Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Кафедра “Электроники и микроэлектроники”
Методические указания к практическим занятиям
по дисциплине «Основы электропривода»
для студентов специальности 200400 “Промышленная электроника”
Магнитогорск 2006 г.
Составители: И.А. Селиванов
О.И. Петухова
Механические характеристики асинхронных двигателей с фазным ротором: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Основы электропривода» для студентов специальности 200400 “Промышленная электроника”. - Магнитогорск МГТУ, 2006. – 17 с.
Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и электротехнических систем профессор, доктор технических наук А.С. Карандаев
@ Селиванов И.А.
Петухова О.И.
1. Выбрать вариант задания (задается ведущим преподавателем) и определить параметры двигателя по базе данных. Для выбранного двигателя провести расчеты параметров, используемые во всех пунктах задания.
2. Рассчитать и построить естественную механическую характеристику асинхронного двигателя с фазным ротором при изменении скольжения от 
до
.
3. Рассчитать и построить естественную механическую характеристику и реостатные механические характеристики для двух заданных значений добавочных сопротивлений в цепи ротора в пределах изменения скольжения от 
. 4. Рассчитать и построить естественную механическую характеристику и механические характеристики для двух значений пониженного напряжения в цепи статора и отсутствия добавочного сопротивления в цепи ротора в пределах изменения скольжения от 
до
.
5. Для режима противовключения рассчитать добавочные сопротивления, обеспечивающие прохождение характеристики через точку с координатами 
и
- установившаяся скорость на естественной характеристике в двигательном режиме при заданном моменте сопротивления на валу двигателя. При активном моменте сопротивления 
установившаяся скорость (силовой спуск груза), при реактивном моменте сопротивления
.
Рассчитать и построить естественную механическую характеристику и механические характеристики в режиме противовключения.
6. Рассчитать и построить естественную механическую характеристику и характеристики 
для двух значений частоты питающей сети при
7. Проанализировать полученные и сделать соответствующие выводы.
7.1. Влияние сопротивления дополнительного резистора, вводимого в цепь ротора, на критический момент, перегрузочную способность двигателя, на пусковой момент, критическое скольжение, синхронную скорость и установившуюся скорость при заданном моменте сопротивления.
7.2. Влияние напряжения сети на момент (пусковой, критический), перегрузочную способность двигателя, критическое скольжение, синхронную скорость и установившуюся скорость при заданном моменте сопротивления.
7.3. Влияние сопротивления дополнительного резистора, вводимого в цепь ротора, на критический момент, критическое скольжение, синхронную скорость и установившуюся скорость силового спуска груза при заданном моменте сопротивления.
7.4. Влияние частоты питающего напряжения на момент (пусковой, критический), перегрузочную способность двигателя, критическое скольжение, синхронную скорость и установившуюся скорость при заданном моменте сопротивления при 
Практические занятия проводятся в компьютерном классе с применением ЭВМ, оснащенных соответствующим программным обеспечением.
Последовательность расчетов рассмотрим на конкретном примере.
studfiles.net
1.1. Подготовка к работе. Рассчитать и построить механические характеристики:
Естественную.
Две искусственные с добавочными сопротивлениями RП 1 и RП 2 в цепи
ротора.
Три характеристики динамического торможения: для двух добавочных
сопротивлений в цепи ротора RП 1 и RП 2 и постоянном токе в цепи статора IП 1, а также характеристику при сопротивлении RП 2 и токе IП 2.
1.2. Работа в лаборатории.
Ознакомление с устройством лабораторной установки, расположением
и назначением оборудования.
Подготовка к работе.
Снятие механических характеристик, указанных в п.п. 1.1.1 ÷ 1.1.3.
1.3. Составление отчета.
2.1. Испытуемая машина (ИМ): асинхронный двигатель с фазным ротором, тип: MTF 011-6Y1.
Pном = 1,4 кВт; Uном = 380/220 В; Iном = 5,3/9,2 А; nном = 880 об/мин;
Ер ном = 118В; Iр ном = 9А; I0 = 3.45А; λм = 2; Ке = 3,05;
R1ф = 6.0 Ом; R2ф = 0,7 Ом; X1ф = 4.0 Ом; X2ф = 0.57 Ом; Хμ = 62,5 Ом.
