АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

 

3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Изучить устройство и принцип действия асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором; получить практические навыки в определении и маркировке выводов трехфазной обмотки статора, проведении опытов холостого хода и короткого замыкания; определить пусковые свойства и перегрузочную способность двигателя; построить рабочие характеристики.

3.1.2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

3.1.2.1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

3.1.2.2. Провести определение и маркировку выводов обмотки статора, измерить активные сопротивления фаз.

3.1.2.3. Произвести пробный пуск двигателя и убедиться в возможности изменения направления вращения ротора.

3.1.2.4. Провести опыты холостого хода и короткого замыкания.

3.1.2.5. Построить круговую диаграмму для получения пусковых и рабочих характеристик.

 

3.1.3. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

Электрическая схема для проведения опытов холостого хода и короткого замыкания представлена рис.3.1.1. На передней панели лабораторной установки расположены: кнопки SА1-«Пуск» и SА2-«Стоп», управляющие магнитным пускателем КМ, кнопка SА3-«КЗ» (для проведения опыта короткого замыкания), термометр, измерительные приборы, цифровой омметр, вольтметр, контрольная лампа, немаркированные выводы фаз обмотки статора. Каждый из шести выводов обмотки статора соединен c двумя гнёздами близко расположенных друг к другу штырьковых разъёмов. Рядом с каждой парой близко расположенных гнёзд находится ручка вращаемого маркировочного диска, установленного за панелью. На диске нанесены буквенные обозначения U1, U2, V1, V2, W1, W2 для маркировки выводов обмотки статора.

 

Рис.3.1.1. Электрическая схема для проведения опытов холостого хода

и короткого замыкания

 

МАРКИРОВКА ВЫВОДОВ ОБМОТКИ СТАТОРА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫВОДОВ, ПРИНАДЛЕЖАЩИХ ОДНОЙ ФАЗЕ

V U Для проведения этого опыта любой из шести выводов трёхфазной обмотки статора…  

ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА

Электрическая схема для проведения опыта холостого хода представлена на рис. 3.1.1. Подают напряжение на обмотку статора. Измеряют фазные значения тока холостого…  

ОПЫТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя проводят при заторможенном роторе () и питании обмотки статора напряжением . Затормаживание ротора… Перед проведением опыта короткого замыкания осуществляется переключение… Внимание! Опыт короткого замыкания следует проводить быстро во избежание чрезмерного перегрева обмотки статора.

ПОСТРОЕНИЕ КРУГОВОЙ ДИАГРАММЫ

  Круговую диаграмму (рис. 3.1.5) желательно строить на листе формата А4 на комплексной плоскости (+1,+j) для… Параметры двигателя при холостом ходе и температуре ,0С: ; ; ; . (3.1.5)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПО КРУГОВОЙ

ДИАГРАММЕ

Для определения на круговой диаграмме точки, соответствующей номинальному режиму работы двигателя из точки О в масштабе тока откладывают отрезок ОD… Для построения рабочих характеристик определяют данные для шести точек на… 1 – соответствует точке холостого хода (точка Н);

Контрольные вопросы при допуске к ВЫПОЛНЕНИЮ работЫ

3.1.10.1. Конструкция, назначение и принцип действия асинхронного двигателя

3.1.10.2. Поясните, как проводится маркировка начал и концов фаз обмотки статора.

3.1.10.3. Почему вольтметр, подключенный к свободной фазе, не показывает напряжения, если две другие соединены последовательно и запитаны переменным током? Почему этот же вольтметр показывает напряжение, если в последовательно соединенных и запитанных фазах концы одной из фаз поменять местами?

3.1.10.4. Поясните, как проводится опыт холостого хода.

3.1.10.5. Поясните, как проводится опыт короткого замыкания.

3.1.10.6. Почему при пуске двигателя необходимо шунтировать измерительные приборы в цепи обмотки статора?

3.1.10.7. Поясните, какие данные необходимы для построения круговой диаграммы?

 

Контрольные вопросы при защите ЛАБОРАТОРНОЙ работы

 

3.1.11.1. Что понимают под режимом холостого хода двигателя?

