Лабораторная работа № 13
«Исследование трехфазного асинхронного постоянного электродвигателя с короткозамкнутым ротором»
Цель работы: Произвести исследование электрических и механическихсвойств трехфазного двигателя и научиться снимать его рабочие характеристики.
Материальное обеспечение:
1.Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
2.Ленточный тормоз с динамометрами.
3.Амперметр переменного тока 1 А.
4.Вольтметр переменного тока 450В.
5. Ваттметр однофазный 1А, 220В
6. Магнитный пускатель с кнопками управления.
7.Тахометр центробежный
Содержание работы:
Трехфазным асинхронным двигателем называется двигатель, у которого частота вращения ротора меньше частоты вращения поля статора. Двигатель имеет технические данные:
Тип АОЛ-11/4, Uн=380В, Iн=0,45А, Рн=120Вт, пн=1400об/мин, cosн=0,72
Обмотки статора двигателя соединены в звезду с доступной нейтральной точкой. При этом потребляемая двигателем из сети активная мощность Р1определяется по формуле Р1=3Рф, где Рф– мощность одной фазы обмотки статора, определяемая с помощью ваттметра,U1и I1– линейный значения напряжения и тока, определяются по показаниям ваттметра и амперметра.
Из формулы Р1= 
U1I1cos имеем: cos =Р1/U1I1
Частота вращения ротора п2определяется с помощью тахометра в об/мин. Скольжение ротора двигателя S=(n1-n2)/n1Вращающий момент на валу двигателя определяется по формуле: М=Fl, где F – сила , приложенная к валуротора, определяется по разности показаний динамометров, l – плечо этой силы, l =d/2= 3 см , d- диаметр шкива.
Полезная мощность на валу двигателя Р2определяется из уравнения М=9,565 Р2/п2
Кпд двигателя определяется по формуле: =Р2/Р1
Рабочие xapaктеристики асинхронного трехфазного короткозамкнутого двигателя имеют вид:
Порядок выполнения работы.
Таблица 1
2.Включить двигатель с помощью пусковой кнопки и измерить величину тока I1, напряжение U1, активную мощность Рф,скорость вращения п2без нагрузки на валу.
З. Натягивая ленту тормоза за головку динамометра, увеличивать механическую нагрузку на валу и проделать 5 опытов, увеличивая силу натяжения ленты F от 0 до 10Н через 2 Н и измеряя при этом I1U1Рф,п2
4.Вычислить для каждого опыта мощности Р1и Р2, вращающий момент М, кпд, cos , скольжение ротора S .
5.Получённые данные занести в таблицу 2:
Таблица 2
№изм.
Измеряются
Вычисляются
U1,
В
I1
А
Рф,
Вт
F
Н
n2
об/мин
P1
M
Нм
P2
Вт
cos ,
S
1
2
3
4
5
6. Выбрать соответствующий масштаб и построить на одном координатном поле по полученным данным рабочие характеристики двигателя:
infourok.ru
1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Кафедра электрических машин В. Ф.Григорьев А. А.Мангилева А. В.Бунзя ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Екатеринбург 2007
2 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Кафедра электрических машин Григорьев В. Ф. Мангилева А. А. Бунзя А. В. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ РУКОВОДСТВО к лабораторным работам по курсу Электрические машины и электропривод Для студентов всех форм обучения специальностей 000 сервис на транспорте, 9040 электроснабжение железных дорог, электрический транспорт железных дорог, автоматика, телемеханика и связь на ж.д. транспорте, вагоны Екатеринбург
3 Г83 Руководство к лабораторным работам предназначено для студентов электромеханического, механического и электротехнического факультетов, изучающих курс «Электрические машины и электропривод». Руководство содержит рекомендации по методике выполнения и обработке результатов экспериментальных исследований в лабораторной работе «Исследование рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя». Рекомендации и конкретные задания по проведению экспериментальных исследований составлены с учетом требований электробезопасности. В руководстве приводятся некоторые теоретические сведения для подготовки, выполнения лабораторных работ и оформления отчетов. Рекомендовано к изданию на заседании кафедры, протокол 8 от г. Авторы: В.Ф. Григорьев, доцент кафедры «Электрические машины», канд. техн. наук, (УрГУПС), А.А.Мангилева, доцент кафедры «Электрические машины», канд. техн. наук, (УрГУПС), А.В. Бунзя, стар. препод.кафедры «Электрические машины», (УрГУПС). Рецензент: А.П. Сухогузов, доцент кафедры ТОЭ, канд.техн.наук., (УрГУПС). Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС),
4 ОГЛАВЛЕНИЕ. Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ 4 2. Организация работы в учебной лаборатории Подготовка к лабораторному занятию 5 4. Проведение эксперимента 6 5. Обработка результатов и оформление отчета Исследование рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя Цель работы Объект и средства исследования Рабочее задание Порядок выполнения лабораторной работы Обработка результатов эксперимента Построение рабочих характеристик по экспериментальным данным Построение упрощенной круговой диаграммы Методика определения основных величин для построения рабочих характеристик двигателя по круговой диаграмме Контрольные вопросы Библиографический список
