Экспериментальные исследования проводятся на лабораторных стендах, оборудованных трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и монтажной панелью с приборами, аппаратурой управления и защиты (рис.2.7).
На панели (рис.2.7,а) установлен трехполюсный пакетный переключатель SA1 на три положения для сборки схемы по рис.2.3. Двигатель исследуется в режиме прямого пуска треугольником, пуска звездой и переключением со звезды на треугольник.
Панель (рис.2.7,б) оборудована для исследования пуска двигателя по схеме рис.2.4. Здесь установлены два магнитных пускателя КМ1 и КМ2 типа ПМЛ-210004 с приставками ПКЛ-2204А, промежуточное реле KV (магнитный пускатель типа ПМЛ-11010.4В) с приставкой выдержки времени КТ типа ПВЛ-11-04 и кнопочная станция SBI...SB2. Вольтметр V измеряет напряжение на одной из фаз двигателя.
Рис. 2.7. Устройство монтажной панели: а - для пуска двигателя по схеме звезда-треугольник с использованием переключателя; б - для пуска двигателя по схеме звезда-треугольник с использованием реле времени.
|
|
Указания к выполнению работы
5.1. Ознакомьтесь и запишите в таблицу 2.1 паспортные данные двигателя. Определите цены делений измерительных приборов.
Таблица 2.1
Тип | Рн, кВт | nн, мин-1 | Uн, B | Iн, А | Кп | cоs j | hн | mп | mк |
Определите, каким способом можно снизить пусковой ток двигателя и объясните наиболее рациональный способ.
5.2. Соберите монтажную схему (рис. 2.7,а)
5.3. Запустите двигатель прямым включением (не снижая пусковой ток) и запишите данные в таблицу 2.2. Значения тока берите по наибольшему отклонению стрелки амперметра, а напряжение в момент пуска U2 - минимальное.
Таблица 2.2 | |||||||
Схема соед. обмоток двигателя | Ток двигателя, А | Кратность пускового тока | Линейное напряжение, В | Снижение напряже- ния | Напряжение на фазе двигателя | ||
IН | IП | КП | До пуска U1 | В момент пуска U2 | DU, % | Uф, В | |
D | |||||||
Y | |||||||
Y -> D |
5.4. Определите кратность пускового тока
КП=IП / IН (2.8)
и снижение напряжения сети в момент пуска
DU=(U1 – U2) / U1 ×100%. (2.9)
Сделайте вывод о необходимости снижения пускового тока для данного двигателя.
5.5. Запустите двигатель при пониженном напряжении и запишите данные в табл. 2.2.
|
|
При пуске звездой заIН нужно принять номинальный ток для схемы треугольник, таккак двигатель должен работать при UЛ=220 В по этой схеме.
5.6. Проведите пуск двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник. Отметьте показания приборов. Сделайте выводы об эффективности пуска.
5.7. Соберите монтажную схему (рис. 2.7,6).
5.8. Включите двигатель с помощью кнопки SB2. Обратите внимание на величину напряжения, подведенного к фазе статора при соединении звездой и треугольником. Определите время пуска и при необходимости настройте реле времени.
Контрольные вопросы
1. В каких случаях необходимо принимать меры к снижению пускового тока асинхронного короткозамкнутого двигателя?
2. Что нужно сделать для снижения пускового тока трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя?
3. Какие схемы снижения пускового тока применяются для двигателей, работающих с включением обмоток статора треугольником? Расскажите по схеме порядок пуска.
4. Какие схемы снижения пускового тока применяются для двигателей, работающих с включением обмоток статора звездой? Расскажите по схеме порядок пуска.
5. Какие недостатки имеют рассмотренные схемы снижения пускового тока?
Лабораторная работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ ПОД НАГРУЗКОЙ.
1. Цель работы: изучить влияние нагрузки на валу на величину тока статора, потребляемую активную, реактивную и полную мощности, вращающий момент, частоту вращения ротора, коэффициент мощности и КПД электродвигателя; определить, при каких нагрузках электродвигатель работает более экономично.
Задание
2.1. к самостоятельной работе:
- изучить основные технические характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и их зависимости от нагрузки на валу [5,7,10,12, 13];
- записать расчетные формулы 3.1... 3.7;
- вычертить принципиальную электрическую схему (рис.3.2). Используя рис.3.3 составить монтажную схему;
- вычертить таблицы 3.1 и 3.2;
- подготовить устные ответы на контрольные вопросы.
2.2. к работе в лаборатории:
- записать паспортные данные двигателя в табл. 3.1;
- ознакомиться с измерительными приборами и определить их постоянные с учетом схемы включения;
- собрать монтажную схему, провести испытания в соответствии с указаниями к выполнению работы;
- построить графики и сделать письменно анализ зависимостей: I=F(Кз); Р1=F(Кз); Q=F(Kз); S=F(Kз), соs(j)=F(Кз), h=F(Kз), n2=F(Кз), n2=F(M). Определить область наиболее экономичной загрузки двигателя.
