Методические указания к лабораторным работам по асинхронным машинам для студентов специальности 140604 Липецк 2009

Федеральное агентство по образованию





Липецкий государственный технический университет





Кафедра электропривода 

И.Б. Битюцкий



МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ



к лабораторным работам по асинхронным машинам

для студентов специальности 140604























Липецк – 2009

621.313(07)

Б 66

Методические указания утверждены на заседании кафедры электропривода

«____» __________2009г. , протокол №









Рецензет – А.А. Красичков

































УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Перед началом работы все выключатели питания должны быть в положении «отключено».

- При сборке схемы избегать натяжения проводов. Обратить особое внимание на качество соединений проводов; там, где это возможно, ставить наконечники проводов под зажим.

- После сборки схемы убрать с рабочего места лишние провода, приборы, книги и пр., а также освободить проход к рабочему месту.

- Не включать схему без проверки ее руководителем занятий или лаборантом.

- Перед включением схемы убедиться, чтобы никто не касался токоведущих элементов схемы или подвижных частей машины.

Без предупреждения схему не включать.

- Не стоять против незакрытых вращающихся соединительных муфт и дисков.

- При возникновении каких-либо неисправностей немедленно отключить питание схемы и сообщить об этом руководителю занятий.

- Не производить пересоединений в схеме, находящейся под напряжением.

- Запрещается оставлять без присмотра включенные схемы.

- По окончании работы в первую очередь отключить питание, а затем разобрать схему.





УКАЗАНИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ОТЧЕТА ПО
ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Отчет выполняется по образцу, вывешенному в лаборатории, и должен содержать:

Паспортные данные

Схему установки

Таблицы с опытными и расчетными данными

Основные расчетные формулы

Графики

Выводы

Лабораторная работа №8

«ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ С ПОМОЩЬЮ КРУГОВОЙ ДИАГРАММЫ»



ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Круговая диаграмма позволяет построить рабочие и механические характеристики асинхронного двигателя на основе опытов холостого хода и короткого замыкания

В этой лабораторной установке объектом исследования является трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором. В цепь фазного ротора с целью регулирования скорости вращения, тока, момента и коэффициента мощности можно вводить различные элементы – как пассивные так и активные. В этом заключаются его существенные преимущества перед короткозамкнутым ротором.

Электрическая схема лабораторной установки показана на рис. 1. В качестве нагрузки на валу исследуемого двигателя установлен электромагнитный тормоз ЭТ. Источником регулирования трехфазного напряжения служит трансформатор РН. Переключатель П позволяет измерять трехфазную мощность с помощью однофазного ваттметра как модуль алгебраической суммы показаний Р\ и Р\\ в положениях 1 и 2.

Цель работы – сопоставление характеристик, рассчитанных по круговой диаграмме, с опытными.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Записать паспортные данные двигателя.

Снять механические характеристики двигателя n=f(M1) при U1=U1н=const, f1=f1н=const:

a) с ротором, замкнутым накоротко;

б) с добавочным трехфазным активным сопротивлением rд, введенным в цепь ротора

Провести опыт холостого хода.

Провести опыт короткого замыкания.

Снять рабочие характеристики двигателя М2, I1, η, cosφ, n=f(P2) при U1=U1н=const, f1=f1н=const.

ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ

Перед началом каждого опыта рукоятку конроллера пускового реостата ПР необходимо ставить в исходное положение, а потенциометр ПТ – установить на”0”.

Габариты и параметры двигателя, использованного в установке, позволяют снимать его механические характеристики с помощью электромагнитного тормоза при номинальном напряжении.

Для снятия естественной механической характеристики (п.2,а программы работы) необходимо установить на выходе РН напряжение U1н  и вывести пусковой реостат; переключатель П поставить в нейтральное положение, а амперметр в фазе В исключить. Запустив таким образом двигатель, постепенно нагружать его, увеличивая ток возбуждения электромагнитного тормоза i. В диапазоне 0≤i≤imax сделать 5-7 замеров момента на валу двигателя М2 и скорости вращения n. Результаты измерений записать в таблицу 1.

Цена деления монометра

rд                                                                                                            См=…Нм/дел           Таблица 1

М2     дел/[Hм]







n   [об/мин]



Реостатная механическая характеристика (п.2б программы работы) снимается в той же последовательности, что и естественная. Особенность лишь в том, что после запуска в цепи ротора должна остаться последняя ступень пускового реостата в качестве rд.

