лаб5 Биченко
.pdfЛабораторна робота №5
ДОСЛІДЖЕННЯ КОМПЕНСОВАНОГО ТРИФАЗНОГО
АСИНХРОННОГО ДВИГУНА
Мета: Вивчити будову і принцип дії трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. З’ясувати способи обмеження реактивного струму намагнічування асинхронних двигунів. Оволодіти методикою проведення дослідів і навчитись аналізувати енергетичні властивості асинхронного компенсованого
Програма роботи
1.Ознайомитись з обладнанням робочого місця в лабораторії, з’ясувати призначення кожного виду обладнання. Записати в робочий журнал паспортні дані електромашинного агрегату і вибрати необхідні для проведення дослідів прилади.
2.Зібрати електричну схему досліду, включити асинхронний двигун в мережу і отримати дані для визначення реактивного струму намагнічування та величини компенсуючої ємності.
3.Виконати дослід і отримати дані для побудови робочих і енергетичних характеристик:
3.1звичайного серійного трифазного короткозамкненого двигуна;
3.2компенсованого трифазного асинхронного двигуна.
4.Виконати дослід і отримати дані для побудови залежності реактивної потужності асинхронного двигуна при зміні навантаження на валу від нуля до номінального.
Схема для дослідження компенсованого асинхронного двигуна
Таблиця 12.1 – Дані для побудови робочих характеристик серійного асинхронного двигуна
|
|
Дослідні дані |
|
|
|
|
Розрахункові величини |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
|
|
n, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п/п |
U1, |
I1, |
P1ф, |
об/ |
|
Uг, |
Iг, |
ηг |
S1, |
Р1, |
Р2, |
cosϕ |
η |
ηен |
S |
М2, |
f2, |
|
В |
A |
Вт |
хв |
|
В |
А |
В·А |
Вт |
Вт |
нм |
Гц |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
224 |
4 |
100 |
1420 |
|
180 |
1 |
0,32 |
1552 |
300 |
57 |
0,19 |
0,19 |
0,04 |
0,05 |
0,4 |
2,5 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
224 |
3,9 |
113 |
1415 |
|
180 |
2 |
0,21 |
1513 |
339 |
75 |
0,22 |
0,22 |
0,05 |
0,06 |
0,53 |
3 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
224 |
3,8 |
115 |
1410 |
|
180 |
3 |
0,15 |
1474 |
345 |
79 |
0,23 |
0,23 |
0,05 |
0,06 |
0,56 |
3 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
224 |
3,9 |
200 |
1405 |
|
180 |
4 |
0,33 |
1513 |
600 |
240 |
0,4 |
0,4 |
0,16 |
0,06 |
1,71 |
3 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
224 |
4 |
250 |
1405 |
|
180 |
5 |
0,4 |
1552 |
750 |
360 |
0,48 |
0,48 |
0,23 |
0,06 |
2,55 |
3 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
224 |
4,1 |
280 |
1400 |
|
180 |
6 |
0,41 |
1591 |
840 |
445 |
0,53 |
0,53 |
0,28 |
0,07 |
3,16 |
3,5 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
224 |
4,4 |
340 |
1395 |
|
180 |
7 |
0,49 |
1707 |
1020 |
612 |
0,6 |
0,6 |
0,36 |
0,07 |
4,37 |
3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 12.2 – Дані для побудови робочих характеристик компенсованого двигуна
|
|
|
Дослідні дані |
|
|
|
|
Розрахункові величини |
|
|
|||||||
№ |
|
|
|
|
|
n, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
об/ |
Uг, Iг, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
п/п |
U1, |
I1, Iд, |
Iс, P1ф, |
г η |
S1, |
Р1, Р2, |
cosϕ |
η |
ηен |
S |
М2, |
||||||
|
|
|
|
|
хв |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
В |
A |
А |
A |
Вт |
В |
А |
В·А |
Вт |
Вт |
нм |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
1 |
224 |
4 |
4 |
3 |
100 |
1420 |
180 |
1 |
0,32 |
1552 |
300 |
57 |
0,19 0,19 |
0,04 |
0,05 |
0,4 |
|
|
|||||||||||||||||
2 |
224 3,9 |
4,1 |
3,1 |
113 |
1415 |
180 |
2 |
0,21 |
1513 |
339 |
75 |
0,22 0,22 |
0,05 |
0,06 |
0,53 |
||
|
|||||||||||||||||
3 |
224 |
4 |
3,9 |
3,2 |
115 |
1415 |
180 |
3 |
0,15 |
1474 |
345 |
79 |
0,23 0,23 |
0,05 |
0,06 |
0,56 |
|
|
|||||||||||||||||
4 |
224 4,1 |
4,2 |
3,2 |
200 |
1400 |
180 |
4 |
0,33 |
1513 |
600 |
240 |
0,4 |
0,4 |
0,16 0,06 |
1,71 |
||
|
|||||||||||||||||
5 |
224 4,1 |
4,2 |
3,4 |
250 |
1404 |
180 |
5 |
0,4 |
1552 |
750 |
360 |
0,48 |
0,48 |
0,23 |
0,06 |
2,55 |
|
|
|||||||||||||||||
6 |
224 4,2 |
4 |
3,5 |
280 |
1401 |
180 |
6 |
0,41 |
1591 |
840 |
445 |
0,53 |
0,53 |
0,28 |
0,07 |
3,16 |
|
|
|||||||||||||||||
Таблиця 12.3 – Дані для побудови залежності Q=f(P2) асинхронного двигуна
|
|
Дослідні дані |
|
|
|
|
|
Розрахункові величини |
