УЧЕБНЫЙ СТЕНД "ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ"

Полезная модель относится к области устройств вспомогательного учебного оборудования, а именно к учебному стенду для исследования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и может быть использована при изучении курса «Электрорадиотехника и электроника» в учебных заведениях различного уровня: в вузах, профессионально-технических училищах, техникумах и колледжах.
Задачей полезной модели является создание учебного стенда «Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором», предназначенного для изучения работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазном и трехфазном режимах, работающего от сети с меньшим напряжением - 127/220 В, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в расширении дидактических возможностей, упрощении конструкции стенда - оптимальное количество элементов, составляющих стенд, установленных на единой платформе, что позволяет исключить загромождение рабочего места, а также исключить неправильное включение учебного стенда; уменьшении массогабаритных характеристик, улучшении эргономических качеств, обеспечении высокой мобильности и скорости развертывания учебной демонстрации и лабораторного исследования на учебном стенде.
Наиболее близким аналогом полезной модели является известный учебный стенд для изучения работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором «Электротехника и основы электроники» производства ООО «Инженерно-производственный центр «Учебная техника» (г.Челябинск), который содержит диэлектрическое основание, трехфазный автоматический выключатель с входными и выходными клеммами, блок катушек индуктивностей с шестью клеммами, двухпозиционный выключатель, блок резисторов, трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Однако, данный аналог, в отличие от предлагаемого стенда, работает от сети 220 В только в трехфазном режиме и имеет большие массогабаритные характеристики, что требует выделения для его установки специального рабочего места.
Указанный технический результат в учебном стенде «Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором» достигается тем, что он содержит диэлектрическое основание, на котором смонтированы трехфазный автоматический выключатель, входные и выходные клеммы трехфазного автоматического выключателя, предназначенные соответственно для подачи трехфазного сетевого напряжения и для снятия коммутируемого трехфазного напряжения для питания учебного стенда, блок из трех катушек индуктивности, соединенных с шестью клеммами, сгруппированных по парам, двухпозиционный переключатель, предназначенный для изменения пусковых режимов работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, соединенный с тремя функционально сгруппированными клеммами для подключения коммутируемых элементов, блок из трех резисторов, представляющих активную нагрузку, трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, входные клеммы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, соединенные с выводами обмоток статора, пусковой и рабочий блоки, которые предназначены для пуска трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режиме однофазного включения в сеть.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг.1 - схема расположения элементов стенда;
фиг.2 - электрическая схема стенда;
где, х1-х37 - клеммы,
L1, L2, L3 - катушки индуктивности,
R1, R2, R3 - резисторы,
SA1 - трехфазный автоматический выключатель,
SA2 - двухпозиционный переключатель,
SA3-SA14 - выключатели,
С1-С11 - конденсаторы,
А, В, С - фазы трехфазной сети,
X, Y, Z - концы обмоток асинхронного трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором,
М - трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
фиг.3 - прямой пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (соединение выводов обмотки статора звездой);
фиг.4 - прямой пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (соединение выводов обмотки статора треугольником);
фиг.5 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при понижении напряжения с помощью резисторов (соединение выводов обмотки статора звездой);
фиг.6 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при понижении напряжения с помощью резисторов (соединение выводов обмотки статора треугольником);
фиг.7 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при понижении напряжения с помощью катушек индуктивностей (соединение выводов обмотки статора звездой);
фиг.8 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при понижении напряжения с помощью катушек индуктивностей (соединение выводов обмотки статора треугольником);
фиг.9 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при переключении обмоток статора с соединения звездой на соединение треугольником;
фиг.10 - включение трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (первый способ);
фиг.11 - включение трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (второй способ);
фиг.12 - включение трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (третий способ);
фиг.13 - включение трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (четвертый способ);
фиг.14 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (первый способ) при понижении напряжения с помощью резисторов;
фиг.15 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (второй способ) при понижении напряжения с помощью резисторов;
фиг.16 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (третий способ) при понижении напряжения с помощью резисторов;
фиг.17 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (четвертый способ) при понижении напряжения с помощью резисторов;
фиг.18 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (первый способ) при понижении напряжения с помощью катушек индуктивностей;
фиг.19 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (второй способ) при понижении напряжения с помощью катушек индуктивностей;
фиг.20 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (третий способ) при понижении напряжения с помощью катушек индуктивностей;
фиг.21 - пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть (четвертый способ) при понижении напряжения с помощью катушек индуктивностей;
фиг.22 - реверсирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режиме трехфазного включения двигателя в сеть (соединение выводов обмотки статора звездой);
фиг.23 - реверсирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режиме однофазного включения двигателя в сеть (соединение выводов обмотки статора треугольником).