3.1.11.2. Для чего проводят опыты холостого хода и короткого замыкания?

3.1.11.3. Какие потери возникают в режиме холостого хода двигателя?

3.1.11.4. Что понимают под режимом короткого замыкания двигателя?

3.1.11.5. Какие потери возникают в двигателе при коротком замыкании?

3.1.11.6. С какой частотой вращается ротор относительно магнитного поля в режиме двигателя?

3.1.11.7. Поясните, почему при холостом ходе не принимают нулевых значений?

3.1.11.8. Поясните, почему КПД при скольжениях и равен нулю?

3.1.11.9. При каких условиях двигатель развивает максимальный КПД?

3.1.11.10. Как по круговой диаграмме определить перегрузочную способность двигателя?

3.1.11.11. Как меняется скольжение в процессе пуска двигателя?

3.1.11.12. Объясните работу двигателя при скольжениях близких к критическому скольжению.

3.1.11.13. При каких скольжениях двигатель работает устойчиво?

3.1.11.14. Для чего строят круговую диаграмму?

3.1.11.15. Поясните, как по круговой диаграмме определить максимальный КПД двигателя?

3.1.11.16. Определите по круговой диаграмме максимальный коэффициенте мощности двигателя.

3.1.11.17. Определите на круговой диаграмме области устойчивой и неустойчивой работы двигателя.

3.1.11.18. Определите по круговой диаграмме потребляемый ток, когда двигатель развивает максимальный момент.

3.1.11.19. Определите полезную мощность, отдаваемую двигателем, когда он работает с максимальным КПД.

3.1.11.20. Определите электрические потери в двигателе при его работе с максимальным КПД и сравните их со всей суммой потерь. Каково их соотношение?

3.1.11.21. Поясните, как определить пусковые свойства двигателя по круговой диаграмме.

3.1.11.22. Определите по круговой диаграмме перегрузочную способность двигателя.

3.1.11.23. Поясните, как построить график любой характеристики с использованием круговой диаграммы, а именно:

; ;

; ; .

3.1.11.24. Поясните, как, пользуясь круговой диаграммой, построить пусковые характеристики двигателя.

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ДВУХСКОРОСТНОГО

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о ступенчатом регулировании частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

 

3.2.2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

3.2.2.1. Ознакомиться с полюсопереключаемой обмоткой статора двухскоростного асинхронного двигателя.

3.2.2.2. Ознакомиться с лабораторной установкой для испытания двухскоростного асинхронного двигателя.

3.2.2.3. Провести опыты холостого хода и короткого замыкания для двигателя с переключением обмотки из схемы треугольник (Δ) (2р=4) в схему двойная звезда (ΥΥ) (2р=2).

3.2.2.4. По результатам опытов построить круговые диаграммы для двигателей с числом полюсов 2р=4 (схема соединения – треугольник) и 2р=2 (схема соединения обмоток статора – двойная звезда).

3.2.2.5. По круговым диаграммам построить пусковые характеристики двигателя с переключением числа полюсов в отношении 2:1 при постоянной механической мощности.

3.2.2.6. Провести сравнение пусковых свойств и перегрузочной способности двигателя при переключении его обмотки статора из схемы треугольник на схему двойная звезда.

3.2.2.7. Провести сравнение энергетических показателей номинальных режимов двигателя при переключении его обмотки статора из схемы треугольник на схему двойная звезда.

3.2.3. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Способы регулирования частоты вращения роторов асинхронных двигателей подразделяют на:

· регулирование частоты вращения магнитного поля , осуществляемое регулированием первичной частоты или изменением числа пар полюсов обмотки статора p;

· регулирование скольжения s двигателя, при , поскольку частота вращения ротора асинхронного двигателя .

В первом случае КПД двигателя остается высоким, а во втором случае КПД снижается тем больше, чем больше скольжение, так как при этом растут электрические потери в обмотках статора и ротора.

На практике наибольшее распространение получили многоскоростные и особенно двухскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутыми роторами, так как в этих двигателях наиболее просто реализуется ступенчатое регулирование частоты вращения.

