Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электротехнический практикум. Ч.2. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 88

Первая часть изображенного графика соответствует устойчивой

22L

s 

max

MMt

max

0S

21/

max

UcM 

работе двигателя, вторая часть графика — неустойчивой работе. В первом случае у работающего двигателя вращающий момент двигателя М уравновешивается тормозным моментом нагрузки Mt до тех пор, пока (максимального момента двигателя). Если ско-

рость двигателя уменьшается, скольжение возрастает, при этом вращающий момент двигателя также уменьшается, вследствие чего новое равновесие моментов наступить не может и двигатель останавливается. При нормальной работе двигатель должен иметь запас устойчивости, для чего максимальный момент двигателя должен быть больше номинального момента , соответствующего номи-

нальной мощности двигателя. Отношение называется перегрузочной способностью двигателя и для асинхронных двигателей обыч-

но равно 1.8–2.5.

Определим теперь критическое скольжение Sкр, при котором вращающий момент M = M

. Для этого нужно приравнять нулю

max

первую производную по S от выражения (10.7). Получается:

. (10.10)

При работе машины в режиме двигателя , подставляя положительное значение критического скольжения в (10.7), получим:

(10.11)

Из последнего выражения следует, что M

не изменяется при

max

изменении активного сопротивления ротора, однако при этом изменяется критическое скольжение. Возможность увеличения критического скольжения за счет увеличения активного сопротивления ротора при одновременном сохранении неизменного M

привела к созданию и

max

использованию асинхронного двигателя с фазным ротором. У данного двигателя обмотка фазового ротора выполнена по типу обмотки статора и соединяется, как правило, в звезду. Концы обмоток подключают к трем контактным кольцам, изолированным друг от друга и насаженным на вал через диэлектрические прокладки. При помощи неподвижных щеток, наложенных на контактные кольца, в цепь ротора

можно включить трехфазный пусковой или регулировочный реостат.

)(21PfI 

)(22PfI 

)(cos

Pf



cosφ

M I

s, M, I, n, cosφ, η

врх

Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются там, где требуется плавное регулирование скорости приводимого в движение механизма, а также частых пусков двигателя под нагрузкой. О свойствах любого двигателя обычно судят по его рабочим характеристикам. Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя представляют собой зависимости тока статора I1, коэффициента

cosφ1, скорости вращения n1, скольжения s, вращающего момента M,

КПД η от полезной мощности P1 на валу двигателя при неизменных значениях питающего напряжения U1 и частоты f1. Данные характеристики изображены на рисунке 10.3.

Рис. 10.3. Вид рабочих характеристик асинхронного двигателя

Характеристика тока статора . Ток холостого хода

двигателя составляет 0.25–0.5 номинального тока двигателя. С увеличением нагрузки (с возрастанием скольжения) растет ток ротора I2 вследствие роста ЭДС E2, пропорциональной скольжению, что вызы-

вает увеличение тока статора, а следовательно, кривая носит восходящий характер.

Характеристика коэффициента мощности . В режиме холостого хода угол φ велик, так как двигатель потребляет по-

чти чисто реактивный ток, идущий на создание основного магнитного потока машины. При увеличении нагрузки и приближении ее к номи-

нальной возрастает активная составляющая тока вследствие увеличения

)(2Pfs 

)(2Pfn 

)(2PfM 



60/2

222



пот







механической мощности на валу двигателя. Реактивная составляющая тока мало изменяется, так как основной поток примерно постоянен. Поэтому с ростом нагрузки cosφ резко увеличивается. При нагрузках выше номинальной возрастают магнитные потоки рассеяния, реактивная составляющая тока увеличивается, а cosφ уменьшается.

Характеристики и

. На холостом ходу ротор

вращается со скоростью n1 ≈ n, следовательно, s = 0. По мере увели- чения нагрузки скорость вращения n уменьшается, а скольжение растет. При возрастании нагрузки от 0 до номинальной изменение скорости или скольжения составляет (2–5)%, и поэтому говорят, что асинхронный двигатель обладает жесткой скоростной характеристикой.

Характеристика вращающего момента . В устано- вившемся режиме работы двигателя вращающий момент складывает-

ся из полезного момента на валу двигателя и момента холостого хода M0. Момент холостого хода затрачивается на покрытие механи-

ческих потерь. Этот момент можно приблизительно считать независящим от нагрузки двигателя. Полезный момент пропорционален скорости вращения:

. (10.11)

Скорость вращения с ростом немного уменьшается, и поэтому зависимость M2(P2) не является линейной.

Коэффициент полезного действия определяется отношением полезной мощности P2 к подводимой мощности P1:

, (10.12)

где подводимая мощность равна сумме полезной мощности и мощностей всех потерь в двигателе. В асинхронных двигателях существуют те же самые виды потерь, которые существуют в других электрических машинах.

