Однофазный асинхронный двигатель




 

Цель работы: исследование устройства и режимов работы однофазного асинхронного двигателя.

Приборы и оборудование: однофазный двигатель, амперметр, вольтметр, набор конденсаторов.

 

краткие теоретические сведения

На любое электропроводящее тело, помещенное во вращающееся магнитное поле, действует вращающий момент. Этот факт положен в основу действия асинхронных электрических двигателей переменного тока.

Вращающееся магнитное поле можно получить с помощью двух одинаковых катушек, питаемых переменным током, если их оси сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90°. Пусть имеются две одинаковые катушки А и В, оси которых расположены взаимно перпендикулярно (рис 11.1).

 
 


А + BA

N

BAB

+ · BB

ВBB

B б

S · а

0

 

Рис. 11.1

Поля катушек накладываются друг на друга и в активной зоне (середине) устройства образуется результирующее магнитное поле с вектором магнитной индукции . Если индукция магнитного поля в катушке А равна ВАmsinwt, а в катушке ВВВmsin(wt+p/2), то

B=Bm(sin2wt+cos2wt)1/2=Bm. (11.1)

Вектор индукции В результирующего магнитного поля образует с вектором ВВ угол a, определяемый из соотношения:

a=arctgBA/B=arсtgsinwt/coswt=tgwt. (11.2)

Угол a = wt непрерывно изменяется и за время одного периода Т составляет 2p. Таким образом, в рассматриваемой системе образуется двухфазное вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, у которого вектор магнитной индукции не изменяется по величине называется круговым. Двухфазное вращающееся поле служит примером такого поля.

Если система катушек образует одну пару полюсов – один северный и один южный (рис. 11,1 а), то поле делает полный оборот за время одного периода, а угловая частота w=2p/Т=2pf (f - частота переменного тока). Частота вращения поля составляет

n=60f об/мин. (11.3)

Из последнего выражения следует, что частота вращения поля двухполюсных катушек, включенных в промышленную сеть с частотой 50 Гц, составляет 3000 об/мин.

Асинхронный двигатель состоит из статора и короткозамкнутого ротора. В пазах статора расположена обмотка. Если эту обмотку включить напрямую в однофазную сеть, то протекающий по ней ток создаст неподвижное в пространстве и пульсирующее с частотой сети магнитное поле, которое наводит в обмотке ротора ЭДС и ток. Формально такое пульсирующее магнитное поле можно рассматривать как результат наложения двух различных магнитных полей, вращающихся в противоположные стороны с частотой n=60f (рис. 11.2).

 

Ф Ф

 

Ф=0 Ф2m Ф1m

Ф2m Ф1m Ф2m Ф1m

Ф2m Ф1m

 

Ф

Рис. 11.2

Как следует из рис. 11.2, в результате сложения двух магнитных потоков Ф1 и Ф2, вращающихся в противоположные стороны, образуется пульсирующий магнитный поток, изменяющийся по закону Ф=Фmsinwt.

Наведенные в роторе токи, взаимодействуя с магнитными потоками Ф1 и Ф2, создают два одинаковых вращающих момента, направленных в противоположные стороны и уравновешивающих друг друга. Поэтому ротор двигателя самостоятельно вращаться не может. Равенство данных моментов нарушается, если ротор принудительно привести во вращение в любом направлении. В этом случае прямой вращающий момент Мвр1 (направленный в сторону вращения ротора) начинает превышать обратный Мвр2. Под действием большего вращающего момента ротор двигателя будет продолжать вращаться в сторону предварительного раскручивания.

На практике задача запуска однофазного двигателя решается посредством использования пускового устройства – дополнительной обмотки с последовательно включенным конденсатором (рис. 11.3).

 

К

 

 

~ О1 С

 

 

О2

 

Рис. 11.3

 

Обмотки О1 и О2 укладываются в пазах статора двигателя так, чтобы их оси симметрии были перпендикулярны. Конденсатор обеспечивает сдвиг по фазе между колебаниями тока в обмотках, равный 90°. В результате реализуется ситуация, когда в системе возникает вращающееся магнитное поле и соответствующий вращающий момент (рис. 11.1). Часто вторую обмотку, рассчитанную лишь на кратковременную работу, выполняют из тонкого провода. Она отключается сразу после запуска двигателя.

