Описание лабораторной установки. Экспериментальные исследования проводятся на лабораторных стендах, оборудованных трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и монтажной

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

К_П=I_П / I_Н (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 заI_Н нужно принять номинальный ток для схемы треугольник, таккак двигатель должен работать при U_Л=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=n_H, s=s_h, 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 М_mах в точке С, которая называет­ся критической. Ей соответствует критическая частота вращения n_к и скольжения s_к. На участке ВС двигатель работает с перегрузкой, по­требляя ток выше номинального и будет перегреваться. Перегрузочная способность двигателя оценивается коэффициентом m_к = М_mах / М_н. Двигатель может работать с перегрузкой только короткое время. Меха­ническая характеристика на участке ВС остается жесткой;

- увеличение нагрузки сверх М_mах (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 М_п и потребляет из сети большой пусковой ток, который быстро перегревает обмотки статора.

Пусковые свойства двигателя оцениваются коэффициентом:

m_n=M_п /М_н.

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.