5 . ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Лабораторные установки с электрическими машинами при определенных условиях являются источниками поражения человека электрическим током. При соприкосновении с двумя неизолированными элементами установки, включая заземленный пульт управления и корпуса оборудования, человек, попадает под напряжение и становится звеном электрической цепи. Возникающий в этом случае в теле человека электрический ток может вызвать ожог кожи или нанести тяжелые поражения дыхательной, сердечной и нервной системам организма, т. е. так называемый электрический удар. Установлено, что переменный и постоянный электрические токи при значении 0,05 А являются опасными, а при значении 0, А смертельными. Опасность поражения возрастает с увеличением напряжения. Следует иметь в виду, что напряжение в несколько десятков вольт (40-60 В) при неблагоприятных стеченьях обстоятельств может создать условия для электрического удара. При работе с электротехническими установками всегда следует помнить о возможности поражения электрическим током и соблюдать меры предосторожности. С целью исключения несчастных случаев студенты должны неукоснительно выполнять следующие правила.. Перед началом работы следует убедиться в отсутствии напряжения на клеммах источников питания стенда. Контрольные лампы на пульте управления и стенде не должны гореть. 2. Убедитесь в исправности изоляции соединительных проводов, и не пользуйтесь проводами без наконечников или штырей. 3. На столе пульта управления не должны находиться посторонние предметы (книги, сумки, лишние приборы, провода и т. п.). 4. При сборке электрических цепей избегайте пересечения проводов и обеспечьте высокую плотность контактов всех разъемных соединений. Неиспользованные провода уберите со стола лабораторного стенда в отведенные для них место. 5. Включать автоматы сетей и проводить первое опробование схемы можно только с разрешения преподавателя. 6. Прежде чем разбирать схему или производить любые пересоединения в ней, убедитесь, что контакты автоматов сети разомкнуты (контрольные лампы на пульте не должны гореть), а роторы электрических машин находятся в неподвижном состоянии. Включение схем в сеть после каких либо переключений можно производить только с разрешения преподавателя. 7. Нельзя прикасаться к неизолированным элементам соединительных и коммутационных устройств, находящихся под напряжением. 8. Обнаружив любую неисправность в электротехническом устройстве, находящемся под напряжением, немедленно отключите автомат сети, нажав 5
6 красную кнопку отключения источника питания на наклонной панели пульта управления, и сообщите об этом руководителю лабораторного занятия. 9. Работы с индукционным регулятором разрешаются только при условии изменения пространственного положения ротора с помощью изолированного штурвала. 0. Изучение правил техники безопасности, получение устного инструктажа от преподавателя и обязательство студента соблюдать эти правила оформляются росписью каждого студента в журнале лабораторных занятий. 2. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ В УЧЕБНОЙ ЛАБОРАТОРИИ К работе в лаборатории электрических машин допускаются студенты, ознакомившиеся с устройством лабораторного стенда, правилами организации и техники безопасности и теоретически подготовившиеся к работе. Лабораторные работы выполняются бригадой в 2-3 человека. Коллоквиум (опрос) по предстоящей и защита по выполненной лабораторной работе проводятся индивидуально в установленное преподавателем время, в форме устного опроса либо с использованием технических средств. Студенты, не представившие и не защитившие отчет по предыдущей работе, к очередной работе не допускаются. Порядок выполнения лабораторных работ определяется методическими указаниями. В ходе выполнения лабораторной работы преподаватель может дать индивидуальное задание на бригаду или каждому студенту отдельно. Все измерения и наблюдения в процессе выполнения работы записываются в рабочий протокол испытаний, который проверяется и подписывается преподавателем в конце занятия. После окончания работы и подписания преподавателем протокола испытаний следует полностью отключить лабораторный стенд от напряжения сети с помощью выключателей и разобрать схему. Отчет по выполненной работе составляется каждым студентом во внеурочное время и представляется вместе с протоколом бригады преподавателю перед началом занятия. При нарушении студентом правил работы и техники безопасности бригада отстраняется от работы и удаляется из лаборатории, возобновить работы в лаборатории они могут только с разрешения заведующего кафедрой или декана факультета. При нанесении ущерба оборудованию лаборатории виновные студенты (или бригада) несут материальную ответственность. 3. ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОМУ ЗАНЯТИЮ Экспериментальные задачи, исследуемые на лабораторных занятиях, в отведенное время могут быть успешно решены только при условии тщательной предварительной подготовки к каждой из них. 6
7 Во внеурочное время студенту самостоятельно следует твердо уяснить цель задания и четко представлять назначение устройства и его обозначение на схемах, а также конструкцию, принцип действия асинхронного двигателя. Такие сведения были сообщены на лекциях. В полном объеме они содержатся в учебной литературе и частично в данном пособии. Одновременно с составлением схемы соединения исследуемого объекта и средств измерений рекомендуется заготовить таблицы, в которые записываются показания приборов. Составленные во внеурочное время схемы предъявляют руководителю перед началом занятий. Затем, ознакомившись с техническими характеристиками испытуемого стенда, на схемах около символов приборов следует указать пределы измерения электрических величин и получить разрешение на выполнение лабораторного задания. 4. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА После получения разрешения преподавателя на проведение лабораторного исследования необходимо сразу приступить к сборке электрических цепей изучаемого объекта. Для облегчения процесса безошибочной сборки схемы целесообразно сначала соединять участки с последовательным соединением испытуемого устройства и приборов (амперметров, токовых цепей ваттметров), а затем параллельных ветвей как исследуемого объекта, так и приборов. Для правильного выбора контрольно-измерительных приборов и реостатов необходимо установить, какие величины во время опыта будут изменяться существенно. Для измерения величин, изменяющихся в широких пределах, подбирают приборы по максимальному значению измеряемой величины. Особое внимание следует уделить строгому соответствию выбранных приборов измеряемому роду тока и напряжения. Для измерения в трехфазных цепях переменного тока используют переносной комбинированный измерительный комплект К-50 или К-505. В этом комплекте совмещены три многопредельных прибора: амперметр, вольтметр, ваттметр. Комплект имеет переключатель фаз и диапазонов измерения, обеспечивающих подключение всех приборов к любой из фаз без разрыва цепи. Показания приборов комплекта соответствуют фазным величинам, если исследуемая трехфазная цепь (обмотка) соединена в «звезду». Для схемы соединения «треугольник» фазные величины получают делением показания амперметра на,73 и умножением показания вольтметра на,73, так как амперметр комплекта всегда регистрирует линейный ток, а вольтметр напряжение на фазе «искусственной звезды». Если в схеме используется комплект К-50 или К-505, то перед включением автомата сети следует отключить комплект переводом переключателя фаз в нулевое положение. Пределы измерения всех приборов комплекта необходимо установить на максимальное значение. 7
8 Собранную схему обязательно показать преподавателю для проверки, и только после его разрешения произвести предварительное опробование цепи включением автомата сети. Если же стрелка какого-либо прибора выходит за пределы всей шкалы, надо немедленно отключить цепь от источника питания, выяснить причину и в случае необходимости заменить прибор. При снятии характеристик не рекомендуется превышать номинальные значения токов и напряжений испытываемого объекта. После предварительного опробования стенда следует наметить последовательность отдельных операций и отсчетов, после чего приступить к наблюдениям. Перед регистрацией отдельных точек любой характеристики целесообразно предварительно без записи быстро провести опыт и определить границы и интервалы между отдельными замерами. Рекомендуется производить замеры для 6-8 точек исследуемой характеристики. Отсчеты необходимо производить по возможности по всем приборам одновременно. При возникновении сомнения в правильности полученных наблюдений, необходимо повторить их несколько раз. Результаты всех наблюдений записывают в таблицу протокола испытаний. Отсчеты следует записывать в соответствии с показаниями измерительных приборов, без пересчетов в уме, с указанием использованного предела, показания прибора и цены деления на измеряемом пределе (для многопредельных приборов). От точной и своевременной фиксации наблюдений в протоколе испытаний в значительной степени зависит успех экспериментальной работы. К следующему этапу работы разрешается приступать, или работу завершать только после проверки и визирования протокола преподавателем. 5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА Каждый студент должен обработать данные исследования и подготовить отчет по проделанной работе индивидуально. На титульном листе отчета следует указать название министерства, университета, кафедры, наименование работы, фамилию и инициалы студента, выполнившего работу, номер академической группы и дату выполнения работы. Отчет должен содержать цель работы, рабочее задание, паспортные данные объекта исследования, схемы соединения элементов объекта исследования с включенными измерительными приборами, таблицы экспериментальных и расчетных данных, графики зависимостей и пояснительные рисунки, расчетные формулы, критическую оценку результатов. Название, цель работы и рабочее задание в отчете должны быть четко сформулированы в соответствии с требованиями методических указаний. Паспортные данные всего оборудования и перечень приборов должны быть внесены перед началом опыта в протокол испытаний. Схемы соединений необходимо вычерчивать с использованием графического инструмента, соблюдая условные графические обозначения в схемах. На 8
9 схемах следует указать маркировку выходных концов и буквенные обозначения элементов схемы, каждая схема должна сопровождаться соответствующей таблицей записей измерений и графиком, иллюстрирующим изучаемые зависимости. В таблицах обязательно следует указать, в каких единицах измерены исследуемые величины. Таблицы необходимо снабдить заголовками, характеризующими проведенный опыт. Обработку результатов испытаний (перевод показаний приборов в физические единицы, расчет полной мощности, коэффициента мощности и т. д.) следует выполнить в лаборатории, а данные расчетов записать в таблицы протокола испытаний. Графики зависимостей между величинами являются наглядным результатом работы и графическим ответом на вопросы, поставленные экспериментатором. Графики следует вычерчивать карандашом с использованием лекала по координатным сеткам, размером не менее мм, желательно на миллиметровой бумаге; по осям приводят стандартные условные буквенные обозначения величин и единицы их измерения, деления указывать с одинаковыми интервалами. Вдоль оси абсцисс в выбранном масштабе откладывают независимую переменную; числовые отметки и условное буквенное обозначение этой величины рекомендуется ставить под осью, а наименование единиц измерения указывают после обозначения величины, например: I, А или Р 2, Вт. Вдоль оси ординат масштабные цифры ставят слева от