Для увеличения cosj используется явление резонанса тока: параллельно двигателю, обладающему индуктивным сопротивлением, подключают конденсатор. В результате частично компенсируется реактивная составляющая тока, потребляемого двигателем. Требуемая емкость конденсатора определяется по формуле:

С=Р/wU2(tgj - tgj1) мкФ, (11.4)

где Р - мощность двигателя, Вт; U - действующее значение напряжения в цепи, В; f =50 Гц. j и j1 находят из значения коэффициента мощности двигателя в исходном состоянии и после установки конденсатора.

 

 

описание экспериментальной установки

Для запуска асинхронного двигателя собирается электрическая цепь, схема которой приведена на рис. 11.4.

 

К

А

 

~ 220 В О1 С

 

 

О2

 

Рис. 11.4

 

О1 - обмотка возбуждения двигателя; О2 - вспомогательная обмотка; С - фазосдвигающий конденсатор. Амперметр предназначен для регистрации пускового тока.

При изучении влияния нагрузки на cosj двигателя (Д) собирается электрическая цепь, схема которой приведена на рис. 11.5.

 

Рис. 11.5

 

В этом случае амперметром фиксируется ток I, проходящий через двигатель, вольтметром - подводимое к нему напряжение U, ваттметром - потребляемая мощность Р. Значение коэффициента мощности определяется из соотношения:

cosj = P/UI. (11.5)

 

порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по схеме рис. 11.4.

2. Не замыкая ключ К, подайте на двигатель сетевое напряжение и запустите его путем раскручивания ротора по часовой стрелке. Повторите опыт, раскручивая ротор двигателя против часовой стрелки.

3. Замкните цепь вспомогательной обмотки ключом К. Произведите запуск двигателя. Зафиксируйте максимальное значение пускового тока Iпуск. После выхода двигателя на стационарный режим работы отключите вспомогательную обмотку размыканием ключа К. Запишите значение номинального тока Iном, соответствующего стационарному режиму. Сравните полученные значения токов.

4. Произведите реверсирование (изменение направления вращения) двигателя путем смены клемм пусковой обмотки.

5. Соберите цепь по рис. 11.5.

6. Запустите двигатель и зафиксируйте показания приборов при холостом ходе (вал двигателя вращается в свободном состоянии). Результаты занесите в таблицу 11.1.

 

Таблицы 11.1; 11.2

 
 


Режим работы I U P cosj

 
 


Холостой ход

 
 


Двигатель под нагрузкой

( в порядке нарастания )

.

.

 

7. С помощью ручного тормоза создайте нагрузку на вал двигателя и, варьируя ее, зафиксируйте показания всех приборов.

Результаты занесите в таблицу 11.1.

8. Рассчитайте значение коэффициента мощности по формуле (11.5) при отсутствии конденсатора. Результаты занесите в таблицу 11.1.

9. Используя формулу (11.4), рассчитайте емкость конденсатора, который необходимо подключить к двигателю для получения коэффициента мощности, равного 0,92 (величина, используемая в промышленных установках).

Значение tgj следует брать, исходя из значения коэффициента мощности двигателя, находящегося под нагрузкой (таблица 11.1).

10. Параллельно двигателю подключите конденсатор и повторите операции, осуществляемые в п. 6-7.

Составьте таблицу 11.2, аналогичную таблице 11.1, и занесите в нее результаты эксперимента.

11. Рассчитайте значение коэффициента мощности и занесите результат в таблицу 11.2.

12. Постройте графики зависимостей cosj=f(I) при отсутствии и наличии конденсатора.

 

контрольные вопросы

1. Зачем однофазные асинхронные двигатели имеют вспомогательную обмотку, включаемую через конденсатор или индуктивность?

2. Объясните, при каких условиях возникает вращающееся магнитное поле.

3. Почему при включении конденсатора и с увеличением нагрузки на вал двигателя его коэффициент мощности растет?

4. При подключении к двигателю конденсатора определенной емкости наблюдается уменьшение потребляемого тока. Чем это вызвано?



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: