Контрольні запитання

1. Чому при пуску струм вище номінального?

2. Чому із збільшенням частоти обертання ротора струм меншає?

3. Чому в асинхронному двигуні з фазним ротором при введенні пускового опору пусковий струм меншає?

4. Як змінюється величина пускового момента двигуна, якщо в якості пускового опору, що включається в коло ротора, використати активний або індуктивний опір?

5. Як змінюється пусковий момент при різних способах пуску асинхронного двигуна?

6. Як змінюється тривалість розгону двигуна в залежності від способу пуску?

У звіті подати:

1. Схеми дослідів і результатів вимірювань, розрахунків.

2. Зведення основних результатів.

2. Відповіді на запитання до роботи.

Лабораторна робота 6 дослідження асинхронного двигуна в несиметричних режимах

Мета роботи - дослідження характеристик асинхронного двигуна при різних видах несиметрії кіл обмоток статора і ротора.

Обладнання і прилади

Дослідженню підлягають асинхронні двигуни типу 4А, 4АК з короткозамкненим і фазним роторами, вимірювальний комплект К-50, амперметр (10 А) електромагнітної системи, трифазний реостат у колі обмотки ротора асинхронного двигуна з фазним ротором, тахогенератор з вольтметром.

Генератор постійного струму, регулювальний реостат R_Р з величиною опору 300-400 Ом і струмом на 1 А, однофазний навантажувальний реостат в колі якоря генератора, амперметр (10 А) і вольтметр (250 В) магнітоелектричної системи в колі якоря генератора.

Затискачі обладнання і приладів винесені на панель випробувального стенду.

Зміст роботи

1. Зібрати схему рис.4.1 до лабораторної роботи №4. Обмотку статора з'єднати по схемі зірка.

2. Здійснити пуск КЗ асинхронного двигуна, навантажити двигун за допомогою генератора постійного струму, виміряти струми і потужність асинхронного двигуна по фазах, частоту обертання.

3. Дослідити роботу асинхронного двигуна в однофазному режимі, розімкнувши вимикач В в колі статора при роботі (рис.6.1,а).

4. Обмотку статора з'єднати по схемі трикутник, здійснити пуск і навантаження асинхронного двигуна в симетричному режимі. Виміряти струми і потужність фаз обмоток асинхронного двигуна, частоту обертання для якогось по величині струму навантаження.

5. Дослідити роботу асинхронного двигуна із з'єднанням обмоток статора по схемі відкритий трикутник, при струмі навантаження по пункту 4, розімкнувши одну з фаз статора при роботі (рис.6.1,б).

6. Дослідити роботу асинхронного двигуна з фазним ротором при симетричному і несиметричному опорі обмоток ротора і не симетричному опорі розімкнувши одну з фаз ротора при роботі

7. Здійснити пуск асинхронного двигуна з фазним ротором при розімкненому стані однієї з фаз ротора (рис.6.4).

Пояснення до роботи

Несиметричні режими роботи асинхронних двигунів виникають в наступних випадках: 1) при несиметрії напруги мережі; 2) при несиметрії опорів в колах статора і ротора; 3) при несиметричній схемі з'єднання обмоток двигуна. Такі режими можуть виникнути внаслідок несправностей і аварій.

1. Обрив лінійного проводу мережі або перегорання одного із запобіжників (рис.6.1), є одним з найбільш поширених аварійних режимів роботи асинхронних двигунів. Незалежно від з'єднання обмоток статора двигун переходить в однофазний режим. При цьому поле статора не обертове, а пульсуюче. Воно може бути розкладено на два кругових обертових поля, що мають однакову частоту обертання n_1, але що обертаються в різні сторони.