Результаты измерений записать в таблицу 2

rд=…Ом                                                                                                                           Таблица 2

М2     дел/[Hм]







n   [об/мин]





В опыте холостого хода ротор двигателя вращается без нагрузки на валу. Пусковой реостат должен быть выведен. При этом необходимо снять зависимомти мощности  и тока от подведенного напряжения в диапазоне 0,4Uнф≤Uнф≤1,2Uнф, где 

Показания ваттметра Р0\ и Р0\\ при различных положениях переключателя П необходимо записать с учетом знака этих величин. Одновременно с измерениями Р0\ и Р0\\ фиксируют токи соответствующих фаз. Результаты измерений следует записать в таблицу 3.

Таблица 3

























































В опыте короткого замыкания ротор двигателя должен быть заторможен специальным стопором. Пусковой реостат должен быть выведен. Пределы измерений приборов необходимо изменить в соответствии с новым диапазоном измерения тока и напряжения.

Перед началом опыта регулятор напряжения РН следует установить на “0”. В дальнейшем напряжение повышать в таких пределах, чтобы ток короткого замыкания  не превысил 1,5Iнф.  Измерения напряжения  тока Iкф и мощности  необходимо провести в интервале 0,5Iнф≤Ikф≤1,5Iнф

Результаты измерений записать в таблицу 4

Таблица 4























































В этой таблице 

Рабочие характеристики двигателя снимаются при номинальном напряжении U1н и выведенном реостате в цепи ротора.

Перед началом опыта необходимо вынуть стопор, тормозивший ротор в режиме короткого замыкания.

После запуска двигателя, увеличивая i, довести ток статора постепенно разгружать двигатель до холостого хода, измеряя токи фаз, момент, мощность  и скорость вращения n. Напряжение поддерживать постоянным. Результаты измерений записать в         таблицу 5.

Таблица 5









































R 















ОБРАБОТКА ДАННЫХ

Для удобства сравнения механические характеристики, построенные по данным таблиц 1 и 2, следует совместить, как это показано на рис. 2.

По результатам опыта холостого хода(таблица 3) необходимо построить графики  и . Вид этих зависимостей показан на рис. 3. В таблицу 6 следует записать значения I0 и cosφ0, найденные на рис. 3 при номинальном фазном напряжении Uфн.

Таблица 6



По результатам опыта короткого замыкания(таблица 4) необходимо построить графики , , , определить, как показано на рис. 4, значения Рк и cosφк, соответствующие номинальному значению фазного тока , записать их в таблицу 6. Активное сопротивление короткого замыкания в этой таблице вычисляются по формуле:



Приведенное сопротивление фазы ротора составляет ; ток короткого замыкания при номинальном напряжении рассчитывается по формуле:



Где  и  - наибольшие значения напряжения и тока в опыте короткого замыкания; реактивное сопротивление короткого замыкания



Наибольший ток



4. Таблица 6 содержит все данные, необходимые для построения простейшей круговой диаграммы, показанной на рис. 5.

При построении круговой диаграммы вектор номинального фазного напряжения Uнф откладывают вертикально в произвольном масштабе. Диаметр окружности ОН, изображающий максимальный индуктивный ток Iмах , выбирается равный 300-400 мм. В таком случае масштаб токов составляет mi  =Iмах/δ[A/мм]. Точка О получается в результате построения вектора Ik . Дуга ОАК соответствует двигательному режиму работы асинхронной машины.

Дальнейшее построение по диаграмме:

О/В||OH; KL┴OH; KN:NL=r2/:r1, таким образом определяется положение линии ОТ. Теперь круговая диаграмма позволяет для заданного тока I1 вычислить потребляемую мощность Р1=mpAC и полезную мощность Р2=Рмах=mpAF. В последних двух формулах mp=m1Uнфmi[Bm/мм] – масштаб мощности, m1 – число фаз обмотки статора. Кроме того, при известных φ1, Р1 и Р2 можно определить лишь cosφ и η.

Для вычисления скольжения S и скорости вращения ротора n, соответствующих заданному I1, необходимы дополнительные построения.

На рис. 5 показано построение линии скольжения MD. Эта линия проводится параллельно DT до пересечения с OK или с ее продолжением. Точка М находится на перпендикуляре МО к ОН. Вектор  , соответствующий заданному , пересекает MD в точке V. Отношение   равно скольжению S при выданном , пересекает MD в точке V. Соответствующая скорость вращения ротора составляет n=  ( 1 - s ), где  – скорость вращения поля двигателя. Момент на валу двигателя определяется по формуле.

