m315

В первом случае КПД двигателя остается высоким, а во втором случае КПД снижается тем больше, чем больше скольжение, так как при этом растут электрические потери в обмотках статора и ротора.

На практике наибольшее распространение получили многоскоростные и особенно двухскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами, так как в этих двигателях наиболее просто реализуется ступенчатое регулирование частоты вращения.

Изменение числа пар полюсов может быть достигнуто двумя способами:

•в пазы сердечника статора укладываются несколько обмоток, каждая из которых имеет требуемое число полюсов;

•в пазы сердечника статора укладывается одна обмотка, допускающая её переключение на разное число полюсов.

Во втором случае обмотка называется полюсопереключаемой, и с практической точки зрения выполнение двигателей с такими обмотками является наиболее целесообразным.

Обычно двухскоростные двигатели выполняются с полюсопереключаемой обмоткой с отношением чисел полюсов 2:1. Каждая фаза такой обмотки состоит из двух частей с одинаковым количеством катушечных групп в каждой части. Когда в обеих частях фаз обмотки текут токи одинакового направления, обмотка создает магнитное поле с большим числом полюсов, а при изменении направления тока в одной части обмотки на обратное направление число полюсов уменьшается вдвое. Переключение производится во всех фазах одновременно, и переключаемые части могут соединяться последовательно, либо параллельно, при этом для сохранения направления вращения необходимо сменить чередование двух фаз обмотки.

С помощью полюсопереключаемых обмоток можно ступенчато регулировать частоту вращения асинхронных двигателей. Регулирование частоты вращения осуществляется либо с постоянным моментом (M2 = const ), в случае схемы переключения обмотки Υ/ΥΥ, либо с постоянной мощностью ( P2 = const ) при схеме Δ/ΥΥ.

На рис.3.2.1а показана электрическая схема трехфазной обмотки соединенной в треугольник. Фаза обмотки состоит из двух катушек (рис. 3.2.1б). Нетрудно видеть, что при подключении источника тока к выводам обмотки Н и К, система активных сторон 1,2,3,4 катушек фазы образует магнитный поток с числом полюсов 2р=4 (рис.3.2.1в).

Если от середин фаз обмотки выполнить отводы (точки а; рис. 3.2.1б) и произвести соединение фаз и их питание по схеме ΥΥ (рис.

61

3.2.2а), то получим число полюсов 2р=2. В этом нетрудно убедиться, проанализировав картину поля фазы обмотки по рис. 3.2.2в.

Исследованию подвергается двухскоростной двигатель со схемой соединения обмотки статора Δ/ΥΥ (рис.3.2.3). На передней панели лабораторной установки расположен переключатель « -ΥΥ», управляющий контактором КМ2, с помощью которого производится переключение обмотки статора испытуемого двигателя со схемы двойная звезда на схему треугольник. Напряжение с частотой 50 Гц подводится к двигателю от сети переменного тока с помощью пускателя КМ1. Засветившаяся зелёная лампочка над кнопкой «Пуск» сигнализирует о подаче напряжения на двигатель.

При проведении опытов короткого замыкания ротор двигателя должен быть заторможен. Это осуществляется тормозным устройством, управляемым кнопкой «КЗ», расположенной на панели. Тормозное устройство представляет шлифованный шкив на выходном конце вала двигателя, охватываемый тормозными колодками, которые прижимаются к нему при торможении с помощью тягового электромагнита.

3.2.4. ОПЫТЫ ХОЛОСТОГО ХОДА

Схемы соединения фазных обмоток статора для проведения опытов представлены на рис. 3.2.1 и 3.2.2. Опыты проводят при номинальном напряжении на входных зажимах обмотки статора. Показания приборов по верхним шкалам и результаты вычислений записывают в табл. 3.2.1.

Таблица 3.4.1

Результаты опытов холостого хода

62

•для двигателя с 2р=2 с соединением обмотки статора по схеме

двойная звезда.

При построении круговых диаграмм следует воспользоваться рекомендациями к лабораторной работе «Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором».

Разбивают дугу НС круговой диаграммы, соответствующую двигательному режиму на 8÷10 частей так, чтобы в деление вошли точки Н (s = 0 , M2 = 0); D (s = sН , M = М Н ) ; F( s = sкр , M = Мm ) и C(s = 1, M = Мп ). Для каждой точки на дуге НС определяют соответствующие величины и заполняют табл. 3.2.3.

На основании табл. 3.2.3 строят пусковые характеристики M = f (s) , I = f (s) , определяют пусковые свойства, перегрузочную способность и энергетические показатели.

Схема соединения фаз обмотки статора – звезда - звезда

Число полюсов 2р = 2

1÷10

Одноименные характеристики для машин с разными числами полюсов размещают в одних координатных осях

3.2.7. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

При анализе результатов исследований следует обратить внимание не только на то, что при переключении с треугольника на схему двойная звезда момент пусковой уменьшился почти в 2 раза, а частота вращения возросла примерно в 2 раза, но и на относительное изменение пусковых и максимальных моментов по отношению к их номинальным значениям. Следует найти причину этому и объяснить её. Необходимо сравнить энергетические показатели cosϕ и η номинальных режимов и объяснить их различие при переходе от одной частоты вращения к другой.

66

3.2.8.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ДОПУСКЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

3.2.8.1.Укажите способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

3.2.8.2.Поясните способы ступенчатого регулирования частоты

вращения.