|
|||||||
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п/п |
U1, |
I1, |
Iд, |
Ic, |
Сф, |
P1ф, |
n, |
Uг, |
Iг, |
ηг |
S1, |
P1, |
P2, |
cosφ |
Q, |
Q* |
|
В |
A |
А |
A |
мкФ |
Вт |
об/хв |
В |
А |
В·A |
Вт |
Вт |
вар |
|||
1 |
220 |
4,3 |
4 |
2,9 |
50 |
100 |
1480 |
180 |
1 |
0,32 |
1552 |
300 |
57 |
0,19 |
368 |
0,49 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
220 |
4,2 |
3,9 |
3 |
100 |
120 |
1478 |
180 |
2 |
0,21 |
1513 |
339 |
75 |
0,22 |
381 |
0,51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
220 |
4,5 |
3,8 |
3,1 |
150 |
160 |
1461 |
180 |
3 |
0,15 |
1474 |
345 |
79 |
0,23 |
394 |
0,53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
220 |
4,9 |
3,9 |
3,2 |
200 |
263 |
1451 |
180 |
4 |
0,33 |
1513 |
600 |
240 |
0,4 |
406 |
0,54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Робочі характеристики серійного асинхронного двигуна
Залежність реактивної потужності асинхронного двигуна від навантаження на валу
Висновок: Під час виконання лабораторної роботи я вивчив будову і принцип дії трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, з’ясував способи обмеження реактивного струму намагнічування асинхронних двигунів, а також оволодів методикою проведення дослідів і навчився аналізувати енергетичні властивості асинхронного компенсованого двигуна.
Контрольні запитання
1. Назвіть позитивні сторони і недоліки серійних асинхронних
двигунів з короткозамкненим ротором.
Переваги серійних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором:
Простота конструкції: Ці двигуни мають просту і надійну конструкцію,
що робить їх недорогими у виготовленні та обслуговуванні.
Висока надійність: Завдяки відсутності ковзаючих контактів та складних механізмів, асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором мають високий термін служби та потребують мінімального обслуговування.
Широкий діапазон потужностей: Ці двигуни доступні в широкому діапазоні потужностей, від кількох ват до сотень кіловат, що робить їх придатними для широкого спектру застосувань.
Низький рівень шуму: Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором працюють тихо, роблячи їх ідеальними для використання в житлових та офісних приміщеннях.
Високий коефіцієнт потужності: Ці двигуни мають високий коефіцієнт потужності, що робить їх енергоефективними.
Здатність до самозапуску: Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором здатні самостійно запускатися під навантаженням, що робить їх зручними у використанні.
Недоліки серійних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором:
Низький пусковий момент: Ці двигуни мають низький пусковий момент,
що може обмежувати їх використання в деяких застосуваннях.
Невеликий діапазон регулювання швидкості: Швидкість асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором в основному постійна і не може бути легко змінена.
Підвищена втрата ковзання: Ці двигуни мають постійні втрати ковзання,
що призводить до нагрівання двигуна та зниження його ефективності.
Низький пусковий коефіцієнт потужності: Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором мають низький пусковий коефіцієнт потужності,
що може призвести до перевантаження мережі живлення під час запуску.
2. Яку роль відіграє реактивна потужність (реактивний струм) в
асинхронному двигуні?
В асинхронному двигуні реактивна потужність (реактивний струм)
відіграє важливу, але не продуктивну роль. Ось декілька ключових моментів:
Створення обертового магнітного поля:
Для роботи асинхронного двигуна необхідне обертове магнітне поле.
Це поле створюється за допомогою взаємодії між обертовим полем
статора та індукованим полем ротора.
Реактивний струм відіграє ключову роль у створенні цього обертового
поля.
3.Чому реактивний струм намагнічування (реактивна потужність)
має велике відносне значення в асинхронних машинах у порівнянні з
трансформаторами?
Існує декілька причин, чому реактивний струм намагнічування
(реактивна потужність) має велике відносне значення в асинхронних машинах у порівнянні з трансформаторами:
Ротор асинхронної машини має обмотку, яка не підключена до зовнішнього джерела живлення. Ця обмотка індукується магнітним полем статора і створює власний магнітний потік.