Потери в двигателе делятся на постоянные (или мало зависящие от нагрузки) и переменные, изменяющиеся с нагрузкой. К первой группе относятся механические потери, потери в стали на гистерезис и вихревые потоки, добавочные потери в обмотках и стали. К пере-

менным потерям относятся потери в обмотках, зависящие от величины токов, то есть потери на нагревание статора и ротора. Поскольку общие потери зависят от нагрузки, то и КПД двигателя является функцией нагрузки. При увеличении полезной нагрузки суммарные потери растут медленнее, чем полезная мощность, поэтому КПД резко возрастает, достигая своего максимального значения (65–95)% при нагрузке 0.7–0.8 от номинальной. В этом случае переменные потери равны постоянным. При дальнейшем росте нагрузки быстрое возрастание переменных потерь приводит к уменьшению КПД.

Электромагнитный тормоз (ЭМТ) представляет собой устройство, в котором тормозящий момент создается взаимодействием вихревых токов, наводимых во вращающемся диске, и магнитного поля электромагнитов. Основными элементами ЭМТ являются алюминиевый диск, соединяемый с валом испытуемого двигателя, и системы электромагнитов, которые формируют тормозящее магнитное поле. К системе электромагнитов, которая может поворачиваться в направлении вращения диска, прикреплена стрелка и маятник с грузами. Тормозящий момент, создаваемый вихревыми токами, передается системе электромагнитов и поворачивает ее до тех пор, пока отклонившийся маятник не уравновесит момент двигателя. Величина тормозящего момента зависит от величины магнитного потока, а следовательно, и от тока электромагнитов, поэтому, изменяя ток электромагнитов, можно менять величину тормозящего момента, то есть нагрузку двигателя. По углу отклонения стрелки на шкале определяется величина момента. Для измерения скорости вращения испытываемого двигателя применяется электронный тахометр.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Описание установки

Испытание асинхронного двигателя проводится на лабораторной установке, состоящей из соединенных на одном валу электромагнитного тормоза и асинхронной машины. Электрическая схема рабочей установки представлена на рисунке 10.4. Вольтметр V с пределами измерений 75–600 В показывает напряжение на зажимах фазной обмотки статора, ваттметр W с пределами измерений по току 1 А —

фазную мощность, амперметр A1 на 1 А — ток в цепи одной статор-

ФТ

ЭМТ

ЛАТР

ВЫПР

ной обмотки.

Рис.10.4. Рабочая схема испытания асинхронного двигателя

Задания к выполнению работы

1) Ознакомиться с устройством асинхронного двигателя с корот-

козамкнутым ротором, устройством электромагнитного тормоза, записать данные, записанные на корпусе прибора.

2) Определить начала и концы фаз (обмоток) статора. Для этого необходимо сначала при помощи омметра определить зажимы каждой из фаз (обмоток). Затем соединить последовательно две обмотки и подать на данное соединение напряжение сети, а к зажимам третьей обмотки подключить вольтметр. Если вольтметр покажет напряжение, то конец первой обмотки соединен с началом второй обмотки. Если же показание вольтметра приблизительно равно нулю, конец первой обмотки соединен с концом второй. Аналогичным образом находят начало и конец третьей обмотки.

3) Согласно рабочей схеме (рис. 10.4), найти подходящие приборы для работы с исследуемой системой.

4) Собрать схему, изображенную на рисунке 10.4, и дать проверить ее преподавателю или лаборанту.

5) Снять рабочие характеристики асинхронного двигателя. Для

81.9





№

п/п

Измерить

Вычислить

М,

г·см

Uф,

Iф, А P1ф,

Вт

n2,

об/мин

P2,

Вт

cosφ

)(3

ВтPPф

этого запустить двигатель в режиме холостого хода. Меняя момент нагрузки через 200 г·см от 0 до 2000 г·см (путем изменения тока возбуждения электромагнитного тормоза), результаты измерения и рас-

четов занести в таблицу 10.1. Полезная мощность

, где

M измеряется в кг·м, n — число оборотов ротора в минуту.

6) Выключить двигатель и переключить две любые фазы статора. Включить двигатель и убедиться, что направление вращения изменится.

Таблица 10.1

7) В отчете должна быть представлена рабочая схема с перечнем приборов, машин и их номинальных параметров.

8) Результаты испытаний должны быть представлены в виде графиков, построенных по данным наблюдений и вычислений.

9) Проанализировать полученные характеристики и дать оценку полученным результатам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

033.0s

1) Почему двигатель называется асинхронным?

