Программа работы

1. Собрать цепь, схема которой приведена на рис.6, используя элементы Z₁, Z₂ и Z₃ из табл.2. Измерить токи и напряжения на всех участках цепи для одного заданного значения напряжения на входе цепи. Показания приборов записать в табл. 1.

2. Построить векторную диаграмму напряжений, совме-щенную с векторной диаграммой токов по данным табл. 1.

3. Сделать вывод по проведенной работе, обращая внимание, насколько экспериментальные значения соответствуют теоретическим. Почему возникают различия?

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Цель работы: изучение устройства и принципа действия двигателя; ознакомление с процессами пуска, остановки и реверсирования; исследование работы двигателя при различных значениях питающего напряжения и соединении фаз обмотки статора.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Двигатель состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора.

Основные части статора: станина (корпус); сердечник; обмотка, расположенная в пазах статора; подшипниковые щиты, в подшипниках которых вращается вал ротора; клеммная коробка, табличка с паспортными данными.

Сердечник статора имеет форму полого цилиндра. Для уменьшения потерь энергии от вихревых токов он набирается из отдельных изолированных друг от друга лаковой пленкой листов электротехнической стали. На внутренней поверхности сердечника расположены пазы, в которые укладывается обмотка статора. Сердечник запрессован в корпус (станину), изготовленный из чугуна или сплава алюминия.

Рис.2. электромагнитный процессов в асинхронном двигателе 1 - сердечник статора с трехфазной обмоткой .

2 - сердечник ротора с коротко замкнутой обмоткой.

Обмотка статора выполняется трехфазной. Фазы обмотки сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120 электрических градусов. По международным стандартам начала фаз обмотки обозначены: фаза А – U₁: фаза В – V₁: фаза С –W₁.( По устаревшим стандартам начала фаз обозначаются: фаза А – C₁ ; фаза В – С₂ ; фаза С – С₃).

Концы фаз обозначаются соответственно: фаза А –U_2; фаза В –V₂; фаза С –W₂.(устаревшие обозначения концов: фаза А –C₄; фаза В –C₅; фаза С – С₆).

В паспорте двигателя указывают способ соединения фаз - / 220/380 В. Это означает, что при подключении двигателя к трехфазной сети с линейным напряжением 220 В фазы его обмотки должны быть соединены по схеме «треугольник» (рис.1,в). При подключении к трехфазной сети с линейным напряжением 380В – по схеме «звезда» (рис.1,а).

Выводы обмоток подсоединяются к зажимным клеммам щитка клеммой коробки двигателя. На щитке шесть клемм обозначены символами начала и концов фаз. Выпускаются асинхронные двигатели с тремя клеммами в коробке, к которым подключены только начала фаз. Концы фаз соединены внутри двигателя.

Рис. 1

Схемы соединение фаз обмотки статора:

при соединение звездой:

а) - схема соединения фаз;

б) - подключение двигателя к сети;

при соединение фаз треугольником:

в) - схема соединения фаз;

г) - подключение двигателя к сети.

Ротор состоит из сердечника и короткозамкнутой обмотки. Сердечник ротора набирается также из листов электротехнической стали и крепится на валу двигателя. В пазы на поверхности сердечника укладываются неизолированные медные или алюминиевые стержни, которые по торцам замыкаются кольцами, образуя короткозамкнутую обмотку ротора, называемую «беличьим колесом».Обмотка ротора является короткозамкнутой. Алюминиевые или медные стержни обмотки укладываются в пазы сердечника и по торцам замыкаются кольцами из того же материала.

Рассмотрим принцип действия асинхронного двигателя.

Е сли обмотку статора, фазы которой соединены звездой, подключить к трехфазному напряжению сети, то в фазах обмотки появятся токи

Направления этих токов показаны на рис. 2. В связи с тем, что фазы обмоток статора сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 электрических градусов и токи фаз трехфазной обмотки сдвинуты во времени друг относительно друга на 120, в двигателе возбуждается вращающееся круговое магнитное поле. Магнитные силовые линии и вектор результирующего магнитного потока Ф₁ в момент времени t₁ при котором t₁=90 (проанализировать по временным диаграммам трехфазной системы токов), показаны на рис. 2. В последующие моменты времени t₂ при t₂=210 и t₃ при t₃=330 вектор результирующего магнитного потока при своем вращении по часовой стрелке будет сдвинут относительно Ф₁ соответственно на 120 и 240.

Поле всегда вращается в сторону обмотки с отстающим по фазе током. В нашем случае оно будет вращаться по направлению движения часовой стрелки (от U1 к V1).

Угловая частота и частота вращения поля в общем случае определяются по формулам

г де f₁ – частота питающего напряжения; р – число пар полюсов двигателя.

Рис. 2

Электромагнитные процессы в асинхронном двигателе

1 - сердечник статора с трехфазной обмоткой.

2 - сердечник ротора с коротко замкнутой обмоткой.

Магнитное поле, вращающееся с частотой ω_o в направлении фазы с отстающим током - по часовой стрелке пересекает обмотку неподвижного ротора и в ней индуктируется ЭДС E₂. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки при условии, что магнитное поле неподвижно, а проводники обмотки ротора вращаются в обратном направлении. В короткозамкнутой обмотке ротора под воздействием ЭДС возникают токи, направление которых совпадает с направлением ЭДС. На рис. 2 направление ЭДС обозначено крестиками и точками в сечении проводников.

При взаимодействии тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем создаются электромагнитные силы F. приложенные к проводникам обмотки ротора, образующие электромагнитный вращающий момент М_и. Направления действия сил определяется по правилу левой руки. Таким образом, вращающий момент направлен в сторону вращения магнитного поля. Под воздействием момента начинается разгон ротора.

Переходные электромагнитные и электромеханические процессы в двигателе закончатся при достижении устойчивого равновесия между вращающим моментом и моментом сил сопротивления, созданными приводными механизмами. При этом условии ротор будет вращаться с частотой ω. Основным условием работы двигателя является асинхронность (неравенство) частот вращения ротора и магнитного поля ω<ω_o,т.к. только в этом случае возможно индуцирование ЭДС и возникновение тока в обмотке ротора, а, следовательно, образование вращающего момента.

При неравенстве частот ротор при своем вращении скользит по магнитному полю. Скольжение ротора

где ₀,  - угловые частоты вращения поля и ротора; n₀, n – частоты вращения поля и ротора.

В режиме идеального холостого хода при М=0, и пренебрежении моментом холостого хода, обусловленным механическими и магнитными потерями в двигателе, частота вращения ротора ω=ω_o а скольжение s = 0.

При неподвижном роторе при пуске ω = 0 и скольжение

s = 1. Таким образом, в двигательном режиме частота вращения ротора и его скольжение изменяются в пределах

ω_o>ω>0; 0<s<1.

У асинхронных двигателей общего применения номинальное скольжение составляет 0,02÷0,05 или 2÷5%.

Частота вращения ротора

где р – число пар полюсов двигателя.