозначения
3	Первая фаза	Р1
	Вторая фаза	Р2
	Третья фаза	Р3
4	Первая фаза	Р1
	Вторая фаза	Р2
	Третья фаза	Р3
	Нулевая фаза	0

Схемы расположения выводов фаз асинхронного короткозамкнутого двигателя

а) при соединении звездой б) при соединении треугольником

Рис. 3.

При соединении «звездой» фазное напряжение: U_ф = ,

а фазный ток равен линейному. Мощность двигателя остается при обоих соединениях одинаковой, если напряжение сети соответствует соединению обмотки статора.

Перемена направления вращения двигателя (реверсирование) достигается взаимной заменой любых двух подводящих проводов.

Когда двигатель имеет составные или секционированные обмотки, перед прописными буквами обозначения ставят номер обмотки, например IС₁, IС₂, 2С₁, 2С₂ и т.д.

Для машин с секционированными обмотками, имеющими разные числа полюсов, перед буквами обозначения ставят цифру, соответствующую числу пар полюсов. Начала фаз имеют обозначения 4С₁, 4С₂, 4С₃, концы – 4С₄, 4С₅, 4С₆ и середины – 2С₁, 2С₂, 2С₃.

Контактные кольца ротора асинхронных двигателей должны обозначаться буквами присоединенных к ним выводов обмотки ротора: при этом расположение колец должно быть в порядке указанных букв, а кольцо Р1 должно быть наиболее удалено от обмотки ротора.

Определение правильности обозначения выводов обмотки

В практике довольно часто встречаются электродвигатели, у которых выводы не размечены. В этом случае возникает необходимость определить начало и конец каждой фазы. Распределение выводов по фазам находят, пользуясь контрольной лампочкой или мегомметром.

Поступают следующим образом. Свободным концом провода 3 (рис. 4) касаются одного из шести выводов статорной обмотки, а концом 1 – поочередно остальных пяти ее выводов. Лампочка 2 загорится в том случае, когда провода 3 и 1 коснутся двух проводов, принадлежащих одной фазе статора. Таким же способом находят выводы второй и третьей фаз статорной обмотки.

Схема для определения выводов

Рис. 4.

Найдя распределение выводов по фазам, определяют их начала и концы. Это делают методом трансформации, открытого треугольника или методом подбора.

Метод трансформации заключается в следующем. Обмотки двух фаз соединяют последовательно и включают в сеть. Обмотку третьей фазы присоединяют к вольтметру или к контрольной лампочке.

Если соединены разноименные выводы, то есть конец первой фазы с началом второй, в третьей фазе индуктируется электродвижущая сила (рис. 5). Магнитные потоки, созданные токами двух фаз, дают результирующий магнитный поток, который наводит в третьей фазе электродвижущую силу.

Электрическая схема для определения концов и начал фаз обмотки статора методом трансформации

Рис. 5

Чтобы избежать повреждения изоляции от больших токов, возникающих при включении обмоток, опыт необходимо проводить быстро (в течение нескольких секунд), после чего, двигатель следует отключить от сети. При напряжении сети 380/220 В опыт проводят, используя напряжение 220 В (обмотки включают между одной из фаз и нулем).

Метод подбора заключается в следующем: найдя распределение выводов статорной обмотки по фазам, размечают их бирками с надписями:

С1 и С4 – выводы первой фазы;

С2 и С5 – выводы второй фазы;

С3 и С6 – выводы третьей фазы.

Затем, соединив в одну точку концы трех фаз С4, С5 и С6 присоединяют начала С1, С2 и С3 к источнику энергии. Включают обмотки под напряжение и наблюдают за работой двигателя. Если двигатель работает нормально, то подбор начал и концов сразу оказался правильным, что бывает очень редко, чаще приходится вести подбор постепенно.

Чтобы сократить количество вариантов и ускорить определение начал и

концов методом подбора, принимают неизменной маркировку одной из трех фаз (например, первой), как показано в вариантах а, б, в, г (рис. 6) и меняют поочередно начала и концы второй и третьей фаз

Возможные комбинации соединения фаз обмотки статора при определении начал и концов фаз методом подбора

Рис. 6.

Последовательно проверив эти варианты, устанавливают начала и концы обмоток статора трехфазного двигателя.

Определение номинальных данных асинхронного двигателя

Если щиток с номинальными данными асинхронного двигателя утерян или разрушен, то для определения номинального напряжения следует при холостом ходе двигателя, после того как подшипники нагреются до установившейся температуры, снять кривую зависимости тока холостого хода от напряжения (рис. 7).

Зависимость тока холостого хода асинхронного двигателя от величины подводного напряжения и к его зажимам.

Вначале ток холостого хода пропорционален напряжению (участок аб), далее, вследствие того, что активная сталь постепенно насыщается, ток начинает расти быстрее и прямая пропорциональность напряжения нарушается (участок бв кривой). При больших насыщениях даже незначительное увеличение напряжения вызывает сильный рост тока (прямолинейный участок вг).

