3 Расчетная часть

Таблица 2

Соединение фаз обмотки статора	№ п/п	Данные измерений					Результаты вычислений
		U			n	M	s	cosφ		η
		В	кВт	А	Об/мин	Нм	%	-	кВт	%
звезда	1(хх)	235	0.35	0.8	1480	0	1.33	1.0749	0	0
	2	233	0.7	1.7	1400	2	6.67	1.0203	0.293	41.88
	3	231	1	2.5	1340	4	10.67	0.9997	0.561	56.13
	4	230	1.3	3.4	1220	5	18.67	0.9598	0.639	49.13
	5	228	1.7	4.5	1050	5	30.00	0.9566	0.550	32.34
	6	225	1.95	5.7	640	4	57.33	0.8778	0.268	13.75
треугольник	1(хх)	235	0.5	2.3	1500	0	0	0.5341	0	0
	2	233	0.8	2.4	1460	2	2.67	0.8260	0.306	38.22
	3	231	1.05	2.75	1440	4	4.00	0.9543	0.603	57.44
	4	230	1.25	3.2	1420	5	5.33	0.9806	0.743	59.48
	5	228	1.53	3.6	1410	7	6.00	1.0762	1.034	67.55
	6	225	1.9	4.3	1400	9	6.67	1.1338	1.319	69.44

При соединении фаз обмотки статора в звезду

При соединении фаз обмотки статора в треугольник

4 Графики

График зависимости

График зависимости

График зависимости

График зависимости

График зависимости

Контрольные вопросы

Вопрос №1. Объяснить устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Ответ: Асинхронный двигатель - это машина переменного тока. Слово "асинхронный" означает не одновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором.

Статор - неподвижная часть машины. Его сердечник с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 - 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака. В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка. В трехфазных двигателях обмотка трехфазная. Фазы обмотки могут соединяться в звезду или в треугольник в зависимости от величины напряжения сети.

Рис. 2

Ротор - вращающаяся часть двигателя. Магнитопровод ротора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали (рис. 2 а) В пазах ротора укладывают обмотку. В зависимости от типа обмотки роторы асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка представляет собой неизолированные медные или алюминиевые стержни, соединенные с торцов кольцами из этого же материала ("беличья клетка"). Свободные концы фаз обмотки присоединены к трем медным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К кольцам прижаты угольные или медно-графитные щетки. Через контактные кольца и щетки в обмотку ротора можно включить трехфазный пускорегулировочный реостат.

Вопрос №2. Каковы способы пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей?

Ответ:

1. Прямой пуск. При этом обмотка статора включается непосредственно в сеть на полное напряжение. Прямой пуск допустим только для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности (до 15-20 кВт). Однако при значительной мощности питающей сети этот способ можно распространить на двигатели большей мощности (примерно до 50 кВт).

2. Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя пропорционален напряжению на фазах обмотки статора U₁, поэтому уменьшение напряжения U₁ сопровождается соответствующим уменьшением пускового тока. Однако такой способ приводит к уменьшению начального пускового момента, который пропорционален квадрату напряжения на фазах обмотки статора. Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ пуска применим только при малых нагрузках на валу. Имеется несколько способов понижения напряжения U₁ в момент пуска:

• при легком пуске асинхронных двигателей средней мощности, которые нормально работают при соединении фаз обмотки статора треугольником, применяют снижение напряжения на зажимах, этих фаз переключением их в звезду;

• при любом типе соединения фаз обмотки статора понизить напряжение можно с помощью реактора (трехфазной индуктивной катушки), включенного последовательно в обмотку статора. Менее экономично снижать напряжение на статоре последовательным включением резисторов, т.к. они при этом сильно нагреваются и возникают дополнительные потери электрической энергии;

• для двигателей большой мощности снижать напряжение целесообразно при помощи понижающего трехфазного автотрансформатора. Этот способ лучше предыдущего, но значительно дороже. После того, как ротор двигателя разгонится, и ток спадает, на обмотку статора подается полное напряжение сети.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора. Пусковой реостат снижает величину начального пускового тока и одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть величины, близкой к максимальному моменту. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводят.

Вопрос №3. Чему равны скольжение и число пар полюсов асинхронного двигателя, если его номинальная частота вращения 950 об/мин?

Ответ: Токи фаз обмотки создают магнитное поле, вращающееся относительно статора с частотой n₀, об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:

где f₁- частота тока сети, Гц,

р - число пар полюсов магнитного поля

При стандартной частоте тока сети f₁-50 Гц, частота вращения поля

и в зависимости от числа пар полюсов имеет следующие значения:

р	1	2	3	4	5	6
, об/мин	3000	1500	1000	750	600	500

Вопрос №4. Изобразить соединение фаз обмотки статора в звезду и в треугольник?

Ответ: У фазного ротора (рис. 3 в) в пазах магнитопровода уложена трехфазная обмотка, фазы которой соединены звездой.

Рис. 3 Фазный ротор

Вопрос №5. Перечислить условия, необходимые для получения вращающегося магнитного поля.

Ответ: Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Необходимыми условиями возбуждении вращающегося магнитного поля являются:

-пространственный сдвиг осей катушек статора,

-временной сдвиг токов в катушках статора.

Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе статора. Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120°. Второе условие обеспечивается подачей на катушки статора трехфазной системы напряжений. При включении двигателя в трехфазную сеть в обмотке статора устанавливается система токов одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.

Вопрос №6. Изобразить механическую характеристику асинхронного двигателя и обозначить на ней основные режимы работы.

Ответ: Механическая характеристика показывает свойства двигателя как средства для электропривода. Но для наиболее полного выяснения свойств самого двигателя служат его рабочие характеристики.

Рабочими характеристиками (рис 4) называются зависимости I₁, s, n, cosφ₁, M от полезной мощности Р₂ на валу двигателя при постоянных значениях U₁ и частоты f₁ сети.

Рис.4 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Вопрос №7. Почему cosφ двигателя при номинальной нагрузке больше, чем при холостом ходе?

Ответ: При холостом ходе cosφ₁ имеет малое значение (примерно 0,1), так как активная мощность мала, расходуется только на небольшие потери в статоре и небольшие механические потери, а реактивная мощность имеет постоянное значение, гак как магнитный поток постоянный.

С увеличением нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная мощность в пределах до номинальной нагрузки имеет неизменное значение. В результате cosφ₁ увеличивается. Однако при дальнейшем увеличении нагрузки сказывается увеличение потоков рассеяния, за счет чего реактивная мощность Q₁ увеличивается и cosφ₁ начинает уменьшаться.