Изменение числа пар полюсов может быть достигнуто двумя способами:

· в пазы сердечника статора укладываются несколько обмоток, каждая из которых имеет требуемое число полюсов;

· в пазы сердечника статора укладывается одна обмотка, допускающая её переключение на разное число полюсов.

Во втором случае обмотка называется полюсопереключаемой, и с практической точки зрения выполнение двигателей с такими обмотками является наиболее целесообразным.

Обычно двухскоростные двигатели выполняются с полюсопереключаемой обмоткой с отношением чисел полюсов 2:1. Каждая фаза такой обмотки состоит из двух частей с одинаковым количеством катушечных групп в каждой части. Когда в обеих частях фаз обмотки текут токи одинакового направления, обмотка создает магнитное поле с большим числом полюсов, а при изменении направления тока в одной части обмотки на обратное направление число полюсов уменьшается вдвое. Переключение производится во всех фазах одновременно, и переключаемые части могут соединяться последовательно, либо параллельно, при этом для сохранения направления вращения необходимо сменить чередование двух фаз обмотки.

С помощью полюсопереключаемых обмоток можно ступенчато регулировать частоту вращения асинхронных двигателей. Регулирование частоты вращения осуществляется либо с постоянным моментом (), в случае схемы переключения обмотки U/UU, либо с постоянной мощностью () при схеме D/UU.

На рис.3.2.1а показана электрическая схема трехфазной обмотки соединенной в треугольник. Фаза обмотки состоит из двух катушек (рис. 3.2.1б). Нетрудно видеть, что при подключении источника тока к выводам обмотки Н и К, система активных сторон 1,2,3,4 катушек фазы образует магнитный поток с числом полюсов 2р=4 (рис.3.2.1в).

Если от середин фаз обмотки выполнить отводы (точки а; рис. 3.2.1б) и произвести соединение фаз и их питание по схеме UU (рис. 3.2.2а), то получим число полюсов 2р=2. В этом нетрудно убедиться, проанализировав картину поля фазы обмотки по рис. 3.2.2в.

Исследованию подвергается двухскоростной двигатель со схемой соединения обмотки статора D/UU (рис.3.2.3). На передней панели лабораторной установки расположен переключатель «D-UU», управляющий контактором КМ2, с помощью которого производится переключение обмотки статора испытуемого двигателя со схемы двойная звезда на схему треугольник. Напряжение с частотой 50 Гц подводится к двигателю от сети переменного тока с помощью пускателя КМ1. Засветившаяся зелёная лампочка над кнопкой «Пуск» сигнализирует о подаче напряжения на двигатель.

При проведении опытов короткого замыкания ротор двигателя должен быть заторможен. Это осуществляется тормозным устройством, управляемым кнопкой «КЗ», расположенной на панели. Тормозное устройство представляет шлифованный шкив на выходном конце вала двигателя, охватываемый тормозными колодками, которые прижимаются к нему при торможении с помощью тягового электромагнита.

 

3.2.4. ОПЫТЫ ХОЛОСТОГО ХОДА

Схемы соединения фазных обмоток статора для проведения опытов представлены на рис. 3.2.1 и 3.2.2. Опыты проводят при номинальном напряжении на входных зажимах обмотки статора. Показания приборов по верхним шкалам и результаты вычислений записывают в табл. 3.2.1.

 

Таблица 3.4.1

Результаты опытов холостого хода

 

Схема соединения обмотки статора	Число полюсов 2р
В	В	А	о.е.	град.
Треугольник
Двойная звезда

 

По показаниям измерительных приборов рассчитывают коэффициент мощности при холостом ходе

, (3.2.1)

где - фазная мощность, двигателем при холостом ходе, Вт; -фазное напряжение, В; - фазный ток, А.

 

3.2.5. ОПЫТЫ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

Схемы обмоток двигателя остаются прежними, что и в опытах холостого хода. Опыты короткого замыкания проводят при номинальных напряжениях.

