Электротехника и электроника электротехника на оборудовании National Instruments. Лабораторный практикум

щения ротора n2 будет несколько меньше частоты вращения поля n1, называемой синхронной частотой вращения. Действительно, если бы ротор вращался с частотой поля, то в проводниках роторной обмотки не индуцировалась бы ЭДС, значит, тока в обмотках ротора не было бы и момент тоже был бы равен нулю.

Отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора называют скольжением и обозначают s:

откуда частота вращения ротора

Скольжение – величина относительно небольшая и при номинальной нагрузке составляет sном = 0,01…0,06, или 1…6 %.

6.3.4.Характеристики асинхронного двигателя

Косновным характеристикам АД относятся: механическая ха-

рактеристика – зависимость частоты вращения двигателя n2 от момента на валу М2 (рис. 6.1), т.е. n2 = f (М2), и рабочие характеристики (рис. 6.2.), отражающие эксплуатационные свойства АД.

Крабочим характеристикам относятся следующие зависимости:

h – коэффициент полезного действия.

Рабочие характеристики строят в системе координат, где ось абсцисс – значение Р2, а ось ординат – значения n2, М2, I1, cosj, h.

Рассмотрим некоторые теоретические положения, объясняющие характеристики АД.

61

n2/n1

1,0

n2xx n2ном

n2кр

0,5

Рис. 6.2

При неизменном (номинальном) напряжении статора и при нагрузке на валу меньше номинальной механическая характеристика АД,

62

выражающаяся формулой Клосса, становится линейной относительно n2:

где sкр – критическое скольжение, соответствующее максимально возможному моменту двигателя М2мах.

При холостом ходе частота вращения ротора n2хх близка к частоте вращения магнитного поля статора, т.е. n2хх ≈ n1.

Мощность на валу связана с вращающим моментом и частотой вращения ротора вторым законом Ньютона для вращательного движения:

Отсюда можно найти функцию n2 = f (Р2). График зависимости n2 = f (Р2) имеет вид кривой, слабо наклоненной к оси абсцисс. Такая характеристика называется жесткой (рис. 6.2).

Если бы частота вращения n2 была постоянной величиной, то график зависимости M2 = f (Р2) имел бы вид прямой, выходящей из начала координат. Но так как частота вращения ротора с ростом нагрузки на валу двигателя уменьшается, график момента (см. рис. 6.2) будет иметь вид кривой, т.е. электромагнитный момент Мэм с ростом нагрузки увеличивается несколько быстрее, чем Р2.

В режиме холостого хода в обмотке статора возникает ток холостого хода I0, составляющий в двигателях мощностью несколько киловатт выше 25…50 % от номинального тока статора I1ном. С ростом нагрузки на валу ток также возрастает.

Активная мощность определяет скорость преобразования энергии электрического тока в полезную механическую работу, а также в тепловую энергию, представляющую собой сумму потерь в двигателе. Таким образом, активная мощность зависит от нагрузки двигателя. Активная мощность при холостом ходе мала, так как энергия расходуется только на покрытие потерь в стали статора, механических потерь и потерь в обмотке статора (потери в обмотке ротора ничтожно малы). Поэтому коэффициент мощности (cosj) при холостом ходе

63

двигателя мал и обычно не превышает 0,09–0,18. При увеличении нагрузки на валу двигателя возрастает активная мощность, а реактивная остается неизменной. Следовательно, при этом коэффициент мощности растет. Он достигает наибольшего значения 0,8–0,9 при нагрузке, близкой к номинальной. Увеличение нагрузки сопровождается уменьшением cosj. Это объясняется увеличением индуктивного сопротивления роторной обмотки вследствие увеличения скольжения, так как индуктивное сопротивление роторной обмотки при вращаю-

При холостом ходе Р2 = 0, следовательно и h = 0.

Потери в АД делятся на две группы: 1) постоянные потери, не зависящие от нагрузки (магнитные и механические); 2) переменные потери, изменяющиеся с изменением нагрузки (потери электрические в обмотках статора и ротора).

При незначительной нагрузке в двигателе преобладают постоянные потери, поэтому КПД растет почти пропорционально увеличению Р2. Дальнейшее увеличение нагрузки двигателя приводит к росту переменных потерь и кривая КПД становится более пологой. При нагрузке, примерно равной 0,75Р2ном, когда переменные потери будут равны постоянным потерям, КПД достигает максимума. Дальнейшее увеличение нагрузки двигателя приводит к росту суммарных потерь мощности (∑DРпот) за счет увеличения переменных потерь, что приводит к снижению КПД. Обычно двигатели рассчитывают так, чтобы КПД имел максимальное значение при нагрузке, составляющей 0,75Р2ном, так как при такой нагрузке двигатели работают большую часть времени.