Общие сведения.
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором получил наибольшее распространение в сельскохозяйственном производстве для привода рабочих машин и механизмов. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность и преобразует ее в механическую.
Потребляемая двигателем полная мощность S состоит их активной P1 и реактивной Q1 составляющих.
S= (3.1)
(3.2)
Q1= (3.3)
где U - линейное напряжение сети, В;
I - линейный ток. А;
сos j - коэффициент мощности двигателя.
В механическую мощность, за счет которой приводится рабочая машина, может переходить только активная составляющая, представляющая собой сумму мощностей:
Р1=Р2+DР, (3.4)
где Р2 - механическая мощность, развиваемая на валу ротора;
DР - мощность потерь в двигателе.
При работе двигателя в холостую Р2=0. С увеличением нагрузки со стороны рабочей машины двигатель развивает в установившемся режиме мощность, равную нагрузке.
В электродвигателе мощность теряется:
- в стали сердечников статора и ротора (DРст);
- в обмотках статора и ротора (DРм);
- на механические потери (в подшипниках, трение ротора о воздух, работу вентилятора DРмех).
|
|
Потери DРст и DР мех у асинхронного двигателя практически не зависят от нагрузки на валу, а DРм возрастают с увеличением нагрузки, т.к. зависят от величины тока в обмотках.
Таким образом, активная мощность P1 является переменной величиной, зависящей от нагрузки двигателя.
Реактивная мощность Q1 зависит от индуктивного сопротивления двигателя и расходуется на создание вращающегося магнитного поля статора. В механическую мощность на валу двигателя она не переходит, то есть полезную работу не совершает. При неизменном напряжении сети и нагрузке двигателя в пределах его номинальной мощности Q1 является постоянной величиной.
Полная мощность S является переменной величиной, зависящей от нагрузки двигателя.
Наиболее важные свойства электродвигателя с точки зрения пригодности для привода той или иной рабочей машины определяются его механической характеристикой.
Механическая характеристика асинхронного двигателя - это зависимость частоты вращения от вращающего момента М (рис.3.1).
Частота вращения ротора n2 связана со скольжением s=(n1-n2) / n1.
Поэтому механическую характеристику можно представить зависимостями:
n2=F(М) или s=F(M).
n1 - частота вращения магнитного поля статора, зависящая от
частоты тока f и числа пар полюсов двигателя р: n1=60 f /p, мин-1
Рис. 3.1. Механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Рассмотрим некоторые особенности механической характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:
- точка А соответствует идеальному холостому ходу двигателя (n2= n1; М=0). С увеличением нагрузки на валу двигателя вращающий момент М возрастает в соответствии с формулой:
М=9,55 × Р2 / n2, Н×м (3.5)
где P2 - мощность на валу двигателя, Вт;
n2 - частота вращения ротора, мин-1;
- точка В соответствует номинальному режиму работы двигателя (n2=nH, s=sh, М=Мн), в котором он может работать продолжительное время, не перегреваясь;
- частота вращения ротора при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной снижается незначительно. Такая механическая характеристика называется жесткой;
|
|
- при дальнейшем увеличении нагрузки вращающий момент двигателя продолжает расти до значения Мmах в точке С, которая называется критической. Ей соответствует критическая частота вращения nк и скольжения sк. На участке ВС двигатель работает с перегрузкой, потребляя ток выше номинального и будет перегреваться. Перегрузочная способность двигателя оценивается коэффициентом mк = Мmах / Мн. Двигатель может работать с перегрузкой только короткое время. Механическая характеристика на участке ВС остается жесткой;
- увеличение нагрузки сверх Мmах (участок СД) приводит к снижению вращающего момента, и частота вращения ротора падает до полной остановки двигателя в точке Д (n2=0). При неподвижном роторе двигатель развивает пусковой момент Мп и потребляет из сети большой пусковой ток, который быстро перегревает обмотки статора.
Пусковые свойства двигателя оцениваются коэффициентом:
mn=Mп /Мн.
Экономичность работы электродвигателя зависит от величины коэффициента мощности cosj и коэффициента полезного действия h
cosj =P1 / S, (3.6)
h=P2 ×100 / P1. (3.7)
Оба коэффициента являются переменными величинами и зависят от нагрузки двигателя. Очевидно, чем выше доля активной (полезной) мощности P1 в полной потребляемой мощности S, тем экономичней работа двигателя. Значит, нужно так загружать двигатель, чтобы иметь более высокий cos j. Аналогично, чем большую долю составляет механическая мощность Р2 от потребляемой активной мощности P1, тем выше h и экономичнее работа двигателя.