Спец. ел. маш._К4С1(7) / Лр / specmash

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

С.Ю. АЛЕКСАНДРОВСЬКИЙ, С.І. БАНДУРА, О.Ю. КІМСТАЧ, С.М. НОВОГРЕЦЬКИЙ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до лабораторних робіт по електричним машинам

Частина 3 Спеціальні електричні машини

Рекомендовано Методичною радою НУК

Миколаїв НУК 2012

2

Робота №1 Іспит трифазного асинхронного двигуна

зкороткозамкненим ротором в однофазному режимі

1.Об’єм роботи

1.1.Зробити пуск двигуна в трифазному режимі і замірити пускові струми; зняти, розрахувати і побудувати робочі характеристики двигуна в трифазному режимі.

1.2.Здійснити пуск двигуна в однофазному режимі з пусковою ємністю; замірити пускові струми; визначити величину пускової ємності. Зняти, розрахувати і побудувати робочі характеристики двигуна в однофазному режимі з робочою ємністю; визначити величину робочої ємності.

1.3.Порівняти між собою робочі характеристики двигуна в зазначених режимах.

2.Короткі теоретичні відомості.

Трифазні асинхронні двигуни можуть використовуватися як однофазні. Найбільш розповсюджені схеми включення трифазних АД. в однофазну мережу наведені на рис.1.1. При таких включеннях групи обмоток зрушені одна відносно одної на електричний кут 900, а конденсатор забезпечує фазовий зсув струмів, тому поле в зазорі близьке до кругового.

Для створення пускового моменту в

відключається. Якщо двигун при нормальній частоті обертання продовжує працювати з пусковою ємністю, то при невеликих ковзаннях можливий резонанс напруги, у результаті котрого напруги на обмотках, а так само і на затискачах конденсаторної батареї, можуть перевищити напругу мережі

3

в 2-3 рази. Щоб уникнути цього, пускову ємність зменшують до значення робочої ємності Cp із таким розрахунком, щоб двигун міг розвивати можливо більший момент при струмах у статорних обмотках, які не перевищують номінальні значення при трифазному режимі.

При роботі трифазного асинхронного двигуна з обірваною фазою створюються такі ж умови, як і в однофазному двигуні, тобто його результуючий момент дорівнює різниці моментів, які утворюються прямим та зворотнім обертовим полем (Мрез = Мпр – Мзвр). При нерухомому роторі результуючий момент дорівнює нулеві (Мпр – Мзвр = 0). Якщо ротор двигуна в момент обриву знаходиться в обертанні, то Мпр > Мзвр, і при Мрез > Мном двигун продовжує обертатися, проте максимальний момент Мmax виявляється істотно меншим ніж при непошкоджений фазі. При переході двигуна в однофазний режим частота обертання практично не змінюється, тому потужність на валі також залишається приблизно однаковою. Але відношення струмів у цих режимах

, де індекс 1 відноситься до режиму обриву фази, а 3 - до трифазного. Тому

при η3 = η1 і cosφ3 = cosφ1 струм I1 в корінь з трьох разів більший, ніж у трифазному режимі. У дійсності ж ККД і cosφ при обриві фази зменшуються, унаслідок чого струм I1 зростає в ще більшому ступені. Якщо двигун працює при навантаженні, близькому до номінального, то при обриві фази його струм стає значно більшим за номінальний, і двигун швидко перегрівається і «виходить з ладу». Тривала робота двигуна в однофазному режимі можлива при потужності на валу, яка дорівнює 50...60% від потужності в трифазному режимі.

3. Вказівки до виконання роботи

Для випробувань по пп. 1.1 збирається схема відповідно до рис. 1.2, а по п. 1.2 – відповідно до рис. 1.3. У якості навантаження двигуна використовується генератор постійного струму (ЕМП) М2.

4

Таблиця 1.1.

3.2. Двигун в однофазному режимі з

конденсатором. Запускають двигун в

однофазному режимі за схемою з пусковою

ємністю (рис.1.3). Перемикач амперметра ВК при

цьому повинний бути встановлений на

максимальну межу вимірювання. У момент пуску

фіксують максимальне показання амперметра ВК

Рис.1.3.

5

(пусковий струм). Після запуску двигуна заміряють струм Icп і напругу Ucп на пусковій ємності.

Потім переключають батарею конденсаторів на робочу ємність і знімають робочі характеристики двигуна в однофазному режимі з робочою ємністю. Для визначення величини робочої ємності заміряють струм Iср і напругу Uср на робочій ємності.

П р и м і т к а : переключення на робочу ємність у лабораторному стенді здійснюеться автоматично, з витримкою часу.

У в а г а ! Після відключення батареї конденсаторів на її затискачах може зберігатися висока напруга, яка небезпечна для життя. Розряд конденсаторної батареї на опір, призначений для гасіння цієї напруги, відбувається автоматично тільки при відключенні асинхронного двигуна від мережі.

4.Обробка результатів випробувань

4.1.Розрахунок робочих характеристик. Потужність Р1, яка споживається двигуном із мережі, вимірюється приладом ВК.

