эльмаш

пластин электротехнической стали. При изготовлении листов ротора и статора, которые показаны на рис. 2.5, в листах штампуют пазы для укладки обмотки, а также вентиляционные каналы для прохождения охлаждающего воздуха. Конфигурация пазов зависит от типа машины и ее мощности. Обмотку ротора (рис. 2.5, а) укладывают в пазах, размещенных на наружной поверхности сердечника ротора, а обмотку статора – на внутренней поверхности статора (рис. 2.5, б).

Рис. 2.4. Конструкция статора и ротора асинхронного двигателя:

1 – пакет статора; 2 – корпус; 3 – сердечник ротора; 4 – вал

Часто асинхронные двигатели имеют скошенные пазы на статоре или на роторе. Скос пазов выполняют для того, чтобы уменьшить высшие гармонические ЭДС, вызванные пульсациями магнитного

41

потока из-за наличия зубцов, снизить шум, вызываемый магнитными явлениями, и устранить явления прилипания ротора к статору, которое иногда наблюдается в микродвигателях.

3

6

5

Рис. 2.5. Листы:

а – ротора и б – статора: 1 – лист ротора; 2 – зубец; 3 – паз; 4 – вентиляционный канал; 5 – отверстие под вал; 6 – лист статора

Обмотка ротора. В зависимости от типа двигателя обмотка ротора может быть двух видов: короткозамкнутая и фазная.

Особенности конструкции короткозамнутой обмотки показаны на рис. 2.6.

3

4

4

Рис. 2.6. Конструкция короткозамкнутого ротора:

1 – сердечник ротора; 2 – стержни; 3 – лопасти вентилятора; 4 – короткозамыкающие кольца

42

Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется в виде беличьей клетки. Такая обмотка никаких выводов не имеет. Беличья клетка состоит из алюминиевых, медных, латунных или бронзовых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис. 2.6, а).

Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без какой-либо изоляции. В двигателях малой и средней мощности беличью клетку получают путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора (рис. 2.6, б). Вместе со стержнями беличьей клетки отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие вентиляцию машины.

Вдвигателях большой мощности беличью клетку выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца (рис. 2.6, в). Различные формы пазов ротора показаны на рис. 2.6, г.

Вэлектрическом отношении беличья клетка представляет собой многофазную обмотку, соединенную по схеме «звезда» и замкнутую

накоротко. Число фаз обмотки m2 равно числу пазов ротора z2, причем в каждую фазу входит один стержень и прилегающие к нему участки короткозамыкающих колец.

Вдвигателях с фазным ротором обмотка ротора выполняется аналогично обмотке статора. Это видно из рис. 2.7, на котором показаны пазы ротора с уложенными в них проводниками и изоляцией.

1 – клин; 2 – проводники; 3 – междуслойная изоляция; 4 – пазовая изоляция

Электрическая схема асинхронного двигателя с фазным ротором приведена на рис. 2.8.

Обмотка ротора выполняется трехфазной с тем же числом полюсов, что и обмотка статора. Соединяют ее обычно звездой, три конца обмотки выводят к контактным кольцам 4 (рис. 2.8) .

43

сколько снижает надежность его работы, поэтому обычно применяют конструкции, в которых щетки постоянно соприкасаются с контактными кольцами.

Основные конструктивные элементы двигателя с фазным ротором приведены на рис. 2.9.

2.1.3. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

Как указано выше, в асинхронной машине две обмотки: одну из обмоток размещают на статоре 1 (рис. 2.10, а), а вторую – на роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, который для уменьшения магнитного сопротивления на пути основного магнитного потока и соответственно для уменьшения тока холостого хода делают как можно меньше. Обмотка статора 2 обычно трехфазная. Катушки обмотки размещают равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора AX, BY, CZ соединяют по схеме «звезда» или «треугольник» и подключают к трехфазной сети (рис. 2.10, б). Обмотку ротора 4 многофазную или трехфазную размещают равномерно вдоль окружности ротора. Обмотка ротора независимо от ее конструкции в рабочих режимах замкнута накоротко.

Рис. 2.10. Электромагнитная схема асинхронной машины, направления токов и электромагнитного момента

при работе в двигательном режиме

45

При питании обмотки статора трехфазным током создается вращающееся магнитное поле, частота вращения которого синхронная

n1 = 60 f / p.

Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС. На рис. 2.10, а показано согласно правилу правой руки направление ЭДС, индуцированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока Ф по часовой стрелке, при этом проводники ротора перемещаются относительно потока Ф против часовой стрелки. Активная составляющая тока ротора совпадает по фазе с индуцированной ЭДС; поэтому условные обозначения (крестики и точки) на рис. 2.10 показывают одновременно и направление активной составляющей тока.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усилие Fрез, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент Мэ.м, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение, частота его вращения n2 возрастает, а установившаяся величина n2 соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемому приводимым во вращение механизмом и внутренними силами трения. Такой режим работы асинхронной машины является двигательным и, очевидно, в данном случае 0< n2 < n1.

Относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора называют скольжением

s = (n1 – n2) / n1.

Очевидно, что в двигательном режиме 1 ≥ s > 0.

При пуске n2 = 0,s = 1. При увеличении n2 скольжение уменьшается. В конце пуска величина частоты вращения n2 и скольжения s зависит от величины нагрузки на валу. Если двигатель запускается на холостом ходу, то частота вращения в конце пуска n20 ≈ n1, аскольжение s0 ≈ 0. При увеличении нагрузки на валу двигателя ротор затормаживается, частота вращения n2 уменьшается, а скольжение s возрастает. При номинальной нагрузке sн = 0,02–0,06, т. е. при переходе двигателя из режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки уменьшение частоты вращения невелико и двигатель имеет жесткую скоростную характеристику.

