2.4. Работа № 1-4. Исследование

Асинхронного электродвигателя

С короткозамкнутым ротором

Цель работы

Исследование рабочих свойств двигателя путем снятия соответствующих опытных характеристик.

Программа работы

1. Исследовать двигатель в режиме холостого хода.

2. Исследовать двигатель в режиме короткого замыкания.

3. Снять рабочие характеристики двигателя по методу непосредственной нагрузки и построить их.

4. По опытам холостого хода и короткого замыкания рассчитать параметры двигателя.

Пояснения к работе

1. Лабораторная работа выполняется на универсальном лабораторном стенде. Исследуемый асинхронный двигатель входит в состав силового модуля, включающего в себя собственно исследуемый двигатель М1 в силовом блоке, нагрузочный генератор – машину постоянного тока – М2 и импульсный датчик М3.

2. Для опыта холостого хода и при снятии рабочих характеристик асинхронный двигатель включается непосредственно на сеть трехфазного переменного тока и для измерения тока, напряжения и активной мощности статора используется модуль измерителя мощности.

3. При опыте короткого замыкания, который проводится при пониженном напряжении, асинхронный двигатель питается через сопротивления модуля добавочных сопротивлений №1.

4. Описание и пояснение схемы на рис. 2.4.1.

Подача напряжения от модуля питания на зажимы асинхронного двигателя силового модуля осуществляется через сопротивления RP1, RP2, RP3 модуля добавочных сопротивлений №1. Клеммы А, В, С модуля питания соединяются с клеммами XS1, XS2, XS3 модуля добавочных сопротивлений №1.

В режиме холостого хода и нагрузки переключатель SA1 модуля добавочных сопротивлений №1 устанавливается в положение «0»

Две клеммы ХS4 модуля добавочных сопротивлений соединяются с клеммами А1, В1 асинхронного двигателя, а одна клемма с клеммой Х1 модуля измерителя мощности. Клемма Х3 этого модуля соединяется с клеммой С1 асинхронного двигателя.

Для измерения фазных значений тока, напряжения и мощности, клемма N модуля питания соединяется с клеммой Х2 модуля измерителя мощности.

Р ис. 2.4.1.

Напряжение в обмотку возбуждения нагрузочного генератора подается от тиристорного преобразователя. Клеммы Х8 и Х9 силовой части тиристорного преобразователя соединяются с клеммами обмотки возбуждения LM – XS13 и ХS14.

Нагрузкой ГПТ служат два сопротивления RР1 и RР2 модуля добавочных сопротивлений №1, которые соединены последовательно. Клемма Х9 двигателя постоянного тока силового модуля соединяется с клеммой ХS2 модуля добавочных сопротивлений №2, а клемма ХS1 с клеммой ХS3 того же модуля. Клемма ХS4 с клеммой ХS10 двигателя постоянного тока силового модуля. Если токи нагрузки ГПТ I_я ≥ 0,3 А, переключатель SА2 устанавливают в положение «0».

1. Режим холостого хода.

Исследование двигателя в режиме холостого хода проводится для одного значения напряжения, равного номинальному, и позволяет оценить величину тока холостого хода, а также потери в стали при номинальном напряжении.

Опыт проводится по схеме рис. 2.4.1, желательно при разъединенной полумуфте, т.е. нагрузочный генератор должен быть отсоединен, в противном случае необходимо знать механические потери нагрузочного генератора.

Опыт проводится в следующей последовательности. Переключатель SА1 модуля добавочных сопротивлений №1 устанавливают в положение «». Цепь якоря нагрузочного генератора на момент этого опыта должна быть разомкнута.

Последовательно включают автоматы QF1 и QF2, запускается асинхронный двигатель и данные опыта заносят в табл. 2.4.1.

Таблица 2.4.1

Данные опыта				Расчетные данные
U1фн	I10	Р1ф	ω	Р10	сosφ10	Рэл.1	Р0m	I10*
В	А	Вт	рад/с	Вт		Вт	Вт	от.ед

Отключить автоматы QF2, QF1.

Расчетные данные:

Коэффициент мощности сosφ₁₀

сosφ₁₀= ,

где Р₁₀ – активная мощность трех фаз Р₁₀ = m₁Р_1ф, Вт.