Номинальным напряжением следует считать такое ближайшее стандартное напряжение, при котором ток холостого хода находится на участке бв кривой.

Скорость вращения двигателя легко определить тахометром. Ток двигателя может быть ориентировочно установлен путем измерения омического сопротивления фазы статора.

Падение напряжения в фазе обмотки статора I_ф.н R_ф составляет определенную часть от напряжения фазы U_ф.н, ограничиваемую допустимыми потерями в обмотке I_ф.н R_ф = kU_ф.н. Отсюда ток в фазе

Величина k может быть взята из таблицы 3, в зависимости от предполагаемой мощности двигателя.

Мощность Р_н подсчитывают по формуле:

Р_н = U_ф.н I_ф.н cos j_н h_н или Р_н = √3U_л.н I_л.н cos j_н h_н,

где h_н - коэффициент полезного действия двигателя;

cos j_н - коэффициент мощности;

U_ф.н - напряжение фазы;

I_ф.н - ток фазы;

U_п.н - линейное напряжение;

I_п.н - линейный ток.

Произведение cos j_н h_н берут из таблицы 3.

Таблица 3

Мощность, квт	k	hн	cos jн	cos jн hн
0,1	0,11	0,70	0,70	0,50
1	0,06	0,77	0,75	0,57
7,5	0,04	0,85	0,82	0,70
25	0,03	0,88	0,85	0,75
100	0,02	0,90	0,88	0,79

Когда известны некоторые паспортные данные двигателя восстановить недостающие значительно проще.

Пример: Р_дв = 2,6 кВт, cos j_н = 0,8, h_н = 0,8.

Необходимо определить U_н, I_н ,h_н

Асинхронные двигатели (массового производства) изготовляются на напряжения: 127, 220, 380, 500 В и выше.

Поскольку нам не известно, на какое напряжение рассчитан данный электродвигатель, то включить его первоначально можно без опасения на

наименьшее фазное напряжение 127 В.

Если в лаборатории напряжение равно 220 В, обмотку статора соединяют «звездой» и измеряют ток холостого хода.

Допустим, что I_хх = 1,2 А.

В асинхронных электродвигателях I_хх = (0,4…0,6)

Величина тока холостого хода I_хх зависит от состояния механической части электродвигателя (подшипников, величины воздушного зазора между статором и ротором и др.).

Ориентировочно примем величину I_х =0,4 I_н, тогда предполагаемый номинальный ток электродвигателя:

А

Значение cos I_н и h_н можно принять равными 0,8. Мощность электродвигателя

Р_н = Ö3 220*3*0,8*0,8 = 730 Вт.

Полученная мощность электродвигателя меньше паспортной примерно в 3 раза.

Если увеличить подводимое к электродвигателю напряжение в Ö3 раз, ток увеличится, также примерно в Ö3 раз, а мощность электродвигателя получится близкой к паспортной. Но так как напряжение сети равно 220 В, то эту мощность можно получить только при соединении обмотки статора в «треугольник».

Следовательно номинальное фазное напряжение обмотки статора электродвигателя равно Uф=220В. Если в сети будет напряжение 380 В, то номинальную мощность двигателя получим при соединении его обмотки статора в «звезду». Таким образом, на паспорте двигателя должно быть указано напряжение U/D -380/220 В. После определения напряжения можно определить номинальный ток электродвигателя:

Скорость вращения электродвигателя определяют тахометром.

Указания к выполнению работы

При проверке механической части электродвигателя необходимо:

1. Тщательно осмотреть корпус и подшипниковые щиты машины и убедиться в отсутствии трещин;

2. Проверить наличие креплений, затяжку болтов, исправность крышек, фланцев, выводных дощечек и зажимов;

3. Путем покачивания ротора от руки проверить износ подшипников;

4. Проворачивание ротора от руки убедиться в отсутствии задеваний;

5. Проверить наличие смазки в подшипниках;

6. У электродвигателей с контактными кольцами проверить исправность щеткодержателей.

При проверке электрической части двигателя необходимо:

1. Проверить состояние обмотки статора;

2. Проверить правильность выводов концов обмотки статора методом трансформации и методом подбора;

3. Собрать электрическую схему и запустить короткозамкнутым электродвигателем;

4. Определить напряжение электродвигателя;

5. Составить паспорт электродвигателя;

6. Запустить электродвигатель с фазным ротором и определить токи при нормальной схеме включения и при обрыве фазы ротора;

7. Определить пусковой ток электродвигателя с фазным ротором при пуске его с ротором, замкнутым накоротко, и с помощью пускового реостата.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какую максимальную скорость может иметь ротор асинхронного двигателя при частоте тока 50 гц?

2. Как отразится на величине тока холостого хода и коэффициента мощности асинхронного двигателя увеличение зазора между ротором и статором?

3. Как проверить состояние изоляции обмоток двигателя при отсутствии мегомметра?

4. Для чего применяется пусковой реостат у двигателей фазным ротором?

5. Почему при снижении пускового тока двигателя с помощью пускового реостата увеличивается пусковой момент?

Приложение

12

11

3

10

4

9

5

8

6

7