Файл: Электротехника и электроника Лабораторный практикум Часть 2-1 Новаш Розум.doc

Результаты расчета занести в табл. 2.2.

Т а б л и ц а 2.2

		n, мин–1	М, Нм	Р, Вт	Р1, Вт	I1, А
Номинальный режим	паспортные данные
	опыт
Режим по п. 4 предварительного задания	расчет
	опыт

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с оборудованием, приборами, электрической схемой лабораторной установки.

2. Собрать электрическую цепь по схеме рис. 2.3. Пригласить преподавателя для проверки правильности сборки.

Рис. 2.3

3. Подготовить установку к работе:

а) вывести реостат R_p (кроме последней ступени, оставляемой для небольшого ограничения пускового тока);

б) ввести реостат возбуждения генератора постоянного тока (ГПТ) R_в (ручку R_в повернуть в крайнее левое положение);

в) переключатель обмотки ОВС ГПТ установить в положение «Вкл. согл.» (по шкале G);

г) переключатель нагрузки ГПТ R_н2 установить в положение «0»;

д) подать напряжение на лабораторный стенд, включив трехфазный автомат на питающем щитке;

е) включить источник питания ИП1 и контактор К3, регулятором ИП1 установить ток, подаваемый в ротор при его синхронизации с вращающимся полем, I_р = 10 А (по амперметру A2);

ж) контактором К2 подключить к цепи ротора реостат R_p.

4. Запустить АД включением контактора К1, проследить за броском пускового тока I₁ (по амперметру А1).

Вывести последнюю ступень реостата R_р. Перевести ротор в синхронное вращение с полем, включив контактор К3, подающий в ротор постоянный ток. Сравнить измеренную синхронную частоту вращения n₁ с вычисленной. Вернуть двигатель в асинхронный режим (включить контактор К2).

5. Снять рабочие характеристики АД. Для этого возбудить рео-статом R_в ГПТ до наибольшего напряжения и, увеличивая нагрузку от нуля до максимальной (переключателем R_н2), записать показания приборов в табл. 2.3. В числе устанавливаемых режимов должны быть номинальный (установить n_ном) и заданный в п. 4 предварительного задания (установить требуемую n). Плавная регулировка нагрузки в небольших пределах осуществляется реостатом R_в.

Т а б л и ц а 2.3

И з м е р е н о							В ы ч и с л е н о
АД					ГПТ		Р, Вт	М, Нм	
n, мин–1	U1, В	I1, А	Р1, Вт	cos	U2, В	I2, А

Примечание. Мощность Р на валу АД вычислить приближенно по формуле, исходящей из равенства потерь в АД и ГПТ:

Р = 0,5(Р₁ + Р₂),

где Р₂ = U₂I₂ – мощность, отдаваемая ГПТ нагрузке.

6. Построить в общей системе координат графики рабочих характеристик АД n_(P_), M_(P_), (P_), cos(P_).

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Расчет предварительного задания к эксперименту.

3. Схема лабораторной установки.

4. Таблицы результатов измерений и вычислений.

---

5. Графики рабочих характеристик двигателя.

Контрольные вопросы

1. Как устроен АД с короткозамкнутым ротором?

2. Изложите принцип действия АД.

3. Что такое синхронная частота вращения и скольжение? Напишите формулы для этих величин.

4. Как изменяются скольжение и частота вращения АД при росте момента нагрузки?

5. Как изменить направление вращения ротора АД?

6. Как выражается момент двигателя через мощность и частоту вращения?

7. Запишите формулу Клосса и охарактеризуйте входящие в нее величины.

8. Почему ток холостого хода АД относительно велик?

9. Как изменятся КПД и коэффициент мощности с увеличением нагрузки АД?

10. Какие достоинства и недостатки имеют АД с короткозамкнутым ротором? Где эти двигатели используются?

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2.3

ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Цель работы: изучение конструктивных особенностей, способов пуска и регулирования частоты вращения двигателя с фазным ротором; построение естественной и реостатной механических характеристик двигателя по его паспортным данным; снятие естественной и реостатной механических характеристик.

Общие сведения

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют лучшие пусковые свойства (больший пусковой момент, меньший пусковой ток), чем короткозамкнутые АД, позволяют сравнительно просто (изменением сопротивления реостата в цепи ротора) регулировать частоту вращения. Вместе с тем, эти двигатели конструктивно сложнее и дороже короткозамкнутых, менее надежны и более трудоемки в эксплуатации. Поэтому двигатели с фазным ротором применяют лишь в случаях, оправданных необходимостью: для привода оборудования с большим начальным моментом сопротивления и большим моментом инерции (молоты и прессы, снабженные маховиками), при частых пусках, грозящих перегреть двигатель пусковыми токами, при необходимости регулирования скорости (электрические краны).

