Исследование способов торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Методические указания к лабораторной работе № 1 по регулируемому э

1385

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электропривода

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ТОРМОЖЕНИЯ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе № 1

по регулируемому электроприводу

Составитель А. И. Бойков

Липецк Липецкий государственный технический университет

2014

УДК 621.313(07)

Б 772

Рецензент:

канд. техн. наук, доцент П.Н. Левин

Бойков А. И.

Б 772 Исследование способов торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором [Текст]: метод. указ. к лабораторной работе № 1 по регулируемому электроприводу / сост. А. И. Бойков. - Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2014. – 16 с.

Методические указания предназначены для студентов направлений «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»), а также для студентов смежных специальностей.

Содержат описание выполнения лабораторной работы по дисциплине «Регулируемый электропривод»

Методические указания составлены с использованием материалов, предоставленных заводом-изготовителем стенда НТЦ-07.25 «Основы электропривода и преобразовательной техники с МПСУ».

Табл. 4. Ил. 4. Библиогр.: 3 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2014

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ТОРМОЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Описание универсального лабораторного стенда

В состав универсального лабораторного стенда входит двухдвигательный

электромашинный агрегат, включающий в себя:

•исследуемый двигатель – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД КЗ);

•нагрузочный двигатель – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ НВ).

Скорость вращения электромашинного агрегата измеряется импульсным датчиком положения, имеющим 90 отверстий.

Для питания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в стенде используется инвертор, представляющий собой трехфазный мост на

IGBT-транзисторах, собранных в одном силовом модуле.

Для регистрации измеряемых величин в процессе выполнения экспери-

ментальных исследований в состав стенда входит блок измерения (на базе циф-

рового измерительного прибора), который позволяет проводить измерение по-

стоянного (переменного) тока и напряжения (действующее или сред-

нее значение).

3

Релейно-контакторная схема, входящая в состав лабораторного стенда,

позволяет осуществлять требуемые коммутации и дистанционное подключение электромашинного агрегата к источникам питания, реализуя требуемые схемы включения.

Краткие теоретические сведения

Рассмотрим используемые в данной лабораторной работе способы тор-

можения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

1. Свободный выбег

Если отключить двигатель, работающий от источника питания, вращаю-

щие элементы (ротор, маховик и др.) будут продолжать вращаться за счет запа-

сенной кинетической энергии, постепенно замедляясь из-за действия тормозя-

щих сил, обусловленных потерями вращения. Этот режим торможения носит название режима свободного выбега. При этом момент АД станет равным ну-

лю, а угловая скорость по экспоненциальному закону также будет снижаться до нуля.

Время переходного процесса свободного выбега определяется только ве-

личиной запасенной кинетической энергии.

2. Динамическое торможение с внешним возбуждением

Этот режим торможения можно получить, если при вращающимся роторе отключить обмотки статора от трехфазной сети переменного тока и подать на них постоянный ток, который создаст неподвижную систему полюсов с сину-

соидальным распределением индукции. Вследствие пересечения магнитного поля статора короткозамкнутой обмоткой ротора, в последней будет индукти-

роваться эдс, которая создаст ток в роторе. Взаимодействие тока ротора с маг-

нитным полем статора создает тормозной момент. Таким образом, в режиме динамического торможения асинхронный двигатель работает как обращенный синхронный генератор на нагрузку, представляющую собой цепь ротора, т.е.

механическая энергия, преобразуясь вначале в электрическую, затем выделяет-

ся в виде тепла на сопротивлениях роторной цепи.

4

Динамическое торможение имеет как достоинства так и недостатки.

К достоинствам следует отнести: получение относительно больших тор-

мозных моментов при небольшом нагреве; плавность торможения; удобство управления тормозным моментом (изменением величины постоянного тока);

торможение до полной остановки.

К недостаткам динамического торможения следует отнести: необходи-

мость в источнике постоянного тока; значительное уменьшение тормозного момента на низких скоростях.

3. Торможение противовключением

Этот вид торможения имеет место при реверсе двигателя. При торможе-

нии противовключением ротор вращается в сторону, противоположную враще-

нию поля статора. В данном режиме скольжение двигателя больше единицы и,

следовательно, ток ротора превосходит даже пусковой ток, а момент, развивае-

мый двигателем вследствие большой частоты тока ротора (большое индуктив-

ное сопротивление обмотки ротора), будет меньше пускового. В этом режиме асинхронный двигатель работает, во-первых, как генератор, преобразуя меха-

ническую энергию в электрическую, рассеиваемую в роторной цепи; во-

вторых, как трансформатор, забирая энергию из сети и рассеивая ее в виде теп-

ла той же роторной цепи. Этот способ торможения характеризуется очень большим нагревом двигателя, необходимостью контроля нулевой скорости при остановке. Если в момент, когда угловая скорость ротора станет равной нулю не отключить двигатель от сети, то он начнет разгоняться в противоположную сторону, т.е. произойдет реверс двигателя.

Графо-аналитический способ построения переходных

процессов торможения АД

Задачу построения механических переходных процессов при торможении

АД КЗ решают, используя метод приращений в следующей последовательно-

сти:

5

1) разбиваем ось ω на достаточно малые интервалы (обычно 1 =2 = … = const);

2)в пределах каждого интервала 1 находим средние значения MСРi ;

3)определяем время переходного процесса ti на i-том интервале (знаки

моментов учитываем в зависимости от вида переходного процесса и вида нагрузки). Так, для динамического торможения:

вой, получим график скорости ω = f(t);

5)график момента двигателя М = f(t) получаем по известным графикам М

=f(ω) и ω = f(t), исключая общую координату – скорость (задаемся ti по ω = f(t), определяем соответствующую ему ωi по статической механической характеристике асинхронного двигателя М = f(ω) для полученной ωi находим искомое Mi

и т.д.).

