№1 брошюра

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 №1

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

по дисциплине «Электропривод»

КУРСК – 2007

Составили: профессор Серебровский В.И.

преподаватель Назаренко Ю.В.

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Цель работы: исследовать механические характеристики трехфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях ротора.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомиться с исследуемым двигателем и оборудованием рабочего места. Записать номинальные данные двигателя и других машин, входящих в опытную установку.

2. Измерить омические сопротивления фазы статора r₁ и фазы ротора r_p. Привести эти сопротивления к расчетной рабочей температуре 75С.

3. Измерить сопротивление пускового реостата R_x по ступеням. Определить отношение R_x/r_p для отдельных ступеней.

4. Рассчитать естественную (R_x = 0) и одну искусственную механическую характеристику (при R_x = 3 r_p) при изменении скольжения от -1 до 2 и при напряжении U_ст = 127 В. Величину x₁ + x₂' принять по данным лаборатории.

5. Собрать схему для исследования механических характеристик асинхронного двигателя в различных режимах.

6. Исследовать механические характеристики n = f (М) асинхронного двигателя в двигательном режиме при различных сопротивлениях в цепи ротора

(R_x = (0 …10) r_p).

7. Исследовать механические характеристики n = f (М) асинхронного двигателя в генераторном режиме при различных сопротивлениях в цепи ротора

(R_x = (0 … 10) r_p). Скорость вращения повышать примерно до 1,5 n.

8. Исследовать механические характеристики n = f (М) двигателя в режиме противовключения при сопротивлении в цепи ротора R_x = 10 r_p и при изменении скорости вращения ротора от 0 до п_с.

9. Исследовать механические характеристики n = f (М) двигателя в режиме динамического торможения при возбуждении статора переменным током. В цепь ротора включить сопротивление (R_x = (10… 20) r_p). Скорость вращения ротора изменить от 0 до n_с.

10. Исследовать механические характеристики двигателя в режиме динамического торможения при возбуждении статора постоянным током. В цепь ротора включить сопротивление (R_x = (5 …10) r_p). Скорость вращения ротора изменять от 0 до n_с.

11. По данным опытов и расчетов построить на графике зависимости n = f (М) и оформить отчет.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Трехфазные асинхронные электродвигатели с фазным ротором применяются там, где требуется регулировать скорость вращения или ограничить пусковой ток или пусковой момент. Для этого в цепь ротора включают регулируемое сопротивление (рис. 1 а).

Расчетная формула для вращающего момента трехфазного асинхронного электродвигателя имеет следующий вид:

Нм

Максимальный момент, в свою очередь, определяется по формуле:

кг м (1)

или

Нм

Скольжение при максимальном моменте

(2)

(3)

В формулах (1), (2), (3) знак плюс относится к двигательному режиму, знак минус – к генераторному.

В формулах (1), (2), (3)

U_ф – фазное напряжение, подведенное к двигателю;

w_c – синхронная угловая скорость;

r₁ – омическое сопротивление фазы статора;

r₂¹ – приведенное активное сопротивление ротор.

Схемы включения трехфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором

а - при исследовании механических характеристик в двигательном и генераторном режимах; б - при исследовании механических характеристик в режиме динамического торможения при возбуждении статора переменным током; в - то же, но при возбуждении постоянным током.

Рис. 1.

E_c , E_p – э. д. с. статора и ротора

r₂ = r_p + R_x – полное активное сопротивление фазы ротора (r_p - сопротивление фазы ротора, R_x – добавочное сопротивление в цепи ротора);

x₁ – индуктивное сопротивление фазы статора;

x₂ – приведенное индуктивное сопротивление фазы ротора.

Максимальный момент не зависит от сопротивления в цепи ротора, при увеличении этого сопротивления увеличивается скольжение при данном моменте. Таким образом, изменяя активное сопротивление ротора R_x, можно получать различные механические характеристики асинхронного электродвигателя.

Для асинхронного электродвигателя осуществимы следующие виды торможения:

а) торможение с рекуперацией энергии в сеть при увеличении скорости вращения ротора выше синхронной. Такой вид торможения применяют для поддержания скорости привода примерно постоянной;

б) торможение противовключением переменой направления вращения поля статора. Этот способ позволяет осуществить эффективное торможение для остановки привода;

в) динамическое торможение при возбуждении переменным током, осуществляемое по схеме показано на рис. 1 б. При надлежащем выборе сопротивления в цепи ротора (R_x ~ 10 r_p) можно получить благоприятные тормозные характеристики;

г) динамическое торможение при возбуждении статора постоянным током. Статор подключают к источнику постоянного тока по схеме, приведенной на рис. 1в.