64

6.3.5 Пуск двигателя

Пусковые свойства АД обычно оцениваются следующими характеристиками: величиной пускового тока и пускового момента, продолжительностью и плавностью пуска, сложностью пусковой операции, надежностью и экономичностью пусковой операции.

Для асинхронных короткозамкнутых двигателей небольшой и средней мощности обычно применяют прямой пуск, при котором к обмотке статора подводят номинальное напряжение. Одним из недостатков такого пуска является относительно небольшой пусковой ток статора, обычно превышающий номинальный ток в 5–7 раз.

6.3.6. Изменение направления вращения вала двигателя (реверсирование)

Из принципа действия АД следует, что ротор вращается по направлению вращения магнитного поля статора. Направление вращения магнитного поля статора определяется порядком чередования токов в фазных обмотках статора (поле вращается в сторону фазы с отстающим током). Поэтому для реверсирования двигателя необходимо изменить порядок чередования токов. Для этого достаточно поменять местами любые два провода питающей сети, подходящие к зажимам статорной обмотки двигателя.

6.4.Подготовка к выполнению работы

6.4.1.Изучить основные теоретические положения; усвоить принцип действия и устройство трехфазного АД; изучить рабочие характеристики, их построение и дать объяснения; познакомиться с пусковыми свойствами и реверсированием двигателя.

6.4.2.В рабочей тетради начертить схему испытания двигателя и подготовить таблицу для занесения результатов эксперимента.

6.5.Порядок выполнения работы

Лабораторная работа проводится на секции электрических машин стенда ЭВ-4.

6.5.1.Записать в тетрадь паспортные данные двигателя.

6.5.2.На мнемонической панели «Асинхронный двигатель» соединительными вилками, вставляемыми в соответствующие гнезда

65

мнемонической схемы, собрать схему лабораторной работы (рис. 6.3). Предел амперметра установить 15 А.

Рис. 6.3

6.5.3.Включить последовательно пакетные выключатели на стенде «Электрические цепи», а затем «Электрические машины».

6.5.4.Включить кнопку «ВКЛ сети» (подается напряжение на обмотку возбуждения нагрузочного устройства агрегата № 1, вольтметр покажет напряжение сети).

6.5.5.Нажать кнопку «ВКЛ нагрузки» и кнопку «Агрегат № 1».

6.5.6.Установить в крайнее против часовой стрелки положение ручку «Регулировка нагрузки».

6.5.7.Ручкой «Балансировка момента» установить нулевое показание прибора, измеряющего момент агрегата № 1.

66

6.5.8.Фиксируя по амперметру «Ток статора» пусковой ток, кнопкой «Включение к сети синхронной и асинхронной машины» осуществить пуск двигателя. Не выключая двигатель, установить предел амперметра 3А.

6.5.9.Записать данные приборов в табл. 6.1 (холостой ход).

6.5.10. Изменение нагрузки электродвигателя достигается поворотом ручки «Регулирование нагрузки». Показания приборов снимать через одинаковые интервалы нагрузки. Снять 5–6 точек. Последняя точка снимается при Р = 1,2Рном. Данные занести в табл. 6.1.

6.6.Содержание отчета

Вотчете приводятся:

1)паспортные данные электродвигателя;

2)схема испытания двигателя;

3)таблица с данными измерений и результатами вычислений;

4)полный расчет всех величин для одной строчки таблицы (при

М25)≠ 0);рабочие характеристики в одной системе координат, построенные по данным таблицы.

Контрольные вопросы

1.В чем назначение АД?

2.Какова конструкция АД?

3.В чем состоит принцип действия трехфазного АД?

4.От чего зависит и как рассчитывается частота вращения поля статора?

5.Объяснить, что такое скольжение и как его определить.

67

6.Как изменить направление вращения двигателя?

7.Почему двигатель называется асинхронным?

8.Почему сердечники статора и ротора набираются из отдельных изолированных друг от друга пластин электротехнической стали?

68

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Гусов Т.З. Электротехнические и магнитные цепи. Тексты лекций по первой части дисциплины «Электротехника и основы электрони-

ки». М.: МГИ, 1989.

Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. М.: Высш. шк., 2003.

Электротехника и электроника. Кн.1. Электрические и магнитные цепи / Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Арис, 2010.

Электротехника и электроника. Кн. 2. Электромагнитные устройства и электрические машины / Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Арис, 2010.

69