Для створення цього магнітного потоку необхідний струм намагнічування, який спричиняє значну реактивну потужність.
У трансформаторі, з іншого боку, обидві обмотки підключені до зовнішнього джерела живлення.
Це означає, що струм намагнічування може бути частково компенсований струмом навантаження, що призводить до меншого відносного значення реактивної потужності.
4. |
Яку |
величину |
в процентах |
від номінального |
мають |
реактивний |
струм |
намагнічування |
асинхронні |
двигуни |
|
середньоїпотужності, мікромашини та потужні двигуни?
Величина реактивного струму намагнічування асинхронних двигунів залежить від їх потужності та конструктивних особливостей. Ось орієнтовні значення реактивного струму в процентах від номінального:
Двигуни середньої потужності (0,5-10 кВт): 20-30%
Мікромашини (до 0,5 кВт): 30-40%
Потужні двигуни (понад 10 кВт): 15-20%
Важливо зазначити, що ці значення є лише орієнтовними і можуть варіюватися в залежності від конкретного двигуна. Точну величину реактивного струму можна знайти в паспортних даних двигуна або розрахувати за допомогою спеціальних формул.
5. |
Які негативні наслідки створює реактивний струм |
асинхронного двигуна для електричної мережі живлення?
Реактивний струм асинхронного двигуна може мати ряд негативних наслідків для електричної мережі живлення:
Реактивний струм не робить корисної роботи, але він все ж таки займає місце в мережі. Це призводить до зниження загальної потужності, доступної для інших пристроїв.
Це може призвести до перевантажень мережі, зниження напруги та навіть відключення живлення.
Реактивний струм призводить до збільшення втрат в мережі через нагрівання проводів та трансформаторів.
Це може призвести до вищих витрат на електроенергію та скорочення терміну служби обладнання.
6. Як визначають величину струму намагнічування для створення робочого магнітного поля в режимі холостого ходу
асинхронного двигуна?
Величина струму намагнічування, необхідна для створення робочого магнітного поля в режимі холостого ходу асинхронного двигуна, визначається декількома факторами:
Кількість полюсів: Чим більше полюсів має двигун, тим більша величина струму намагнічування.
Розмір статора: Чим більший розмір статора, тим більша величина струму намагнічування.
Матеріал магнітопроводу: Матеріал магнітопроводу, з якого виготовлений статор, впливає на магнітну провідність і, відповідно, на
величину струму намагнічування.
7.Як визначають величину ємності на одну фазу батареї ?
конденсаторів для компенсації реактивної потужності асинхронного двигуна в режимі холостого ходу?
Ємність конденсаторів для компенсації реактивної потужності асинхронного двигуна в режимі холостого ходу можна визначити з використанням формули:
8. Що таке коефіцієнт потужності (cosφ) асинхронного двигуна і
що він характеризує?
Коефіцієнт потужності (cosφ) асинхронного двигуна - це міра того,
наскільки ефективно двигун використовує електричну енергію. Він визначається як співвідношення активної потужності (P), яку двигун використовує для виконання корисної роботи, до повної потужності (S), яку він споживає з мережі.
Коефіцієнт потужності може мати значення від 0 до 1. Значення 1
означає, що двигун використовує всю електричну енергію для виконання корисної роботи. Значення 0 означає, що вся електрична енергія витрачається на реактивну потужність, яка не виконує корисної роботи.
9. Чому cosφ залежить від навантаження на валу двигуна та, в
яких межах він змінюється?
Cosφ, або коефіцієнт потужності, описує співвідношення між активною потужністю (которая використовується для виконання корисної роботи) та повною потужністю (споживаною двигуном з мережі).
В асинхронних двигунах cosφ зменшується з збільшенням навантаження на валу. Це відбувається з наступних причин:
Збільшення ковзання: При збільшенні навантаження швидкість обертання ротора (n) злегка знижується відносно синхронної швидкості (nс).
Ця різниця швидкостей, відома як ковзання (s), призводить до зростання реактивної потужності. Реактивна потужність не виконує корисної роботи, а
лише використовується для створення магнітного поля в двигуні.
Збільшення втрат: З ростом навантаження зростають втрати в двигуні,
такі як механічні втрати (тертя в підшипниках), магнітні втрати (в статорі та роторі) та мідні втрати (в обмотках). Ці втрати також призводять до збільшення реактивної потужності.
10. В яких межах відносно режиму холостого ходу змінюється
реактивна потужність асинхронного двигуна при зміні навантаження на
валу від нуля до номінального?
Зміна реактивної потужності асинхронного двигуна при зміні навантаження
Реактивна потужність асинхронного двигуна (Q) значно змінюється в діапазоні від режиму холостого ходу до номінального навантаження на валу.
В режимі холостого ходу (навантаження на валу 0%):