Для получения наиболее благоприятных тормозных характеристик необходимо увеличить сопротивление цепи ротора примерно в 5-10 раз. Для торможения двигателей сравнительно небольшой мощности применяют питание от понижающего трансформатора и селеновых выпрямителей. Ток возбуждения дают в 2-3 раза больше, чем ток холостого хода в трехфазном режиме при номинальном напряжении.

Примерные механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором показаны на рис. 2.

Механические характеристики трехфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором

1 – естественная; 2,3,4 – искуственные характеристики; 5 – характеристика динамического тормажения при возбуждении статора переменным током; 6,7 –то же, но при возбуждении статора постоянным током.

Рис. 2.

M = C_м (I_o + I _н.м) (4)

кгм/А C_м = 0,493

I _н.м – ток нагрузочной машины;

I_o – ток, соответствующий моменту холостого хода.

Исследование механических характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором нужно проводить по методу возвратной работы по схеме, приведенной на рис. 3.

Схема нагрузочного агрегата для испытания электродвигателя в различных режимах по методу возвратной работы

Рис. 3.

Вращающий момент исследуемого двигателя определяют по формуле (4). Скорость вращения измеряют электротахометром.

В цепь ротора исследуемого двигателя включают реостат R_x (рис. 1). Регулирование сопротивления реостата ступенчатое. Реостат рассчитывают на длительный режим работы, обычные пусковые реостаты для этой цели непригодны. Так как исследуемый двигатель работает в режимах больших скольжений, то во избежании перегрева обмоток его включают на напряжение 127 В при соединении обмоток статора звездой (при номинальном напряжении двигателя 380/220 B).

Напряжение на статоре исследуемого двигателя должно оставаться неизменным. Если в сети напряжение сильно колеблется или значительно отличается от номинального, то питание к двигателю следует подводить от регулировочного автотрансформатора.

Механические характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме исследуют таким образом (рис. 3). При разомкнутом переключателе П включают исследуемый двигатель ИД, затем двигатель ВД. Установив при номинальной скорости вращения двигателя Д возбуждение машины НМ равным номинальному, дают такое возбуждение машине ВМ, чтобы показания вольтметра, включенного параллельно переключателю П, были равны нулю (при этом Е_в.м. = Е_н.м). После этого включают переключатель П, постепенно уменьшают возбуждение машины ВМ (Е_в.м.  Е_н.м) и исследуют зависимость

I_н.м = f (n) при изменении скорости вращения исследуемого двигателя от n_c до 0. Опыт проводят при различных сопротивлениях в цепи ротора (R_x = 0…10 r_p).

Для исследования механических характеристик двигателя в генераторном режиме увеличивают скорость вращения ротора выше синхронной. Для этого после включения переключателя П постепенно увеличивают возбуждение машины ВМ (Е_в.м.  Е_н.м) и исследуют зависимость I_н.м = f (n) при изменении скорости вращения от n_c до 1,5 n_c при различных сопротивлениях в цепи ротора.

Механические характеристики двигателя в режиме противовключения исследуют при той же схеме испытательной установки, что и в предыдущих опытах. При этом меняют местами два провода на статоре исследуемого двигателя, а ротор вращают машиной НМ в прежнем направлении. В цепь ротора включают сопротивление R_x = 10 r_p. Опыт начинают при минимальном возбуждении машины ВМ и замкнутом переключателе П. При опыте исследуют зависимость I_н.м = f (n) при изменении скорости от 0 до n_c. Опыт нужно проводить быстро во избежании перегрева двигателя и реостата.

Для исследования механических характеристик двигателя в режиме динамического торможения при возбуждении статора переменным током соединяют обмотки статора треугольником и присоединяют к сети, как показано на рис. 1 б. В цепь ротора включают сопротивление R_x = 20 r_p. Ротор двигателя вращают нагрузочной машиной и исследуют зависимость I_н.м = f (n) при изменении скорости от 0 до n_c.

Для исследования механических характеристик двигателя в режиме динамического торможения при возбуждении статора постоянным током соединяют обмотки статора звездой и на два любых вывода подают постоянный ток величиной I = 2,5 I_xx (I_xx – ток холостого хода фазы статора при номинальном напряжении) от постороннего источника. В цепь ротора включают сопротивление R_x = (5…10) r_p, вращают ротор нагрузочной машиной и исследуют зависимость M = f (n) при изменении скорости от 0 до n_c.

Данные опытов сводят в таблицу1:

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. От чего зависит пусковой ток асинхронного двигателя, в каких пределах он изменяется и как влияет на питающую сеть?

2. Как влияет изменение напряжения на максимальный вращающий момент двигателя?

3. Как влияет величина сопротивления ротора на величину пусковых момента и тока?

4. Почему критическое скольжение увеличивается при введении в цепь ротора добавочного сопротивления, а максимальный момент остается при этом неизменным?

5. Как изменится критический момент и скольжение по мере увеличения сопротивления включенного в цепь статора?

12

11

3

10

4

9

5

8

6

7