Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
Инженерная школа энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ
Отчет по лабораторной работе №3
по дисциплине:
Электрический привод
Исполнители:
|
|
||||
студенты гр. 5А06 |
|
|
Арефьев А.В., Зайцев С.А.,
|
|
|
|
|
|
Сергеев А.С. |
|
|
Руководитель: |
|
||||
Ст. преподаватель |
|
|
Семенов С.М. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Томск – 2023
Цель работы: Исследование электромеханических =f(I) и механических =f(М) характеристик при различных режимах работы электропривода с асинхронным короткозамкнутым двигателем.
Структурная схема стенда с краткими пояснениями:
Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема для снятия характеристик в двигательном режиме
Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема стенда для снятия характеристик в тормозных режимах
Рисунок 3 – Принципиальная электрическая схема стенда для снятия характеристик динамического торможения
Рисунок 4 – Схема тепловой защиты машины переменного тока
Перечень аппаратуры схемы тепловой защиты приведен в таблице 1.
Таблица №1
Обозначение |
Наименование |
Тип |
Параметры |
D |
Машина переменного тока |
02.1 |
100 Вт /~ 230 В /1500 мин1 |
GA |
Трехфазный источник питания |
01.2 |
~ 400 В / 16 А |
Описание лабораторного стенда
Базовые эксперименты выполняются на комплекте типового лабораторного оборудования «Электрический привод». В ходе их воспроизводятся установившиеся процессы в электроприводах постоянного и переменного тока.
Типовой комплект лабораторного оборудования предназначен для выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине «Электрический привод (общий курс)» и смежным с ней дисциплинам.
Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:
трехсоставной лабораторный стол со встроенным контейнером для хранения съемных функциональных блоков, проводников и методических материалов, рамами для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков, выкатной полкой для клавиатуры компьютера и подставкой для системного блока последнего;
электрические машины (выполненные в виде электромашинного агрегата), трансформаторы и элементы электрических цепей;
источники питания;
измерительные преобразователи и приборы.
Питание комплекса осуществляется от трехфазной электрической сети напряжением ~ 380В с нейтральным и защитным проводниками.
Потребляемая мощность Вт, не более 500;
Габариты (длина / ширина / высота), мм 27509001600;
Масса, кг, не более 250.
Назначение и описание функциональных блоков лабораторной установки (рис. 1, рис. 2, рис. 3)
Функциональные блоки:
– Трехфазный источник питания (GA). Предназначен для питания комплекта трехфазным переменным напряжением. Включается вручную. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного включения.
– Источник питания машины постоянного тока (GB). Предназначен для питания обмоток якоря и возбуждения постоянным током. Включается вручную или дистанционно/автоматически (от ПЭВМ). Якорное напряжение регулируется вручную или дистанционно. Напряжение возбуждения нерегулируемое.
– Блок мультиметров (BM). Предназначен для измерения токов, напряжений, омических сопротивлений. Цифровой с жидкокристаллическим дисплеем.
– Указатель частоты вращения (IB). Предназначен для отображения частоты вращения электрических машин в электромашинном агрегате в аналоговой форме.
– Измеритель мощностей (IP). Предназначен для измерения активной и реактивной мощностей в однофазной электрической цепи и отображения их в аналоговой форме.
– Трехфазная трансформаторная группа (TT). Предназначена для преобразования однофазного/трехфазного напряжения.
– Трехполюсный выключатель (QA). Предназначен для ручного или дистанционного/автоматического (от ПЭВМ) включения/отключения электрических цепей.
– Реостат для цепи ротора машины переменного тока (RC). Предназначен для ручного регулирования тока в обмотке ротора машины переменного тока.
– Реостат (RR). Предназначен для ограничения пускового тока в цепи якоря двигателя постоянного тока.
– Реостат возбуждения машины постоянного тока (RB). Предназначен для ручного регулирования тока возбуждения машины постоянного тока.
– Преобразователь угловых перемещений (DD). Предназначен для преобразования скорости вращения электрических машин в сигнал цифрового вида.
– Возбудитель машины переменного тока (GG). Предназначен для питания обмотки возбуждения синхронной машины.
Исследуемая машина переменного тока (асинхронный двигатель с фазным ротором):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 Вт;
0,73;
127
В;
=
0,18 о.е.;
0,35
А;
=
0,087 о.е.;
1250 об/мин;
=
0,15 о.е.;
36
%;
=
0,15 о.е.
Нагрузочная машина постоянного тока (двигатель постоянного тока с независимым возбуждением):
90 Вт; |
57,2 %; |
220 В; |
0,73; |
0,56 А; |
|
1500 об/мин; |
|
|
|
=
86 Ом;
=
1,15 кОм.