Поле, напрям обертання якого збігається з напрямом обертання ротора, називається прямим. Ковзання ротора відносно цього поля визначається виразом

Поле, напрям обертання якого протилежний обертанню ротора, називається зворотним. Ковзання ротора відносно цього поля

Магнітні поля прямої і зворотної послідовності наводять в обмотці ротора відповідні ЕРС, які в замкненій обмотці створюють струми прямої і зворотної послідовностей. Ці струми взаємодіють з полями і створюють електромагнітні обертальні моменти прямої М_ПР і зворотної М_ЗВ послідовностей:

,

де R₂₁=R₂₂

На ротор машини діє результівний обертальний момент

Аналіз механічних характеристик (рис.6.2) показує, що при S_ПР=1 маємо М=0, тобто відсутній пусковий момент. Щоб двигун розвернувся, його треба розкрутити зовнішньою силою в ту або іншу сторону. При обриві лінійного проводу під час роботи двигуна ротор продовжує обертатися в тому ж напрямі, споживаючи з мережі більший струм. Двигун з відключеною фазою може працювати довго при навантаженнях в рази менших, ніж номінальне навантаження в симетричному режимі.

К-50

К-50

V

A

W

V

A

W

В1

С₁

С₂

С₃

С₁

С₂

С₃

В

В2

С₄

С₅

С₆

С₄

С₅

С₆

а)

б)

Рисунок 6.1. - Схеми для дослідження роботи двигунів при обриві фази статора.

Робота асинхронного двигуна при обриві однієї фази статорної обмотки, з’єднаної в зірку, аналогічна вищезазначеному.

2. Схема відкритого трикутника виникає при обриві однієї з фаз обмотки статора (розмиканні В2), з’єднаною в трикутник (рис.6.1,б). Магнітне поле, що створюється обмоткою статора, обертове еліптичне (рис.6.3); на стійкій частині механічної характеристики створює обертальний момент, трохи менший від момента при нормальній роботі. Пусковий момент малий, що погіршує умови пуску, в окремих випадках двигун може не розвернутися.

При тривалій роботі двигуна навантаження на його валу повинно бути знижено до 70% номінального.

3. Асинхронний двигун з несиметричним опором в колі ротора.

Несиметрія ротора утворюється у випадках:

1) обрив стрижнів обмотки короткозамкненого ротора;

2) обрив обмотки фазного ротора;

3) нерівність додаткових опорів в колі фазного ротора.

У обмотці ротора виникають струми прямої I₂₁ і зворотної I₂₂ послідовностей частотою Sf₁. Струми прямої послідовності ротора і статора створюють загальне пряме поле, яке у взаємодії з струмом I₂₁ створює обертальний момент прямої послідовності М_ПР (рис.6.5).

Струми I₂₂ створюють поле, що обертається з частотою n_2Р= Sn₁ відносно ротора в зворотному напрямі, а відносно статора з частотою

n_2C= n₂- n_2P= n₁(1- S₁)- n₁S=(1-2S₁) n₁

і наводять в статорі струм I₁₂ з частотою

f_2C = (1-2S₁) f₁ ,

які, замикаються через мережу, і при малих S_1, викликають биття струму. Накладення струмів шкідливо відбивається на інших споживачах, що живляться від цієї мережі.

Биття струму частотою f₁-f₁(1-2S₁)=Sf₁ викликає коливання стрілки амперметра, включеного в коло статора.

Струми зворотної послідовності I₁₂ статора створюють поле зворотної послідовності, яке, взаємодіючи з I₂₂, створює електромагнітний момент зворотної послідовності М_ЗВ (рис.6.5).

К-50

W

В

V

R_П

Рисунок 6.4. - Схема для дослідження роботи двигуна при обриві фази обмотки ротора.

Результівний електромагнітний момент на валу машини

представлений на рис.6.5.

Як видно з рис.6.5, двигун має дві області стійкої роботи: при S=S_Н і при . Якщо обрив фази ротора стався під час роботи двигуна з навантаженням менше номінального, то частота обертання ротора залишиться майже незмінною точка («а» на рис.6.5). Якщо навантаження перевищує номінальне, то двигун буде обертатися з половинною частотою - на другій стійкій частині механічної характеристики (точки «б»).

Якщо в коло ротора вводити великий опір і повільно виводити його при пуску в хід двигуна (з невеликим навантаженням на валу), то його можна вивести на основну стійку частину характеристики (точки «а»). При пуску з малим додатковим опором або при різкому зменшенні його двигун «застряне» на половинній частоті обертання (точка «в»)