Потери в стали сердечника статора при номинальном напряжении,

р_ст.1 = Р₁₀ – m₁·I₁₀²·r₁ – р_мех.ад. – р_{мех.мпт}

Здесь: r₁ – активное сопротивление фазы статора при температуре окружающей среды, Ом (Приложение 3);

р_мех.ад. – механические потери асинхронного двигателя, Вт (Приложение 3);

р_{мех.мпт} – механические потери машины постоянного тока, Вт.

Потери в стали сердечника статора при любом другом напряжении могут быть пересчитаны через квадрат напряжения:

р_ст = р_ст.1 ,

где р_ст – потери в стали при любом значении напряжения U₁.

Значение тока холостого хода в относительных единицах:

I₁₀* = .

Опыт холостого хода позволяет определить также параметры Т-образной схемы замещения z_m, x_m и r_m, где

r _m≈ ; z_m≈ ; x_m≈ .

«Т» – образная схема замещения представлена на рис 2.4.2

Рис. 2.4.2

2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Эти характеристики представляют собой графически изображенные зависимости тока статора, потребляемой из сети активной мощности, частоты вращения, скольжения, электромагнитного момента, КПД и коэффициента мощности от полезной мощности на валу двигателя:

I₁, Р₁, n, s, М_эм, η, сosφ₁ = f(P₂) при f₁ = const и U₁ = const.

С нятие рабочих характеристик осуществляется методом непосредственной нагрузки по схеме рис 2.4.3.

Рис. 2.4.3

Опыт проводится в следующей последовательности.

Нагрузкой ГПТ служат два сопротивления RP1 и RP2 модуля добавочных сопротивлений №2, которые соединяются последовательно. Клемма XS10 силового модуля соединяется с клеммой XS4 модуля добавочных сопротивлений, а XS9 – с клеммой XS2. Клемма XS1 модуля добавочных сопротивлений №2 соединить с XS3 того же модуля.

Если токи нагрузки ГПТ I_Я > 0,3 А, то переключатель SA2 модуля добавочных сопротивлений №2 установить в положение «0».

Включить автоматы QF1 и QF2 и произвести замеры согласно табл. 2.4.2, как со стороны асинхронного двигателя, так и со стороны ГПТ. Затем, увеличивая нагрузку ГПТ (уменьшая вначале сопротивление RР2, а затем RР1) до тех пор, пока ток якоря ГПТ не достигнет номинального значения I_нагр = I_я ≈ I_ян.

При больших токах нагрузки опыт следует проводить как можно быстрее.

Данные опыта заносят в табл. 2.4.2.

Таблица 2.4.2

№

Со стороны асинхронного двигателя

Данные опыта

Расчетные данные

U1ф

I1ф

Р1ф

n или ω

сosφ1

Р1

рэл.1

рст

Рэм

s

рэл.2

Рмех

∑р

Р2

Мэм

η

сosφ1

В

А

Вт

об/мин 1/с

Вт

Вт

Вт

Вт

д.е.

Вт

Вт

Вт

Вт

Н∙м

%

д.е

№	Со стороны ГПТ
	Данные опыта		Расчетные данные
	Iя	iв	См	Мэм	Iяо	М0	М2	Р2	η
	А	А		Н∙м		Н∙м	Н∙м	Вт	%

После проведения опыта отключить автоматы QF2, QF1.

Расчетные данные со стороны асинхронного двигателя определяются следующим образом:

Р₁ – полная активная мощность, подводимая к асинхронному двигателю из сети:

Р₁ = m₁P_1ф;

р_эл.1 – электрические потери в обмотке статора асинхронного двигателя:

р_эл.1 = m₁ r₁,

r₁ – активное сопротивление фазы статора, приводится в паспортных данных двигателя;

р_ст – потери в стали при напряжении U_1ф,

р_ст = р_ст1 ;

Р_эм – электромагнитная мощность, Вт,

Р_эм = Р₁ – р_эл.1– р_ст;

s – скольжение:

s = или ;

р_эл.2 – электрические потери в обмотке ротора, Вт,

р_эл.2 = Р_эм·s;

∑р – суммарные потери в двигателе, Вт,

∑р = р_эл.1+ р_ст+ р_эл.2+ р_мех.АД;

М_эм – электромагнитный момент асинхронного двигателя, Н·м,

М_эм = , или М_эм = ;

ω₁ – синхронная угловая частота вращения;

n₁ – синхронная частота вращения;

М₂ – полезный момент на валу двигателя,

М₂ = М_эм – М₀;

Р₂ – полезная мощность на валу двигателя, Вт,

Р₂ = Р₁ – ∑р;

η – коэффициент полезного действия, %,

η = 100%;

сosφ₁ – коэффициент мощности (расчетный),

сosφ₁ = .

