Устройство, принцип действия асинхронного двигателя
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Содержание
|
Цель работы………………………………………………………………… |
2 |
|
1 Краткие теоретические сведения……….………………………………. |
2 |
|
2 Порядок выполнения работы…….…………….…………….………….. |
5 |
|
3 Расчётная часть…………………………………………………………... |
7 |
|
4 Графики……………….…………….…………….….…………….…….. |
9 |
|
5 Контрольные вопросы…………….……………………………………... |
12 |
|
Список литературы………………….....…………………………………... |
15 |
Цель работы
Ознакомиться с устройством и принципом действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и исследовать влияние напряжения на фате статора на его характеристики.
1 Краткие теоретические сведения
1)Устройство, принцип действия асинхронного двигателя.
Асинхронный двигатель – это машина переменного тока. Слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором.
Статор – неподвижная часть машины. Его сердечник с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 – 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака. В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка. В трехфазных двигателях обмотка трехфазная. Фазы обмотки могут соединяться в звезду или в треугольник в зависимости от величины напряжения сети.
Ротор – вращающаяся часть двигателя. Магнитопровод ротора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали. В пазах ротора укладывают обмотку. В зависимости от типа обмотки роторы асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка представляет собой неизолированные медные или алюминиевые стержни, соединенные с торцов кольцами из этого же материала (“беличья клетка”).
У фазного ротора в пазах магнитопровода уложена трехфазная обмотка, фазы которой соединены звездой. Свободные концы фаз обмотки присоединены к трем медным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К кольцам прижаты угольные или медно-графитные щетки. Через контактные кольца и щетки в обмотку ротора можно включить трехфазный пуско-регулировочный реостат.
Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Необходимыми условиями возбуждения вращающегося магнитного поля являются:
- пространственный сдвиг осей катушек статора;
- временной сдвиг токов в катушках статора.
Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе статора. Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120°. Второе условие обеспечивается подачей на катушки статора трехфазной системы напряжений.
При включении двигателя в трехфазную сеть в обмотке статора устанавливается система токов одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.
Токи фаз обмотки создают магнитное поле, вращающееся относительно статора с частотой , об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:
где - частота тока сети, Гц,
р – число пар полюсов магнитного поля.
При стандартной частоте тока сети , частота вращения поля
|
р |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
, об/мин |
3000 |
1500 |
1000 |
750 |
600 |
500 |
Вращаясь, поле пересекает проводники ротора, наводя в них ЭДС. При замкнутой обмотке ротора ЭДС вызывает токи, при взаимодействии которых с вращающимся магнитным полем возникает вращающий электромагнитный момент. Скорость вращения ротора в двигательном режиме асинхронной машины всегда меньше скорости вращения поля, т.е. ротор “отстает” от вращающегося поля. Только при этом условии в проводниках ротора наводится ЭДС, протекает ток и создается вращающий момент. Явление отставания ротора от магнитного поля называется скольжением. Степень отставания ротора от магнитного поля характеризуется величиной относительного скольжения:
где n – частота вращения ротора, об/мин.
Для асинхронных двигателей скольжение может изменяться в пределах от 1 (пуск) до величины, близкой к 0 (холостой ход).
2) Пуск асинхронных двигателей.
При пуске двигателя должны выполнятся следующие требования:
1. Малая величина пускового тока;
2. Достаточный по величине пусковой момент;
3. Плавное нарастание скорости;
4. Простота и экономичность пуска.
В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска.
Для двигателей с короткозамнутым ротором используют прямой пуск и пуск при пониженном напряжении.
1. Прямой пуск. При этом обмотка статора включается непосредственно в сеть на полное напряжение. Прямой пуск допустим только для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности (до 15-20 кВт). Однако при значительной мощности питающей сети этот способ можно распространить на двигатели большей мощности (примерно до 50 кВт).
2. Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя пропорционален напряжению на фазах обмотки статора, поэтому уменьшение напряжения сопровождается соответствующим уменьшением пускового тока. Однако такой способ приводит к уменьшению начального пускового момента, который пропорционален квадрату напряжения на фазах обмотки статора. Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ пуска применим только при малых нагрузках на валу.
