Испытание асинхронных двигателей в трёхфазном и однофазном режимах

Цель работы

1. Изучить устройство асинхронного трёхфазного двигателя.

2. Провести испытания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на холостом ходу и под нагрузкой.

3. Научиться включать трёхфазный двигатель в однофазную сеть.

4. Провести реверс двигателя в трёхфазном и однофазном режиме.

Краткая теория

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей:

Неподвижной части  статора и вращающейся части  ротора. Сердечники собираются из листов электротехнической стали для уменьшения вихревых токов в стали сердечника. Скорость вращения магнитного поля в обмотке статора n₀ или ω₀ определяется частотой переменного тока f и числом пар полюсов двигателя, n₀ = [об/мин] или ω_о = [рад/сек] (9.1)

Вращающееся магнитное поле статора пересекает витки замкнутой обмотки ротора, индуктируя в них э.д.с., что вызывает возникновение тока и магнитного поля ротора. Взаимодействие поля статора и тока ротора приводит к появлению вращающего момента и раскручиванию ротора до скорости, величина которой всегда меньше n₀ (или ω₀) и зависит от нагрузки на валу.

Величина S = или S = , (9.2)

называется скольжением, при нормальной работе двигателя не превышает 1-8%. Пусковой ток короткозамкнутого двигателя превышает номинальный ток, указанный на щитке, в 3-8 раз. Это обстоятельство вредно отражается на работе всех элементов сети.

Начала и концы фаз статорной обмотки двигателя монтируются на заводе. В некоторых случаях, например, после ремонта, возникает необходимость вновь произвести маркировку. Если при этом перепутать начало и конец фазных обмоток, двигатель работать не будет, т.к. в статоре не возникает вращающееся магнитное поле.

Начало первой, второй и третьей фаз статорной обмотки можно обозначить буквами С₁, С₂, С₃, а концы соответственно С₄, С₅, С₆.

Используя источник напряжения и вольтметр или лампу, можно определить выводы, принадлежащие одной и той же фазе. Нумерацию при этом производят произвольно. Для отыскания начал и концов обмоток один из выводов фазы, принятой за первую, можно принять за начало обмотки и обозначить С₁, то другой  за конец обмотки и обозначить С₄. После этого первую фазную обмотку следует соединить последовательно со второй фазной обмоткой и включить в сеть переменного тока. В такой схеме две последовательно соединённые фазные обмотки статора будут являться первичной, а третья  вторичной обмоткой, как в трансформаторе. Если в последовательной цепи конец одной фазной обмотки будет соединён с началом другой, то магнитные потоки этих фазных обмоток направлены в одну сторону и в сумме образуют результирующий поток. Этот поток, пересекая витки третьей фазной обмотки, будет индуцировать в ней переменную э.д.с., которую можно измерить вольтметром, соединённым с выводами третьей фазной обмотки, как это показано на рис. 9.1. Если э.д.с. в третьей фазной обмотке не обнаружена, то это означает, что магнитные потоки первой и второй фаз в двигателе направлены встречно и взаимно уравновешиваются.

Рис. 9.1

Таким же образом следует отыскать начало и конец третьей фазной обмотки двигателя. Фазные обмотки двигателя соединяют в «звезду» или в «треугольник» в зависимости от напряжения сети. Если линейное напряжение сети равно номинальному фазному напряжению двигателя, то фазные обмотки соединяются «треугольником». Если же линейное напряжение сети в раз больше номинального фазного напряжения двигателя, то применяют соединение «звездой».

На щитке двигателя обычно указывается два значения напряжения, например 220/380В или Δ/Y (или 127/220В). Меньшее из них значение является номинальным фазным напряжением двигателя. Буквенная маркировка обмоток обозначается на выводах в коробке двигателя для подсоединений проводников, и в большинстве случаев обмотки уже соединены либо в «звезду», либо в «треугольник» (рис. 9.3А, или 9.3В, см. порядок выполнения работы).

Приборы и лабораторное оборудование

1. Амперметры, вольтметры, трёхфазные ваттметр и фазометр.

2. Станция пуск/останов SB1 SB2.

3. Электромагнитный пускатель КМ.

4. Двигатель асинхронный трёхфазный.

5. Источник питания 220В; 380В.

6. Механический тормоз.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством асинхронного двигателя и его составными частями. Записать паспортные данные исследуемого двигателя, определить число пар полюсов и скольжение двигателя по формуле 9.2 (см. краткая теория).

• Определить начало и конец фаз обмотки статора. Изобразить эскиз щитка с обозначением всех клемм (см. краткая теория).

• Соединить фазы статорной обмотки звездой или треугольником (с учётом паспортных данных двигателя).

2. Собрать схему подключения двигателя в однофазную сеть, рис. 9.2.

Убедиться, что ротор двигателя вращается, т.е. трёхфазный двигатель работает в однофазном режиме. По указанию преподавателя произвести реверсирование двигателя.

Рис. 9.2

3. Собрать электрическую схему подключения двигателя к трёхфазной сети по схеме «звезда» или «треугольник» (схемы рис. 9.3А или 9.3В), в зависимости от его типа.

Рис. 9.3

• Подготовить таблицу измерений 9.1.

Таблица 9.1

Схема включения	Режим работы	UL12 B	UL23 B	IL1 A	IL2 A	IL3 A	Р Вт	сos φ
Цена д
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Без компенсации	Холостой ход
	Р=0.5 РНОМ
	Р=РНОМ
С компенсацией	Холостой ход
	Р=0.5 РНОМ
	Р=РНОМ

• Определить зависимость cos φ от величины нагрузки на валу двигателя. Для этого при выключенной ёмкости (С=0) определить cos φ двигателя для следующих режимов работы:

холостой ход Р =0.5 Р, Р =Р_НОМ., где

Р_НОМ  номинальная мощность двигателя;

нагрузочный режим - производить механическим тормозом.

Результаты измерений занести в таблицу 9.1.

• Искусственно повысить cos φ включением конденсаторов параллельно обмотке статора. Вычислить ёмкость конденсаторов, необходимую для полной компенсации угла сдвига фаз (cos φ=1) при номинальной нагрузке двигателя Р =Р_ном по формуле: С = 10⁶ (мкФ); где

С  ёмкость фазы конденсаторной батареи,

U_L  линейное напряжение,

I_ном номинальный ток фазы статора,

f  частота сети,

φ  угол сдвига фаз в режиме Р =Р_ном до компенсации.

• Набрав необходимую ёмкость С в каждой фазе батареи конденсаторов, произвести измерения тех же режимов.

• Результаты измерений занести в таблицу 9.1.

• Сравнить токи статора до и после компенсации.

4. Построить в одной системе координат и проанализировать кривые

cos φ=f(P) при работе двигателя без компенсации и в режиме компенсации.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия и устройство асинхронного двигателя?

2. Как включить трёхфазный двигатель в однофазную сеть?

3. Как повысить коэффициент мощности сети, к которой подключён

трёхфазный асинхронный двигатель?

4. Почему двигатели называются асинхронными?

5. Что такое реверс асинхронных двигателей?

6. Какие способы пуска асинхронных двигателей?

7. Какие способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей?

Лабораторная работа № 10