Работа № 5. ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Цель работы
Исследование рабочих свойств асинхронного двигателя путем снятия
соответствующих опытных характеристик.
Программа работы
1. Изучить схемы для исследования асинхронного электродвигателя с
короткозамкнутым ротором.
2. Исследовать двигатель в режиме короткого замыкания.
3. Исследовать двигатель в режиме холостого хода.
4. Снять рабочие характеристики двигателя по методу непосредственной
нагрузки.
5. Снять рабочие характеристики при изменении частоты.
6. По опытам холостого хода и короткого замыкания рассчитать параметры
двигателя, построить схему замещения.
7. Провести обработку экспериментальных данных, составить отчет и
сделать заключение по работе.
Пояснения к работе
В лабораторной работе используются следующие модули:
- модуль питания стенда (МПС);
- модуль питания (МП);
- модуль автотрансформатора (ЛАТР);
- силовой модуль (СМ);
- модуль измерителя мощности (МИМ);
- модуль добавочных сопротивлений №1 (МДС1);
- модуль добавочных сопротивлений №2 (МДС2);
-м одуль ввода/вывода (МВВ).
Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в
исходное состояние:
- переключатель SA1 МДС1 установить в положение «оо»;
- переключатель SA1 МДС2 установить в положение «со».
-переклю чатель SA1 модуля ЛАТР установить в нижнее положение, ручку
автотрансформатора установить в крайнее левое положение;
Исследуемый асинхронный двигатель входит в состав электромашинного
агрегата, включающего в себя собственно исследуемый двигатель M l, нагрузочный
генератор - машину постоянного тока - М2.
Для проведения работы на персональном компьютере должно быть
загружено ПО Labdrive и выбрана соответствующая работа.
Описание программного обеспечения Labdrive и LabShow приведено в
приложениях Е, Ж.
Схема для исследования асинхронного электродвигателя представлена на
рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Схема для исследования асинхронного электродвигателя
5.1 Опыт короткого замыкания проводится при неподвижном (заторможенном
роторе) s = 1 и пониженном напряжении, при котором ток статора примерно равен номинальному току статора IiK~ 1ш-
Торможение двигателя осуществляется путем установки металлического
стержня в отверстие полумуфты.
Понижение напряжения достигается включением добавочного сопротивления в цепь статора.
Ток статора, напряжение статора и мощность двигателя измеряются модулем МИМ.
Опыт проводится в следующей последовательности:
-вклю чи ть автоматические выключатели QF1 и QF2 соответственно
модулей МПС и МП;
-переклю чателем SA1 МДС1 вводить сопротивление в цепь статора до тех
пор, пока ток статора примерно будет равен номинальному току статора. Это точку
необходимо зафиксировать в таблице 5.1.
Данные занести в таблицу 5.1.
Таблица 5.1
| Данные опыта | Расчетные данные | |||||||||
| U1фк | I1фк | P1фк | Cosφ1к | PlK | Рэл1 | Рст | Рэмк | Мэм.к | Мп* | In* |
| В | А | Вт | Вт | Вт | Вт | Вт | Нм | |||
После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное
состояние.
Удалить металлический стержень из электромашинного агрегата.
По данным опыта короткого замыкания определить пусковой ток, пусковой
момент при s= 1.
Расчетные данные.
Электромагнитный момент при опыте короткого замыкания, Н –м
где Рэм.к - электромагнитная мощность при опыте короткого замыкания, Вт
где Р1К-трехфазная активная мощность при опыте короткого замыкания, Вт
где m1- число фаз асинхронного электродвигателя.
Электрические потери в обмотке статора асинхронного двигателя, Вт
где r1 - активное сопротивление фазы статора при температуре окружающей
среды (Приложение Б).
Потери в стали при напряжении U21к, Вт
где Pст1- потери в стали при номинальном напряжении, Вт
где Рмех.ад - механические потери асинхронного двигателя
(Приложение Б);
Рмех.мпт - механические потери машины постоянного тока
(Приложение Б).
Электромагнитный момент при номинальном напряжении, Н –м
Кратность пускового момента
где Р2Н и ωн - номинальная мощность на валу и угловая номинальная
частота вращения (Приложение Б).