Устройство статора двигателя с фазным ротором не отличается от устройства статора АД с короткозамкнутым ротором: полый цилиндрический сердечник набранный из изолированных друг от друга, листов электротехнической стали, имеет на внутренней поверхности пазы, в которых размещена трехфазная обмотка, включаемая непосредственно в сеть. Роторы у них различны. В пазах фазного ротора, называемого также ротором с контактными кольцами, находится трехфазная обмотка, выполненная изолированным проводом и размещенная в пазах ротора с пространственным смещением фаз на 120, подобно обмотке статора. Фазы обмотки ротора соединяют звездой, а три свободных ее конца подключают к трем контактным кольцам, укрепленным на валу машины, но изолированным от вала. На кольца наложены медно-графитовые щетки, установленные в неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щетки, образующие при вращении скользящий контакт, в цепь ротора включается трехфазный реостат R_p (рис. 3.1, а), чем обеспечивается улучшение пусковых и регулировочных свойств машины. Щетки также позволяют замкнуть обмотку накоротко. Условное обозначение АД с фазным ротором приведено на рис. 3.1, в.

---

а

б в

Рис. 3.1

Введение реостата в цепь ротора изменяет зависимость вращаю-щего момента М от скольжения S, не влияя на величину наибольшего момента М_max, который двигатель способен развить. На рис. 3.1, б показаны три характеристики М(S): естественная характеристика 1 соответствует замкнутой накоротко обмотке ротора (сопротивление реостата R_p = 0), реостатные характеристики 2 и 3 соответствуют введенным одной и двум ступеням реостата. Как естественная, так и реостатные характеристики М(S) описываются формулой Клосса:

;

,

где S_к – критическое скольжение при R_р = 0; ;

S_к.р – критическое скольжение при данном R_р; ;

R₂ – сопротивление фазы обмотки ротора;

K_м = М_max/М_ном – перегрузочная способность двигателя.

С увеличением сопротивления реостата R_p растет критическое скольжение S_к.р, кривая М(S) наклоняется вправо и возрастает пусковой момент М_п (рис. 3.1, б). При S_к.р = 1 (кривая 3) пусковой момент достигает максимального: М_п3 = М_max. Дальнейшее увеличение R_p приводит к S_к.p > 1 и снижению пускового момента. Введение реостата в цепь ротора положительно влияет также на пусковой ток, снижая его примерно в 2 раза по сравнению с короткозамкнутым АД (до I_п/I_ном = 2,5...4).

Рассмотрим процесс пуска двигателя с фазным ротором, в цепь которого введен двухступенчатый реостат (рис. 3.1). При подаче на статор напряжения сети двигатель под действием пускового момента М_п3 трогается с места и начинает разгон. Момент М и скольжение S изменяются по характеристике 3 (участок а – в). По мере увеличения частоты вращения n (уменьшения S) выводят сначала первую, а затем и вторую ступени реостата, чему соответствует последовательный переход на характеристики 2 (скачок в – с) и 1 (скачок d – е). Вывод ступеней реостата производят, ориентируясь на то, чтобы пуск происходил по возможности при больших значениях М, что сокращает время пуска. Процесс пуска заканчивается на естественной характеристике в точке f, где момент двигателя М уравновешивается моментом сопротивления М_с на валу.

С помощью реостата в цепи ротора можно регулировать частоту вращения двигателя. Регулировочный реостат в отличие от пускового должен быть рассчитан на длительное протекание тока ротора. Например, двигатель работает на естественной характеристике при моменте М = М_с, скольжении S (точка f) и частоте вращения

,

где – частота вращения магнитного поля статора.

Если ввести в ротор две ступени реостата, то двигатель перейдет на реостатную характеристику 3, где моменту М = М_с соответствуют точка g, возросшее скольжение S_p и более низкая частота вращения . В регулировочном реостате имеются потери энергии, поэтому КПД двигателя снижается.

При расчете предварительного задания и проведении эксперимента помимо приведенных формул используются также следующие:

---

; ,

где M в Нм, n в мин^–1.

Предварительное задание к эксперименту

По паспортным данным асинхронного двигателя: P_ном = 750 Вт, n_ном = 900 мин^–1, K_м = М_max/М_ном = 2.

1. Рассчитать номинальный М_ном, максимальный М_max и пусковой М_п моменты на валу двигателя; номинальное S_ном, критическое S_к скольжения и соответствующую скольжению S_к частоту вращения ротора n_к. Результаты расчетов записать в табл. 3.1 (R_p = 0) и на их основе построить естественную механическую характеристику n(М).