2.2. Нагрузочная машина (НМ): Тип: DFY 90 MB/TH SM30
Uном = 380 В; f ном = 150Гц; nном = 3000 об/мин; Mном = 12 Нм; Iном = 7,9 А.
2.3. Приводной преобразователь: MOVIDRIVE MDX61В0040 - 5A3.
Uс = 3x380 В, f ном = 50 Гц; Pном = 6,6 кВт; Iном = 9,5 А; км = 1,52 Нм/А .
Механические потери (момент холостого хода МХХ): Таблица 4.1
| ω | Рад/с | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 |
| МХХ | Нм | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,05 | 1,15 | 1,3 | 1,65 |
Добавочное сопротивление в цепи ротора RП :
Таблица 4.2
| Положение переключателя S3 | S3.3 | S3.2 | S3.1 | S3.0 |
| Величина RП, Ом | 0 | 2,5 | 6,0 | 10,5 |
| Обозначение сопротивлений | – | R1 | R1 + R2 | R1 + R1 + R3 |
| Вариант | 1 | 2 | 3 | |
| п.1.1.2 | RП1, Ом | 2,5 | 6,0 | 10,5 |
| RП2, Ом | 6,0 | 10,5 | 2,5 | |
| п.1.1.3 | IП1, А | 3,0 | 4,0 | 3,5 |
| IП2, А | 4,5 | 2,5 | 5,0 | |
3.1. Расчёт механических характеристик асинхронного двигателя – естественной и искусственной с добавочным сопротивлением RП в цепи ротора выполняется по формуле:
, (4.1)
где МК, sК – критические момент и скольжение, которые являются координатами критической точки – граничной между рабочим и нерабочим участками механической характеристики двигателя. Их значения в двигательном (Д) и генераторном (Г) режимах определяются выражениями:
; 
; 
; (4.3)
– коэффициент, учитывающий активное сопротивление обмотки статора:
. (4.4)
х
К = х1 + х2; R1, х1 и R2, х2 – активные и реактивные сопротивления обмоток, соответственно, статора и ротора.
Скольжение s характеризует отста-вание ротора от вращающегося со скоростью 0 магнитного поля, создаваемого обмотками статора:
; 
0 называется также синхронной или скоростью идеального холос-того хода, при котором М= 0 и
= 0, т.е. ротор вращается синхронно с полем статора и s = 0.
В (4.2): m = 3 – число фаз двигате- Рис.4.1. Механические характеристики. ля; UФ = 220 В – напряжение фазы
обмотки статора; f = 50 Гц – частота напряжения сети; р = 3 – число пар полюсов двигателя.
Обмотки статора и ротора электрически между собой не связаны, а формула (4.1) получена для так называемой схемы замещения, в которой эти сопротивления включены последовательно. Поэтому сопротивления обмотки ротора необходимо привести к цепи статора: R2 = R2 ке2, х2 = х2 ке2, где
ке – коэффициент трансформации, указанный, как и величины всех сопротивлений, в паспортных данных двигателя. Для сокращения записи обозначено: xК = x1 + x2 - полное реактивное сопротивление схемы замещения. На естественной характеристике R2 = R2 ке2. На искусственной характеристике при введении в цепь ротора добавочного сопротивления RПприведенное сопротивление ротора равно: R2 = (R2 + RП) ке2.
Для расчета механических характеристик по (4.1) нужно рассчитать: МКД, МКГ, sКД, sКГ и , предварительно определив величины всех сопротивлений. Активные сопротивления, как и в других работах, должны быть приведены к 750С (см. работу №1). При расчете характеристик для режимов двигательного (s 0) и противовключения ( s 1) используются значения МКДи sКД , а для генераторного (s 0): МКГи sКГ. МК и , а, следовательно, и числитель выражения (4.1), для естественной и искусственной характеристик одинаковы, отличие только в величине sК.
При расчетах необходимо задавать значения s в пределах от s = 0,5 до s = + 1,5, что соответствует реальному диапазону работы на лабораторной установке. При выборе интервалов задания s учитывают вид характеристики. На участках, близких к линейным, интервалы берутся больше, а вблизи критической точки, особенно на естественной характеристике, меньше, чтобы точнее отразить вид характеристики. Искусственная характеристика в заданных пределах s почти линейна, т.к. критическая точка лежит вне этих пределов, поэтому при ее расчете число точек можно взять меньше.