0,2
А;
Исследуемая и нагрузочная машины жестко соединены между собой и представлены в виде электромашинного агрегата, дополненного маховиком и преобразователем угловых перемещений.
Перечень аппаратуры схемы приведен в таблице 2.
Таблица 2.
Обозначение |
Наименование |
Тип |
Параметры |
GA |
Трехфазный источник питания |
201.2 |
≈ 400В; 16 А |
GB |
Источник питания двигателя постоянного тока |
206.1 |
-0…250 В; 3 А(якорь); -200 В; 1 А (возбуждение) |
D2 |
Машина постоянного тока |
101.2 |
90 Вт; -220В; 0,76(якорь); -220 В (возбуждение) |
BM |
Блок мультиметров |
508.2 |
≈ 0…1000 В; ≈ 0…10 А; 0…20 МОм |
IB |
Указатель частоты вращения |
506.3 |
-2000…0…2000 мин - 1 |
IP |
Измеритель мощностей |
507.2 |
15,60,150,300,600 В 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А |
DD |
Преобразователь угловых перемещений |
104 |
6 выходных сигналов |
QA |
Трехполюсный выключатель |
301.1 |
≈ 400 В; 10 А |
BC |
Реостат для цепи ротора машины переменного тока |
307.1 |
3х0…40 Ом; 1 А |
TT |
Трехфазная трансформаторная группа |
347.1 |
3х80 В·А; 230/242, 235, 230, 226, 220, 133, 127 В |
RR |
Реостат |
323.1 |
200 Ом; 0,8 А |
D1 |
Машина переменного тока |
102.1 |
50 Вт; ≈230 В; 1500 мин-1 |
RB |
Реостат возбуждения постоянного тока |
308.1 |
0…2000 Ом 0,1…0,5 А |
ОПЫТ №1. Снятие естественной характеристики двигателя.
Естественные электромеханическую = f(I) и механическую = f(M) характеристики снимать при номинальных параметрах исследуемой машины D1, полученные данные сведены в табл. 3.
Таблица 3. Экспериментальные значения
I1 |
0,038 |
0,3 |
0,35 |
0,4 |
0,44 |
P |
12 |
36 |
40 |
44 |
48 |
n |
1300 |
800 |
700 |
550 |
300 |
M1 |
0,2287 |
0,65178 |
0,7152 |
0,7766 |
0,839511 |
ω |
136,07 |
83,7333 |
73,267 |
57,567 |
31,4 |
Пример расчёта:
По данным таблицы 3 построены электромеханическая (рис.4) и механическая (рис. 5) характеристики.
ОПЫТ №2. Снятие реостатной характеристики двигателя при введении активного сопротивлений rдоб 2 в цепь ротора.
Реостатные характеристики = f(I) и = f(M) снимать при номинальных значениях исследуемой машины и введенных добавочных сопротивлениях RДОБ2 (блок BC) в цепь ротора исследуемой машины, полученные данные сведены в табл 5-6.
Таблица 5. Экспериментальные значения (R=10 Ом)
I1 |
0,39 |
0,4 |
0,41 |
0,42 |
0,44 |
P |
44 |
45 |
47 |
57 |
59 |
n |
600 |
520 |
450 |
400 |
350 |
M1 |
0,78 |
0,80 |
0,83 |
1,02 |
1,05 |
ω |
62,8 |
54,4 |
47,1 |
41,9 |
36,6 |
Таблица 6. Экспериментальные значения (R=30 Ом)
I1 |
0,3 |
0,36 |
0,37 |
0,39 |
0,4 |
P |
40 |
42 |
45 |
52 |
54 |
n |
700 |
600 |
500 |
400 |
300 |
M1 |
0,73 |
0,75 |
0,80 |
0,93 |
0,97 |
ω |
73,27 |
62,80 |
52,33 |
41,87 |
31,40 |
Таблица 7. Экспериментальные значения (R=40 Ом)
I1 |
0,35 |
0,37 |
0,38 |
0,39 |
P |
40 |
42 |
46 |
51 |
n |
550 |
500 |
400 |
250 |
M1 |
0,72 |
0,75 |
0,82 |
0,91 |
ω |
57,57 |
52,33 |
41,87 |
26,17 |
Пример расчёта:
По данным таблиц 5, 6 и 7 построены электромеханическая (рис.4) и механическая (рис.5) характеристики.
ОПЫТ №3. Снятие естественной характеристики двигателя в режиме рекуперативного торможения.