Внимание! Перед подачей напряжения ротор должен быть заторможен, а измерительные приборы зашунтированы.Всё это в лабораторной установке осуществляется нажатием кнопки «КЗ». После окончания переходных процессов определяют мощность потерь в одной фазе при коротком замыкании , ток короткого замыкания обмотки статора. Рассчитывают коэффициент мощности при коротком замыкании и сопротивление

; , Ом. (3.2.2)

При этом следует не забывать, что фазный ток в обмотке статора, соединённой в треугольник , а в обмотке, соединённой в звезду .

Результаты измерений и вычислений записывают в табл. 3.2.2.

Таблица 3.2.2

Результаты опытов короткого замыкания

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СТРУКТУРЕ, ОСОБЕННОСТЯМ ВЫПОЛНЕНИЯ ОТЧЕТА И АНАЛИЗУ РЕЗУЛЬТАТОВ

По результатам опытов холостого хода и короткого замыкания необходимо построить две круговые диаграммы: · для двигателя с числом полюсов 2р=4 при соединении фаз обмотки статора в… · для двигателя с 2р=2 с соединением обмотки статора по схеме двойная звезда.

АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

 

При анализе результатов исследований следует обратить внимание не только на то, что при переключении с треугольника на схему двойная звезда момент пусковой уменьшился почти в 2 раза, а частота вращения возросла примерно в 2 раза, но и на относительное изменение пусковых и максимальных моментов по отношению к их номинальным значениям. Следует найти причину этому и объяснить её. Необходимо сравнить энергетические показатели и номинальных режимов и объяснить их различие при переходе от одной частоты вращения к другой.

Контрольные вопросы при допуске к ВЫПОЛНЕНИЮ работЫ

 

3.2.8.1. Укажите способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

3.2.8.2. Поясните способы ступенчатого регулирования частоты вращения.

3.2.8.3. В чём конструктивные особенности многоскоростного асинхронного двигателя.

3.2.8.4. В каких случаях, и при каких схемах включения фаз обмотки статора осуществляется ступенчатое регулирование частоты вращения при постоянной механической мощности?

3.2.8.5. В каких случаях, и при каких схемах включения фаз обмотки статора осуществляется ступенчатое регулирование частоты вращения асинхронных двигателей при постоянном моменте?

3.2.8.6. Какие данные необходимы для построения круговой диаграммы?

3.2.8.7. Поясните последовательность действий при проведении опыта холостого хода.

3.2.8.8. Поясните последовательность действий при проведении опыта короткого замыкания.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

3.2.9.1. Для каких целей строят круговую диаграмму?

3.2.9.2. Как определяются пусковые свойства двигателя по круговой диаграмме.

3.2.9.3. Как по круговой диаграмме определить максимальный КПД двигателя?

3.2.9.4. Как по круговой диаграмме определить максимальный электромагнитный момент, развиваемый двигателем?

3.2.9.5. Как по круговой диаграмме определить перегрузочную способность двигателя?

3.2.9.6. Как по круговой диаграмме определить при каком скольжении двигатель потеряет устойчивость работы под нагрузкой?

3.2.9.7. Почему в асинхронных двигателях с полюсопереключаемой обмоткой изменяются КПД и коэффициент мощности при ступенчатом переходе с одной частоты вращения на другую?

3.2.9.8. Как по круговой диаграмме определить коэффициент мощности асинхронного двигателя?

 

ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

3.3.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором, приобрести практические навыки пуска двигателя с применением пускового реостата и провести опыты холостого хода и непосредственной нагрузки двигателя.

 

3.3.2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

3.3.2.1. Ознакомиться с лабораторной установкой и произвести пуск двигателя с помощью пускового реостата.

3.3.2.2. При номинальных значениях напряжения и частоты питающей сети произвести опыт непосредственной нагрузки двигателя и по результатам исследований построить рабочие характеристики.

3.3.2.3. По результатам проведенных исследований сделать основные выводы.

 

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Отличие асинхронного двигателя с фазным ротором от короткозамкнутого состоит в том, что роторная обмотка выполнена по типу статорной. Фазы обмотки соединены по схеме звезда и их начала подсоединены к контактным кольцам. Такое выполнение обмотки позволяет включать в цепь обмотки ротора активные дополнительные сопротивления через щёточный контакт, что уменьшает пусковой ток и увеличивает пусковой момент двигателя.

