лабораторная работа / Испытание асинхронного двигателя

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

по дисциплине ЭМС

Испытание асинхронного двигателя

Выполнили ст. гр. УИТ – 53

Антимонов А.С.

Вавилов М.В.

Герт А.А.

Маркелов А.Н.

Мещеряков Р.А.

Принял

Хречков Н.Г. _________

«_____»_______ 2004 г.

2004

Цель работы: изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя, снять механическую и рабочие характеристики.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Асинхронным двигателем называется электрическая машина переменного тока, осуществляющая преобразование электрической энергии в механическую, посредством вращающегося магнитного поля. Частота вращения ротора двигателя меньше частоты вращения поля, т.е. ротор вращается несинхронного с полем – асинхронно. Основными частями машины являются статор и ротор.

Статор – неподвижная часть, представляющая собой полый цилиндр, набранный из листов электротехнической стали. На внутренней поверхности равномерно расположены пазы, в которые укладываются трехфазная обмотка. Обмотки фаз статора смещены в пространстве друг относительно друга на 120°. Статорную обмотку соединяют в «звезду» или «треугольник».

Ротор – вращающаяся часть двигателя. Сердечник ротора, так же как и статора, набирают из листов электротехнической стали. Обмотка укладывается в пазы, расположенные на наружной поверхности ротора. В зависимости от конструкции обмотки ротора различают двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором (с контактными кольцами). В данной работе испытывается двигатель с короткозамкнутым ротором.

Обмотка ротора такого двигателя выполняется из неизолированных медных стержней, которые с торцов замыкаются соединительными кольцами. Такая обмотка называется беличьей клеткой. В современных машинах обычно короткозамкнутая обмотка выполняется путем заливки алюминия в пазы ротора. При этом одновременно со стержнями отливаются и соединительные кольца вместе с вентиляторными лопатами.

При подключении двигателя к сети, в трехфазной обмотке статора возникают токи, намагничивающими силами которых возбуждается вращающееся магнитное поле. Магнитное поле пересекает обмотки ротора и индуктируют в ней ЭДС. Так как обмотка ротора представляет собой замкнутую систему, то под действием ЭДС в стержнях обмотки появится ток. Направление ЭДС, а, следовательно, и тока, можно определить по правилу правой руки (рисунок 1).

Рисунок 1

В результате взаимодействия тока ротора с вращающимся магнитным полем возникают силы, действующие на проводники ротора. Направление этих сил определяются по правилу левой руки. Создается момент, под действием которого ротор начинает вращаться в том же направлении, что и магнитное поле.

Частота вращения магнитного поля

,

где - частота тока,

- число пар полюсов.

В двигательном режиме ротор всегда вращается с частотой (при ) ротор неподвижен относительно магнитного поля, поэтому ЭДС, а следовательно, ток ротора и момент двигателя были бы равны нулю. Разность частот вращения ротора и магнитного поля называется частотой скольжения :

.

Отношение частоты скольжения к частоте скорости вращения магнитного поля называют скольжением :

.

При холостом ходе двигателя скольжение близко к нулю, а ток в связи с наличием воздушного зазора стоатора-ротора соответствует примерно 20-40% от . Момент, развиваемый двигателем при холостом ходе, очень мал по величине и обусловлен потерями в двигателе. С ростом нагрузки скольжения, ток и вращающий момент увеличивается.

Результаты испытаний асинхронных двигателей обычно представляют в виде графиков, показывающих зависимость частоты вращения , коэффициента мощности , КПД , момента вращения и тока статора от мощности на валу двигателя, при и .

Рисунок 2

Эти зависимости (рисунок 2) называются рабочими характеристиками асинхронного двигателя. Зависимость показывает, что частота вращения нагрузки уменьшается так как

.

При переходе от режима холостого хода к номинальной нагрузке относительное снижение частоты вращения составляет 2-7%. КПД двигателя определяется выражением

,

где - мощность, потребляемая двигателем из сети.

,

где , - потери мощности в обмотках статора и ротора;

- потери в стали ротора;

- механические потери;

- дополнительные потери.

Зависимость имеет такой же характер, как и кривые КПД для трансформаторов и других электрических машин. С увеличением нагрузки от холостого хода до номинальной потери мощности практически не измены, поэтому КПД двигателя растет и достигает максимального значения, затем уменьшается, так как резко возрастают потери в меди обмоток, которые пропорциональны квадрату тока. Коэффициент мощности двигателя растет и достигает максимума при нагрузке, близкой к номинальной. Зависимость почти прямолинейна, так как

, Нм,

а частота меняется незначительно.

Рисунок 3

Рабочие свойства асинхронного электродвигателя характеризуются также его механической характеристикой .

Механическая характеристика играет важную роль при оценке механических свойств двигателя и решения вопросов о возможности его использования в той или иной установке. В лаборатории снимается часть механической характеристики, соответствующая рабочему режиму двигателя от ( - идеальный холостой ход) до .

Номинальный момент определяется по формуле

,

где - номинальная мощность, кВт;

- номинальная частота вращения, об/мин.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Основными элементами лабораторной установки являются испытуемый двигатель, электромагнитный тормоз и лабораторной стенд.