2) Чем (конструктивно) отличается короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя от фазного ротора?

3) По каким признакам можно определить двигатель с коротко- замкнутым ротором и асинхронный двигатель с фазным ротором?

4) Что обозначает величина напряжения и тока, приведенного в паспорте двигателя?

5) Как из паспортных данных двигателя определить число пар полюсов вращающегося поля, число катушек в фазе статора?

6) Зависит ли количество клемм (выводов обмоток) на корпусе двигателя от числа катушек в фазе статора?

7) Можно ли включить двигатель в сеть, если нет обозначений выводов обмоток статора?

8) Чем отличается пуск двигателя с короткозамкнутым ротором от пуска двигателя с фазным ротором?

9) Почему пусковой ток двигателя больше номинального тока?

10) Какие способы применяются для уменьшения величины пус- кового тока?

11) Что такое режим холостого хода асинхронного двигателя?

12) Чем характеризуется режим короткозамкнутого двигателя?

13) Куда затрачивается мощность, получаемая из сети при ре- жиме короткого замыкания?

14) Какую аналогию можно провести между работой асинхрон- ного двигателя и трансформатора?

15) Какие составляющие входят в уравнение энергетического баланса асинхронного двигателя?

16) Какую информацию содержат рабочие характеристики?

УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1) Определить скольжение в асинхронном двигателе, если часто- та питающей сети равна 50 Гц, частота вращения ротора равна 1450 Гц, число пар полюсов равно 2.

Ответ: .

2) Определить частоту вращения ротора трехфазного шестипо-

люсного асинхронного двигателя при частоте питающей сети 50 Гц и скольжении, равном 4%.

Ответ: n = 960 об/мин.

9.0



3) Асинхронный двигатель с номинальной мощностью 45 кВт имеет электрические потери, равные 900 Вт, потери в стали, равные

1.2 кВт, а также механические потери, равные 1.5 к Вт. Дополнительные потери в данном двигателе составляют 2%. Вычислить КПД указанного двигателя.

Ответ: .

4) Асинхронный двигатель имеет номинальную мощность 400 Вт.

КПД двигателя равно 80%, коэффициент мощности равен 0.5. Вычислить мощность, потребляемую данным двигателем из сети.

Ответ: S = 1000 ВА.

5) Определить номинальный вращающий момент асинхронного

двигателя, имеющего номинальную мощность 380 Вт, номинальная частота вращения ротора равна 2800 об/мин.

Ответ: M = 1.297 Н · м.

6) Трехфазный асинхронный двигатель имеет следующие номи-

нальные характеристики: номинальная мощность равна 1500 Вт, напряжения питания — 380/220 В, частота вращения ротора — 935 об/мин, КПД равен 75%, коэффициент мощности соответственно равен 0.74. Определить мощность, потребляемую двигателем из сети, вращающий момент, скольжение и токи в обмотках статора при соединении треугольником и звездой.

Ответ: P

0.065.

= 2000 Вт, M = 15.33 Н·м, I

затр

= 7/14 A, I* = 4/1 A, S =

ЛИТЕРАТУРА

1. Горяев М. А., Маслов В. В., Попова И. О., Рычгорский В. В., Смирнов А. П.

Электротехнический практикум. Ч. 1: учебно-методическое пособие. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2018. — 94 с.

2. Тамм И. Е. Основы теории электричества. 10-е изд. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. — 504 с.

3. Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника. 12-е изд. — М.: Академия, 2008. — 544 с.

4. Прошин В. М., Ярочкина Г. В. Сборник задач по электротехнике. — М.: Академия, 2010. — 128 с.

5. Горяев М. А. Решение физических задач на компьютере. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. — 64 с.

6. Горяев М. А., Попова И. О., Смирнов А. П. Методы исследования в физике конденсированного состояния: учебно-методическое пособие. — СПб.: ФораПринт, 2015. — 96 с.

7. Лужков А. А., Хинич И. И. Физический практикум по электричеству: учебно-методическое пособие. — СПб.: Фора-Принт, 2018. — 67 с.

Учебное издание

М. А. Горяев, В. В. Маслов, И. О. Попова, А. П. Смирнов

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ

ЧАСТЬ 2

Учебно-методическое пособие

Корректура Н. Л. Товмач

Верстка Л. А. Овчинниковой

Подписано в печать 16.09.2019. Формат 60  841/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 5,0 уч.-изд. л.

5,0 усл. печ. л. Тираж 60 экз. Заказ № 487к

Издательство РГПУ им. А. И. Герцена.

191186, С.-Петербург, наб. р. Мойки, 48

Типография РГПУ. 191186, С.-Петербург, наб. р. Мойки, 48

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 88

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]