		 

Задаваясь различными значениями  на круговой диаграмме в диапозоне  , следует заполнить таблицу 7

Таблица 7









 



 



 







S 



N 



 





По данным таблицы 7 сплошными линиями необходимо построить графики  ,   = ,  

 , = .

Вид этих зависимостей показан на рис. 6 и  7. На эти же рисунки для сравнения пунктиром нанести соответствующие графики , построенные по данным таблицы 5. На рис. 2 указать точки зависимости n = f ( ), взятые на таблицы 7.







Выводы

	В этом разделе работы необходимо оценить совпадение расчетных и опытных рабочих характеристик двигателя и проанализировать возможные причины расхождения.

Контрольные вопросы

Для допуска к работе знать

А) наизусть схему для испытания асинхронного двигателя с фазным ротором

Б) назначение каждого элемента схемы

В) вид любой из характеристик двигателя и последовательность действий при ее снятии. 

      2. Для отчета по лабораторной работе :

	А) уметь объяснить назначение пускового реостата;

	Б) знать теоретическое обоснование круговой диаграммы;

	В) уметь объяснить вид любой из характеристик, снятых в лабораторной работе.

Литература

Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974

Костенко М.П.  и Пиотровский Л.М.  Электрические машины. М.: Энергия, 1973, ч.2.

Петров Г.Н. Электрические машины, М.: Госэнергоиздат, 1963, ч.2.

Нюрноерг В. Испытание электрических машин . М.: Госенергоиздат, 1959.













Лабораторная работа № 9

« ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ »



Цель работы – изучение методов испытания и характеристик.

				Описание установки

Электрическая схема лабораторной установки  показана на рис. 1. Для нагрузки  исследуемого двигателя 1 использована  относительно сложная система. В которой нагрузочный генератор 2 служит источником питания двигателя 3. Последний приводит во вращение асинхронный генератор 4, который в значительной мере возвращает  энергию в трехфазную сеть. Подробнее системы нагрузки особенно эффективны при испытании машин большой мощности.

	Трехфазный асинхронный двигатель  нормального исполнения имеет нелинейную механическую характеристику ( зависимости скорости вращения n от момента на валу ), показанную на рис.9.2. На этом же рисунке прямыми линиями показаны графики n = f (), соответствующие статической нагрузке при работе генератора 2 на реостат.  В таком случае значительная часть механической характеристики двигателя ( точки a , b, c ) может оказаться неопределенной. Этого недостатка не имеет схема на рис.1, обеспечивающая  статическую нагрузку, которой соответствуют параллельные линии на рис. 3.

             Точнее измерение вращения ротора n , близкой к известной скорости вращения поля , осуществляется с помощью индукционной катушки, установленной на двигателе. Местный потоки рассеяния ротора индуктируют в ней ЭДС, частота которой  связана с известной частотой  соотношением.



            При относительно больших значениях  – n величина n достаточно точно измеряется с помощью тахогенератора.

Программа Работы

Записать паспортные данные двигателя.

 Снять механическую и скоростную характеристики двигателя n = f ( M2 ) и n = f ( I1 ) при  U1  = const в трехфазном режиме. 

Снять механическую и скоростную характеристики двигателя n = f ( M2 ) и n = f ( I1 ) при   U1  = const в однофазном режиме. 

Снять рабочие характеристики двигателя :  n, I1, M2, , =f (P2) при ,  .



Пояснение к работе

Чтобы избежать недопустимого перегрева двигателя при малых скоростях  вращения, его механические характеристики снимают на пониженном напряжении . Степень и способ понижения напряжения указывается преподавателем.

При выполнении п.2 программы работы в исходном положении потенциометры П1 и П2 должны быть установлены из  «0», рубильники Р и Р1 должны быть замкнуты, Р2 – разомкнут и на нем установлена перемычка S ( рис. 1).

Запустив асинхронный двигатели 1 и 4. Необходимо включить генераторы 2 и 3 на параллельную работу. Для этого потенциометром П1 следует установить номинальное значение тока возбуждения , а ток , увеличивать постепенно, измеряя вольтметром со щупа напряжение на рубильнике Р2. Если с ростом тока возбуждения   показания этого вольтметра возрастают, то необходимо остановить двигателя 4, разомкнуть Р1 и на рубильнике Р2 поменять местами провода, идущие от генератора 3. При правильной полярности ЭДС генератора 3 показания вольтметра на рубильнике Р2 должна убывать с ростом . Рубильник Р2 можно замкнуть только тогда, когда вольтметр на нем при замкнутом Р1 и установленной перемычке « S » будет показывать  «0».

