4.5 Контрольные вопросы
4.5.1 С какой целью проводят эксперименты холостого хода и короткого замыкания?
4.5.2 Как можно измерить коэффициент трансформации трансформатора?
4.5.3 Что называют внешней характеристикой трансформатора и как её получить?
4.5.4 Какие потери энергии имеют место в трансформаторе и от чего они зависят?
4.5.5 Изменится ли ток в первичной обмотке трансформатора, если будем изменять ток во вторичной обмотке и почему?
Лабораторная работа № 5
ИЗУЧЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
5.1 Цель работы
Изучение устройства, принципа действия асинхронного электродвигателя и освоить способы пуска и реверсирование.
5.2 Теоретические сведения
Асинхронная машина – это машина, у которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, то есть с угловой скоростью, отличной от угловой скорости поля.
Трехфазная асинхронная машина состоит из двух главных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.
Статор асинхронной машины представляет собой полый цилиндр (сердечник), собранный из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака. В пазах на внутренней стороне сердечника укладывается статорная трехфазная обмотка. Соединение обмотки статора осуществляется в коробке, в которую выведены начала фаз С1, С2 и С3 и концы фаз С4, С5 и С6. Они могут соединяться между собой звездой или треугольником, в зависимости от указанного напряжения в паспорте двигателя.
Асинхронные машины в основном различаются устройством ротора. Ротор состоит из стального вала, магнитопровода набранного из листов электротехнической стали с выштампованными пазами. Обмотка ротора бывает короткозамкнутой или фазной.
5.3 Порядок проведения работы
5.3.1 Ознакомиться с оборудованием и приборами лабораторной установки и записать их паспортные данные в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 Данные приборов и оборудования
Наименование Количество Тип Обозначение Асинхронные двигателиВольтметрКонтрольная лампаМеталлические бирки5.3.2 Определить начала и концы обмоток статора:
а) методом трансформации;
б) методом подбора концов.
Определение наименований соответствующих выводов статорной обмотки (начало и конец первой, второй и третьей обмоток соответственно С1 - С4; С2 - С5; С3 - С6) выполняются следующим образом.
При выводе концов обмоток из двух отверстий двигателя (рисунок 5.1) из одного отверстия выводятся начала обмоток (С1, С2, С3) из другого - концы (С4, С5, С6).
Рисунок 5.1 Выводы обмоток статора из двух отверстий
При выводе концов обмоток из трёх отверстий корпуса двигателя (рисунок 5.2) из каждого отверстия выводят начало одной и конец другой обмоток.
Рисунок 5.2 Выводы обмоток статора двигателя из трёх отверстий
5.3.2.1 Для определения «начала» и «конца» выводов статорной обмотки сначала методом прозванивания устанавливают принадлежность выводов к обмоткам фаз (С1 - С4, С2 - С5, С3 - С6).
При этом к одному полюсу источника тока подключают один вывод обмотки, а к другому полюсу источника присоединяют провод от контрольной лампы или измерительного прибора. Затем концом второго соединительного провода от контрольной лампы (прибора) поочерёдно касаются остальных выводов статорной обмотки. Лампа загорится, когда фазная обмотка замкнёт цепь (рисунок 5.3). Одновременно следует произвести условную маркировку начал и концов фазных обмоток, например, начало первой фазной обмотки С1, конец её С4, начало второй фазной обмотки С2, и конец её С5 и соответственно третьей фазной обмотки С3 и С6.
Рисунок 5.3 Определение принадлежности выводов к обмоткам
5.3.2.2 Метод трансформации. Для этого две обмотки (одна из них с заданным базовым «началом» и «концом» С1 и С4) включаются последовательно в сеть, а третью обмотку подключают к лампочке или вольтметру (рисунок 5.4).
Рисунок 5.4 Схема соединения обмоток при определении
принадлежности выводов
Если «конец» одной обмотки (С4) окажется соединённым с «началом» другой, то результирующий магнитный поток двух обмоток будет пересекать витки третьей, в которой будет индуктироваться ЭДС (для двигателей, исследуемых в лабораторной работе, ЭДС не превышает 10 В). В этом случае конец обмотки, соединённый с С4, следует называть С2, противоположный – С5. Если окажется, что лампочка (или вольтметр) не будет реагировать на появление ЭДС, то это указывает на компенсацию магнитных потоков. В этом случае концы второй обмотки следует поменять местами и повторить эксперимент. Для установления наименования выводов третьей обмотки выполняют аналогичный эксперимент, включив вторую обмотку на вольтметр, а третью соединяют последовательно с первой.
5.3.2.3 Метод подбора концов. Этим методом удобно пользоваться при определении «начал» и «концов» у двигателей мощностью до 5 кВт. После определения принадлежности концов обмоткам, один из выводов от каждой обмотки соединяют в общую точку, а другие вывода включают в сеть. Если в общей точке оказались все три начала или конца, то электродвигатель будет работать нормально. Тогда выводы, подведённые к сети, помечают например, как начала (С1, С2, С3), а выводы, объединенные в общую точку, как концы (С4, С5, С6).