Схема для проведения исследований двигателя представлена на рис.3.3.1. На переднюю панель лабораторной установки выведены: рукоятка переключателя R_П пусковых сопротивлений в цепи обмотки ротора; переключатель режимов работы двигателя SA («Холостой ход», «Нагрузка»); рукоятка регулировочного сопротивления R_F в цепи обмотки возбуждения балансирной машины постоянного тока с независимым возбуждением; кнопки «Пуск» - «Стоп» в цепи катушки пускателя КМ.

ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Установить переключатель R_П в положение 1, переключатель SA – в положение «Холостой ход», рукоятку R_F повернуть влево до отказа, нажать кнопку «Пуск» и перевести с минимальными паузами переключатель R_П сначала в положение 2, затем в положение 3.

Рис.3.3.1. Электрическая схема лабораторной установки для исследования асинхронного двигателя с фазным ротором

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

ПРИ НОМИНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ СЕТИ

В качестве нагрузки двигателя используется балансирная машина постоянного тока ВМ в генераторном режиме. Так как нагрузочное сопротивление RL… Для получения рабочих характеристик методом непосредственной нагрузки…

Таблица 3.3.1

Рабочие характеристики

№ опыта
А	Вт	Н·м	об/ мин	о.е.	с	Гц	о.е.	Вт	о.е.	%
1÷6

Скольжение двигателя определяют магнитоэлектрическим амперметром РА2 с нулём по середине шкалы, включенного в одну из фаз обмотки ротора. Так как частота тока в роторе при нормальных нагрузках двигателя не превышает нескольких периодов в секунду, то магнитоэлектрический амперметр успевает отслеживать изменение направления тока и поэтому число полных колебаний его стрелки в одну секунду показывает величину частоты тока в роторе.

Таким образом, , Гц, где – число полных колебаний стрелки магнитоэлектрического амперметра за время секунд.

Наряду с результатами исследований в табл. 3.3.1 записывают расчетные значения.

Скольжение ротора s двигателя и частота вращения n определяются по выражениям:

, о.е. (3.3.1)

, об/мин. (3.3.2)

Полезная мощность двигателя

, Вт. (3.3.3)

Коэффициент мощности двигателя

, о.е. (3.3.4)

КПД двигателя

, о.е. (3.3.5)

На основании табл. 3.3.1 строят рабочие характеристики.

 

Контрольные вопросы при допуске к ВЫПОЛНЕНИЮ работЫ

3.3.6.1. В чем заключается отличие асинхронных двигателей с фазными роторами от двигателей с роторами короткозамкнутыми?

3.3.6.2. Объясните последовательность действий при пуске асинхронного двигателя с фазным ротором?

3.3.6.3. Для чего в цепь обмотки ротора двигателя включают добавочные активные сопротивления?

3.3.6.4. Как в данной лабораторной работе определяется частота тока в обмотке ротора?

3.3.6.5. Поясните определение рабочих характеристик двигателя по методу непосредственной нагрузки?

3.3.6.7. Как определяют скольжение ротора асинхронного двигателя?

3.3.6.8. Поясните, как определяется полезная мощность двигателя?

Контрольные вопросы при ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ работЫ

3.3.7.1 Чему равна частота тока в обмотке ротора асинхронного двигателя в начальный момент пуска?

3.3.7.2. Почему потери холостого хода называют постоянными?

3.3.7.3. Что необходимо выполнить, чтобы двигатель, работающий в режиме холостого хода, нагрузить?

3.3.7.4. Какие зависимости называют рабочими характеристиками асинхронного двигателя?

3.3.7.5. Какими способами можно получить рабочие характеристики?

3.3.7.6. Какими способами можно определить величину скольжения при нагрузке двигателя?

3.3.7.7. Поясните, какие потери в двигателе называют механическими и от чего они зависят?

3.3.7.8. От чего зависят потери в сердечниках магнитопровода асинхронного двигателя?

3.3.7.9. Объясните, почему и как меняется коэффициент мощности двигателя при изменении нагрузки на его валу?

3.3.7.10. Какую мощность в двигателе называют электромагнитной?

