Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Національний авіаційний університет
Кафедра електротехніки і світлотехніки
Лабораторія електричних машин
ЗВІТ
з лабораторної роботи № 7
ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО АСИНХРОННОГО
ДВИГУНА З КОРОТКОЗАМКНЕНИМ РОТОРОМ
Роботу виконав _______________________________________
(прізвище та ініціали студента)
студент_______________________________________________
(№ курсу, № групи)
______________________________________________________
(назва факультету)
____________________ ___________________
(дата виконання роботи) (підпис викладача)
Роботу прийняв ______________________________________
(прізвище та ініціали викладача)
________________ _____________
(дата прийому роботи) (підпис викладача)
Мета роботи
Вивчення конструкції, принципу роботи, властивостей та характеристик трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Визначення параметрів досліджуваного двигуна за дослідами холостого ходу та короткого замикання; побудова механічної характеристики двигуна.
Теоретичні положення
Асинхронною називається машина змінного струму, частота обертання ротора якої залежить від навантаження. Зазвичай її використовують як двигун.
Напруга змінного струму, що підведена до обмотки якоря асинхронного двигуна, збуджує у повітряному зазорі обертове магнітне поле, кутова частота обертання якого (синхронна), не залежить від амплітуди цієї напруги та навантаження машини:
,
де f1 – частота напруги, прикладеної до обмотки якоря; p – кількість пар полюсів обмотки якоря.
Магнітне поле, що обертається із синхронною частотою, наводить у провідниках обмотки якоря та ротора ЕРС.
Наведення ЕРС у провідниках обмотки ротора можливо лише у випадку нерівності кутових частот обертання ротора та магнітного поля, що характеризується ковзанням
,
де – кутова частота обертання ротора.
Відносно провідників ротора магнітне поле обертається з кутовою частотою ковзання , що дорівнює
.
Створене струмами ротора магнітне поле, обертаючись відносно ротора з кутовою частотою ковзання , переміщається у просторі із синхронною частотою . Тому намагнічуючі сили статора та ротора залишаються нерухомими відносно один одного при будь-якому ковзанні.
Магнітний потік, зчеплений одночасно з обмоткою статора та ротора, називається основним або потоком взаємоіндукції статора та ротора.
Основний магнітний потік наводить в обмотці статора та ротора ЕРС, діючі значення яких визначаються рівняннями:
(7.1)
де – кількість витків у фазі обмотки статора та ротора відповідно; , – обмоткові коефіцієнти обмоток; – максимальне значення основного магнітного потоку; ЕРС непорушного ротора ().
Для короткозамкненого ротора ЕРС дорівнює ЕРС одного стрижня ротора.
Крім основного потоку, у машині існують потоки розсіювання, зчеплені тільки з обмоткою ротора чи тільки з обмоткою статора.
Електрорушійну силу, що наводиться потоками розсіювання, заміняють падінням напруги від відповідних струмів на так званих індуктивних опорах розсіювання та :
; (7.2)
,
де індуктивний опір нерухомого ротора.
Так як магнітні потоки розсіювання замикаються в основному у повітряному зазорі, то провідність потоку розсіювання, а значить і індуктивність розсіювання можна прийняти постійними.
Використовуючи рівняння (7.1) та (7.2), комплекс струму ротора знайдемо як
, (7.3)
де – фіктивний додатковий активний опір у колі ротора, що залежить від ковзання.
Введення додаткового активного опору у коло ротора дозволяє звести ротор, що обертається, до нерухомого ротора.
У цьому випадку процеси, що відбуваються в асинхронній машині, можна розглядати за аналогією з трансформатором, вторинна обмотка якого навантажена на активний опір.
Активна потужність, що виділяється у фіктивних додаткових опорах усіх фаз, чисельно дорівнює повній механічній потужності, що розвиває асинхронна машина.
Основні рівняння, що описують робочий процес асинхронної машини зараз аналогічні рівнянням трансформатора.