Все основные элементы учебного стенда для исследования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором закреплены на диэлектрическом основании 1 с резиновыми ножками 2. На диэлектрическом основании 1 смонтированы трехфазный автоматический выключатель 3, панель 4 с входными клеммами 5, панель 6 с выходными клеммами 7, блок из трех катушек индуктивностей 8 (соответственно L1, L2, L3) с входными клеммами 9, панель 10 с двухпозиционным переключателем 11 и входными клеммами 12, панель 13 с блоком из трех резисторов 14 (соответственно R1, R2, R3) и входными клеммами 15, трехфазный асинхронный двигатель 16 с короткозамкнутым ротором и защитными кожухами 17, панель 18 с входными клеммами 19, блок 20 с входными клеммами 21 и выключателями 22, блок 23 с выключателями сходными клеммами 24 и выключателями 25.
Трехфазный автоматический выключатель 3 служит для подачи напряжения питания к учебному стенду. Входные и выходные клеммы 5, 7 на панелях 4, 6 обозначены символами А (две клеммы красного цвета), В (две клеммы белого цвета), С (две клеммы черного цвета). Цветовая окраска элементов выбрана с учетом психофизиологических факторов.
Панель 4 с входными клеммами 5 предназначена для подачи трехфазного сетевого напряжения 127/220 В, а панель 6 с выходными клеммами 7 - для снятия коммутируемого трехфазного напряжения для питания учебного стенда.
В целях доступности выводы катушек индуктивностей 8 соединены с шестью клеммами 9. Клеммы 9 сгруппированы по парам для катушек индуктивности 8 соответственно и предназначены для соединения с соответствующей фазой (А, В, С) трехфазной сети.
Двухпозиционный переключатель 11 предназначен для изменения пусковых режимов работы трехфазного асинхронного двигателя 16. Выводы двухпозиционного переключателя 11 соединены с тремя функционально сгруппированными клеммами 12, установленные на диэлектрической панели 10. Клеммы 12 служат для подключения коммутируемых элементов 8, 14 в конкретно выбранной схеме исследования режимов работы трехфазного асинхронного двигателя 16 с короткозамкнутым ротором (с последовательно включенными резистивными или с индуктивными нагрузочными элементами в цепи каждой фазы).
Три резистора 14 (R1, R2, R3) являются элементами активной нагрузки трехфазного асинхронного двигателя 16. Выводы резисторов 14 соединены с клеммами 15 красного цвета, которые установлены на диэлектрической панели 13. Клеммы 15 служат для подключения резисторов 14 в цепь запуска трехфазного асинхронного двигателя 16 с короткозамкнутым ротором.
В целях электробезопасности и обеспечения наглядности начала и концы обмоток трехфазного асинхронного двигателя 16 с короткозамкнутым ротором выведены из под диэлектрического основания 1 учебного стенда на диэлектрическую панель 18 и соединены с клеммами 19.
Панель 18 трехфазного асинхронного двигателя 16 с короткозамкнутым ротором имеет шесть приборных клемм 19, обозначенных символами X, Y, Z, А, В, С.
В целях безопасности выступающие части вращающегося вала трехфазного асинхронного двигателя 16 закрыты цилиндрическими пластиковыми кожухами 17. Каждый кожух 17 с торца имеет съемную крышку.
Все элементы и устройства расположены на стенде свободно, доступно, разбиты по группам и логически связаны между собой. Приборные клеммы расположены таким образом, что обеспечивается быстрый и безопасный доступ.
Блок 20 состоит из рабочих конденсаторов, которые соединены через выключатели 22 с входными клеммами 21. Он служит для имитации третьей фазы в режиме однофазного включения трехфазного асинхронного двигателя 16 с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть.
Блок 23 состоит из пусковых конденсаторов, которые соединены через выключатели 25 с входными клеммами 24. Он служит для запуска трехфазного асинхронного двигателя 16 с короткозамкнутым ротором в режиме однофазного включения в сеть и последующего отключения после разгона ротора двигателя.