3.3.7.11. Почему потери в сердечнике ротора двигателя при номинальной частоте вращения не учитываются?

3.3.7.12. При какой нагрузке двигатель имеет максимальный КПД?

3.3.7.13. Почему растет ток статорной обмотки при увеличении механической нагрузки на валу двигателя?

3.3.7.14. Укажите все возможные способы пуска в ход асинхронного двигателя с фазным ротором?

3.3.7.15. Укажите все возможные способы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя с фазным ротором?

3.3.7.16. Изобразите и поясните рабочую характеристику .

3.3.7.17. Изобразите и поясните рабочую характеристику .

3.3.7.18. Изобразите и поясните рабочую характеристику .

3.3.7.19. Изобразите и поясните рабочую характеристику

3.3.7.20. Изобразите и поясните рабочую характеристику .

3.3.7.21. Как определяются электрические потери в обмотке статора?

3.3.7.21. Как определяются электрические потери в обмотке ротора?

3.3.7.22. Что означают приведенные потери в обмотке ротора?

3.3.7.23. Почему электрические потери называют переменными?

3.3.7.24. От чего зависят электрические потери?

3.3.7.25. Какие потери называют добавочными?

 

ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ В ТРЕХФАЗНОМ,

ОДНОФАЗНОМ И КОНДЕНСАТОРНОМ РЕЖИМАХ

  Изучить схемы переключения трехфазной обмотки статора асинхронного двигателя…  

Рис.3.4.2. Момент однофазного асинхронного двигателя в зависимости от скольжения

 

Обе части этой зависимости равноценны. Ротор будет вращаться в том направлении, в котором он развернут первоначально внешней силой. При обоих направлениях вращения ротора результирующий момент М однофазного двигателя получается одинаковым по величине. При пуске двигателя, когда s=1, этот момент равен нулю.

Чтобы ротор привести во вращение, необходимо в начале пуска (при s=1) в двигателе создать вращающееся магнитное поле. Известно, что вращающееся магнитное поле создают многофазные обмотки при протекании по ним токов сдвинутых по фазе. Поэтому на время пуска однофазный двигатель превращают в простейший многофазный, а именно, в двухфазный. Такой двигатель имеет две обмотки, магнитные оси которых сдвинуты по расточке статора, как правило, на половину полюсного деления (90⁰эл.) Одна из этих обмоток называется рабочей – другая пусковой.

При применении трехфазного двигателя в однофазном режиме в качестве рабочей обмотки используют последовательное соединение двух фаз, например, U и V, а оставшуюся фазу W как пусковую обмотку. При этом не важно, как соединены последовательно фазы U и V, в неполную звезду или открытый треугольник, их эквивалентная магнитная ось всегда сдвинута по отношению к оси фазы W на 90⁰эл. Изменение соединения фаз U и V в неполную звезду на соединение в открытый треугольник связано лишь с изменением направления вращения. На рис.3.4.3 показана одна из возможных схем включения трехфазного двигателя для работы в однофазном режиме. Для обеспечения сдвига фаз между токами рабочей и пусковой обмоток в цепь пусковой обмотки включают фазосдвигающий элемент (ФСЭ) Z_П.

В качестве ФСЭ используются резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы. Лучшие пусковые свойства двигателя получают при использовании конденсаторов в качестве фазосдвигающих элементов, т.к. только в этом случае можно осуществить сдвиг токов в обмотках на 90 и при условии равенства амплитуд намагничивающих сил рабочей и пусковой обмоток создать круговое вращающееся магнитное поле. В этом случае обратное поле отсутствует и, следовательно, тормозного момента нет. Если выше названные условия не выполняются, то система двух обмоток, магнитные оси которых пространственно сдвинуты на 90⁰эл., будет создавать эллиптическое вращающееся магнитное поле. После окончания процесса пуска двигателя пусковую обмотку отключают, и дальнейшая работа происходит только с одной рабочей обмоткой, т.е. в однофазном режиме.

