| 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
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
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
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 cosφ
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 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
=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 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
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
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 
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
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.
|