Если в общей точке оказались, например, два конца и одно начало (рисунок 5.5, а), то электродвигатель сильно гудит, ротор его не сразу трогается с места и плохо вращается. В подобном случае не следует долго (более 2...3 с) держать двигатель включённым в сеть. После отключения двигателя меняют местами вывода одной из фаз и снова включают в сеть (рисунок 5.5, б).
а) б) в)
Рисунок 5.5 Определение условных «начал» и «концов» обмоток методом подбора: а, б, в – варианты подбора «начал» и «концов» обмоток для схемы соединения «звезда»
Если же вновь схема не угадана, то выводы этой фазы возвращают на прежнее место и меняют местами выводы следующей (рисунок 5.5, в) и т.д. Максимальное число проб в данном методе три.
5.3.3 Освоить пуск и реверсирование электродвигателя.
5.3.3.1 Выбор способа включения обмоток в сеть устанавливается по паспортным данным двигателя и линейному напряжению в сеть. Если в паспорте указано одно напряжение, то включение двигателя можно только одним способом (380 В-Y, либо 220 В-). Если в паспорте указаны два напряжения, например, 380 В и 220 В, то в случае совпадения линейного напряжения сети с большим паспортным, двигатель включается звездой (Y) и наоборот – треугольником (). Включение выполняют согласно схемы на рисунке 5.6.
а) б)
Рисунок 5.6 Способы соединения обмоток двигателя:
а – звездой, б – треугольником
Рисунок 5.7 Соединение выводов обмоток статора по схеме «звезда» и «треугольник» в клеммной коробке электродвигателя
У большинства трёхфазных электродвигателей начала и концы обмоток выведены таким образом, как это показано на рисунке 5.7. Для соединения обмоток по схеме «звезда» надо замкнуть между собой три нижних (или верхних) зажима и подвести соответственно к трём верхним (или к трём нижним) зажимам фазы напряжение сети. Чтобы соединить обмотки по схеме «треугольник», следует по вертикали замкнуть каждую пару зажимов и к ним подвести напряжение сети.
5.3.3.2 Для выполнения реверсирования электродвигателя (изменение направления вращения ротора) два любых подходящих к двигателю провода меняют местами.
5.3.4 Изучить особенности пуска трёхфазного электродвигателя в однофазном режиме.
При осуществлении пуска трёхфазного двигателя в однофазном режиме можно использовать схемы включения, приведённые на рисунке 5.8.
а б
Рисунок 5.8 Возможные схемы пуска трёхфазного двигателя
в однофазном режиме: а – по схеме «треугольник», б – по схеме «звезда»
Применительно к рассмотренным схемам рабочая ёмкость конденсаторов может быть рассчитана по соотношениям:
для
схемы рисунка 5.8 а) Ср.н.
≈ 4800
;
б) Ср.н. ≈ 2800
.
где Ср.н. – рабочая ёмкость для нормальной нагрузки, мкФ;
Iн – номинальный ток, А;
U – напряжение сети, В.
Для получения момента, близкого к номинальному, достаточно иметь пусковую емкость, определяемую соотношением
Сп ≈ Ср.н..
В лабораторной установке применяются регулируемые конденсаторы. В момент пуска устанавливаем Сп, затем, по мере разгона двигателя – Ср.н. (рисунок 5.8).
Значение ёмкости рабочих и пусковых конденсаторов в зависимости от мощности электродвигателя можно определить из таблицы 5.2
Таблица 5.2 Значение ёмкостей рабочих и пусковых конденсаторов
Мощность трёхфазного электродвигателя, кВт0,40,60,81,11,52,2Рабочая ёмкость конденсатора
Ср.н., мкФ406080100150230Емкость пускового конденсатора
Сп , мкФ801201602002503005.4 Контрольные вопросы
5.4.1 Как устроен трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором?
5.4.2 Как определить «начало» и «конец» фазы обмоток статора асинхронного двигателя при отсутствии на них маркировки?
5.4.3 От чего зависит частота вращения магнитного поля статора двигателя?
5.4.4 Почему сердечник статора и ротора набирают из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга?
5.4.5 Будет ли работать двигатель при обрыве одной фазы?
5.4.6 На какую мощность можно нагрузить трёхфазный двигатель при работе в однофазном режиме?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Жаворонков М. А. Электротехника и электроника: учеб. пособие / М. А. Жаворонков, А. В. Кузин. - М.: Академия, 2005, 2008.
2. Рекус, Г.Г. Основы электротехники и промэлектроники в примерах и задачах с решениями [Текст]: учебн. пособие для студентов вузов, обучающихся по неэлектротехническим спец. направ. подготовки дипл. спец. в области техники и технологии: допущен М-вом образования и науки РФ / Г.Г. Рекус. – М.: Высш.шк., 2008. – 343 с.: ил.
3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. Учебник для вузов. – 7-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2003. – 542 с., ил.
4. Электротехника и электроника: учебное пособие для вузов / В.В.Кононенко, В.И. Мишкович, В.В.Муханов, В.Ф.Планидин, П.М.Чеголин; под ред. В.В.Кононенко. – 5-е изд. – Ростов н/Д.: Феникс, 2008. – 778 с.: ил.