Методические указания к лабораторным работам по асинхронным машинам для студентов специальности 140604 Липецк 2009
СОДЕРЖАНИЕ: Перед началом работы все выключатели питания должны быть в положении «отключено»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 , , cos, 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 0iimax 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 1,5I
нф.
Измерения напряжения 
тока I
кф
и мощности 
необходимо провести в интервале 0,5Iнф
Ik
ф
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 I
0
и cos
0
, 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 cosк
, 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 /[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; KLOH; KN:NL=r2 / :r1 , таким образом определяется положение линии ОТ. Теперь круговая диаграмма позволяет для заданного тока I1 вычислить потребляемую мощность Р1 =mp AC и полезную мощность Р2 =Рмах =mp AF. В последних двух формулах mp =m1 Uнф mi [Bm/мм] – масштаб мощности, m1 – число фаз обмотки статора. Кроме того, при известных 1 , Р1 и Р2 можно определить лишь cos и .
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 |
|||||||||
| |
|||||||||
| 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.