Програма роботи

1.Вивчити і дослідити електричні схеми вмикання трифазного асинхронного електродвигуна в однофазну мережу номінальною напругою 220 В і 127 В при використанні активного і ємністного опорів. Засвоїти операції пуску, зупинки і зміни напрямку обертання валу електродвигуна для кожної схеми.

2.Засвоїти методику визначення схем та параметрів елементів - резистора і конденсатора - для трифазного асинхронного електродвигуна з відомими паспортними характеристиками.

3. Для трифазного електродвигуна, паспорт якого досліджено в лабораторній роботі №4, виконати обчислення пускового опору, робочої і пускової ємностей конденсаторів для різних схем живлення обмоток статора трифазного електродвигуна від однофазної електричної мережі.

Програма позаурочної самостійної підготовки

1. За методичними вказівками та рекомендованою літературою ознайомитись з деякими схемами з'єднань обмоток статора трифазного асинхронного електродвигуна при його живленні від однофазної електриччної мережі.

2. З'ясувати призначення і методику визначення параметрів додаткових елементів, які використовуються в таких схемах.

3. Підготувати робочий зошит, в який записати:

- назву, мету і програму роботи;

- електричні схеми дослідів;

-таблицю результатів лабораторних досліджень і розрахунків параметрів додаткових елементів, які використовують в електричних схемах.

Загальні методичні вказівки

У деяких випадках виникає потреба використати серійні електрифіковані машини і агрегати в умовах, коли існуюча електрична мережа або електричний ввід у приміщення не зовсім відповідають паспорту електрообладнання машини чи агрегату за кількістю фаз. номінальною напругою і т.д. Щоб використати в таких умовах робочу машину, необхідно знати прийоми і технічні засоби, які дозволять забезпечити роботу трифазних електродвигунів від існуючої не трифазної, а однофазної електричної мережі.

При дослідженні трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором (лабораторна робота №4) була виявлена його властивість продовжувати роботу (обертання ротора) при обриві однієї фази живлення. Але запустити в роботу електродвигун за таких умов неможливо. Це обумовлено тим, що при відсутності однієї фази живлення струми обмоток статора створюють не обертальне, а пульсуюче магнітне поле. Відомі конструкції однофазних асинхронних електродвигунів, які здійснюють перетворення електричної енергії однофазного змінного струму в механічну енергію. Такі електродвигуни у своїй конструкції мають робочу і пускову обмотки статора на які зміщені в просторі осердя статора на певну відстань або певний кут. Це наводить на думку, що яри використанні трифазного асинхронного електродвигуна, статор якого має три незалежні обмотки, частину обмоток (одну чи дві) можна використати при однофазному живленні як робочу обмотку, а іншу частину обмоток - як пускову. Щоб пульсуюче магнітне поле перетворити в обертальне, необхідно, щоб був зсув по фазі між струмом, що протікає по робочій обмотці, і струмом, що протікає по пусковій обмотці. В однофазних асинхронних електродвигунах такий зсув досягнуто за рахунок різної конструкції обмоток. Одна виконується більш тонким ізольованим дротом і має більшу кількість витків, а інша - більш товстим дротом з меншою кількістю витків. Це обумовлює відмінності між активними і індуктивними опорами різних обмоток змінному струмові, що і приводить до зсуву фази струму в робочій обмотці відносно струму в пусковій обмотці однофазного електродвигуна. В трифазному електродвигуні, як відомо, всі три обмотки статора однакові, тому при живленні від однофазної мережі між струмами, що протікають по різних обмотках, зсуву по фазі не буде. Для створення такого зсуву необхідно використати допоміжні фазозсувні елемент Найчастіше такими елементами є резистор або конденсатор, які в колі змінного струму мають відповідно активний і ємнісний опори.

Принципові схеми з'єднань обмоток статора трифазного асинхронного електродвигуна при живленні від джерела однофазного змінного струму різноманітні (деякі з них наведені на рис. 5.1 а, б, в). Застосовуванню тієї чи

іншої схеми визначається двома параметрами: 1) номінальною напругою джерела живлення; 2) номінальною напругою чи напругами, наведеними в паспорті електродвигуна. Як і у випадку приєднання обмоток статора трифазного електродвигуна до джерела живлення трифазним змінним струмом, повинна зберігатись відповідність номінальної напруги джерела живлення одній з номінальних напруг, що вказані в паспорті електродвигуна. Якщо а паспорті електродвигуна наведено дві робочі напруги (залежно від схем з'єднань обмоток статора), такі електродвигуни можна приєднувати до річних джерел живлення однофазного змінного струму, але в кожному випадку напруга джерела живлення повинна відповідати паспортній напрузі електродвигуна. Тому для приєднання трифазного електродвигуна до однофазного джерела живлення треба виконувати такі правила.

1. Якщо напруга однофазного джерела живлення (однофазна електрична мережа) співпадає з меншою за значенням номінальною напругою, що наведена в паспорті електродвигуна, то обмотки статора трифазного електродвигуна з'єднуються "трикутником". При цьому одна обмотка виконує функцію робочої, а дві інші пускової (рис. 5.1 в);

2. Якщо напруга однофазного джерела живлення (однофазна електрична мережа) співпадає з більшою за значенням номінальною напругою, що наведена в паспорті електродвигуна, то обмотки статора трифазного електродвигуна з'єднуються "зіркою". При цьому дві послідовно з'єднані обмотки виконують функцію робочої, а третя - пускової (рис. 5.1 а, б).

