Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором методом холостого хода

Для асинхронных двигателей с фазным ротором в опыте холо­стого хода определяют

Рис. 14.2. Характеристики х.х. трехфазного асинхронного

двигателя (3,0 кВт, 220/380 В, 1430 об/мин)

коэффициент трансформации напряжений между обмотками статора и ротора. Этот коэффициент с доста­точной точностью может быть определен по отношению средних арифметических линейных (междуфазовых) напряжений статора к аналогичным напряжениям ротора.

§ 14.3. Опыт короткого замыкания

Схема соединений асинхронного двигателя при опыте к.з. ос­тается, как и в опыте х.х. (см. рис. 14.1). Но при этом измеритель­ные приборы должны быть выбраны в соответствии с пределами измерения тока, напряжения и мощности. Ротор двигателя следует жестко закрепить, предварительно установив его в положение, со­ответствующее среднему току к.з. С этой целью к двигателю подводят небольшое напряжение (UK = 0,1Uном) и, медленно повора­чивая ротор, следят за показанием амперметра, стрелка которого будет колебаться в зависимости от положения ротора двигателя. Объясняется это взаимным смещением зубцовых зон ротора и ста­тора, вызывающего колебания индуктивных сопротивлений обмо­ток двигателя.

Предельное значение тока статора при опыте к.з. устанавли­вают исходя из допустимой токовой нагрузки питающей сети и возможности провести опыт в минимальный срок, чтобы не вы­звать опасного перегрева двигателя. Для двигателей мощностью до 1 кВт возможно проведение опыта начиная с номинального на­пряжения UK = 0,1Uном .В этом случае предельный ток Iк = (1,5 ÷ 2,5)х I1ном. Для двигателей большей мощности сила предельного тока Iк = (2,5 ÷ 5)х I1ном. При выполнении опыта к.з. в учебных целях можно ограничиться предельным током Iк = (1,5 ÷ 2,5)х I1ном. При выполне­нии опыта к.з. желательно соединение обмотки статора звездой.

Определив диапазон изменения тока статора при опыте к.з., опыт начинают с предельного значения этого тока, установив на индукционном регуляторе соответствующее напряжение к.з. UK. Затем постепенно снижают это напряжение до значения, при кото­ром ток Iк достигнет нижнего предела установленного диапазона его значений. При этом снимают показания приборов для 5—7 то­чек, одна из которых должна соответствовать номинальному току статора (IК = I1ном). Продолжительность опыта должна быть мини­мально возможной. С этой целью измеряют лишь одно линейное напряжение (например, UкАВ), так как некоторая несимметрия ли­нейных напряжений при опыте к.з. не имеет значения. Линейные токи измеряют хотя бы в двух линейных проводах (например, IкА и IкВ). За расчетное значение тока к.з. принимают среднее арифме­тическое этих двух значений. После снятия последних показаний приборов двигатель следует отключить и сразу же произвести за­мер активного сопротивления фазы обмотки статора r / 1 ,чтобы определить температуру обмотки. Линейные напряжения и токи пересчитывают на фазные Uк и Iк по формулам, аналогичным (14.3) и (14.4).

Ваттметр W измеряет активную мощность к.з. Pк По полу­ченным значениям напряжений UK, токов Iк и мощностей Рк вы­числяют следующие параметры:

коэффициент мощности при к.з.

полное сопротивление к.з. (Ом)

активные и индуктивные составляющие этого сопротивления (Ом)

xк = (14.12)

Измеренные и вычисленные величины заносят в таблицу, а за­тем строят характеристики к.з.: Iк; Рк и cos φк = f(Uк) (рис. 14.3).

При опыте к.з. обмотки двигателя быстро нагреваются до ра­бочей температуры, так как при неподвижном роторе двигатель не вентилируется. Температуру (°С) обмотки Θ1, обычно определяют по сопротивлению фазы r / 2 , измеренному непосредственно после

Рис. 14.3. Характеристики к.з. трехфазного асинхронно­го

двигателя (3,0 кВт, 220/380 В, 1430 об/мин)

проведения опыта, по формуле

где — r1.20 сопротивление фазы обмотки статора в холодном со­стоянии (обычно при температуре 20 °С), Ом.

Читайте также:  Почему двигатель камаза дымит черным дымом

Если же температура обмотки оказалась меньше расчетной рабочей температуры Θ2 для соответствующего класса нагревостойкости изоляции двигателя (см. § 8.4), то активное сопротивле­ние к.з. кк (Ом) пересчитывают на рабочую температуру:

где rк‘ — активное сопротивление к.з. при температуре Θ1 отли­чающейся от расчетной рабочей; α = 0,004.