Имеется несколько способов понижения напряжения в момент пуска:
а) при легком пуске асинхронных двигателей средней мощности, которые нормально работают при соединении фаз обмотки статора треугольником, применяют снижение напряжения на зажимах этих фаз переключением их в звезду;
б) при любом типе соединения фаз обмотки статора понизить напряжение можно с помощью реактора (трехфазной индуктивной катушки), включенного последовательно в обмотку статора. Менее экономично снижать напряжение на статоре последовательным включением резисторов, т.к. они при этом сильно нагреваются и возникают дополнительные потери электрической энергии;
в) для двигателей большой мощности снижать напряжение целесообразно при помощи понижающего трехфазного автотрансформатора. Этот способ лучше предыдущего, но значительно дороже. После того, как ротор двигателя разгонится, и ток спадает, на обмотку статора подается полное напряжение сети.
Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора. Пусковой реостат снижает величину начального пускового тока и одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть величины, близкой к максимальному моменту. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводят.
3) Регулирование частоты вращения и реверсирование асинхронного двигателя.
Регулирование – это принудительное изменение частоты вращения при постоянной нагрузке на валу. Недостатком асинхронных двигателей является плохая регулировочная способность. Но все же некоторые возможности регулирования имеются.
Из формулы скольжения можно получить выражение частоты вращения ротора асинхронного двигателя:
Из этого равенства следует, что изменять частоту вращения можно следующими способами: изменением частоты тока статора , числа пар полюсов р и скольжения s. Частоту вращения ротора можно регулировать и изменением напряжения питания . Рассмотрим эти способы.
Регулирование изменением частоты тока статора . Частотное регулирование асинхронных двигателей является наиболее перспективным в связи с наличием простых и надежных трехфазных тиристорных преобразователей частоты, которые включают между промышленной сетью и асинхронным двигателем. При регулировании частоты скорость двигателя можно плавно изменять так, что ее максимальное значение будет в десятки или сотни раз превышать минимальные.
Регулирование изменением числа пар полюсов р. Переключение числа пар полюсов многоскоростных асинхронных двигателей обеспечивает ступенчатое регулирование частоты вращения ротора и отличается экономичностью. Оно применяется в машинах со специальным исполнением обмотки статора, допускающим переключение ее катушек на различное число пар полюсов, а также, когда в пазах магнитопровода статора размещено несколько поочередно включаемых обмоток, выполненных на разное число пар полюсов, например, р= 1 и р = 2.
Регулирование изменением подводимого напряжения. Понижение напряжения вызывает снижение скорости ротора. Уменьшать напряжение можно включением в цепь статора реостатов, автотрансформаторов или регулируемых дросселей. Данный метод применяется только у двигателей малой мощности, так как при уменьшении напряжения уменьшается максимальный момент двигателя, который пропорционален квадрату напряжения. Снижение максимального момента уменьшает запас по устойчивости работы двигателя. Кроме того диапазон регулирования частоты вращения сравнительно небольшой.
Перечисленные выше способы регулирования применяются для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
У двигателей с фазным ротором частота вращения регулируется изменением скольжения. Для этого в обмотку ротора включают регулировочный реостат. При увеличении сопротивления регулировочного реостата скольжение увеличивается, а частота вращения уменьшается.
Этот способ обеспечивает плавное изменение частоты вращения.
Изменение направления вращения ротора называется реверсированием. Для реверса необходимо поменять местами два провода на зажимах статорной обмотки двигателя.
Оборудование электрической установки
Лабораторная установка для исследования свойств асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором состоит из трех электрических машин : асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, нагрузочного генератора НГ, тахогенератора ТГ.