оси, наименование или условное обозначение откладываемых величин также слева от оси и под этим обозначением указывают единицу измерения. Если в одних координатных осях несколько графиков функций одной независимой переменной, то приводят дополнительные шкалы параллельно основным, каждую со своим масштабом. Если величины по осям абсцисс и ординат отложены в определенном масштабе с числовыми отметками, то не следует ставить стрелок, указывающих направление роста численных значений величин. При вычерчивании графиков надо указать, что всякое измерение имеет случайные погрешности. Поэтому не следует проводить кривые через все экспериментальные точки. На графике следует проводить плавные непрерывные кривые, которые проходят среди экспериментальных точек. При наличии нескольких кривых на одном графике точки, соответствующие опытным данным и относящиеся к различным кривым, отмечают различными условными значками (крестиками, кружками, квадратиками и т. п.). Расчеты выполняются в том случае, если они предусмотрены рабочим заданием. В начале приводят формулу, затем проставляют численные значения всех величин, входящих в формулу, и результат с обязательным указанием размерности. В завершении отчета следует дать критическую оценку результатов исследования. Протокол испытаний, заполненный во время занятий, подклеивают (подшивают) в конце отчета старшего по бригаде. Отчет в целом должен быть составлен таким образом, чтобы для понимания содержания и результатов проведенной работы не требовалось дополнительных устных пояснений. 9
10 Отчет и протокол в целом рекомендуется выполнить на стандартных листах бумаги размером мм с заполнением текста с двух сторон. Все листы следует сшить и пронумеровать. 0
11 6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ» Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называют графические зависимости частоты вращения n 2 (или скольжения s), момента на валу двигателя M 2, тока статора I, потребляемой мощности P, коэффициента полезного действия η, и cos ϕ от полезной мощности P 2 при U = const и f =const. Рабочие характеристики могут быть определены путем экспериментального исследования машины под нагрузкой, расчетным путем или по круговой диаграмме. Однако испытание под нагрузкой в ряде случаев трудно осуществимо или даже невозможно, например, в условиях изготовления машин большой мощности на электромашиностроительных заводах. Расчет характеристик также достаточно трудоемок. В подобных случаях рабочие характеристики двигателя могут быть определены при помощи круговой диаграммы, построенной на основании данных сравнительно легко осуществимых опытов холостого хода и короткого замыкания. 6.. Цель работы Изучить методику построения круговой диаграммы трехфазного асинхронного двигателя по данным опытов холостого хода и короткого замыкания /-4/; определить по круговой диаграмме рабочие характеристики двигателя и сравнить их с экспериментальными характеристиками, снятыми при работе двигателя под нагрузкой. Оценить перегрузочную способность двигателя Объект и средства исследования Для испытаний используется трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В опыте короткого замыкания ротор затормаживается с помощью ручного тормоза, источник питания индукционный регулятор, обеспечивающий широкий диапазон регулирования напряжения на зажимах обмотки статора. Источник питания в опыте холостого хода и в режимах нагрузки двигателя сеть 380 В. Нагрузка на валу двигателя создается с помощью генератора постоянного тока с независимым возбуждением. Номинальные данные асинхронного двигателя и генератора постоянного тока приведены на панели стенда. Для измерения тока, напряжения и активной мощности двигателя в цепь обмотки статора включается комплект приборов К-50 или К-505. Частота вращения ротора двигателя измеряется стробоскопическим методом.
12 6.3. Рабочее задание При подготовке к лабораторной работе необходимо: изучить принцип действия и конструкцию трехфазного асинхронного двигателя; изучить методику построения круговой диаграммы трехфазного асинхронного двигателя по опытным данным; изучить методику определения рабочих характеристик по круговой диаграмме. При выполнении лабораторной работы необходимо: выполнить опыт короткого замыкания при пониженном напряжении обмотки статора и при заторможенном роторе. Измерить напряжение на фазах обмотки статора, определить коэффициент мощности при номинальном токе в фазах обмотки статора и заторможенном роторе. Рассчитать ток короткого замыкания при номинальном напряжении. Рассчитать кратность пускового тока; осуществить режим холостого хода при номинальном напряжении на фазах обмотки статора. Измерить ток холостого хода и частоту вращения ротора, а также определить коэффициент мощности двигателя в условиях свободного вращения ротора без нагрузки. Определить, какую долю номинального тока составляет ток холостого хода; осуществить режим нагрузки при номинальном напряжении на фазах обмотки статора. Измерить напряжение, ток и мощность в фазах обмотки статора, определить коэффициент мощности и КПД, частоту вращения ротора при различных нагрузках на валу двигателя. При оформлении отчета следует: построить круговую диаграмму по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Определить по круговой диаграмме параметры двигателя для построения рабочих характеристик. построить рабочие характеристики по опытным данным и сравнить их с характеристиками, полученными по круговой диаграмме Порядок выполнения лабораторной работы Перед началом лабораторной работы выписать со стенда паспортные данные исследуемого асинхронного двигателя и нагрузочного генератора. В соответствии с номинальными (паспортными) данными подобрать измерительные приборы. В начале лабораторной работы выполняется опыт короткого замыкания. Перед выполнением этого опыта необходимо собрать электрическую схему индукционного регулятора. Подключить его к сети и, изменяя пространственное положение ротора, установить на выходе индукционного регулятора минимальное напряжение. Далее подключить обмотку статора на выход индукционного регулятора (рис.,а). При выполнении опыта короткого замыкания напряжение 2