Кратность пускового тока
5.2 Опыт холостого хода асинхронного двигателя
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.
Ток статора, напряжение статора и мощность двигателя измеряются
модулем МИМ.
Опыт проводится в следующей последовательности:
-включить автоматические выключатели QF1 и QF2 соответственно
модулей МПС и МП;
- переключатель SA1 МДС1 установить из положения «оо» в положение «О»,
напряжение принимает значение, равное номинальному, запускается асинхронный двигатель.
Данные опыта занести в таблицу 5.2.
Таблица 5.2.
| Данные опыта | Расчетные данные | |||||||
| Uiфh | I10 | P1ф | ω | Р10 | cos10 | Рст | Рст.1 | I10* |
| В | А | Вт | рад/с | Вт | Вт | Вт | ||
После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное
состояние.
Расчетные данные.
Коэффициент мощности
где Р10 - активная мощность трех фаз, Вт
mi - число фаз асинхронного электродвигателя.
Потери в стали сердечника статора при напряжении и U1ф, Вт
где Рст.1 - потери в стали сердечника статора при номинальном
напряжении, Вт
где ri - активное сопротивление фазы статора при температуре
окружающей среды (Приложение Б);
Р м е х.A д - механические потери асинхронного двигателя (Приложение Б);
Р м е х. м п т - механические потери машины постоянного тока
(Приложение Б).
Значение тока холостого хода в относительных единица
5.3 Снятие рабочих характеристик
Рабочие 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:
Нагрузкой ГПТ служат сопротивления модуля МДС2. Питание обмотки возбуждения двигателя постоянного тока (ДПТ) осуществляется от регулируемого источника постоянного тока модуля ЛАТР. Якорная цепь машины постоянного тока подключается на сопротивление. Для измерения тока, напряжения статора, мощности двигателя используется
модуль МИМ.
Для измерения тока якоря Iя, напряжения якоря и я и частоты вращения n используется компьютер. Для этого выходы ДТ, ДН и ПЧН модуля СМ подключаются к входам A l, А2 и АЗ соответственно модуля МВБ. Значение частоты вращения п агрегата также можно наблюдать на индикаторе СМ.
Опыт проводится в следующей последовательности:
-включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП - переключатель SA1
МДС1 установить из положения «оо» в положение «0», напряжение принимает значение, равное номинальному, запускается асинхронный двигатель;
- переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;
- ручкой автотрансформатора установить номинальное напряжение обмотки
возбуждения U0B = UH = 200В, произвести первое измерение;
-переклю чателем SA1 МДС2 уменьшать сопротивление, пока ток якоря
ГПТ не достигнет номинального значения I нагр = Iя ~ 1ян. (Iян = 1,3А). Выше этого значения двигатель не нагружать! SA1 в «О» не выводить!.
Опытные данные как со стороны асинхронного двигателя, так и со стороны
генератора, занести в таблицы 5.3 и 5.4.
Таблица 5.3. Опытные данные со стороны асинхронного двигателя
| Со стороны асинхронного двигателя | ||||||||||||||
| Данные опыта | Расчетные данные | |||||||||||||
| U1Ф | I1ф | P1 | n | cosφ1 | Рэл1 | Рст | Рэм | s | Рэл2 | Рмех | SP | Р2 | Мэм | η |
| В | А | Вт | об/мин | Вт | Вт | Вт | Вт | Вт | Вт | Вт | Н∙м | |||
Таблица 5.4. Опытные данные со стороны генератора постоянного тока
| Со стороны ГПТ | |||||||||||
| Данные опыта | Расчетные данные | ||||||||||
| Iя | Uов | См | Мэм | Iяо | Ми | М2 | Р2 | η | |||
| А | В | Н∙м | Н∙м | Н∙м | Вт | ||||||
После проведения опыта ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.
Расчетные данные со стороны асинхронного двигателя.
Электрические потери в обмотке статора асинхронного двигателя, Вт
где r1 - активное сопротивление фазы статора (Приложение Б).