Расчетные данные со стороны машины постоянного тока:

М_эм.гпт – электромагнитный момент ГПТ, Н·м,

М_эм.гпт = С_мI_я;

С_м – принимается из тарировочной кривой, С_м = f(ω) (приложение 5);

М₀ – момент холостого хода ГПТ,

М₀ = К_мI_я0;

I_я0 – ток холостого хода принимается из тарировочной кривой машины постоянного тока и пропорционален механическим потерям и потерям в стали ГПТ;

М_2гпт – полный момент на валу ГПТ,

М_2гпт = М_эм.гпт + М₀;

Р₂ – полезная мощность на валу ГПТ, Вт,

Р₂ = М_2гптω или Р₂ = М_2гпт0,10447n.

3. Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя

Опыт короткого замыкания проводится при неподвижном (заторможенном роторе) s = 1 и пониженном напряжении, при котором ток статора примерно равен номинальному току статора I_1к ≈ I_1н.

Схема для проведения опыта короткого замыкания представлена на рис. 2.4.1. Понижение напряжения достигается включением добавочного сопротивления в цепь статора, для чего переключатель SA1 модуля добавочных сопротивлений №1 устанавливается на отметке «400» или «200». Торможение двигателя осуществляется путем установки металлического стержня в отверстие на защитном кожухе, которое должно быть совмещено с отверстием в полумуфте; для этого полумуфту слегка поворачивать для совпадения отверстий.

Включить автоматы QF1, QF2 и переключателем SA1 установить ток статора примерно равным номинальному току статора. Данные занести в табл. 2.4.3.

Таблица 2.4.3

Данные опыта				Расчетные данные
U1фк	I1фк	Р1фк	сosφ1к	Р1к	рэл.1	рст	Рэм.к	Мэм.к	zк	rк	хк
В	А	Вт		Вт	Вт	Вт	Вт	Н∙м	Ом	Ом	Ом

После проведения опыта отключить автоматы QF2, QF1, и удалить стержень, которым двигатель был заторможен.

По данным опыта короткого замыкания определить пусковой ток, пусковой момент при s=1 и параметры схемы замещения.

Расчетные данные:

Р_1к – трехфазная активная мощность при опыте короткого замыкания,

Р_1к = m_1кP_1фк;

р_эл.1 = m₁ r₁,

р_ст – потери в стали при напряжении U_1к,

р_ст ≈ р_ст1 ;

р_ст1 – потери в стали при номинальном напряжении;

Р_эм.к – электромагнитная мощность при опыте короткого замыкания, Вт,

Р_эм.к = Р_1к – р_эл.1– р_ст;

М_эм.к – электромагнитный момент при опыте короткого замыкания, Н·м,

М_эм.к = , или М_эм.к = ;

М_эм.н – электромагнитный момент при номинальном напряжении, Н·м,

М_эм.н = М_эм.к .

Кратность пускового момента,

М_п* = ; М_н = ;

где Р_2н и ω_н – номинальная мощность на валу и угловая номинальная частота вращения (паспортные данные).

Кратность пускового тока,

I_п* = .

Параметры двигателя:

полное сопротивление z_к = ,

активное сопротивление r_к = ; r₂^’ = r_к – r₁,

индуктивное сопротивление х_к = ; х₁ ≈ х`₂ = .

Отчет по работе

Отчет должен содержать:

а) наименование и цель работы;

в) таблицы экспериментальных данных и расчетные данные;

в) графики рабочих характеристик

г) расчетные значения пускового тока и пускового момента при номинальном напряжении и параметры схемы замещения.

Контрольные вопросы

1. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?

2. Как изменится момент асинхронного двигателя при понижении напряжения питающей сети?

3. Может ли асинхронный двигатель создавать момент при синхронной частоте вращения, т.е. может ли он вращаться с синхронной частотой вращения?

4. Как изменяется ток статора двигателя при повышении напряжения и неизменной нагрузке на валу двигателя?

5. Объяснить физический смысл зависимости сosφ₁ = f(Р₂).

57