На панель лабораторного стенда выведения трехфазной сети А, В, С, источника постоянного тока 36 В, выводы обмотки статора двигателя , , и обмотки электромагнита ЭМ. Пуск двигателя осуществляется с помощью пакетного выключателя BI. При пуске амперметр и токовую обмотку ваттметра необходимо шунтировать с помощью кнопки «К», что предотвращает выход приборов из строя из-за больших пусковых токов. Для испытания двигателя в рабочем режиме необходимо с помощью тумблера запитать обмотку электромагнита. Электромагнитный тормоз используется в качестве нагрузки испытываемого двигателя. Основные части тормоза – массивный стальной диск, посаженный на вал двигателя, и четырехполосный электромагнит с противовесом.

При работе в диске, вращающемся в магнитом поле электромагнита, возникают вихревые токи. При взаимодействии вихревых токов с магнитным полем создается тормозной момент на валу двигателя. Такой по величине момент и на электромагните, стремясь повернуть его в направлении вращения диска. Момент, действующий на электромагнит, уравновешивается противовесом, жестко связанным с электромагнитом. Электромагнитный тормоз снабжен оцифровать шкалой, позволяющей определить величину тормозного момента. Изменение нагрузки двигателя достигается изменением величины тока в обмотке электромагнита при помощи реостата , установленного на стенде.

Для измерения фазных токов, напряжений, и активной мощности используется комплект электроизмерительных приборов, в который входят вольтметр, амперметр, ваттметр.

Частота вращения двигателя измеряется магнитоэлектрическим тахогенератором ТГ и указателем оборотов , установленном на вертикальной панели стенда.

Точность прямых измерений оценивается определением абсолютной максимальной погрешности по формуле

,

где - верхний предел измерения прибора;

- класс точности прибора.

По указанию преподавателя необходимо вычислить максимальную погрешность одной из величин, определяемых косвенно.

ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Для обеспечения безопасности при выполнении лабораторной необходимо:

1. Сборку схемы проводить при отключении лабораторной установки от сети.

2. Включать установку в сеть только после проверки ее преподавателем или лаборантом.

3. При выполнении работы не касаться клеем и токоведущих частей.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать схему, приведенную на рисунке 4.

Рисунок 4

2. Записать паспортные данные исследуемого двигателя, подсчитать номинальный момент . Паспортные данные записать в таблицу 1.

Таблица 1

, кВт	, В	, А	, Нм	, об/мин		, %	, Гц
0,6	380/220	1,6/2,8	1,8	1410	0,76	0,74	50

Ваттметр.

Номинальный ток параллельной цепи, ,

5А

0,5 ГОСТ 8476 – 60

Амперметр.

5А

0,5 ГОСТ 8711 – 60

Вольтметр.

Номинальный ток,

0,5 ГОСТ 8711 – 60

Лабораторный автотрансформатор регулировочный ЛАТР – 1М

9А 1977

ТУ 16 – 517.216 – 69

Реостат.

1962 г.

125 5А.

3. Выполнить опыт холостого хода двигателя.

Пуск двигателя осуществляется пакетным выключателем ВП 1 при разомкнутом выключателе в цепи обмотки тормозного электромагнита, т.е. при отсутствии нагрузки на валу двигателя. При пуске двигателя амперметр и токовая обмотка ваттметра замыкаются накоротко посредством кнопки «К» для защиты этих приборов от больших пусковых токов. Показания приборов и результаты вычислений для опыта холостого хода заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

№ пп	Измерено					Вычислено
	, В *2	, А *0,025	, Вт *5	, кгм	, об/мин	, Вт	, Вт	, %
1	113	45	9	0	3000	135	0	0,177	1	0
2	112	51	33	0,22	2900	495	0,654	0,57	0,934	0,132
3	112	54	38	0,23	2900	570	0,684	0,63	0,934	0,12
4	111	56	42	0,24	2890	630	0,711	0,76	0,926	0,112
5	112	61	49	0,3	2880	735	0,886	0,717	0,92	0,1205
6	111	65	54	0,4	2880	810	1,182	0,75	0,92	0,1459
7	111	72	63	0,5	2820	645	1,446	0,79	0,88	0,153
8	110	85	78	0,6	2790	1170	1,717	0,834	0,86	0,1467

4. Не отключая двигателя, провести опыт нагрузки, для чего:

а) подключить с помощью электромагнитный тормоз, увеличивая тормозной момент на валу электродвигателя, произвести измерения токов, мощностей, потребляющих из сети, частоты вращения для 5-6 различных моментов:

б) пользуясь опытными данными, при каждом значении момента подсчитать величины мощности, потребляемой двигателем из сети , механической мощности на валу , скольжения , КПД и коэффициента мощности . Результат измерений и вычислений занести в таблицу 2.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

При обработке результатов измерений используются следующие формулы:

1. Активная мощность, потребляемая двигателем из сети, Вт:

.

1) ,

2) ,

3) ,

4) ,

5) ,

6) ,

7) ,

8) .

2. Полезная мощность на валу двигателя, Вт:

, Вт,

где измеряется в [кгм].

1) ,

2) ,

3) ,

4) ,

5) ,

6) ,

7) ,

8) .

3. Скольжение

,

где ,

,

,

1) ,

2) ,

3) ,

4) ,

5) ,

6) ,

7) ,

8) .

4. Коэффициент мощности двигателя:

,

1) ,

2) ,

3) ,

4) ,

5) ,

6) ,

7) ,

8) .

5. Коэффициент полезного действия:

,

1) ,

2) ,

3) ,

4) ,

5) ,

6) ,

7) ,

8) .

По данным измерений и вычислений необходимо построить в одних осях координат рабочие характеристики , , , , , и на отдельном графике механическую характеристику.