Потери в стали при напряжении U1ф, Вт
где Рст.1 ~ потери в стали сердечника статора при номинальном
напряжении, Вт
где r1 — активное сопротивление фазы статора при температуре
окружающей среды, Ом (Приложение Б);
Р м е х а д - механические потери асинхронного двигателя (Приложение Б);
Рм е х.д п т - механические потери машины постоянного тока
(Приложение Б).
Электромагнитная мощность, Вт
Скольжение
где ω1 - синхронная угловая частота вращения, рад/с;
ω - текущая угловая частота вращения, рад/с.
Электрические потери в обмотке ротора, Вт
Суммарные потери в двигателе, Вт
Электромагнитный момент асинхронного двигателя, Н'М
Полезный момент на валу двигателя, Н –м
где М0 - момент холостого хода АД, Н-м;
Р1ф - мощность холостого хода (берется из опыта холостого хода);
n - частота вращения холостого хода (берется из опыта холостого
хода).
Полезная мощность на валу двигателя, Вт
Коэффициент полезного действия, %
Коэффициент мощности (расчетный)
Расчетные данные со стороны машины постоянного тока:
Электромагнитный момент ГПТ. Н ’М
где См - принимается из тарировочной кривой, См = f(ω) (Приложение В).
Момент холостого хода ГПТ, Н-м
где Iяо - ток холостого хода, принимается из тарировочной кривой машины
постоянного тока (Приложение В).
Полный момент на валу ГПТ, Н∙м
Полезная мощность на валу ГПТ, Вт
5.4 Расчет параметров асинхронного двигателя. Построение схемы
замещения
Опыт холостого хода и короткого замыкания позволяет рассчитать
параметры асинхронного двигателя и построить схему замещения.
Из опыта холостого хода можно определить:
- активное сопротивление намагничивающей цепи
- полное сопротивление намагничивающей цепи
- индуктивное сопротивление намагничивающеи цепи
Из опыта короткого замыкания можно определить:
- полное сопротивление
- активное сопротивление
индуктивное сопротивление
Т-образная схема замещения асинхронного двигателя представлена на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2 - Т-образная схема 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 cosφi = f(P2).
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Паспортные и расчетные данные трансформатора
Таблица А.1
| Наименование параметра | Значение |
| Тип | ПЛ-072 |
| Мощность, Вт | |
| Номинальное напряжение питания обмотки якоря, В | |
| Номинальное напряжение питания обмотки возбуждения, В | |
| Номинальная частота вращения, об/мин | |
| Номинальный ток якоря, А | 1,3 |
| к.п.д. | 0,63 |
| Масса, кг | 7,65 |
| Сопротивление обмотки якоря 11я.2о°с (расчетное значение), Ом | 17,5 |
| Сопротивление обмотки возбуждения Rob.20°c (расчет, значение), Ом | |
| Механические потери, Рмехдпт, Вт |
Паспортные и расчетные данные асинхронного двигателя с фазным ротором
Таблица А.2
| Наименование параметра | Значение |
| Тип | AIS71ВУЗ/АИР6ЭВ4УЗ |
| Мощность, Вт | |
| Номинальное напряжение питания обмотки статора, В, Y | |
| Номинальная частота вращения, об/мин | 1370/1320 |
| Номинальный ток фазы статора, А | 1,18/1,37 |
| COS ф | 0,7 |
| Число пар полюсов | |
| Номинальный момент, Н м | 1,4 |
| Активное сопротивление статора i'i.27°c, Ом | |
| Активное сопротивление ротора г2. гтс, Ом | |
| Механические потери, РмехАД, Вт |
Примечание: Механические характеристики, как естественные, так и
искусственные, желательно снимать при пониженном напряжении, а затем момент пересчитывать по формуле
Uпониж,л= 220 В, М = МОпыт(380/220)2«МопытЗ.
Паспортные данные импульсного датчика скорости
Таблица А.3
| Наименование параметра | Значение |
| Тип | TRD-S500VD |
| Напряжение питания, В | |
| Разрешающая способность, имп/об |
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Тарировочные кривые
Зависимости См = f(ω) и IЯо= f(ω) машины постоянного тока ПЛ-072УЗ.