Расчеты сводятся в таблицу 4.4, в которой обозначено: ЗН – знаменатель выражения (4.1). Для построения на одном графике и сравнения расчетных и экспериментальных характеристик необходимо пересчитать задаваемые значения скольжений s на угловую скорость : = 0 (1 s) и строить их в осях и М.
Таблица 4.4. Расчет механических характеристик асинхронного двигателя
| Естественная характеристика | Искусственная характеристика | ||||||||
| s | ske /s | s/ske | ЗН | Ме | skи /s | s /skи | ЗН | МИ | |
| Нм | Нм | рад/с | |||||||
3.2. Расчет характеристик для режима динамического торможения выполняется по упрощенной формуле:
. (4.7)
К
оординаты критической точки рассчитываются по формулам: 
; 
. (4.8)
Реактивное сопротивление контура намагничивания х, определяемое поначальной части характеристики холостого хода, указано в паспортных данных двигателя. Расчетное значение переменного тока IС, эквивалентное по создаваемой им МДС статора заданному значению постоянного тока IП, зависит от схемы включения обмоток статора. Для используемой схемы соединения обмоток статора звездой: IС = 0,816 IП.
Из (4.8) следует, что величина RП влияет только на КТ, а МКТ от него не зависит. От величины тока IП зависит только МКТ. Для каждой из трех характеристик рассчитываются и сводятся в таблицу значения КТ и МКТ ( табл. 4.5): Таблица 4.5. Значения КТ и МКТ кривых динамического торможения.
| № характеристики | 1 | 2 | 3 |
| IП | |||
| RП | |||
| МКТ | |||
| КТ |
Расчеты сводятся в таблицу 4.6 :
Таблица 4.6. Расчет характеристик в режиме динамического торможения
| I | II | III | |||||||
|
|
|
| ЗН | М |
|
| ЗН | М | М |
| рад/с | Нм | Нм | Нм | ||||||
studfiles.net
| №37 Устройство машины постоянного тока.Способы возбуждения. Принципы работы и характеристики двигателей постоянного тока. Устройство машин постоянного тока В принципе одна и та же машина постоянного тока может работать и как двигатель, и как генератор. Такое свойство машины постоянного тока, так называемое обратимость, предоставляет нам возможность не подвергать рассмотрению отдельно устройство генератора или двигателя. Тем не менее, всякую электрическую машину завод выпускает для обусловленного, определённого назначения – это функционировать только в качестве двигателя или только в качестве генератора. Лишь иногда применяют машины постоянного тока, подготовленные для работы, как двигателем, так и генератором. Генераторы постоянного тока используют, когда требуется независимый источник тока, к примеру, для питания отдельных видов электромагнитов, электролизных ванн, электромагнитных муфт, электродвигателей, сварочных установок и т.п. В случаях, когда требуется плавная регулировка скорости, используют электродвигатели постоянного тока, например в электровозах, троллейбусах, некоторых типах подъемных кранов, в устройствах автоматики. Статор машины постоянного тока состоит из сердечника и станины. Производят станину из малоуглеродистой стали, имеющей большую магнитную проницаемость. Благодаря этому станина служит и магнитопроводом. В то же время она является основной деталью, объединяющей другие детали и сборочные единицы (узлы) машины в одно целое. Изнутри на болтах к станине крепят полюсы, состоящие из полюсного наконечника, сердечника и катушки. Плюсы делятся на главные и дополнительные. Для возбуждения магнитного поля служат главные полюсы; отчего обмотку их катушек именуют обмоткой возбуждения. В машинах повышенной мощности (более 1 кВт) устанавливают дополнительные полюсы для улучшения работы машины; соединяют обмотку дополнительных полюсов последовательно с обмоткой ротора. Ротор машины постоянного тока состоит из сердечника и обмотки. Из топких листов электротехнической стали набирают сердечник якоря, которые в свою очередь изолированы друг от друга лаковым покрытием, тем самым снижая потери на вихревые токи. Обмотку якоря укладывают в пазы сердечника. А в сердечнике якоря производят вентиляционные каналы. В машине постоянного тока устанавливают коллектор, для того чтобы ток проходил в одном и том же направлении от обмотки якоря во внешнюю цепь (в генераторе) или из внешней цепи к обмотке якоря (в двигателе). Набирание коллектора происходит из медных пластин, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками. К нескольким или одному виткам обмотки якоря присоединяют каждую пластину коллектора. Коллектор и сердечник якоря закрепляют на одном и том же валу. Благодаря этому, коллектор играет роль устройства, конструктивно объединенное с якорем (ротором) электрической машины и являющееся механическим преобразователем частоты. Токосъемные щетки скользят по составляющим коллектора, присоединенным к виткам обмотки якоря пластинам, изолированным друг от друга. Сквозь эти щетки обмотка якоря и коллектор подсоединяется к внешней электрической цепи. Щетки устанавливают в обоймы щеткодержателя, а также прижимают пружинами к коллектору. На момент работы машины щетки скользят по коллектору. Щеткодержатели же в своё время крепят в траверсе. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА Возбуждение - это понятие, связанное с созданием основного магнитного поля машины. В машинах с электромагнитным возбуждением основное поле создается обмотками возбуждения. Имеются конструкции, в которых возбуждение создается постоянными магнитами, размещенными на статоре. Различают четыре схемы включения статорных обмоток: с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением (рис. 7.2.1).