Корисну потужність на валу двигуна визначають по потужності, що віддається навантажувальним генератором постійного струму:

,

де Σp = рст + рмех + рщ + рдод + рЕ – сума втрат у навантажувальному генераторі; Ua Ia – потужність на затискачах навантажувального генератора; рст + рмех – втрати в сталі і механічні, задаються як 8% від

6

.

Коефіцієнт потужності двигуна визначається по формулах:

– для трифазного режиму;

– для однофазного режиму.

Результати розрахунків робочих характеристик для всіх трьох випадків зводять у табл. 1.2.

Таблиця 1.2.

4.2. Розрахунок робочих і пускових ємностей. Робоча і пускова ємності визначаються по формулі

мкФ,

де f1 = 50 Гц – частота змінного струму.

Питання для самоконтролю

1.Чому при обриві фази трифазного асинхронного двигуна може виникнути його перевантаження?

2.Як виглядає механічна характеристика однофазного асинхронного двигуна?

3.Які існують способи пуску однофазного асинхронного двигуна?

7

Робота №2 Дослідження електромашинного підсилювача (ЕМП) з поперечним

полем

1.Об’єм роботи.

1.1.Зняти і побудувати: 1) характеристики холостого хода ЕМП при замкнутому і розімкнутому ланцюзі поперечних щіток; 2) зовнішні характеристики ЕМП при різних ступенях компенсації і різних струмах керування; 3) зовнішню характеристику ЕМП з негативним зворотним зв'язком по струму якоря.

1.2.Розрахувати коефіцієнти підсилення ЕМП при номінальному струмі якорі для всіх випадків. Побудувати залежності коефіцієнта підсилення ЕМП від опору навантаження.

1.3.Оформити звіт по роботі.

2.Короткі теоретичні відомості.

Угенераторах незалежного збудження потужність збудження Рз

складає 1..5 % потужності генератора Р2. Коефіцієнт підсилення kп = P2 / Pз = 20...100. У системах автоматичного управління бажано мати більший коефіцієнт підсилення, щоб зменшити масу проміжних блоків. Електромашинні підсилювачі - це генератори постійного струму з коефіцієнтом підсилення 103...104.

Електромашинній підсилювач (ЕМП) поперечного поля має на якорі дві пари щіток, причому щітки по поперечній осі машини qq замкнуті закоротко (рис. 2.1). Невеликий струм I1 в обмотці управління ОУ створює невеликий потік управління Ф1 по подовжній осі dd машини. Потік управління наводить у закоротко замкненому контурі по поперечній осі машини струм I2, що створює по поперечній осі машини потік Ф2. Потік Ф2 нерухомий щодо щіток, а у витках обмотки якоря, що обертаються в поперечному полі, наводиться ЕРС Е3. Ця ЕРС на щітках у подовжній осі створює вихідну напругу Uвих. Струм навантаження I3 створює потік реакції якоря Ф3, що спрямований назустріч потокові Ф1. Щоб

8

компенсувати дію потоку навантаження на потік управління, у ЕМП поперечного поля встановлюється компенсаційна обмотка КО. Для точної компенсації в ЕМП поперечного поля є регулювальний резистор Rk, за допомогою якого здійснюється настроювання компенсації.

У витках обмотки якоря складаються струми в короткозамкненому контурі I2 і струм навантаження I3. У кожній чверті обмотки якоря струми відрізняються друг від друга, що вносить деякі особливості в розрахунок

конфігурацію. Статор - неявнополюсний із пазами, що мають різний профіль. Обмотка додаткових полюсів, якою забезпечується ЕМП для поліпшення комутації, розташовується на зубці по подовжній осі машини dd. Компенсаційна обмотка, що складається з котушок різної ширини, поміщається в пазах між віссю dd і великим пазом на осі qq. У великому пазу розташовуються обмотки управління, котрих зазвичай в ЕМП буває дві або чотири, і одна сторона котушки компенсаційної обмотки. Висота спинки магнітопроводу над великим пазом усього декілька міліметрів, тому що над великим пазом замикається тільки потік управління.

9

В ЕМП поперечного поля об'єднані два генератори незалежного збудження. Перший каскад - обмотка управління і поперечний короткозамкнений контур. Другий каскад - поперечний короткозамкнений контур із струму збудження I2 і вихід - подовжній струм I3 і напруга Uвих. Таким чином, коефіцієнт підсилення по потужності ЕМП поперечного поля дорівнює

,

де kp1 і kp2 коефіцієнти підсилення по потужності першого і другого каскадів.

Зазвичай ЕМП поперечного поля виконуються в одному агрегаті з приводним двигуном. Випускаються ЕМП на потужність від сотень ватів до десятків кіловатів.

3. Вказівки до виконання роботи

Для зняття характеристик по п.1.1 та п.1.2 збирається схема відповідно до рис.2.2. ЕМП (M2) приводиться в обертання асинхронним двигуном M1, тому вважати, що частота залишається постійною.

Рис.2.

2.

3.1. Характеристика холостого ходу при замкненому ланцюзі поперечних щіток.

Шукана характеристика є залежність:

10