Двигатель пускается в ход при помощи автоматического выключателя Q. При этом фазы обмотки статора соединяются в звезду. При нажатии кнопки ∆ срабатывает контактор К. Нормально открытые контакты 1К - ЗК замыкаются, а нормально закрытые контакты 4К - 6К размыкаются, и обмотка статора двигателя соединяется по схеме треугольник. Нажатием кнопки фазы обмотки статора вновь переключаются в звезду. В цепь статора двигателя включен вольтметр V, амперметр А и трехфазный двухэлементный ваттметр kW
В качестве нагрузки для двигателя используется генератор постоянного, тока с независимым возбуждением (НГ). В цепь якоря нагрузочного генератор включен реостат RH и амперметр М, проградуированный в единицах момента, для определения моментов нагрузки, так как при наличии дополнительных полюсов, компенсирующих реакцию якоря, и неизменном токе возбуждения генератора НГ электромагнитный момент генератора, являющийся тормозным, линейно зависит от тока якоря:
где - постоянная машины по моменту.
Тахогенератор предназначен для измерения частоты вращения двигателя. Он представляет собой маломощный генератор, постоянного тока с независимым возбуждением, работающий в режиме холостого хода. ЭДС тахогенератора при постоянном магнитном потоке возбуждении линейно зависит от частоты вращения
где СЕ - постоянная тахогенератора по ЭДС. Поэтому шкала вольтметра n, измеряющего ЭДС, проградуирована в об/мин.
2 Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с устройством и принципом действия асинхронного двигателя. Занести его паспортные данные в табл.1.
Таблица 1
|
Тип двигателя |
Соединение фаз обмотки статора |
РН, кВт |
UН, В |
IН, А |
nН, об/мин |
f, Гц |
Число пар полюсов |
|
АОЛ2-21-4 |
1,1 |
220/380 |
47/24 |
1500 |
50 |
2 |
2. Собрать электрическую цепь по схеме (рис. 1).
Рис.1. Схема для испытания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
3. Переключатель пределов измерения амперметра А поставить в положение 15 А.
4. Включить напряжение.
5. Обратить внимание на большую величину пускового тока.
6. После пуска переключить амперметр на предел измерения 5 А.
7. Показания приборов при холостом ходе двигателя занести в табл.2.
8. Включить нагрузку генератора RН и, постоянно увеличивая ее, записать показания приборов в табл.2.
9. Нажатием кнопки Δ переключить фазы обмотки статора двигателя со звезды на треугольник.
10. Повторить исследования по пунктам 7-8 при соединении фаз обмотки статора в треугольник.
11. Произвести вычисления по следующим формулам:
12. На основании измеренных и расчетных данных построить графики зависимостей
Для возможности сравнения характеристик двигателя при соединении фаз обмотки статора в звезду и в треугольник построить графики одинаковых функций в одной системе координат.
3 Расчетная часть
Таблица 2
|
Соединение фаз обмотки статора |
№ п/п |
Данные измерений |
Результаты вычислений |
|||||||
|
U |
n |
M |
s |
cosφ |
η |
|||||
|
В |
кВт |
А |
Об/мин |
Нм |
% |
- |
кВт |
% |
||
|
звезда |
1(хх) |
235 |
0.35 |
0.8 |
1480 |
0 |
1.33 |
1.0749 |
0 |
0 |
|
2 |
233 |
0.7 |
1.7 |
1400 |
2 |
6.67 |
1.0203 |
0.293 |
41.88 |
|
|
3 |
231 |
1 |
2.5 |
1340 |
4 |
10.67 |
0.9997 |
0.561 |
56.13 |
|
|
4 |
230 |
1.3 |
3.4 |
1220 |
5 |
18.67 |
0.9598 |
0.639 |
49.13 |
|
|
5 |
228 |
1.7 |
4.5 |
1050 |
5 |
30.00 |
0.9566 |
0.550 |
32.34 |
|
|
6 |
225 |
1.95 |
5.7 |
640 |
4 |
57.33 |
0.8778 |
0.268 |
13.75 |
|
|
треугольник |
1(хх) |
235 |
0.5 |
2.3 |
1500 |
0 |
0 |
0.5341 |
0 |
0 |
|
2 |
233 |
0.8 |
2.4 |
1460 |
2 |
2.67 |
0.8260 |
0.306 |
38.22 |
|
|
3 |
231 |
1.05 |
2.75 |
1440 |
4 |
4.00 |
0.9543 |
0.603 |
57.44 |
|
|
4 |
230 |
1.25 |
3.2 |
1420 |
5 |
5.33 |
0.9806 |
0.743 |
59.48 |
|
|
5 |
228 |
1.53 |
3.6 |
1410 |
7 |
6.00 |
1.0762 |
1.034 |
67.55 |
|
|
6 |
225 |
1.9 |
4.3 |
1400 |
9 |
6.67 |
1.1338 |
1.319 |
69.44 |
При соединении фаз обмотки статора в звезду
При соединении фаз обмотки статора в треугольник
4 Графики
График зависимости
График зависимости
Контрольные вопросы
Вопрос №1. Объяснить устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Ответ: Асинхронный двигатель - это машина переменного тока. Слово "асинхронный" означает не одновременный. При этом имеется в виду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля отличается от частоты вращения ротора. Основными частями машины являются статор и ротор, отделенные друг от друга равномерным воздушным зазором.