Рекуперативное торможение возможно, если > 0. На стенде этот режим исследуемой машины D1 создает согласно с ней включенный нагрузочный двигатель D2, полученные данные сведены в табл 8.
Таблица 8. Экспериментальные значения
I1 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
P |
30 |
0 |
-30 |
-40 |
-40 |
n |
1300 |
1500 |
1550 |
1600 |
1650 |
M1 |
0,57 |
-0,02 |
-0,61 |
-0,83 |
-0,86 |
ω |
136,07 |
157,00 |
162,23 |
167,47 |
172,70 |
Пример расчёта:
По данным таблицы 8 построены электромеханическая (рис. 4) и механическая (рис. 5) характеристики.
ОПЫТ №4. Снятие естественной характеристики двигателя в режиме торможения противовключением.
Торможение противовключением возможно, если < 0. На стенде этот режим исследуемой машины D1 создает встречно с ней включенный нагрузочный двигатель D2, полученные данные сведены в табл 9.
Таблица 9. Экспериментальные значения
I1 |
0,2 |
0,4 |
0,7 |
0,8 |
P |
180 |
220 |
250 |
300 |
n |
200 |
0 |
-100 |
-250 |
M1 |
4,57 |
4,92 |
5,19 |
5,92 |
ω |
20,93 |
0 |
-20,93 |
-36,63 |
Пример расчёта:
По данным таблицы 9 построены электромеханическая (рис. 4) и механическая (рис. 5) характеристики.
ОПЫТ №5. Снятие реостатных характеристик двигателя в режиме рекуперативного торможения.
Рекуперативное торможение возможно, если > 0. На стенде этот режим исследуемой машины D1 создает согласно с ней включенный нагрузочный двигатель D2, полученные данные сведены в табл 9-11.
Таблица 9. Экспериментальные значения (R=10 Ом)
I1 |
0,44 |
0,43 |
0,4 |
0,42 |
P |
19 |
17 |
12 |
3 |
n |
1000 |
1150 |
1300 |
1450 |
M1 |
0,2854 |
0,25065 |
0,1651 |
-0,013 |
ω |
104,67 |
120,367 |
136,07 |
151,77 |
Таблица 10. Экспериментальные значения (R=30 Ом)
I1 |
0,42 |
0,41 |
0,44 |
P |
14 |
8 |
-1 |
n |
900 |
1200 |
1650 |
M1 |
0,20 |
0,09 |
-0,10 |
ω |
94,2 |
125,6 |
172,7 |
Таблица 11. Экспериментальные значения (R=40 Ом)
I1 |
0,43 |
0,42 |
0,43 |
P |
10 |
8 |
0 |
n |
800 |
1150 |
1700 |
M1 |
0,12 |
0,08 |
-0,07 |
ω |
83,7 |
120,4 |
177,9 |
Пример расчёта:
По данным таблиц 9, 10 и 11 построены электромеханическая (рис. 4) и механическая (рис. 5) характеристики.
ОПЫТ №6. Снятие реостатных характеристик двигателя в режиме торможения противовключением.
Рекуперативное торможение возможно, если > 0. На стенде этот режим исследуемой машины D1 создает согласно с ней включенный нагрузочный двигатель D2, полученные данные сведены в табл 12-14.
Таблица 12. Экспериментальные значения (R=10 Ом)
I1 |
0,4 |
0,6 |
0,7 |
0,75 |
P |
20 |
30 |
40 |
40 |
n |
200 |
100 |
0 |
-200 |
M1 |
0,4 |
0,42 |
0,5 |
0,5386 |
ω |
20,933 |
10,4667 |
0 |
-20,93 |
Таблица 13. Экспериментальные значения (R=30 Ом)
I1 |
0,45 |
0,5 |
0,52 |
0,55 |
P |
20 |
22 |
22 |
23 |
n |
150 |
0 |
-100 |
-200 |
M1 |
0,30 |
0,32 |
0,31 |
0,32 |
ω |
15,7 |
0 |
-10,47 |
-20,93 |
Таблица 14. Экспериментальные значения (R=40 Ом)
I1 |
0,45 |
0,5 |
0,52 |
0,55 |
P |
17 |
18 |
20 |
21 |
n |
100 |
0 |
-100 |
-200 |
M1 |
0,24 |
0,24 |
0,27 |
0,28 |
ω |
10,467 |
0 |
-10,47 |
-20,93 |
Пример расчёта:
По данным табл. 12, 13 и 14 построены электромеханическая (рис. 4) и механическая (рис. 5) характеристики.