Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости коэффициента полезного действия η, коэффициента мощности , подводимой мощности , тока , момент на валу двигателя , скольжения S, частоты вращения от значения полезной мощности на валу двигателя при постоянном напряжении и частоте тока в сети (рис.6).

Зависимость представляет собой кривую, весьма слабо наклонную к оси абсцисс. Скоростная характеристика мало отличается по форме от механической характеристики двигателя: она может быть названа жесткой.

Зависимость . При установившемся режиме работы , где - полезный тормозной момент двигателя, а - момент х.х. Так как при изменении нагрузки в пределах от х.х. до ном. частота вращения асинхронных двигателей остается почти постоянной, то зависимость асинхронного двигателя почти прямолинейна; пересекает ось ординат в точке, соответствующей .

Коэффициент мощности .

Асинхронный двигатель так же, как и трансформатор, потребляет из сети отстающий ток. Поэтому энергетические процессы, происходящие в асинхронном двигателе, характеризуют двумя величинами: активной мощностью и реактивной мощностью Q_I

Соотношение между и Q_I:

Коэффициент мощности асинхронного двигателя зависит от нагрузки на валу.

При х.х. машины, когда энергия расходуется только на покрытие небольших потерь в статоре и незначительных механических потерь, активная мощность дв.мала, а реактивная мощность велика, поскольку в машине при нормальном напряжении возбуждается вращающееся магнитное поле с максимальной величиной потока полюса. Поэтому при х.х. асинхронный двигатель имеет

С постепенным возрастанием нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная мощность практически остается постоянной, так как при неизменной амплитуде напряжения сети поток полюса основного поля сохраняет ту же величину, что и при х.х. Следовательно, с увеличением механической мощности двигателя его коэффициент мощности тоже возрастает. При нагрузке, близкой к номинальной достигает наибольшего значения (0,75-0,95). Однако, при дальнейшем увеличении тормозного момента на валу, сопровождающемся снижением частоты вращения ротора и существенным ростом токов в обмотках статора и ротора, коэффициент мощности снижается, что объясняется усилением полей рассеяния и более быстрым ростом реактивной мощности по сравнению о активной мощности.

Поддержание высокого коэффициента мощности приобретает важное значение для экономического электроснабжения предприятий. В частности, нельзя допускать длительных х.х. асинхронного двигателя: если на отдельных станках нет работы, то двигатель отключают от сети. Далее, необходимо следить за тем, чтобы мощность устройства, приводимого в действие асинхронным двигателем, незначительно отличалась от номинальной мощности двигателя. Если при длительной работе асинхронного двигателя его средняя мощность не превышает 45% номинальной, то такой электродвигатель заменяют соответствующим двигателем мощности.

В тех случаях, когда работа двигателя при полной нагрузке сочетается с его работой со значительной нагрузкой, при которой становиться недопустимо низким, применяют специальные меры, обеспечивающие повышение коэффициента мощности. Для этого во время работы асинхронного двигателя со значительной нагрузкой /например, Р₂<0,5 Р_2Н/ снижают фазные напряжения на его статорной обмотке. Тем самым поток полюса вращательного поля, а, следовательно, и реактивная мощность машины будут уменьшены. Наиболее просто это достигается в двигателях, допускающих пересоединение фаз обмотки статора с на Y и включаемых в сеть с линейным напряжением, равным номинальному фазному напряжению. Тогда при работе с нагрузкой, близкой к номинальной, фазы обмотки статора соед. , а при значительной недогрузке – Y. Это приводит к снижению фазного напряжения в . Это пересоединение фаз обмотки статора обычно производится при помощи автоматического устройства. Двигатель, снабженный таким устройством, работает в широком диапазоне изменения нагрузки с близким к номинальному.

К.п.д. асинхронного двигателя

P₁=P₂+ΔP_потерь

Потери можно разделить на постоянные, практически не зависящие от нагрузки /потери стали сердечника статора, механические потери/, они определяются экспериментально из опыта х.х.; Переменные потери – потери на нагревание проводников статора и ротора

;

и добавочные потери.

К.П.Д. двигателя достигает своего максимального значения /65-95%/, когда переменные потери равны постоянным. У большинства двигателей этот максимум к.п.д. имеет место примерно при нагрузке, равной 75% от номинальной, так как двигатели проектируются с учетом того обстоятельства, что далеко не всегда они полностью загружены.

При подготовке к работе повторить теоретический материал: принцип действия и устройство трехфазного асинхронного двигателя; понятие о скольжении; электромагнитный момент асинхронного двигателя; зависимость момента от скольжения; перегрузочная способность асинхронного двигателя; рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

Программа работы.