Порядок работы со стендом следующий
Для выполнения соединения электрической цепи используются соединительные провода двух типов: со штыревыми наконечниками и плоскими зажимными. Для подачи питания на стенд служит трехфазный автоматический выключатель 3. Для этого к входным клеммам 5 панели 4 подается трехфазное напряжение. С выходных клемм 7 панели 6 коммутируемое трехфазное напряжение подается на исследуемую цепь. При этом возможно последовательное соединение резисторов 14 или катушек индуктивностей 8. Они используются для снижения пусковых токов в статоре трехфазного асинхронного двигателя 16. Кроме этого с помощью двухпозиционного переключателя 11 имеется возможность быстрой смены соединения обмоток статора трехфазного асинхронного двигателя 16 с короткозамкнутым ротором со звезды на треугольник. Чтобы включить трехфазный асинхронный двигатель 16 с короткозамкнутым ротором в однофазную сеть применяются блоки 20 и 23, которые служат для имитации третьей недостающей фазы и запуска двигателя.
Предлагаемое устройство для исследования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором позволяет изучить:
1. Непосредственный пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
2. Работу трехфазного асинхронного двигателя в однофазном и трехфазном режимах.
Электрическая схема учебной лабораторной работы №1 приведена на фиг.3 (соединение выводов обмотки статора звездой), фиг.4 (соединение выводов обмотки статора треугольником). С помощью амперметра можно измерить максимальный пусковой ток при соединении обмоток трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором звездой и треугольником.
2. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при понижении напряжения с помощью резисторов, включенных в цепь обмоток статора.
Электрическая схема учебной лабораторной работы №2 приведена на фиг.5 (соединение выводов обмотки статора звездой), фиг.6 (соединение выводов обмотки статора треугольником).
3. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при понижении напряжения с помощью катушек индуктивностей, включенных в цепь обмоток статора.
Электрическая схема учебной лабораторной работы №3 приведена на фиг.7 (соединение выводов обмотки статора звездой), фиг.8 (соединение выводов обмотки статора треугольником).
4. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при переключении обмоток статора с соединения звездой на соединение треугольником.
Электрическая схема учебной лабораторной работы №4 приведена на фиг.9.
5. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режиме однофазного включения в сеть. Применяется четыре способа включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть.
Электрическая схема учебной лабораторной работы №5 приведена на фиг.10 (первый способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.11 (второй способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.12 (третий способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.13 (четвертый способ включения двигателя в однофазную сеть).
6. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режиме однофазного включения в сеть при понижении напряжения с помощью резисторов, включенных в цепь обмоток статора.
Электрическая схема учебной лабораторной работы №6 приведена на фиг.14 (первый способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.15 (второй способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.16 (третий способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.17 (четвертый способ включения двигателя в однофазную сеть).
7. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режиме однофазного включения в сеть при понижении напряжения с помощью катушек индуктивностей, включенных в цепь обмоток статора.
Электрическая схема учебной лабораторной работы №7 приведена на фиг.18 (первый способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.19 (второй способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.20 (третий способ включения двигателя в однофазную сеть), фиг.21 (четвертый способ включения двигателя в однофазную сеть).
8. Реверсирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Электрическая схема учебной лабораторной работы №8 приведена на фиг.22 (трехфазный режим включения асинхронного двигателя в сеть при соединении выводов обмоток статора звездой), фиг.23 (однофазный режим включения асинхронного двигателя в сеть при соединении выводов обмоток статора треугольником).
Предлагаемый учебный стенд реализован на кафедре общетехнических дисциплин и используется в учебном процессе на лабораторных занятиях по курсу «Электрорадиотехника и электроника».
Предложенная конструкция учебного стенда для исследования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором выполнена компактной, удобной в эксплуатации.
Учебный стенд можно эффективно использовать для демонстрационного эксперимента на лекционных занятиях, для исследования пусковых характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на лабораторно-практических работах по курсу «Электрорадиотехника и электроника», а также в исследовательских работах студентов, в том числе при выполнении выпускных квалификационных работ.
Учебный стенд прост в изготовлении, надежен в работе, не требует больших затрат при изготовлении его в производстве.