Изображения под пунктами б, в, г на рис. 7.2.1, называются схемами с самовозбуждением. Процесс самовозбуждения происходит за счет остаточной намагниченности полюсов и станины. При вращении якоря в этом, небольшом по величине, магнитном поле (ФОСТ = 0,02 0,03 ФО) индуцируется ЭДС - ЕОСТ. Поскольку обмотка возбуждения подключена через щетки к якорю, то в ней будет протекать ток. Этот ток усилит магнитное поде полюсов и приведет к увеличению ЭДС якоря. Большая ЭДС вновь увеличит ток возбуждения и произойдет нарастание магнитного потока до полного намагничивания машины. 11.2. Принцип действия машины постоянного тока Рассмотрим работу машины постоянного тока на модели рис.11.2,
где 1 - полюсы индуктора, 2 - якорь, 3 - проводники, 4 - контактные щетки. Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Очистим внешние поверхности проводников от изоляции и наложим на проводники неподвижные контактные щетки. Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами. Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой. Рис. 11.2 | Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки. На рис.11.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками - ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 11.3)
Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, - в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали. Рис. 11.3 Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви. В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви - противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками. На рис. 11.4 представлена схема замещения якорной обмотки.
В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление RH протекает ток IЯ. Рис. 11.4 ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n2 и магнитному потоку индуктора Ф где Се - константа. В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство - коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой. Типы и характеристики машин постоянного тока Внешней характеристикой называют характеристику генератора, выражающую зависимость между напряжением на его зажимах и силой тока в обмотке якоря. Как стабильные, так и регулируемые напряжения можно получать в зависимости от способа возбуждения генератора. От частоты вращения вращающего момента и вращающего момента от силы тока в обмотке якоря также выражают зависимость характеристики двигателей постоянного тока. Крайнюю именуют механической характеристикой двигателя. Данные характеристики представляют, что в зависимости от способа питания обмотки возбуждения возможно в обширных пределах регулировать как частоту вращения двигателя постоянного тока, так и значение вращающего момента. Специальные машины постоянного тока Необходимость в специальных машинах постоянного тока появилась в основном с автоматизацией производства, а также развитием электрифицированного транспорта. Разделом выше говорилось о генараторных датчиках – микромашинах постоянного тока, используемых в преобразовании частоты вращения вала двигателя в электрический сигнал. Эту микромашину, встроенную в тахометр, независимою возбуждением, называют тахогенератором. Исполнительные двигатели используют в системах автоматического управления и регулирования. Они необходимы в преобразовании электрического сигнала в механическое перемещение. Мощность таких исполнительных двигателей, как правило, бывает 500-600 Вт. Они обязаны соответствовать таким требованиям, как высокая надежность, быстродействие, точность регулирования частоты вращения. С печатной обмоткой якоря применяют двигатели постоянного тока в качестве исполнительных двигателей. Из текстолита, стекла или же другого немагнитного материала в виде тонкого диска производят якорь, на обе стороны которого наносят печатным способом проводники обмотки якоря. Постоянными магнитами образуется магнитное поле статора и усиливается при помощи кольца из ферромагнитного материала. В последние время используют машины постоянного тока с гладким якорем. У такого якоря обмотка размещена не в пазах, а прямо на сердечнике. Такие машины располагают улучшенными