Т а б л и ц а 3.1

Величина Режим	Rp = 0			Rp/R2 = (из табл. 3.2)
	М, Нм	S	n, мин–1	Мр, Нм	Sр	np, мин–1
Идеальный ХХ	0	0	1000	0	0	1000
Номинальный			900
Критический
Пуск		1	0		1	0

2. Определить величины п. 1 при введении в цепь ротора реостата R_p. Число ступеней реостата и относительное сопротивление R_p/R₂ приведены в табл. 3.2, где R₂ – активное сопротивление фазы ротора. Результаты расчетов записать в табл. 3.1.

Расчетные формулы:

, ;

;

М_ном.р = М_ном; М_max.р = М_max; .

Примечание. При двух и более ступенях регулировочного реостата R_p S_к.р  1.

Т а б л и ц а 3.2

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8
Число ступеней реостата	1	2	3	4	1	2	3	4
Rp/R2	1,2	2,4	3,8	5,5	1,2	2,4	3,8	5,5

3. По расчетам п. 2 построить реостатную механическую характеристику двигателя n_p(М_p), совместив ее с ранее полученной естественной характеристикой n(М). Определить кратность пускового момента М_п.р/М_п.

Порядок выполнения эксперимента

1. Ознакомиться с оборудованием, приборами, электрической схемой лабораторной установки.

2. Собрать электрическую цепь по схеме рис. 3.2. Пригласить преподавателя для проверки правильности сборки.

Рис. 3.2

3. Подготовить установку к пуску:

а) ввести пусковой реостат АД R_p;

б) ввести реостат возбуждения R_в генератора постоянного тока (ГПТ) (ручку регулятора R_в установить в крайнее левое положение);

в) переключатель обмотки ОВС ГПТ установить в положение «Вкл. согл.» (по шкале G);

г) переключатель нагрузки ГПТ R_н2 установить в положение «0»;

д) подать напряжение на лабораторный стенд, включив трехфазный автомат на питающем щитке;

е) контактором К2 подключить к цепи ротора АД реостат R_p.

4. Запустить АД включением контактора К1, обратить внимание на величину пускового тока (амперметр A1). По мере разгона двигателя выводить реостат R_p.

5. Снять естественную и реостатную механические характеристики n(М). Для этого, возбудив ГПТ реостатом R_в до наибольшего напряжения, увеличивать переключателем R_н2 нагрузку от нуля до максимальной вначале при выведенном реостате R_p, затем при введенном (согласно варианту из табл. 3.2).

---

Результаты измерений записать в табл. 3.3.

Т а б л и ц а 3.3

Число введенных ступеней Rp	Ступени нагрузки Rн2	Измерено					Вычислено
		АД			ГПТ		ГПТ	АД
		U1, В	Р1, Вт	n, мин–1	U2, В	I2, А	Р2, Вт	Р, Вт	М, Нм
0	0 5
Rp/R2 (см. табл. 3.2)	0 5

Примечание. Мощность Р на валу АД принять Р = 0,5(Р₁ + Р₂), где Р₂ = U₂ I₂ – мощность, отдаваемая ГПТ нагрузке.

6. На построенные в предварительном задании естественные и искусственные механические характеристики нанести экспериментальные точки (М; n) из табл. 3.3. Сопоставить расчетные и опытные значения частоты вращения n_ном и n_ном.р, соответствующие моменту М_ном.

7. Снять зависимость частоты вращения n от сопротивления реостата R_p. С этой целью ввести 4 ступени R_p, установить переключателем R_н2 2-ю ступень нагрузки ГПТ и, поддерживая реостатом R_в напряжение ГПТ неизменным (для получения неизменной мощности Р₂ = U₂ I₂), выводить реостат R_p.

Значения n для каждой ступени R_p записать в табл. 3.4.

Т а б л и ц а 3.4

Число ступеней Rp	0	1	2	3	4
Относительное сопротивление Rp/R2	0	1,2	2,4	3,8	5,5
Частота вращения n, мин–1

Построить график n(R_p/R₂).

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Расчет предварительного задания к эксперименту.

3. Схема лабораторной установки.

4. Таблицы результатов измерений и вычислений (см. табл. 3.1, 3.3, 3.4).

5. Графики естественной и реостатной механических характеристик и зависимость n(R_p/R₂).

Контрольные вопросы

1. Как устроен АД с фазным ротором?

2. Каким образом и с какой целью в цепь обмотки ротора включается реостат?

3. Изложите принцип действия АД с фазным ротором.

4. Будет ли вращаться ротор АД, если разомкнуть его обмотку?

5. Как изменяются критическое скольжение, пусковой момент и пусковой ток при введении реостата в цепь ротора?

6. Объясните изменение частоты вращения АД при изменении сопротивления реостата в цепи ротора.

7. Каковы достоинства и недостатки АД с фазным ротором? Где эти двигатели применяются?

---