13 на выходе индукционного регулятора, подаваемое на обмотку статора, повышают до такой величины, чтобы при заторможенном роторе асинхронного двигателя ток статора был равен номинальному значению. В опыте короткого замыкания измеряются: U K ; I K = I H ; P K = P AK + P BK + P CK. Для проведения опыта холостого хода и испытаний двигателя в режиме нагрузки необходимо собрать схему (рис.,б). В этих опытах на обмотку статора напряжение подается непосредственно от сети. В опыте холостого хода нет нагрузки на валу двигателя. В этом случае ток возбуждения и ток якоря генератора постоянного тока должны быть равны нулю. На обмотку статора двигателя подается напряжение, измеряется ток в фазах I A0, I B0, I C0, мощность в фазах P A0, P B0, P C0, а затем вычисляются: I 0 = I A0 + I B0 3 + I C 0, P = P + P + P. 0 A0 B0 C0 При испытании асинхронного двигателя в режиме нагрузки на обмотку статора от сети подается напряжение, далее момент сопротивления (нагрузка) на валу двигателя изменяется путем изменения тока в цепи якоря и цепи возбуждения нагрузочного генератора в таком диапазоне, чтобы ток в статоре двигателя не превышал,2 I Н. Результаты измерения заносятся в табл.. Опытные данные Таблица U H I A I B I C P A P B P C Δn U Г I аг п/п В А А А Вт Вт Вт об/мин В А
14 a) 220 В A B C б) 380 В A B C ИР гене- К-50 A W V на- = 220 В гене- К-50 A W V на- статор к.з.р. АД ОВш Rp А ГПТ статор АД Я V А к.з.р. Rнагр Рис.. Схемы испытания асинхронного двигателя в режимах: а) короткого замыкания; б) холостого хода и при нагрузке
15 6.5. Обработка результатов эксперимента Построение рабочих характеристик по экспериментальным данным Для построения рабочих характеристик по экспериментальным данным необходимо рассчитать параметры двигателя, используя данные табл. и расчетные формулы, приведенные ниже: I I A + I B + IC =, 3 P = P + P + P A B C, P Г =U Г I аг, P Г η =, Р 2 =Р η, P P M 2 = 9, 55 n 2 2, cos P ϕ =, 3U H I n 60 f =, p s = Δn 00%, n n 2 =n Δn, где Δ n - скорость вращения звезды на торце вала. Полученные результаты расчетов занести в табл. 2. Расчетные величины Таблица 2 I P P г η P 2 n 2 M 2 s сos ϕ п/п А Вт Вт д/ед Вт об/мин нтм д/ед д/ед Построение упрощенной круговой диаграммы По результатам исследований двигателя в режиме холостого хода и короткого замыкания необходимо построить круговую диаграмму и, используя круговую диаграмму, определить рабочие характеристики асинхронного двигателя. 0
16 Для построения круговой диаграммы по данным холостого хода и короткого замыкания следует определить значения углов ϕ 0 и ϕ к : P 0 ϕ 0 = arccos, 3U H I 0 P K ϕ k = arccos. 3U K IH Круговая диаграмма строится при номинальном напряжении. Поэтому необходимо найти установившийся ток короткого замыкания, соответствующий номинальному напряжению: I КД U H = I. H UK По найденному значению тока I кд следует выбрать масштаб тока m i (А/мм) таким, чтобы диаметр круговой диаграммы был ориентировочно равен 200 мм: m i = I кд / 200 А/мм. По вертикальной линии откладывают вектор приложенного напряжения U, от точки О откладывают в выбранном масштабе m i векторы токов I & 0 и I & КД и устанавливают положение точек А и К (рис. 2). Соединяют точки А и К прямой АК и восстанавливают из ее середины перпендикуляр Н О до пересечения с линией АД, находят О центр окружности токов. Радиусом равным АО проводят окружность. Итак, построена упрощенная круговая диаграмма асинхронного двигателя. Характерные линии на круговой диаграмме: АК линия полезной мощности Р 2 на валу двигателя; Ох (ось абсцисс) линия подводимой мощности Р ; АТ линия электромагнитной мощности Р ЭМ. При построении линии электромагнитной мощности АТ потери в обмотке статора и ротора следует принять равными, т.е. принять равными отрезки КК 2 = К 2 К.
17 Рис. 2. Построение упрощенной круговой диаграммы
18 Методика определения основных величин для построения рабочих характеристик двигателя по круговой диаграмме Методика определения основных величин приведена ниже на примере одной точки (точка В на рис. 3, 4). Определение токов статора и ротора Величина тока статора I определяется расстоянием от данной точки В до точки О (рис. 3): I В = ОВ m i. Величина приведенного тока ротора данной точки В до точки А: // I // 2 I = АВ m i. 2 B определяется расстоянием от Определение мощностей, потерь и моментов Для определения мощностей по круговой диаграмме рассчитывают масштаб мощности, вт/мм: m p =3U ф m i, а для определения моментов масштаб моментов, Нм/мм: m м = m p /ω = m p p/2π f, где p число пар полюсов двигателя; U фн номинальное фазное напряжение; f частота сети. Затем из точки В на круговой диаграмме опускается перпендикуляр на линию потребляемой мощности Ох и определяются:. Мощность, подводимая к двигателю из сети: Р = ВС m p ; 2. Электромагнитная мощность: Р эм = ВF m p ; 3. Полезная мощность на валу двигателя: Р 2 = ВН m p ; 0