Для снятия механической характеристики двигателя 1 необходимо после включения генераторов 2 и 3 на параллельную работу при  постепенно уменьшать   до нуля. При этом машина 3 переходит  в  двигательный режим и агрегат 3-4 становится нагрузкой для агрегата 1-2.

Точность измерения n с помощью тахогенератора в этом опыте вполне достаточна.

Результаты измерения n, I1, U2, I2 следует записать в таблицу . Остальные величины в этой таблице необходимо вычислить.

Таблица 1

Трехфазный режим U1 = . . . = const

N 









































































































































































































Механическая характеристика в однофазном режиме снимается в той же последовательности, что и в трехфазном. Особенность лишь в том, что непосредственно после запуска двигателя 1 необходимо разомкнуть рубильник Р.

Результаты измерения следует записать в таблицу 2







Таблица 2

Однофазный режим 

N 









































































































































































































Рабочие характеристики двигателя  снимаются в трехфазном режиме при номинальном напряжении . Последовательность действий остается той же, что и при выполнении п.2 программы работы. Особенности только в том, что ток статора  не должен превышать , а скорость вращения n следует изменять с помощью индукционной катушки. Стрелка измерения прибора, включенного в цепь этой катушки, отклоняется от нулевого положения с частотой тока ротора . Если за время  подсчитано Х отклонений стрелки в какую-либо одну сторону, то , , где  – частота сети, а      – скорость вращения поля двигателя. Точность измерения n будет достаточной, если с при каждом значении нагрузки.

Мощность , потребляемая двигателем, измеряется трехфазным ваттметром в цепи статора.

Результаты  измерений  следует записать в таблицу 3. Остальные величины в этой таблице необходимо вычислить.



Таблица 3



     

















































































































































































X



















τ  



















n 

















































































Обработка данных

В таблицах 1 и 2 потери холостого хода нагрузочного генератора 2 обозначены . Для заполнения соответствующей графы необходимо по таблице 4 построить вспомогательный график . Эта таблица составлена при тарировании нагрузочного генератора.

Таблица 4

n

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000



11

19

27,5

36

45

54

63

72



91,5

Мощность на валу двигателя 1 определяется по формуле



Где  - сопротивление цепи якоря генератора 2, приведено к температуре ;

 – потери в щеточном  контакте

 - падение напряжения в щеточном контакте.

Момент на валу двигателя



Механическая характеристика двигателя в трехфазном и однофазном режимах для сравнения следует совместить, как это показано на рис.4, и указать напряжение, при котором они сняты. Определение пускового момента трехфазного асинхронного двигателя  требуется большой точности и обычно является предметом специального исследования.

 Скорость характеристики, построенные по данным таблиц 1 и 2 , также следует совместить, как это показано на рис.5. Здесь кривая 1 соответствует трехфазному режиму, а кривая 2 – однофазному.

В таблице 3 величина  может быть принята постоянной, так как в рабочем диапазоне нагрузок скорость вращения асинхронного двигателя изменяется мало. Для заполнения соответствующей графы этой таблицы следует по вспомогательному графику определить  при n=. Остальные величины рассчитываются по следующим формулам:



Рабочие характеристики двигателя следует совместить, как это показано на рис.6.

В первом приближении можно принять, что момент  пропорционален . Таким образом, для построения естественной механической характеристики n = f(при U1=U1н необходимо величины , взятые из таблицы 1. Умножить на ( при тех же значениях n.

Таблица 5

n











































Графики n=f(, построенные по таблице 3 и 5, следует совместить, как это показано на рис.7. Здесь сплошной линией обозначен рабочий участок механической характеристики, соответствует таблице 3.

Выводы

В этом разделе работы следует оценить совпадение графиков на рис.7 и проанализировать возможные причины их расхождения.

Контрольные вопросы

1. Для допуска к работе знать

А) наизусть схему для испытания асинхронного двигателя с фазным ротором

Б) назначение каждого элемента схемы

В) вид любой из характеристик двигателя и последовательность действий при ее снятии. 

      2. Для отчета по лабораторной работе :

	А) уметь объяснить назначение пускового реостата;

	Б) знать теоретическое обоснование круговой диаграммы;

	В) уметь объяснить вид любой из характеристик, снятых в лабораторной работе.

Литература

Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974

Костенко М.П.  и Пиотровский Л.М.  Электрические машины. М.: Энергия, 1973, ч.2.

Петров Г.Н. Электрические машины, М.: Госэнергоиздат, 1963, ч.2.

Нюрноерг В. Испытание электрических машин . М.: Госенергоиздат, 1959.