1. Изучить принцип действия, устройство и назначение основных конструктивных элементов асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором.

2. Ознакомиться со схемой испытания АД (рис.7) и со стендом лабораторной работы.

3. По паспортным данным вычислить момент, развиваемый двигателем, при номинальном режиме работы. Заполнить таблицу нижеприведенной форы.

Паспортные данные двигателя	вычислено
U_H, В	I_Н, А	Р_H, кВт	n_Н, об/мин	Схема соединения обмотки	М_Н, Нм*
				«звезда»
				«треугольник»

4. Выполнить маркировку фаз статора АД, используя схемы рис.8 и рис.9.

5. Зная напряжение сети (U_A=380В), обосновать выбор схемы соединения обмоток статора при номинальном режиме работы двигателя.

6. Собрать выбранный вариант схемы. Осуществить пуск двигателя без нагрузки. Измерить пусковой ток и ток холостого хода. Вычислить кратность пускового тока при включении двигателя без нагрузки.

7. Снять данные и построить рабочие характеристики двигателя и механическую характеристику.

8. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.

Пояснения к работе.

1. С устройством двигателя следует ознакомиться по учебникам (1,2,3), плакату, стенду, слайдам на установке АВУ в лаборатории «Электрические машины».

2. Нагрузкой для двигателя М2 в данной работе служит генератор постоянного тока М1, связанный с двигателем механически: валы двигателя и генератора соединены жесткой муфтой.

Принципиальная схема лабораторной работы и общий вид стенда изображены на рис.7 а,б. на панель выведены концы и начала фазных обмоток статора.

4. Маркировка фаз статора – это определение начала и конца каждой из трех фаз обмоток статора. Неверное обозначение начал и концов фаз ведет к неправильному соединению обмоток и нарушению работы двигателя (не будет кругового вращающегося магнитного поля статора, т.к. нарушится пространственная симметрия магнитных потоков фаз).

Маркировка проводится в два этапа:

- определяется соответствия пар выводов каждой фазной обмотки статора;

- определяются начала А, В, С и концы X, Y, Z выводов фазных обмоток статора.

Для определения соответствующих пар выводов необходимо собрать схему рис.8, подав от сети один провод к любой из клемм, расположенных на клеммной панели АД, а другим проводом со щупом и индикаторной лампочкой касаться поочередно оставшихся клемм.

Из схемы рис.8 видно, что лампочка загорается, если провод и щуп подсоединены к выводам одной обмотки, ибо только в этом случае цепь будет замкнута. Аналогичным образом определяются пары выводов остальных обмоток.

Для определения начал и концов выводов фазных обмоток статора следует условно один из шести выводов принять за начало и обозначить символом А, а другой этой же фазы промаркировать символом Х. последовательно с выбранной фазой соединить любую из двух оставшихся фаз обмотки и подвести к ним напряжение сети. К выводам оставшейся обмотки третьей фазы присоединить вольтметр. В результате будет собрана схема рис.9а или рис.9б.

При согласном включении последовательно соединенных фазных обмоток, когда конец первой фазы соединен с началом второй (рис.9а), ось результирующего магнитного потока перпендикулярна плоскости обмотки третьей фазы потокосцепления с витками этой фазы максимально, и в третьей фазе наводиться Э.Д.С. .

Если включение последовательно соединенных фазных обмоток окажется встречным, т.е. конец первой фазы будет соединен с концом второй фазы (рис.9.б), то ось результирующего магнитного потока совпадает с плоскостью третьей обмотки, потокосцепление с витками этой фазы почти равно нулю, и Э.Д.С. в третьей фазе практически отсутствует .

Маркировка обмотки третьей фазы проводится аналогично (непромаркированную фазу для этого следует поменять в схеме местом с любой из немаркированных фаз).

5. ТОК в момент пуска и ток при установленной частоте вращения ротора определяют на холостом ходу при невозбужденном генераторе. Прямой пуск АД с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности, когда обмотка статора непосредственно присоединяется к номинальному напряжению трехфазной сети, сопровождается значительным начальным пусковым током , превышающим начальный ток двигателя в 4-7 раз, а иногда и более. При этом на валу развивается начальный вращающий момент , составляющий от 1,2 до 2,2 номинального момента , что достаточно для разгона большинства устройств, пускаемых без нагрузки.

6. Регулируя сопротивление нагрузки генератора , можно изменять момент на валу двигателя. Изменение момента двигателя вызывает изменение потребление тока из сети, мощности и частоты вращения.