19 4. Мощность (потери) холостого хода: ΔР 0 = EC m p ; 5. Электрические потери в обмотке ротора: ΔР э2 = ΔР эм Р 2 = HF m p ; 6. Электрические потери в обмотке статора: ΔР э = FЕ m p ; 7. Момент на валу двигателя: М = ВF m м. Определение коэффициента мощности cos ϕ и скольжения s. Для определения cos ϕ строят шкалу, для чего берут (см. рис. 4), например, отрезок of=00 мм и этим радиусом проводят четверть окружности. Отрезок of на оси ординат называется шкалой cos ϕ. Точку пересечения тока статора (или его продолжения) с четвертью окружности сносят на ось ординат, т.е. на шкалу скольжения и находят значение cos ϕ. Например, для точки В: cos ϕ = of / of= of / 00 = 0,8. В рекомендуемой литературе приводятся и другие способы построения шкалы cos ϕ. 2. Для определения скольжения строят шкалу скольжения s (рис. 4). Для этого проводят касательную Ak к окружности в точке А, в которой скольжение s = 0, а затем строят линию скольжения km, параллельную линии АТ линии электромагнитной мощности. Причем линию km располагают так, чтобы отрезок km удобно делился на 00 частей, и точка m лежала на продолжении линии полезной мощности АК. Для определения скольжения следует найти точку пересечения вектора // приведенного тока ротора I & 2 или его продолжения с линией скольжения km. Скольжение в рассматриваемой точке В будет равно: s = kn / km = kn /00 = 0,04. Определение КПД двигателя по круговой диаграмме Коэффициент полезного действия η = Р 2 / Р, поэтому для любой точки окружности, характеризующей режим работы двигателя, описанным выше способом определяют Р и Р 2 и рассчитывают КПД. Например, для точки В на рис. 3 η= Р 2В / Р В =ВН / ВС. Если отношение ВН / ВС > 0,8, то при определении
20 КПД может быть допущена значительная ошибка. Поэтому КПД асинхронных двигателей обычно определяют расчетным путем по методике, изложенной в [-4]. При определении КПД по круговой диаграмме часто строят шкалу η ( рис. 4) в следующем порядке.. Продолжают линию полезной мощности Р 2 вниз до пересечения с линией подаваемой Р в точке t. 2. Из точки t проводят линию tp, параллельную оси ординат, которая представляет собой линию суммарных потерь ΔР = 0 (η=). 3. Параллельно линии подведенной мощности Р (Ох) проводят отрезок pr до пересечения с продолжением линии полезной мощности Р 2 (АК) в точке r на таком расстоянии от линии Р, чтобы отрезок pr делился на 00 частей. Построенный отрезок pr есть шкала КПД (η ). В точке r, лежащей на линии Р 2 =0, η=0. 4. Для определения КПД при заданной нагрузке двигателя из точки t через конец вектора I, соответствующего этой нагрузке, (через точку В) проводят прямую, в точке пересечения которой со шкалой η определяют КПД. Например, для точки В η = r q = 72 %. Другие методы определения шкалы η описаны в [-4]. Определение перегрузочной способности двигателя Перегрузочная способность отношение максимального момента двигателя к его номинальному моменту. Для определения максимального момента из точки O середины линии АТ (рис. 3) восстанавливается перпендикуляр к линии электромагнитной мощности Р эм до пересечения с окружностью в точке G. Из этой точки опускается перпендикуляр на линию Р (Ох) и определяется максимальный момент: М мах =GG m м. Если номинальный режим на круговой диаграмме соответствует точке N, тогда кратность максимального момента (перегрузочная способность) соответственно будет равна: К м =М мах / М н = GG / NN. Используя вышеизложенную методику определения параметров двигателя, по круговой диаграмме определяют рабочие характеристики двигателя в диапазоне изменения тока статора от I 0 до,2 I Н. Для этого в указанном диапазоне изменения тока выбирают 5-6 промежуточных точек (рис. 5) и для каждой из них находят параметры I, P, P 2, η, s, cos ϕ, n 2, M 2. Результаты заносят в табл. 3. 2
21 Рис. 3. Определение по круговой диаграмме величины токов, мощности, потерь и момента на валу двигателя.
22 Рис.4. Определение по круговой диаграмме величин cos φ, скольжения и коэффициента полезного действия
23 Рис.5. К определению рабочих характеристик асинхронного двигателя по круговой диаграмме
24 Рабочие характеристики, полученные по круговой диаграмме Таблица 3 I P η P 2 n 2 M 2 s сos ϕ п/п А Вт д/ед Вт об/мин нтм д/ед д/ед При оформлении отчета по лабораторной работе рабочие характеристики двигателя (I ; M 2 ; cos ϕ) = f (P 2 ), определенные по круговой диаграмме (табл. 3) и опытным путем (табл. 2), построить в одних координатных осях, а зависимости (P ; n; η ) = f (P 2 ) в других. В конце отчета необходимо объяснить характер построенных рабочих характеристик асинхронного двигателя Контрольные вопросы. Устройство и принцип действия асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором. 2. Методика проведения опытов холостого хода и короткого замыкания. 3. Методика построения круговой диаграммы. 4. Какие графики называют рабочими характеристиками трехфазных асинхронных двигателей? 5. Как по круговой диаграмме определяются основные величины для построения рабочих характеристик? 6. Определение перегрузочной способности двигателя и критического скольжения. 7. Объяснить, что такое КПД и коэффициент мощности трехфазного асинхронного двигателя? Как их определить по показаниям измерительных приборов? 8. Почему в режимах малой нагрузки значение коэффициента мощности асинхронного двигателя невелико? 9. Формула для расчета частоты вращения основного магнитного потока. С какой частотой изменяется ток в обмотках статора и ротора? 0
25 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. М.: Высшая школа, 987, Ч. С Вольдек А. И. Электрические машины. Л.: Энергия, 979. С Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. М.: Энергия, 973, Ч.2 C Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа, С. 463.