Цель работы

1.Изучить способы торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2.Освоить методику расчета переходных процессов торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором графо-аналитическим способом.

3.Получить практические навыки по экспериментальному исследованию способов торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на универсальном лабораторном стенде «основы электропривода и преобразовательной техники».

Порядок выполнения работы

1. Изучить краткие теоретические сведения о способах торможения асин-

хронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

6

2.Рассчитать и построить по статическим механическим характеристикам исследуемого двигателя (АД КЗ) графики переходных процессов ω = f(t) и M = f(t) в режиме динамического торможения.

3.Провести на универсальном лабораторном стенде экспериментальные исследования способов торможения исследуемого двигателя:

1)свободного выбега;

2)динамического торможения;

3)торможения противовключением.

4. Провести обработку результатов исследований и построить экспери-

ментальные характеристики (ω = f(t), I1 = f(t) и M = f(t)).

5. По экспериментально построенным характеристикам определить время торможения и максимальное ускорение за время торможения. Сравнить спосо-

бы торможения и сделать выводы.

6. Оформить отчет по лабораторной работе.

Порядок проведения опытных исследований

1. Исследование свободного выбега АД КЗ

1.1. Собрать схему подключения инвертора (И) к сети переменного тока

(рис. 1).

Рис. 1. Схема подключения инвертора к трехфазному источнику

7

1.2. Собрать схему подключения напряжения задания для инвертора (рис. 2).

Рис. 2. Схема подключения задания для инвертора

1.3.Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей, находятся в положении «выключено», а на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.

1.4.Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70).

1.5.Подключить исследуемый двигатель АД КЗ к инвертору, для этого предварительно тумблером SA71 задать схему включения обмоток статора АД КЗ «звезда» (тумблер SA71 в положение выключено).

1.6.С помощью магнитного пускателя K1 подключить АД КЗ к инвертору, нажав кнопку SB70 «Вперед».

1.7.Выбрать режим работы инвертора (U-IR)/f = const и, плавно увеличивая частоту инвертора (прибор «Частота, Гц»), с помощью резистора R31 задать частоту инвертора равной номинальной (50 Гц). При этом исследуемый двигатель разгонится до скорости холостого хода (нагрузка отсутствует). Замерить угловую скорость АД КЗ по прибору BR1, рад/с.

1.8.Отключить двигатель (АД КЗ) от инвертора нажатием кнопки управления SB71, одновременно выбрать на панели РКУ режим торможения и записи значений в память.

8

1.9.После останова двигателя (АД КЗ) отключить инвертор.

1.10.Выбрать на панели РКУ режим просмотра значений торможения и просмотреть данные тока фазы статора, угловой скорости и времени, записанные в процессе торможения. Значения тока статора, угловой скорости и времени (соответственно индикаторы 1, 3 и 4) занести в табл. 2.

По завершении экспериментального исследования свободного выбега АД КЗ отключить стенд от сети (выключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть») и снять установленные перемычки.

Примечание

1) при выбранном режиме работы инвертора (U-IR)/f = сonst установив по прибору «Частота, Гц» частоту 50 Гц, на приборе «PV3, В» будет отображаться номинальное напряжение на выходе инвертора;

2) следует учесть, что прибор «PV3, В» измеряет действующее значение линейного напряжения на выходе инвертора.

2. Исследование торможения противовключением АД КЗ

2.1.Собрать схему подключения инвертора (И) к сети переменного тока (см. рис. 1).

2.2.Собрать схему подключения напряжения задания для инвертора (см.

рис. 2).

2.3.Собрать релейную схему для исследования режима торможения противовключением (рис. 3).

Рис. 3. Релейная схема для торможения противовключением

9

2.4. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»).

Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управля-

ющие включением преобразователей, находятся в положении «выключено», а

также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.

2.5.Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70).

2.6.Подключить исследуемый двигатель АД КЗ к инвертору, для этого предварительно тумблером SA71 задать схему включения обмоток статора АД КЗ «звезда» (тумблер SA71 в положение выключено).

2.7.С помощью магнитного пускателя K1 подключить АД КЗ к инверто-

ру, нажав кнопку SB70 «Вперед».

2.8. Выбрать режим работы инвертора (U-IR)/f = сonst и, плавно увеличи-

вая частоту инвертора (прибор «Частота, Гц»), с помощью резистора R31 задать частоту инвертора равной номинальной (50 Гц). При этом исследуемый двига-

тель разгонится до скорости холостого хода (нагрузка отсутствует). Замерить угловую скорость АД КЗ по прибору BR1, рад/с.

2.9. Нажать кнопку SB72 «Стоп», при этом включится реле К4 и затем магнитный пускатель К2 выполняющий реверс АД КЗ, при этом изменится че-

редование фаз на статоре АД и двигатель перейдет в режим торможения проти-

вовключением.

2.10. Одновременно с нажатием кнопки SB72 «Стоп» выбрать на панели РКУ режим торможения и записи значений в память.

2.11. После останова АД КЗ инвертор отключится автоматически.

2.12. Выбрать на панели РКУ режим просмотра значений торможения и просмотреть данные тока фазы статора, угловой скорости и времени, записан-

ные в процессе торможения. Значения тока статора, угловой скорости и време-

ни (соответственно индикаторы 1, 3 и 4) занести в табл. 3.

10