Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором рабочая характеристика

Снятие рабочих характеристик трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

лабораторная работа 3

Снятие рабочих характеристик трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Цель работы. 1. Изучить устройство трехфазного асинхронного двигате­ля с короткозамкнутым ротором.

2. Испытать асинхронный двигатель с по­мощью электро-магнитного тормоза.

3. Построить по опытным данным рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Общие теоретические положения.

Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразо­вания электрической энергии трехфазного тока в механическую.

Двигатель имеет две основные части : неподвижную — статор

Статор состоит из чугунного, стального или алюминиевого корпуса, внутри которого находится полый цилиндр, собранный из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали. На внутрен­ней поверхности цилиндра имеются пазы, в которых размещается трехфазная обмотка статора, состоящая из трех одинаковых частей, называемых фа­зами. Выводы начала и конца одной фазы сдвинуты в пространстве относи­тельно аналогичных выводов другой фазы иа 120°.

На корпусе двигателя имеется панель с зажимами, с помощью которых обмотка присоединяется к трехфазной сети. К каждому зажиму подключен соответствующий вывод обмотки. Для зажимов приняты следующие обозначе­ния: зажимы, к которым подключены начала обмоток, обозначают С1 — С3; зажимы, к которым подсоединены концы обмоток, — С4 — С6

Обмотки двигателей малой и средней мощности изготовляют на напряже­ния 380/220 и 220/127 В. Напряжение, указанное в числителе, соответствует соединению обмоток звездой, в знаменателе—треугольником. Таким образом, один и тот же двигатель при соответствующей схеме соединения его обмоток может быть включен в сеть на любое указанное в паспорте напряжение.

Ротор представляет собой цилиндр, собранный, так же как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали, надежно укреплен на валу машины и имеет в пазах, расположенных вблизи его поверхности, короткозамкнутую обмотку.

Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока (рис. 10.1).

Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся с часто­той

где f — частота токов в обмотке статора;

р— число пар полю­сов обмотки статора.

Магнитные линии поля пересекают обмотку неподвижно­го ротора и индуцируют в ней ЭДС. Под действием ЭДС в обмотке ротора про­текает ток. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращать­ся в ту же сторону, что и поле с частотой

где s — скольжение, определяемое по формуле: s = (n 0 — n)/n 0

При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя частота вращения ротора уменьшается, а скольжение увеличи­вается. Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меня­ется незначительно (1—6 %). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение. Частота вращения ротора может быть измерена с помощью тахо­метра. Для изменения направле­ния вращения (реверсирование) асинхронного двигателя следует поменять ме­стами два любых провода из трех, идущих к обмоткам статора двигателя.

Зависимость между вращающим моментом M и скольжением s называют механической характеристикой (рис. 10.2). В начальный момент пуска s =1 и п = 0, вращающий пусковой момент двигателя относительно невелик. При некотором скольжении, называемом критическим, вращающий момент двига­теля максимальный. В режиме холостого хода, когда двигатель не нагружен, а механическими потерями (на трение) можно пренебречь, s = С. Работе дви­гателя с номинальной нагрузкой соответствует точка A на механической ха-

Рис 10.1. Схема присоеди­нения трехфазного асинх­ронного двигателя с корот-козамкнутым ротором к пи­тающей сети

Рис. 10.2. График зависи­мости вращающего момен­та асинхронного двигателя от скольжения

Рис. 10.3. Характеристики асинхронного двигателя:

а — механическая; б — рабочие

рактеристике. При скольжении S ном двигатель развивает номинальный мо­мент, значение которого (Н-м) вычисляют по формуле:

М ном = 9550 Р 2ном / n ном

где Р 2ном — номинальная мощность двигателя, кВт;

n ном — номинальная частота вращения ротора, мин -1

Свойства асинхронного двигателя определяют по его механической ха­рактеристике п = f (М) (рис. 10.3, а) и по рабочим характеристикам п = f (Р 2 ),

s = f(Рг), М = f (Р 2 ), I = f(Р 2 ), cos  = f (Р 2 ),  — f(Р 2 ) при напряжении U = const и частоте тока I = const (рис. 10.3, б), где М и Р — соответственно момент и мощность на валу двигателя.

Прямой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором мож­но производить включением рубильника (магнитного пускателя) и т.п. (см. рис. 10.1). При прямом пуске на двигатель подается полное напряжение сети. При таком способе пуска возникают большие пусковые токи, в 2—7 раз пре­вышающие номинальные токи двигателей. Однако в этом случае на валу дви­-

Рис. 10.4. Устройство электромагнитного (индукционного) тор­моза:

1 — электромагниты; 2 — стальной диск; 3 — груз; 4—шкала: 5 — стрелка; 6 — вал испытуемой машины

Рис. 10.5. Схема для исследования трехфазного асинхронного дви­гателя с короткозамкнутым ротором

гателя развивается начальный вращающий момент М п , составляющий 1,2— 2,2 номинального момента М ном , что достаточно для разгона большинства устройств, пускаемых без нагрузок.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором харак­теризуется такими номинальными величинами:

мощностью Р 2НОМ на валу,

линейным напряжением U ном ,

линейным током I ном .