26 Владислав Федорович Григорьев Алевтина Александровна Мангилева Андрей Вадимович Бунзя ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ РУКОВОДСТВО к лабораторным работам по курсу Электрические машины и электропривод Издание второе, дополненное Для студентов всех форм обучения специальностей 000 сервис на транспорте, 9040 электроснабжение железных дорог, электрический транспорт железных дорог, автоматика, телемеханика и связь на ж.д. транспорте, вагоны Редактор С.В. Пилюгина г.Екатеринбург,ул.Колмогорова,66,УРГУПС. Редакционно-издательский отдел Бумага писчая Подписано в печать Усл. печ. л. Тираж 200 Формат / 6 Заказ 2
27 3
docplayer.ru
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Тема: Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.
Специальность 13.02.11
Техническая эксплуатация и обслуживание электрического
и электромеханического оборудования (по отраслям)
Разработал:
преподаватель
Казаков Владимир Маркелович
г. Канаш 2017
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Тема: Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.
Цель:Изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; освоить приемы опытной проверки обозначений выводов обмотки статора и экспериментального исследования асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.
Студент должен знать:
принцип действия и устройство трехфазного асинхронного двигателя;
понятие о скольжении;
электромагнитный момент асинхронного двигателя;
зависимость момента от скольжения; перегрузочная способность асинхронного двигателя;
рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя.
уметь:
экспериментально проверять обозначение выводов обмотки статора;
собирать схему, производить пробный пуск двигателя и реверсирование двигателя.
Теоретическое обоснование
При анализе результатов лабораторной работы в первую очередь следует сделать заключении о соответствии данных номинального режима, полученных экспериментально, паспортным данным электродвигателя. Затем, анализируя рабочие характеристики, нужно объяснить двигателя вид полученных графиков.
Например, график тока I1 = f(P2) не выходит из начала координат, так как в режиме х. х. (Р2 = 0) двигатель потребляет из сети ток х. х. I10, обусловленный потерями х. х.
Характеристика частоты вращения n2 = f(Р2) имеет падающий вид, т. е. с ростом нагрузки частота вращения ротора уменьшается. Это объясняется ростом скольжения s. При этом чем больше активное сопротивление обмотки ротора r'2, тем больше наклон этой характеристики к оси абсцисс, так как увеличение r'2вызывает рост электрических потерь в цепи ротора ,а следовательно, рост скольжения, величина которого пропорционально электрическим потерям в роторе s = Рэ2/Рэм.
Небольшое значение коэффициента мощности соsφ2 в зоне малых нагрузок двигателя объясняется тем, что в режиме х. х. и при небольшой нагрузке двигателя ток статора меньше номинального и в значительной части является намагничивающим током, имеющим фазовый сдвиг относительно напряжения сети близкий к 90°.
Значительная величина намагничивающего тока в асинхронных двигателях обусловлена наличием воздушного зазора между статором и ротором. С ростом нагрузки двигателя ток I1, потребляемый двигателем из сети, увеличивается в основном за счет активной составляющей, что и способствует росту коэффициента мощности соsφ2.
Ход работы
Проверка обозначения выводов обмотки статора.
Для правильного соединения обмотки статора в звезду или в треугольник необходимо точно знать маркировку выводов обмотки статора. Это делают следующим образом. Сначала определяют пары выводов каждой фазной обмотки статора. Это можно сделать с помощью «сигнальной» лампы, включенной, как это показано на рисунке 5.2, а. Прикоснувшись концом одного изпроводов этой лампы какого-либо вывода обмотки статора, концом другого провода, подключенного к сети, касаются поочередно других выводов обмотки. При прикосновении к одному из выводов лампа загорается. Это свидетельствует о том, что пара выводов, которых караются в данный момент концы проводов, принадлежат одной фазной обмотке. Эту пару выводов отмечают и переходят к отысканию выводов второй, а затем и третьей фазных обмоток.
infourok.ru
Депобразования и молодежи Югры
бюджетное учреждение профессионального образования
Ханты-Мансийского автономного округа – Югры
«Мегионский политехнический колледж»
(БУ «Мегионский политехнический колледж»)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ.
Тема. Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.
Специальность 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям).
Форма обучения: очная.
Мегион, 2016
АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ.
Тема. Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.
Цель работы. Изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, усвоить приемы опытной проверки обозначений выводов обмотки статора и экспериментального исследования асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.
Программа работы.
Ознакомиться с конструкцией двигателя и устройством для его нагрузки; записать паспортные данные двигателя и данные измерительных приборов и регулировочных устройств.
Рис. 1.1. Схема включения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Экспериментально проверить обозначение выводов обмотки статора.
Собрать схему по рис. 5.1 и после проверки ее преподавателем произвести пробный пуск и реверсирование двигателя.
Снять данные и построить рабочие характеристики двигателя.
Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.
Подготовка к работе.
Повторить теоретический материал [5]: принцип действия и устройство трехфазного асинхронного двигателя; понятие о скольжении; электромагнитный момент асинхронного двигателя; зависимость момента от скольжения; перегрузочная способность асинхронного двигателя; рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя.
Подготовить в рабочей тетради таблицу для занесения результатов опыта и координатную сетку для построения рабочих характеристик.
Порядок выполнения работы.
Проверка выводов обмотки статора. Для правильного соединения обмотки статора в «звезду» или «треугольник» необходимо точно знать маркировку выводов обмотки статора. Это делают следующим образом. Сначала определяют выводы каждой фазной обмотки статора с помощью «сигнальной» лампы, включенной, как это показано на рис. 5.2, а. Прикоснувшись концом одного из проводов этой лампы какого-либо вывода обмотки статора, концом другого провода, подключенного к сети, касаются поочередно других выводов обмотки. При прикосновении к одному из выводов лампа загорается. Это свидетельствует о том, что пара выводов, которых касаются в данный момент концы проводов, принадлежит одной фазной обмотке. Эту пару выводов отмечают и переходят к отысканию выводов второй, а потом и третьей фазных обмоток.