Якщо фазозсувним елементом є резистор, як зображено на схемі 5.1 а, то опір резистора можна визначити за формулою:

R _пуск = ( *  * соs )/ kі*Рн (5.1)

де R _пуск - опір резистора, Ом;

 - коефіцієнт, що залежить від конструктивних характеристик електродвигуна; в практичних розрахунках а = 0.3... 1.3;

 - номінальний коефіцієнт корисної дії електродвигуна, %, наводиться в паспорті електродвигуна;

соs  - номінальний коефіцієнт потужності трифазного електродвигуна; значення наводиться в його паспорті;

kі - кратність пускового струму трифазного електродвигуна; визначається дослідним шляхом (див. лабораторну роботу №4) чи на основі каталожних даних;

Рн - номінальна потужність трифазного електродвигуна, кВт; значення наводиться в його паспорті.

Наведена схема (рис. 5.1 а) поряд з перевагами - простотою, невисокою вартістю фазозсувного елемента - має і значний недолік - електричний двигун при такому пуску розвиває не значний пусковий обертальний момент на валу, що складає 0.1..0.12 від того моменту, який розвиває електродвигун при трифазному живленні. Тому схему використовуюсь тільки дня машин з легкими умовами пуску - насоси, вентилятори тощо.

Рис. 5.1. Принципові електричні схеми вмикання трифазного асинхронного електродвигуна в однофазну мережу: а – з активним пусковим опором; б, в – з робочою і пусковою ємкістю

У схемах, зображених нарис. 5.1 б, в, роль фазозсувного елемента виконує конденсатор або, найчастіше, декілька конденсаторів, які називають «батарея конденсаторів». При цьому важливою відмінністю є те, що конденсатори розділяють на дві групи: 1) робочих, які залишаються ввімкнутими при роботі трифазного електродвигуна; 2) пускових, які вмикаються в роботу тільки під час пуску електродвигуна, а потім від'єднуються. Однією з найважливіших характеристик конденсаторів є їх електрична ємність, що визначається в мікрофарадах (мкФ). Дня наведених схем (рис. 5 1 б, п) електричну ємність групи робочих конденсаторів визначають за формулою

Ср = (1950 * Ін) / (Uн * соs ) (5.2)

де Ср - ємність робочих конденсаторів, мкФ;

Ін - номінальний струм електродвигуна, А; значення його наведено в паспорті і відповідає схемі з'єднань обмоток статора (він різний для з'єднання обмоток "трикутником" і "зіркою");

Uн - номінальна напруга електричною джерела однофазного живлення, В;

соs  - коефіцієнт потужності, значення якого наведено, в паспорті трифазного електродвигуна.

Ємність Спуск (мкФ) конденсаторів групи пуску аналітично не визначають, а приймають кратною величині ємності групи робочих:

Спуск = (2...3)Ср. (5 3)

Слід відзначити, що для механізмів з легкими умовами пуску групу пускових конденсаторів можна не використовувати, бо їх використання дещо ускладнює схему.

Для конденсаторів важливо не лише визначити електричну ємність, але знати й інші параметри - тип, номінальну напругу. Так, для використання в групі робочих рекомендуються такі типи неполярних конденсаторів : МБГЧ, МБГО, КБГ, БІТ. Номінальна напруга, що вказується на самому конденсаторі, повинна на 30...50 % перевищувати напругу джерела живлення однофазним змінним струмом.

У групі пускових можуть бути використані більш дешеві електролітичні (полярні) конденсатори типу ЕП, зважаючи на короткочасність пуску електродвигуна. Номінальна напруга таких конденсаторів - 450 В, що також перевищує можливі варіанти напруги джерел живлення: 220 В або 380 В. Слід пам'ятати, що електролітичні конденсатори не можуть тривалий час працювати в колі змінного струму, їх обов'язково необхідно вимкнути після пуску електродвигуна. Необхідно також зазначити, що конденсатори виготовляються у вигляді герметичних банок прямокутної чи круглої форми і кожна банка мас невелику ємність (1, 2, 4, 6, 8, 10 мкФ). Для одержання батареї більшої ємності конденсатори з'єднують паралельно, при цьому їх ємність сумується.

Для полегшення і здешевлення апаратури керування при вмиканні трифазних електродвигунів до джерел однофазного живлення може бути використаний вимикач спеціальної конструкції типу ПНВС. Слід зазначити, що за наведеними схемами вмикаються трифазні електродвигуни невеликої потужності - не більше 3.0 кВт.

Для зміни напрямку обертання ротора електродвигуна необхідно змінити напрям електричного струму в одній із обмоток - робочій чи пусковій. Найпростіше це зробити для кола, що містить фазозсувний елемент (резистор чи конденсатор). При знятій напрузі від'єднати фазозсувний елемент від одного провода електричної мережі і приєднати до іншого.