характеристиками, что в свою очередь обеспечивается повышенной магнитной индукцией в воздушном зазоре между якорем и статором и меньшей индуктивностью обмотки самого якоря. Как правило, в автоматических системах необходимо усилить электрические сигналы. Часто с этой целью используют усилители, в которых энергия преобразуется при помощи транзисторов. Также распространены усилители – ЭМУ. ЭМУ представляет собой машину постоянного тока, которой на обмотку возбуждения может подаваться сигнал, подлежащий усилению. За счет употребления энергии первичного двигателя, достигается усиление. При помощи ЭМУ усиление мощности сигнала достигается в 104 – 105 раз. Конструкция электромашинного усилителя довольно таки сложная, а в объяснении принципа его работы необходимо обладать специальными знаниями. Отчего мы не станем рассматривать здесь эти вопросы. Тяговые электрические двигатели используют в различных видах электрифицированного транспорта. Часто это двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Тем не менее, условия их работы различаются от условий работы электрических двигателей, применяемых в установках стационарного типа. Тяговые двигатели действуют в условиях нередкого пуска, резких изменений силы тока, напряжения, частоты вращения. Таким образом, тяговые двигатели соответственно обязаны располагать большим пусковым крутящим моментом (это обеспечивается благодаря последовательному возбуждению) и возможностью регулирования в обширных мерах частоты вращения. Это всё определяет специфики конструкции тяговых двигателей в различие от электрических машин общего назначения. |
studfiles.net
Асинхронный двигатель с фазным ротором
Устройство
Состоит из статора и ротора. Статор аналогичен статору с короткозамкнутым ротором.
В ротор входит: вал, магнитопровод, в пазы которого укладывается трехфазная обмотка, концы которой через кольца, установленные на валу, и щетки подключаются к реостату. Благодаря кольцам со щетками осуществляется электрическое соединение вращающихся обмоток ротора с неподвижным реостатом. Реостат используется для управления двигателем.
Условное обозначение
Достоинства двигателя:
Улучшенные пусковые свойства — больший пусковой момент и меньший при этом пусковой ток (т. е. двигатель можно запустить на меньших токах).
Недостатки:
Меньшая надежность двигателя из-за наличия скользящего контакта (кольца-щетки), а также больших потерь мощности в реостате, что снижает η двигателя.
Принцип работы:
Такой же, как и у АД с КЗ ротором.
Рассмотрим механические характеристики АД с фазным ротором.
Анализ характеристик:
Точка «1», определяющая частоту вращения магнитного поля, остается неизменной, т. к. 
и не зависит от R.
При Rреост.=0 имеем естественную механическую характеристику.
Критическое скольжение
,
где R'2 — активное сопротивление ротора;
xк — индуктивное сопротивление двигателя.
При введении реостата Sкр увеличивается
.
При этом пусковой момент возрастает, что является достоинством АД с фазным ротором. Отметим, что Ммах при этом не изменяется.
Можно подобрать Rреостата таким что при пуске, т. е. S=1, Мп=Ммах. Тогда
Из этого условия можно рассчитать требуемое сопротивление реостата Rр.
Регулирование скорости
Формируя новую искусственную характеристику можно менять положение рабочей точки A, B, C, которая определяется равенством момента механизма и двигателя, а, следовательно, изменять скорость. Отметим, что понижение скорости связано с введением дополнительного сопротивления, что приводит к дополнительным потерям мощности в реостате I2Rр и снижению η. Поэтому такой способ регулирования не находит широкого применения.
Рассмотрим пуск двигателя:
Введем Rр2. Т. к. Мп>Мc, двигатель разгоняется до скорости nс. Если уменьшить сопротивление реостата до Rр1<Rр2, М на этой скорости увеличится до М'с, что приводит к дальнейшему увеличению скорости до nв. Убрав реостат, переходим на естественную характеристику. Т. к. М'в> Мв, произойдет дальнейшее увеличение скорости до точки nА, определяемой равенством момента двигателя и механизма, что и определяет рабочую точку.
4
studfiles.net