Затем определяют начала и концы каждой фазной обмотки. Для этого, обозначив произвольно начала и концы всех трехфазных обмоток, соединяют последовательно какие-либо две из них (например, фазные обмотки А и В), как это показано на схеме рис. 5.2, б, и подключают их к источнику переменного тока. Последовательно в цепь включают резистор г такого сопротивления, чтобы ток в цепи этих обмоток не превысил номинального значения. К оставшейся третьей фазной обмотке подключают вольтметр (можно воспользоваться «сигнальной» лампой.
infourok.ru
Цель работы – изучение устройства однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и исследование его основных характеристик.
Программа работы
Изучить разделы курса, в которых рассматривается устройство и принцип действия двигателя.
Выполнить контрольное задание.
Экспериментально снять заданные характеристики двигателя.
Оформить протокол отчёта и ответить на контрольные вопросы.
Описание лабораторной установки
На электрической схеме лабораторной установки (рис.1) изображен асинхронный двигатель М с короткозамкнутым ротором в режиме однофазного питания, механически соединённый с валом якоря нагрузочного генератора постоянного тока G .
Статорные обмотки двигателя (С1 - С4, С2 - С5, С3 - С6) соединены по схеме треугольника. К зажимам С1 и С2 подсоединяется конденсатор С ёмкостью 10 - 16 мкФ. Полученная схема статора через измерительный комплект К - 50 (К - 505) с помощью воздушного автоматического выключателя QF1 подключается к одной фазе трехфазной цепи. Измерительный комплект К - 50 (К - 505) позволяет измерить фазный ток 
, фазное напряжение
и потребляемую активную мощность
исследуемого двигателяМ.
Нагрузкой двигателя Мявляется генератор постоянного тока с независимым возбуждением.
Обмотка возбуждения LG генератора питается от неуправляемого выпрямителя UD2. Регулирование величины нагрузки на валу двигателя М производится путем изменения сопротивления реостатов 
. Измерительные приборыPA3 и PV2 позволяют контролировать ток 
и напряжение
генератора.
Рис.1
Качественно изобразить основные характеристики однофазного асинхронного двигателя.
Ознакомиться с оборудованием и измерительными приборами, необходимыми для проведения эксперимента.
Собрать схему экспериментальной установки (рис.1). Проверить правильность собранной схемы и показать её преподавателю или лаборанту.
Разомкнуть ключ SA1 и подключить схему с помощью выключателя QF1 к одной фазе трехфазной сети (режим холостого хода).
Исследовать режим холостого хода двигателя, записав в таблицу необходимые показания приборов.
Исследовать режим работы двигателя под нагрузкой. Для этого установить максимальное значение сопротивлений реостатов 
и замкнуть ключSA1. Уменьшая сопротивления 
, занести в таблицу показания соответствующих приборов. Ток якоря генератора
не должен превышать 1,3 А.
Выполнить необходимые в таблице расчёты.
Построить в одном квадранте характеристики 
Построить механическую характеристику двигателя
Сделать выводы по проделанной работе.
Таблица
| Опытные данные | Расчетные данные | |||||||||||
| U1 | I1 | P1 | UG | IG | EG | n2 | s | cos φ | | P2 | M | |
| В | А | Вт | В | А | В | об/мин | % | Вт | Вт | Нм | % | |
ПРИМЕЧАНИЕ: 
,
где
- показание вольтметраPV2 в режиме холостого хода при 
studfiles.net
изм
Измеряются
Вычисляются
U1, В
I1,
А
PФ,
Вт
F, Н
n2, об/мин
P1,
Вт
M, Нм
P2, Вт
η
cosφ
s
1
2
3
4
5
6
По полученным данным построить в выбранном масштабе на одном координатном поле рабочие характеристики двигателя:
n2, I1, P1, M, η, cosφ = f(P2)
Приборная таблица
измНаименование
Тип
Номинальные
значения или
пределы измерений
Цена деления
Класс точности
Заводской или инвентарный номер
7. Сделать выводы по работе.
IV. Вопросы для самопроверки
4.1.Устройство асинхронных двигателей
4.2. Потери и коэффициент полезного действия.
4.3. Принцип работы двигателей переменного тока.
4.5. Рабочие характеристики асинхронных трехфазных двигателей
V. Домашнее задание
5.1. Оформить работу в соответствии с методическими рекомендациями
5.2. Условно-графические обозначения изображать в соответствии с ГОСТ
5.3. Изучить рекомендованную литературу
5.4. Подготовить лабораторную работу к защите
VI. Отчет должен содержать:
Название и номер работы;
Цель работы;
Перечень материального обеспечения;
Электрическую схему соединения;
Расчетные формулы и вычисления;
Таблицу с результатами измерения и вычислений;
Характеристики работы асинхронного трехфазного электродвигателя с корткозамкнутым ротором;
Выводы и заключения.
VII. Список используемой литературы
1. Беспалов В.Я., Котеленцев В.Ф. «Электрические машины». - М.: Академия, 2006.
2. Кацман М.М. «Электрические машины и электропривод». - М.: Академия, 2007 г.
infourok.ru