46

2.2. Лабораторная работа 3. Исследование рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называют графические зависимости частоты вращения n2 (или скольжения s), момента на валу двигателя M2, тока статора I1, потребляемой мощности P1, коэффициента полезного действия η, и cosφ1 от полезной мощности P2 при U1 = const и f1 = const. Рабочие характеристики могут быть определены путем экспериментального исследования машины под нагрузкой, расчетным путем или по круговой диаграмме. Однако испытание под нагрузкой в ряде случаев трудно осуществимо или даже невозможно, например, в условиях изготовления машин большой мощности на электромашиностроительных заводах. Расчет характеристик также достаточно трудоемок. В подобных случаях рабочие характеристики двигателя могут быть определены при помощи круговой диаграммы, построенной на основании данных опытов холостого хода и короткого замыкания.

Цель работы

Изучить методику построения круговой диаграммы трехфазного асинхронного двигателя по данным опытов холостого хода и короткого замыкания [1–3]; определить по круговой диаграмме рабочие характеристики двигателя и сравнить их с экспериментальными характеристиками, снятыми при работе двигателя под нагрузкой. Оценить перегрузочную способность двигателя.

Объект и средства исследования

Для испытаний используется трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В опыте короткого замыкания ротор затормаживается с помощью ручного тормоза, источник питания – индукционный регулятор, обеспечивающий широкий диапазон регулирования напряжения на зажимах обмотки статора. Источник питания в опыте холостого хода и в режимах нагрузки двигателя – сеть 380 В. Нагрузка на валу двигателя создается с помощью генератора постоянного тока с независимым возбуждением. Номинальные данные асинхронного двигателя и генератора постоянного тока приведены на панели стенда.

Для измерения тока, напряжения и активной мощности двигателя в цепь обмотки статора включается комплект приборов К-50 или

47

К-505. Частота вращения ротора двигателя измеряется стробоскопическим методом.

Рабочее задание

При подготовке к лабораторной работе необходимо:

–изучить принцип действия и конструкцию трехфазного асинхронного двигателя;

–изучить методику построения круговой диаграммы трехфазного асинхронного двигателя по опытным данным;

–изучить методику определения рабочих характеристик по круговой диаграмме.

При выполнении лабораторной работы необходимо:

–выполнить опыт короткого замыкания при пониженном напряжении обмотки статора и при заторможенном роторе. Измерить напряжение на фазах обмотки статора, определить коэффициент мощности при номинальном токе в фазах обмотки статора и заторможенном роторе. Рассчитать ток короткого замыкания при номинальном напряжении. Рассчитать кратность пускового тока;

–осуществить режим холостого хода при номинальном напряжении на фазах обмотки статора. Измерить ток холостого хода

ичастоту вращения ротора, а также определить коэффициент мощности двигателя в условиях свободного вращения ротора без нагрузки. Определить, какую долю номинального тока составляет ток холостого хода;

–осуществить режим нагрузки при номинальном напряжении на фазах обмотки статора. Измерить напряжение, ток и мощность в фазах обмотки статора, определить коэффициент мощности

иКПД, частоту вращения ротора при различных нагрузках на валу двигателя.

При оформлении отчета следует:

–построить круговую диаграмму по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Определить по круговой диаграмме параметры двигателя для построения рабочих характеристик.

–построить рабочие характеристики по опытным данным и сравнить их с характеристиками, полученными по круговой диаграмме.

48

Методические рекомендации к выполнению рабочего задания

иобработке результатов эксперимента

1.Перед началом лабораторной работы выписать со стенда паспортные данные исследуемого асинхронного двигателя и нагрузочного генератора. В соответствии с номинальными (паспортными) данными подобрать измерительные приборы.

2.В начале лабораторной работы выполняется опыт короткого замыкания. Перед выполнением опыта необходимо собрать электрическую схему индукционного регулятора. Подключить его к сети и, изменяя пространственное положение ротора, установить на выходе индукционного регулятора минимальное напряжение. Далее подключить обмотку статора на выход индукционного регулятора (рис. 2.11, а). При выполнении опыта короткого замыкания напряжение на выходе индукционного регулятора, подаваемое на обмотку статора, повышают до такой величины, чтобы при заторможенном роторе асинхронного двигателя ток статора был равен номинальному значению.

В опыте короткого замыкания измеряются:

U1K; I1K = I1H; PK = PAK + PBK + PCK.

3. Для проведения опыта холостого хода и испытаний двигателя в режиме нагрузки необходимо собрать схему (рис. 2.11, б). В этих опытах на обмотку статора напряжение подается непосредственно от сети.

В опыте холостого хода нет нагрузки на валу двигателя. В этом случае ток возбуждения и ток якоря генератора постоянного тока должны быть равны нулю. На обмотку статора двигателя подается напряжение, измеряется ток в фазах IA0, IB0, IC0, мощность в фазах PA0, PB0, PC0, а затем вычисляются:

I0 = IA0 + I3B0 + IC0 , P0 = PA0 + PB0 + PC0 .

4. При испытании асинхронного двигателя в режиме нагрузки на обмотку статора от сети подается напряжение, далее момент сопротивления (нагрузка) на валу двигателя изменяется путем изменения тока в цепи якоря и цепи возбуждения нагрузочного генератора в таком диапазоне, чтобы ток в статоре двигателя не превышал 1,2 I1н. Результаты измерения заносятся в табл. 1, 2.

49