Статор - неподвижная часть машины. Его сердечник с целью уменьшения потерь на вихревые токи набирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 - 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака. В пазы магнитопровода статора укладывается обмотка. В трехфазных двигателях обмотка трехфазная. Фазы обмотки могут соединяться в звезду или в треугольник в зависимости от величины напряжения сети.
Ротор - вращающаяся часть двигателя. Магнитопровод ротора представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали (рис. 2 а) В пазах ротора укладывают обмотку. В зависимости от типа обмотки роторы асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные (с контактными кольцами). Короткозамкнутая обмотка представляет собой неизолированные медные или алюминиевые стержни, соединенные с торцов кольцами из этого же материала ("беличья клетка"). Свободные концы фаз обмотки присоединены к трем медным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. Контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К кольцам прижаты угольные или медно-графитные щетки. Через контактные кольца и щетки в обмотку ротора можно включить трехфазный пускорегулировочный реостат.
Вопрос №2. Каковы способы пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей?
Ответ:
- Прямой пуск. При этом обмотка статора включается непосредственно в сеть на полное напряжение. Прямой пуск допустим только для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором малой и средней мощности (до 15-20 кВт). Однако при значительной мощности питающей сети этот способ можно распространить на двигатели большей мощности (примерно до 50 кВт).
- Пуск при пониженном напряжении. Пусковой ток двигателя пропорционален напряжению на фазах обмотки статора U1, поэтому уменьшение напряжения U1 сопровождается соответствующим уменьшением пускового тока. Однако такой способ приводит к уменьшению начального пускового момента, который пропорционален квадрату напряжения на фазах обмотки статора. Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ пуска применим только при малых нагрузках на валу. Имеется несколько способов понижения напряжения U1 в момент пуска:
- при легком пуске асинхронных двигателей средней мощности, которые нормально работают при соединении фаз обмотки статора треугольником, применяют снижение напряжения на зажимах, этих фаз переключением их в звезду;
- при любом типе соединения фаз обмотки статора понизить напряжение можно с помощью реактора (трехфазной индуктивной катушки), включенного последовательно в обмотку статора. Менее экономично снижать напряжение на статоре последовательным включением резисторов, т.к. они при этом сильно нагреваются и возникают дополнительные потери электрической энергии;
- для двигателей большой мощности снижать напряжение целесообразно при помощи понижающего трехфазного автотрансформатора. Этот способ лучше предыдущего, но значительно дороже. После того, как ротор двигателя разгонится, и ток спадает, на обмотку статора подается полное напряжение сети.
Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора. Пусковой реостат снижает величину начального пускового тока и одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть величины, близкой к максимальному моменту. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводят.
Вопрос №3. Чему равны скольжение и число пар полюсов асинхронного двигателя, если его номинальная частота вращения 950 об/мин?
Ответ: Токи фаз обмотки создают магнитное поле, вращающееся относительно статора с частотой n0, об/мин, которая называется синхронной частотой вращения двигателя:
где f1- частота тока сети, Гц,
р - число пар полюсов магнитного поля
При стандартной частоте тока сети f1-50 Гц, частота вращения поля
и в зависимости от числа пар полюсов имеет следующие значения:
|
р |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
, об/мин |
3000 |
1500 |
1000 |
750 |
600 |
500 |
Вопрос №4. Изобразить соединение фаз обмотки статора в звезду и в треугольник?