типом соединения фаз ста­тора,

частотой переменного тока f ном ,

Читать еще:  Через сколько километров менять масло в двигателе митсубиси

частотой вращения ротора n ном ,

коэф­фициентом мощности cos  ном

КПД  ном — которые приведены на табличке машины.

Для нагрузки электродвигателей широко применяют электромагнитные
(индукционные) тормозные устройства (рис. 10.4, где 1— электромагниты,
2 — стальной диск, 3 — груз, 4— шкала, 5 — стрелка, 6— вал испыту­
емой машины). При некотором угле поворота груза со стрелкой вращающий и
противодействующий моменты уравновешиваются и по заранее проградуиро-
ванной шкале в ньютон-метрах определяют вращающий момент, развиваемый
на валу электродвигателя.

Мощность Р 2 на валу (кВт) определяется по формуле: Р 2 = М  n / 9550

Коэффициент мощности вычисляют по формуле: cos  = Р 1 /  3  U  I

КПД определяют по формуле:  = Р 2 / Р 1,

где Р 1 — активная мощность, потребляемая двигателем электрической энергии из трехфазной сети;

U и I —линейные на­пряжения и ток.

Приборы и оборудование:

источники- питания (трехфазная сеть перемен­ного тока; сеть постоянного тока),

трехфазный асинхронный двигатель с ко­роткозамкнутым ротором,

амперметр и вольтметр электромагнитной системы,

двухэлементный ваттметр ферродинамической системы,

трехполюсный и двухполюсный автоматические выключатели,

Порядок выполнения работы.

Ознакомиться с приборами, аппаратурой и оборудованием, предназ-наченными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

Собрать электрическую схему для исследования асинхронного двига-­
теля (рис. 10.5) и представить ее для проверки преподавателю.

Произвести пуск двигателя без нагрузки на его валу (холостой ход).
Показания всех приборов записать в табл. 10.1

Постепенно нагружать двигатель с помощью электромагнитного тор­-
моза, для этого ступенями изменять ток в обмотках электромагнитов тормоза с помощью делителя напряжения R. Записать показания всех приборов в табл. 10.1 для 6—7 различных случаев возрастающей нагрузки.

5. Произвести необходимые расчеты, результаты записать в табл. 10.1.
Используя полученные результаты, построить в одной системе координат ра­бочие характеристики: п = f (Р 2 ), s = f(Рг), М = f (Р 2 ), I = f(Р 2 ), cos  = f (Р 2 ),  — f(Р 2 )

Составить отчет по результатам выполненной работы.

мтомд.инфо

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Раздел:Электротехника

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n2, КПД асинхронного двигателя η, полезного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности cos φ, и тока статора I1 от полезной мощности Р2 при U1 = const f1 = const.

Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя

Скоростная характеристика n2 = f(P2). Частота вращения ротора асинхронного двигателя n2 = n1(1 — s).

Скольжение s = Pэ2/Pэм, то есть скольжение асинхронного двигателя, а следовательно, и его частота вращения определяются отношением электрических потерь в роторе к электромагнитной мощности. Пренебрегая электрическими потерями в роторе в режиме холостого хода, можно принять Рэ2 = 0, а поэтому s ≈ 0 и n2 ≈ n1.

По мере увеличения нагрузки на валу асинхронного двигателя отношение s = Pэ2/Pэм растет, достигая значений 0,01 — 0,08 при номинальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость n2 = f(P2) представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс. Однако при увеличении активного сопротивления ротора двигателя r2′ угол наклона этой кривой увеличивается. В этом случае изменения частоты асинхронного двигателя n2 при колебаниях нагрузки Р2 возрастают. Объясняется это тем, что с увеличением r2′ возрастают электрические потери в роторе.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Зависимость М2 = f(P2). Зависимость полезного момента на валу асинхронного двигателя М2 от полезной мощности Р2 определяется выражением M2 = Р22 = 60 P2/(2πn2) = 9,55Р2/n2, где Р2 — полезная мощность, Вт; ω2 = 2πf2/60 — угловая частота вращения ротора.

Из этого выражения следует, что если n2 = const, то график М2 = f22) представляет собой прямую линию. Но в асинхронном двигателе с увеличением нагрузки Р2 частота вращения ротора уменьшается, а поэтому полезный момент на валу М2 с увеличением нагрузки возрастает не сколько быстрее нагрузки, а следовательно, график М2 = f (P2) имеет криволинейный вид.