Затем пересчитывают на рабочую температуру полное сопро­тивление к.з. zk = , напряжение к.з.Uк = Iк zk и мощность к.з. Рк = m1 I 2 к rк.

На характеристиках к.з. (рис. 14.3) отмечают значения вели­чин Рк.ном, Uк.ном, соответствующих току к.з. Iк = I1ном.

Ток и мощность к.з. пересчитывают на номинальное напряже­ние U1ном:

Следует иметь в виду, что такой пересчет является прибли­женным, так как при UK = U1ном наступает магнитное насыщение сердечников (особенно зубцовых слоев) статора и ротора; это при­водит к уменьшению индуктивного сопротивления хк, что не учи­тывается формулами (14.15) и (14.16). Кратность пускового тока равна Iп /Iном.

Электромагнитная мощность в режиме к.з., передаваемая на ротор двигателя, равна электрическим потерям в обмотке ротора РЭ2к, поэтому электромагнитный момент при опыте к.з. (Нм)

где Рэ1к = m1 I 2 к.ном r1 — электрические потери в обмотке статора при опыте к.з.

Магнитные потери при опыте к.з. Рм.к приближенно опреде­ляют по характеристикам х.х. (см. рис. 14.2) при напряжении U1 = UK. В режиме х.х. магнитный поток Ф больше, чем в режиме к.з., но если в режиме х.х. магнитные потери происходят только в сердеч­нике статора (см. § 13.1), то в режиме к.з. (s = 1) магнитные потери происходят еще и в сердечнике ротора, так как f2 = f1.

Начальный пусковой момент получают пересчетом момента Мк на начальный пусковой ток Iп:

Затем определяют кратность пускового момента Мп/ Мном.

Источник

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13. Исследование трехфазного асинхронного двигателя

Исследование трехфазного асинхронного двигателя

С фазным ротором

Изучитьконструкции трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором. Снять механическую и рабочие характеристики двигателя.

1.Ознакомиться с устройством трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором, записать его паспортные данные, а также данные измерительных приборов.

1.Собрать схему лабораторной установки согласно рис.13.3

3.Снять механическую характеристику двигателя.

4.Используя результаты опыта, построить график зависимости скорости вращения ротора от момента на валу.

5.Собрать схему лабораторной установки согласно рис.13.4

6.Записать в таблицу необходимые измерения.

Основные теоретические положения

Механическая характеристика – это зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 13.1, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения магнитного поля n1 (скольжение sном = 2– 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая

Рисунок 13.1 — Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

на рис. 13.1, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некоторое скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мпном — его пусковые свойства.

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В). Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

Читайте также:  Бмв 5 литровый двигатель расход топлива

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 13.1,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

Рабочими характеристикамиасинхронного двигателя с фазным роторомназывают графические зависи­мости частоты вращения n2 (или скольжения s),момента на валу М2 , тока статора I1, коэффициента полезного действия η и cos φ1 от полезной мощности Р2 при U1 = constиf1 = const. Их определяют экспериментально или путем расчета по схеме замещения или круговой диаграмме.

По рабочим характеристикам судят об основных свойствах двигателя. В частности, по ним может быть построена механическая характеристика n2 = f (М). Рабочие характеристики двигателей малой мощности можно снять методом непосредственной нагрузки с помощью электромагнитного тормоза.

Для двигателей средней и большой мощности рабочие характеристикиопределяют посредством круговой диаграммы. Примерный вид рабочиххарактеристикасинхронного двигателя приведен на рис. 13.2

Рисунок 13.2 — Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Поведение рабочих характеристик объясняется следующим образом.Ток I1, потребляемый двигателем из сети, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе cosϕ1 мал и ток имеет большую реактивную составляющую. При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная составляющая тока незначительно влияет на ток I1, определяющийся в основном реактивной составляющей. При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает большое изменение тока I1.

Вращающий момент двигателя (M = c ΦI 2 cosϕ2 ) также почти пропорционален нагрузке, но при больших нагрузках линейность графикаM = f (P2 ) несколько нарушается за счет уменьшения скорости вращения двигателя.

Рабочая характеристика cosϕ1 = f (P2 ) выражает зависимость междуразвиваемой двигателем мощностью и фазовым сдвигом между током и напряжением статора. Асинхронный двигатель, как и трансформатор, потребляет из сети ток I , значительно отстающий по фазе от приложенного напряжения. Например, в режиме холостого хода cosϕ1 — А2 Трёхфазная трансформаторная группа 347.1 3´80 В×А; 230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В А6 Трехполюсный выключатель 301.1

400 В / 10 А А9 Реостат для цепи ротора машины переменного тока 307.1 3 ´ 0…40 Ом / 1 А А10 Активная нагрузка 306.1 220 В / 3´0…50 Вт; Р1 Блок мультиметров 508.2 3 мультиметра 0. 1000 В / 0. 10 А / 0…20 МОм Р2 Измеритель мощностей 507.2 15; 60; 150; 300; 600 В / 0,05; 0,1; 0,2;0,5 А. Р3 Указатель частоты вращения 506.2 -2000…0…2000 мин — 1

Указания по проведению эксперимента

Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

Соедините гнезда защитного заземления » » устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» трехфазного источника питания G1.

Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А6 установите в положение «РУЧН.».

Установите суммарное сопротивление каждой фазы реостата А9, например, 20 Ом.

Регулировочную рукоятку источника G2 поверните до упора против часовой стрелки, а регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 — по часовой стрелке.

Установите переключателем в трехфазной трансформаторной группе А2 номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, например, 127 В.

Читайте также:  Сильная вибрация двигателя на больших оборотах

Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

Пустите двигатель М1 нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6.

Нажмите кнопку «ВКЛ.» источника G2.

Вращая регулировочную рукоятку источника G2 , изменяйте ток I статорной обмотки двигателя М1 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I), ваттметра измерителя мощностей Р2 (активная мощность Pфазы двигателя М1) и указателя Р3 (частота вращения n двигателя М1) в таблицу 13.1

I, А
P, Вт
n, мин — 1

По завершении эксперимента отключите выключатель А6 и источник G1.

Выключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

Вычислите электромагнитный момент М двигателя М1 для каждого значения тока Iиз табл. 13.1.1. по формуле

H . м

и занесите его в таблицу 13.1.2.

Таблица 13.2.

М, Н×м
n, мин — 1

Используя данные таблицы 13.2 постройте искомую механическую характеристику n=f(M)трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

Соедините гнезда защитного заземления » » устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» трехфазного источника питания G1.

Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А6 установите в положение «РУЧН.».

Установите суммарное сопротивление каждой фазы реостата А9, например, 20 Ом.

Регулировочную рукоятку источника G2 поверните до упора против часовой стрелки, а регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 — по часовой стрелке.

Установите переключателем в трехфазной трансформаторной группе А2 номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, например, 127 В.

Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

Пустите двигатель М1 нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6.

Нажмите кнопку «ВКЛ.» источника G2.

Вращая регулировочную рукоятку источника G2 , изменяйте ток I статорной обмотки двигателя М1 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I), ваттметра и варметра измерителя мощностей Р2 (активная P11и реактивная Q11мощности фазы двигателя М1), указателя Р3 (частота вращения n двигателя М1), амперметра Р1.2 и вольтметра Р1.3 ( ток Iа и напряжение Uа якорной обмотки генератора G4) в таблицу 13.3.

I, A
P11, Вт
Q11, В×Ар
n, мин — 1
Ia,A
Uа, В

По завершении эксперимента отключите выключатель А6 и источник G1.

Выключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

Используя данные таблицы 13.3, вычислите для каждого значения тока I значения, полезной активной мощности Р2, полной потребляемой из сети активной мощности P1, полезного механического момента М, коэффициента мощности cosj, скольжения s и коэффициента полезного действия h асинхронного двигателя с короткозамкнутым / фазным ротором по формулам

и занесите полученные результаты в таблицу 13.4.

I, A
P2, Вт
P1, Вт
М, Н×м
cos j
s, %
h, %

Используя данные таблицы 13.4 постройте искомые рабочие характеристики I=f(P2), P1=f(P2), s=f(P2), h=f(P2), cosj=f(P2), M=f(P2)трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

Контрольные вопросы

1) В чём особенность устройства асинхронных двигателей с фазным ротором?

2) Каково назначение пускового реостата в цепи ротора?

3) Сформулируйте достоинства и недостатки асинхронного двигателя с фазным ротором.

4) Как влияют на вид механической характеристики напряжение сети и сопротивление ротора?

5) Какие существуют способы регулирования скорости асинхронного двигателя с фазным ротором?

6) Почему способ регулирования частоты вращения двигателя изменением скольжения не экономичен?

7) Какие графики называются рабочими характеристиками трехфазных двигателей?

Источник

Оцените статью