Перехід до схеми заміщення здійснюється зведенням обмотки ротора до статора. При цьому вважають, що кількість фаз обмотки статора і приведеної обмотки ротора однакові. Але на відміну від трансформатора в асинхронній машині розрізняють коефіцієнт трансформації напруг
та коефіцієнт трансформації струмів
.
Після зведення ротора до статора рівняння, що описують роботу асинхронної машини, набувають вигляду:
;
; (7.4)
,
де ; ; ; .
Системі (7.4) відповідає схема заміщення, яка називається Т-подібною (рис.7.1).
Струм холостого ходу асинхронних двигунів, як і трансформатора, має намагнічуючу та активну складові. Відносне значення струму холостого ходу асинхронних машин значно більше, ніж у трансформаторів (від 25 до 70 % ), так як наявність повітряного зазору між статором і ротором збільшує намагнічуючу складову, необхідну для проведення основного магнітного потоку через зазор. А механічні втрати, зв'язані з обертанням ротора, збільшують активну складову струму холостого ходу.
Як і у трансформаторі параметри схеми заміщення асинхронної машини визначаються дослідами холостого ходу та короткого замикання.
На відміну від машини постійного струму електромагнітний момент асинхронної машини визначається не всім струмом ротора, а лише його активною складовою.
На рис.7.2 зображена властива для асинхронної машини залежність моменту від ковзання (крива 1).
Така залежність пояснюється тим, що із зміною ковзання у відповідності з формулою (7.3) змінюється як повний струм ротора, так і його активна складова. У точці, яка відповідає критичному ковзанню
(7.5)
момент досягає максимуму
. (7.6)
Критичне ковзання ділить область роботи асинхронного двигуна на дві зони:
– нестійку ;
– стійку .
Рис. 7.2. Залежність електромагнітного моменту асинхронного двигуна від ковзання
Ковзанню, що дорівнює одиниці, відповідає початковий пусковий момент .
При зменшенні ковзання від до момент зростає, так як в цій зоні збільшення активної складової струму ротора відбувається швидше, ніж зменшується його модуль. Навпаки, при змінюванні ковзання від до нуля, головне значення має зменшення і модуля струму ротора і момент двигуна зменшується до значення моменту опору , прикладеного до вала двигуна пристроєм, приведеним до обертання. Двигун продовжує обертатися з ковзанням ( рис.7.2).
Втрати у міді ротора асинхронної машини пропорційні ковзанню і тому номінальні ковзання асинхронних двигунів складають декілька відсотків, причому в авіаційних асинхронних двигунах номінальні ковзання більші, ніж у двигунах загальнопромислового призначення, так як питома вага механічних втрат в авіаційних машинах більша.
При великих пускових струмах асинхронний двигун має порівняно малий пусковий момент, так як ковзання в момент пуску велике () і струм ротора має значну реактивну складову.
Перевантажувальна здатність, що характеризується відношенням максимального моменту до номінального, в авіаційних двигунах трохи менша, ніж в асинхронних двигунах загальнопромислового призначення, що пояснюється прагненням скоротити розміри машини. Останнє призводить до необхідності робити на статорі машини глибокі та вузькі пази, завдяки чому зростає індуктивна складова опору короткого замикання, а максимум моменту – зменшується.
Самостійна робота машини при (синхронний холостий хід) неможлива, так як у цьому випадку магнітне поле статора виявляється непорушним відносно ротора, тобто ЕРС обмотки ротора дорівнює нулю.
В асинхронних двигунах із фазним ротором є можливість збільшити пусковий момент шляхом включення у коло ротора активного опору на час пуску двигуна (рис.7.2, крива 2).
Мірою розкручування двигуна пусковий активний опір виводиться з метою зменшення теплових втрат у міді ротора.
Виконання роботи
1. Ознайомились з експериментальною установкою та виписали номінальні дані досліджуваного двигуна.