Зависимость cos φ1 = f (P2). В связи с тем что ток статора асинхронного двигателя I1 имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму холостого хода. Объясняется это тем, что ток холостого хода электродвигателя I при любой нагрузке остается практически неизменным. Поэтому при малых нагрузках двигателя ток статора невелик и в значительной части является реактивным (I1 ≈ I). В результате сдвиг по фазе тока статора относительно напряжения получается значительным (φ1 ≈ φ), лишь немногим меньше 90°.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей в режиме холостого хода обычно не превышает 0,2. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая тока I1 и коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения (0,80 — 0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увеличение нагрузки на валу двигателя сопровождается уменьшением cos φ1 что объясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора (x2s) за счет увеличения скольжения, а следовательно, и частоты тока в роторе.

В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей чрезвычайно важно, чтобы двигатель работал всегда или по крайней мере значительную часть времени с нагрузкой, близкой к номинальной. Это можно обеспечить лишь при правильном выборе мощности двигателя. Если же двигатель работает значительную часть времени недогруженным, то для повышения cos φ1, целесообразно подводимое к двигателю напряжение U1 уменьшить. Например, в двигателях, работающих при соединении обмотки статора треугольником, это можно сделать пересоединив обмотки статора в звезду, что вызовет уменьшение фазного напряжения в раз. При этом магнитный поток статора, а следовательно, и намагничивающий ток уменьшаются примерно в раз. Кроме того, активная составляющая тока статора несколько увеличивается. Все это способствует повышению коэффициента мощности двигателя.

Читать еще:  Что будет если подключить две фазы на двигатель

§79. Характеристики асинхронных двигателей

Характеристики асинхронных двигателей.

Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика.

Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения 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 на рис. 262, 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 некотором скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мпном — его пусковые свойства.

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

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.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,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.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками.

Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рабочие характеристики.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1 коэффициента полезного действия η и cosφ1, от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис. 264).

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cosφ1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9.

Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз.

Читать еще:  Что будет если заливать масло на заведенном двигателе

Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.

На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы).

Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75Uном), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении.

Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз.

При несимметрии напряжений фазные токи двигателя будут неодинаковы и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении.

Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты.

Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.

При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.

Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.

Механическая характеристика асинхронного двигателя с переключением пар полюсов

Благодаря простой конструкции, высокой надежности и выгодной цене асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, стал наиболее популярным электродвигателем применяемый в промышленности и быту. В данной статье рассмотрим механическую и пусковую характеристику асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и возможностью переключения пар полюсов.

Переключение числа полюсов – это один из способов регулирования скорости привода. Данный электропривод часто используются в приводных системах подъёмно-транспортного оборудования, станочных приводах. При этом большая частота вращения используется для обеспечения высокой скорости, а низкая – для позиционирования (скорость дотягивания). Асинхронные двигатели с переключением пар полюсов изготавливаются на скорости вращения: 1500/3000 об/мин (число полюсов 4/2 – схема Даландера), 750/3000 об/мин (число полюсов 8/2 – раздельные обмотки), 1000/1500 об/мин (число полюсов 6/4 — раздельные обмотки), 750/1500 об/мин (число полюсов 8/4 — схема Даландера), при частоте питающей сети 50 Гц.

Механическая характеристика асинхронного двигателя

При разгоне асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором изменяется сопротивление обмотки ротора, а следовательно в зависимости от частоты вращения (от величины скольжения) изменяется и вращающий момент. Пусковая характеристика выражается через механическую характеристику асинхронного двигателя.

  • MA1 = пусковой момент (8-полюсное включение);
  • MA2 = пусковой момент (2-полюсное включение) ;
  • MS = минимальный пусковой момент;
  • MK = опрокидывающий момент;
  • MN = номинальный момент;
  • ML = момент нагрузки;
  • [1] = двигательный режим;
  • [2] = генераторный режим (торможение) ;
  • [3] = стабильная рабочая точка;
  • 2P = 2- полюсное включение обмотки;
  • 8P = 8-полюсное включение обмотки;

Механическая характеристика асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, с переключением числа пар полюсов.

При каждом разгоне двигатель проходит эту механическую характеристику до стабильной рабочей точки, в которой кривая момента нагрузки пересекается с кривой момента двигателя. Стабильная рабочая точка достигается в том случае, если момент нагрузки меньше пускового или минимального пускового момента.

При переключении обмотки статора с 2-полюсного на 8-полюсное включение частота вращения не сразу снижается до синхронной, и двигатель кратковременно работает в генераторном режиме. За счет преобразования кинетической энергии в электрическую, торможение от высокой частоты вращения до низкой выполняется без потерь мощности и износа деталей. При этом торможении достигается вращающий момент, величина которого рассчитывается по следующей формуле:

MU = момент при переключении пар полюсов;

MA1 = пусковой момент двигателя с включением обмотки для меньшей частоты вращения;

Момент при переключении пар полюсов MU – это средняя разность характеристик для 2-полюсного и 8-полюсного включения обмотки в диапазоне частоты вращения, ограниченном соответствующими номинальными значениями (механическая характеристика асинхронного двигателя — заштрихованная область).

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector