5. Исследование механических характеристик асинхронной машины в двигательном и генераторном режиме и противовключении

Ц е л ь  р а б о т ы: исследовать работу асинхронной машины в следующих режимах: двигательном, генераторном и электромагнитного торможения (режим противовключения); по результатам измерений построить соответствующие механические характеристики.

5.1. Краткие теоретические сведения

Общие понятия о характеристиках электрических машин, режимах работы и их расположении на координатной плоскости приведены в теоретических сведениях лабораторной работы №2. С энергетической точки зрения все режимы работы асинхронной машины соответствуют описанным выше режимам для машин постоянного тока и характеризуются теми же превращениями энергии из одного вида в другой. Различие состоит лишь в схемах включения и принципах работы.

Во всех режимах работы, рассматриваемых в данной лабораторной работе, обмотка статора АМ должна быть подключена к источнику переменного синусоидального напряжения, создающего симметричную систему токов в фазах обмотки и круговое магнитное поле вращающееся в воздушном зазоре с частотой n₁. Эту частоту вращения также называют частотой вращения идеального холостого хода или синхронной частотой. Ротор АМ вращается с частотой n.

Соотношение скоростей магнитного поля и ротора в различных режимах работы АМ:

- генераторный режим: n₁ < n < ∞;

- идеальный холостой ход: n = n₁;

- двигательный режим: 0 < n < n₁;

- режим короткого замыкания: n = 0;

- торможение противовключением: –∞ < n < 0.

Электромагнитный момент асинхронной машины (АМ), в отличие от машин постоянного тока, имеет значительно более сложную зависимость от угловой скорости, чем выражение (2.3). Расчет электромагнитного момента АМ требует знания, как правило, неизвестных на практике величин всех сопротивлений обмоток машины.

Один из способов определения электромагнитного момента АМ основан на графическом методе.

Для этого при испытании асинхронной машины используют нагрузочную МПТ с независимым возбуждением, электромагнитный момент которой (M_МПТ) можно определить по выражению (2.3). Регулируя скорость вращения ротора (n) путем изменения напряжения, подаваемого на якорь МПТ при неизменном магнитном потоке, снимают зависимость n = f (M_МПТ) во всех режимах работы АМ. Данная зависимость графически представляет собой разрывную линию при изменении знака скорости (рис. 5.1).

Исходя из уравнения установившегося движения электропривода [Чиликин], для определения электромагнитного момента испытуемого двигателя необходимо к значению электромагнитного момента нагрузочной машины постоянного тока прибавить (с учетом знака) момент потерь:

М_АМ = М_МПТ + М_пот . (5.1)

На рис. 5.1 показаны зависимости n = f (M_МПТ), n = f (М_пот) и полученная путем сложения моментов в соответствии с (5.1) зависимость n = f (M_АМ). Следует обратить внимание на то, что правая часть выражения (5.1) представляет собой алгебраическую сумму моментов, т. е. все три момента, входящие в данное выражение, могут быть как положительными так и отрицательными в зависимости от режима работы асинхронной машины.

5.2. Последовательность операций при проведении исследования

1) Привести ручки (рычажки) аппаратов испытательного стенда в исходное положение в соответствии с табл.1.1. Собрать схему, показанную на рис. 5.2. Предъявить схему для проверки преподавателю.

При снятии механических характеристик: ток якоря I_a испытуемой МПТ не должен превышать номинального значения, равного ±1 А.

2) На модуле «Модуль питания стенда» автомат включить, на модуле «Тиристорный преобразователь» кнопку «Сеть» включить, переключатель SA5 перевести в положение «Вперед».

3) На модуле «Модуль питания» включив автомат, проверить направление вращения ротора асинхронной машины в двигательном режиме;

4) При использовании в опыте для снижения напряжения на обмотке статора АМ автотрансформатора (уточнить у преподавателя, что именно используется с этой целью), вращая на нем ручку регулятора, установить напряжение на его выходе 90 В.

Рис. 5.2. Схема испытания асинхронной машины

в двигательном и генераторном режиме и противовключении

5) На модуле «Модуль питания» отключить автомат для остановки вращения ротора.

6) При использовании в опыте для снижения напряжения на обмотке статора АМ добавочных сопротивлений (см. п. 5) на модуле «Модуль добавочных сопротивлений» переключатель установить в положение «100».

7) На модуле «Тиристорный преобразователь» переключатель SA6 перевести в верхнее положение «Разрешение», вращая движок потенциометра RP1 по часовой стрелке, проверить направление вращения ротора машины постоянного тока в двигательном режиме и вновь остановить ротор, вернув движок потенциометра RP1 в исходное положение.

8) В случае если направление вращения ротора МПТ в двигательном режиме не совпало с направлением вращения ротора АМ в двигательном режиме, необходимо изменить порядок чередования фаз, подключенных к обмотке статора АМ.

9) На модуле «Тиристорный преобразователь» вращая движок потенциометра RP1 по часовой стрелке, установить частоту вращения ротора 1470 об/мин.

10) На модуле «Модуль питания» включить автомат.

11) Для снятия механической характеристики в режиме генераторного торможения, идеального холостого хода, двигательного режима и короткого замыкания, регулируя скорость вращения ротора АМ с помощью МПТ (на модуле «Тиристорный преобразователь» вращать движок потенциометра RP1), записать показания тока якоря I_a и частоты вращения n в таблицу 5.1; рекомендуется фиксировать точки с шагом 100 об/мин, начав с частоты вращения 1600 об/мин, двигаясь к 0 об/мин.

12) Для снятия механической характеристики в режиме торможения противовключением:

- на модуле «Тиристорный преобразователь» выкрутить движок потенциометра RP1 против часовой стрелки до упора в положение «0»;

- на модуле «Тиристорный преобразователь» переключатель SA5 перевести в нижнее положение «Назад»;

- на модуле «Тиристорный преобразователь» вращая движок потенциометра RP1 по часовой стрелке, записать показания тока якоря I_a и частоты вращения n в таблицу 5.1; рекомендуется зафиксировать точки с отрицательной частотой вращения равной -0 (начало движения ротора в обратном направлении вращения), -100 и -200 об/мин.

Т а б л и ц а  5.1

Результаты измерения и расчета механических характеристик АМ

U1экс, В	n, об/мин	Ia, A	MМПТэкс, Н·м	MМПТ, Н·м