Виміряно омічний опір фаз обмотки статора за схемою рис.7.3.
|
Значення струму в обмотці статора не більше номінального значення встановлено реостатом R. Струм та напругу виміряно не раніше ніж через 15 хв після ввімкнення двигуна під напругу, а опір фаз визначено за формулою , |
де U – покази вольтметра; I – покази амперметра.
Результати вимірювань та обчислень занесені до табл. 7.1. За омічний опір фази взято середнє арифметичне значення за результатами трьох – пяти вимірів.
Таблиця 7.1
|
Вимірювання |
Обчислення |
||
|
U, B |
I, A |
r1, Ом |
rср, Ом |
2. Проведено дослід холостого ходу (три – пять разів) при змінюванні за допомогою дроселя напруги статора двигуна у межах 0,6....1,0Uном. Виміряно при цьому струм холостого ходу , потужність однієї фази та фазну напругу U . Для цього знайдена потужність, споживана двигуном при холостому ході, для кожного значення напруги:
.
З метою визначення параметрів намагнічуючого контуру схеми заміщення здійснено поділ механічних втрат та втрат у сталі .
Результати вимірювань та обчислень занесено до табл. 7.2.
Таблиця 7.2
|
Вимірювання |
Обчислення |
||||||||
|
U, B |
, A |
, Вт |
, Вт |
, Вт |
, Вт |
, Вт |
, Ом |
, Ом |
|
В основі поділу втрат лежить припущення про те, що механічні втрати не залежать від напруги статора, у той час як втрати у сталі змінюються пропорційно квадрату напруги.
Таким чином,
.
Відкладаючи на осі абсцис (рис.7.5) квадрат напруги у відносних одиницях, отримаємо лінійну залежність втрат:
.
Механічні втрати визначаються відрізком ОА, що відсікається цією прямою на осі ординат.
Для визначення активного опору намагнічуючого контуру, знайдену з графіка (рис.7.5) потужність втрат у сталі розділена на відповідне значення струму холостого ходу:
.
Повний опір намагнічуючого контуру
.
Індуктивний опір намагнічуючого контуру
.
Коефіцієнт потужності при холостому ході
.
3. Визначення параметрів КЗ асинхронного двигуна за схемою (див.рис.7.4), але при загальмованому роторі. До статора підводиться знижена напруга, яка змінюється дроселем від нуля до значення, при якому струм статора не перевищує номінального.
Так як потужність за схемою (див.рис.7.4) вимірюється тільки в одній фазі, то за повну потужність приймається потрійне значення показу ватметра.
Результати вимірювань і обчислень занесені до табл. 7.3.
Таблиця 7.3
|
Вимірювання |
Обчислення |
|||||
|
, В |
, А |
, Вт |
, Ом |
, Ом |
, Ом |
|
Активний опір КЗ
,
де – активна потужність однієї фази, виміряна при досліді КЗ; – струм фази при дослідному КЗ.
Повний опір короткого замикання
,
де – фазна напруга на клемах двигуна при досліді КЗ.
Коефіцієнт потужності при КЗ
.
Індуктивний опір короткого замикання визначається так само, як і при досліді холостого ходу: .
Визначені з дослідів холостого ходу і КЗ, параметри схеми заміщення асинхронного двигуна дозволяють за формулами (7.5) та (7.6) знайти критичне ковзання та максимальний момент .
Знання цих величин дозволяє за формулою Клосса:
побудувати залежність електромагнітного моменту від ковзання . Для цього, задаючись послідовністю знайдені відповідні значення . Дані обчислень занесені до табл.7.4.
Таблиця 7.4
|
s |
||||||||
|
, Нм |
4. За даними таблиці 7.4 побудована залежність та механічна характеристика , де ; p – кількість пар полюсів обмотки якоря.
Залежність
Механічна характеристика
Висновки.