3.2.8.3.В чём конструктивные особенности многоскоростного асинхронного двигателя.

3.2.8.4.В каких случаях, и при каких схемах включения фаз обмотки статора осуществляется ступенчатое регулирование частоты вращения при постоянной механической мощности?

3.2.8.5.В каких случаях, и при каких схемах включения фаз обмотки статора осуществляется ступенчатое регулирование частоты вращения асинхронных двигателей при постоянном моменте?

3.2.8.6.Какие данные необходимы для построения круговой диа-

граммы?

3.2.8.7.Поясните последовательность действий при проведении опыта холостого хода.

3.2.8.8.Поясните последовательность действий при проведении опыта короткого замыкания.

3.2.9.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

3.2.9.1.Для каких целей строят круговую диаграмму?

3.2.9.2.Как определяются пусковые свойства двигателя по круговой диаграмме.

3.2.9.3.Как по круговой диаграмме определить максимальный КПД

двигателя?

3.2.9.4.Как по круговой диаграмме определить максимальный электромагнитный момент, развиваемый двигателем?

3.2.9.5.Как по круговой диаграмме определить перегрузочную способность двигателя?

3.2.9.6.Как по круговой диаграмме определить при каком скольжении двигатель потеряет устойчивость работы под нагрузкой?

3.2.9.7.Почему в асинхронных двигателях с полюсопереключаемой обмоткой изменяются КПД и коэффициент мощности при ступенчатом переходе с одной частоты вращения на другую?

3.2.9.8.Как по круговой диаграмме определить коэффициент мощности асинхронного двигателя?

67

3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

3.3.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором, приобрести практические навыки пуска двигателя с применением пускового реостата и провести опыты холостого хода и непосредственной нагрузки двигателя.

3.3.2.ПРОГРАММА РАБОТЫ

3.3.2.1.Ознакомиться с лабораторной установкой и произвести пуск двигателя с помощью пускового реостата.

3.3.2.2.При номинальных значениях напряжения и частоты питающей сети произвести опыт непосредственной нагрузки двигателя и по результатам исследований построить рабочие характеристики.

3.3.2.3.По результатам проведенных исследований сделать основные выводы.

3.3.3.ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Отличие асинхронного двигателя с фазным ротором от короткозамкнутого состоит в том, что роторная обмотка выполнена по типу статорной. Фазы обмотки соединены по схеме звезда и их начала подсоединены к контактным кольцам. Такое выполнение обмотки позволяет включать в цепь обмотки ротора активные дополнительные сопротивления через щёточный контакт, что уменьшает пусковой ток и увеличивает пусковой момент двигателя.

Схема для проведения исследований двигателя представлена на рис.3.3.1. На переднюю панель лабораторной установки выведены: рукоятка переключателя RП пусковых сопротивлений в цепи обмотки ротора; переключатель режимов работы двигателя SA («Холостой ход», «Нагрузка»); рукоятка регулировочного сопротивления RF в цепи обмотки возбуждения балансирной машины постоянного тока с независимым возбуждением; кнопки «Пуск» - «Стоп» в цепи катушки пускателя КМ.

3.3.4. ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Установить переключатель RП в положение 1, переключатель SA – в положение «Холостой ход», рукоятку RF повернуть влево до отказа,

68

нажать кнопку «Пуск» и перевести с минимальными паузами переключатель RП сначала в положение 2, затем в положение 3.

1 2

RП 3

PA2

A

Рис.3.3.1. Электрическая схема лабораторной установки для исследования асинхронного двигателя с фазным ротором

3.3.5. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ ПРИ НОМИНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ СЕТИ

Под рабочими характеристиками двигателя понимают зависимости I1, P1, M2, cosϕ1, n , η как функции от полезной мощности P2 на валу двигателя при номинальных значениях питающего напряжения и частоты.

В качестве нагрузки двигателя используется балансирная машина постоянного тока ВМ в генераторном режиме. Так как нагрузочное сопротивление RL генератора нерегулируемое, изменение момента на-

69

грузки осуществляют с помощью сопротивления RF в цепи обмотки возбуждения.

Для получения рабочих характеристик методом непосредственной нагрузки осуществляют пуск двигателя на холостом ходу. После пуска двигателя заполняют первую строку табл. 3.3.1. Переключатель SA ставят в положение «Нагрузка» и заполняют вторую строку табл. 3.3.1. Сопротивление RF регулируют таким образом, чтобы момент M2 постепенно увеличивался. Желательно изменять M2 через 0,5 Н·м. Результата исследований и расчетов записывают в табл. 3.3.1.

Таблица 3.3.1

Рабочие характеристики

Скольжение двигателя определяют магнитоэлектрическим амперметром РА2 с нулём по середине шкалы, включенного в одну из фаз обмотки ротора. Так как частота тока в роторе при нормальных нагрузках двигателя не превышает нескольких периодов в секунду, то магнитоэлектрический амперметр успевает отслеживать изменение направления тока и поэтому число полных колебаний его стрелки в одну секунду показывает величину частоты тока в роторе.

Таким образом, f2 = N /t , Гц, где N – число полных колебаний стрелки магнитоэлектрического амперметра за время t секунд.

Наряду с результатами исследований в табл. 3.3.1 записывают расчетные значения.

Скольжение ротора s двигателя и частота вращения n определяются

70