Ответ: У фазного ротора (рис. 3 в) в пазах магнитопровода уложена трехфазная обмотка, фазы которой соединены звездой.
Рис. 3 Фазный ротор
Вопрос №5. Перечислить условия, необходимые для получения вращающегося магнитного поля.
Ответ: Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Необходимыми условиями возбуждении вращающегося магнитного поля являются:
-пространственный сдвиг осей катушек статора,
-временной сдвиг токов в катушках статора.
Первое требование удовлетворяется соответствующим расположением намагничивающих катушек на магнитопроводе статора. Оси фаз обмотки смещены в пространстве на угол 120°. Второе условие обеспечивается подачей на катушки статора трехфазной системы напряжений. При включении двигателя в трехфазную сеть в обмотке статора устанавливается система токов одинаковой частоты и амплитуды, периодические изменения которых относительно друг друга совершаются с запаздыванием на 1/3 периода.
Вопрос №6. Изобразить механическую характеристику асинхронного двигателя и обозначить на ней основные режимы работы.
Ответ: Механическая характеристика показывает свойства двигателя как средства для электропривода. Но для наиболее полного выяснения свойств самого двигателя служат его рабочие характеристики.
Рабочими характеристиками (рис 4) называются зависимости I1, s, n, cosφ1, M от полезной мощности Р2 на валу двигателя при постоянных значениях U1 и частоты f1 сети.
Рис.4 Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Вопрос №7. Почему cosφ двигателя при номинальной нагрузке больше, чем при холостом ходе?
Ответ: При холостом ходе cosφ1 имеет малое значение (примерно 0,1), так как активная мощность мала, расходуется только на небольшие потери в статоре и небольшие механические потери, а реактивная мощность имеет постоянное значение, гак как магнитный поток постоянный.
С увеличением нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная мощность в пределах до номинальной нагрузки имеет неизменное значение. В результате cosφ1 увеличивается. Однако при дальнейшем увеличении нагрузки сказывается увеличение потоков рассеяния, за счет чего реактивная мощность Q1 увеличивается и cosφ1 начинает уменьшаться.
Список литературы
- ГОСТ 19880-74 Электротехника. Основные понятия. Термины и определения. M.: Издательство стандартов, 1974
- ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифренные в электрических схемах.
- И. И. Иванов , Г. И. Соловьев, В. С. Равдоник. Электротехника Издательство «Лань»; 2005-496c.
4.В. А. Алексеев, Л. Н. Васильева. Трансформаторы. Лабораторные работы к курсу «Электротехника»; Иркутск 1984-20с.
График зависимости
График зависимости
График зависимости
График зависимости
ис. 2
2. Международная маркетинговая стратегия ОАО комбинат
3. Воздействие пестицидов на окружающую среду
4. Потребность возникающая из необходимости или желания потреблять различные богатства как материальные та
5. Центр Славянка
6. ия трудовых ресов организационная концепция УП и концепция управя человми ресми гуманистическая конце
7. Дэвид Бекхэм
8. Размножение неотделенными частями Получение новых растений из не отделенных от материнского экземпляра ч
9. производственной практики
10. Системы теплоснабжения и выбор теплоносителя
11. N 2 О ПРИМЕНЕНИИ СУДАМИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТРУДОВОГО КОДЕКСА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ в ред
12. тематики. Блок bn b1qn n 1~n1
13. Ответственность за уклонение от уплаты налогов
14. Система органов и должностных лиц местного самоуправления в свете современного правового регулирования
15. Сметное дело в строительстве
16. а; по форме представления вопроса
17. Тема 4 Собственность
18. Боевая готовность подразделений и частей.html
19. лекция БЖД'дисциплина изучающая взаимодействие человека со средой обитания вопросы предупреждения и
20. 34 В чому суть соціального страхування від нещасних випадків і професійних