 

 

Улучшить пусковые и рабочие характеристики двигателя можно, если пусковую обмотку с включенными в ее цепь конденсаторами оставить подключенной к сети на все время работы, т.е. перевести его в конденсаторный режим. В этом случае можно подбором емкости конденсаторов создать в двигателе круговое или почти круговое вращающееся магнитное поле, как на время пуска, так и в рабочем режиме под нагрузкой. Необходимо отметить, что круговое поле создается только при определенной нагрузке двигателя для заданного значения емкости конденсатора. При другой нагрузке скольжение и соответственно индуктивные параметры двигателя изменятся и, если не изменить емкость конденсатора, работа двигателя ухудшится. Обычно для получения кругового поля подобранные конденсаторы включают параллельно. При пуске работают все конденсаторы, а по мере разгона двигателя в процессе пуска или переходе к меньшей нагрузке емкость батареи конденсаторов уменьшают ступенями.

Подключение обмотки статора двигателя на трехфазное и однофазное питание осуществляется выключателем SА1 (рис.3.4.1). Переключатель SA4 позволяет переключать обмотку напряжения ваттметра PW либо на фазное напряжение (положение «3ф») при работе в трехфазном режиме, либо на линейное напряжение сети (положение «1ф») при работе в однофазном или конденсаторном режимах. Следует обратить внимание на то, что при работе в трехфазном режиме ваттметром измеряется фазная мощность. Выключатели SA2 и SA3 необходимы для перевода двигателя в конденсаторный режим или осуществления пуска двигателя в однофазном режиме путем включения в цепь обмотки статора рабочего Cw и пускового Cs конденсаторов.

Нагрузкой для двигателя во всех режимах является генератор G постоянного тока параллельного возбуждения, работающий на нерегулируемое сопротивление нагрузки R. Плавное регулирование мощности, выделяемой на сопротивлении R, осуществляется изменением тока возбуждения генератора с помощью сопротивления R_F. Ток и напряжение на сопротивлении нагрузки R измеряется приборами РА2 и РV2. Для осуществления режима холостого хода служит выключатель SА5, размыкающий цепь нагрузки R.

Контроль частоты вращения n испытуемого двигателя проводится с помощью магнитоэлектрического тахогенератора TG.

ТРЕХФАЗНЫЙ РЕЖИМ ДВИГАТЕЛЯ

· замкнуть выключатель SА1; · разомкнуть выключатель SА3; · разомкнуть выключатель SА5;

ОДНОФАЗНЫЙ РЕЖИМ ДВИГАТЕЛЯ

· разомкнуть выключатель SА1; · разомкнуть выключатели SА2 и SА3; · разомкнуть выключатель SА5;

КОНДЕНСАТОРНЫЙ РЕЖИМ ДВИГАТЕЛЯ

Для испытания трехфазного двигателя в конденсаторном режиме

в схеме рис.3.4.1 необходимо сделать следующие переключения:

· разомкнуть выключатель SА1 ;

· разомкнуть выключатели SА2 и SА3;

· разомкнуть выключатель SА5;

· переключатель SА4 установить в положение «1ф».

Пуск двигателя производится на холостом ходу. После завершения пуска двигателя конденсатор отключают путем размыкания выключателя SА2. Уменьшают ток возбуждения нагрузочного генератора на холостом ходу до предельно минимальной величины. Замыкают выключатель SА5 и плавно нагружают двигатель, производя измерения как в предыдущем опыте. Результаты измерений и вычислений записывают в табл. 3.4.1.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

По результатам табл. 3.4.1 для каждого из проведенных режимов строят рабочие характеристики: , , , , , , при , . Для удобства анализа и сравнения рабочих свойств двигателя во всех режимах… В выводах по работе необходимо дать сравнение одноименных характеристик, объяснить их расхождение. Особое внимание…

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ДОПУСКЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

 

3.4.8.1. Как необходимо преобразовать схему обмотки статора трехфазного двигателя, чтобы его можно было подключить к однофазной сети?

3.4.8.2. Как пустить в ход трёхфазный асинхронный двигатель от однофазной сети?

3.4.8.3. Какое магнитное поле создает однофазная обмотка при питании ее переменным током?

3.4.8.4. Поясните, почему некоторые асинхронные двигатели называют конденсаторными?

3.4.8.5. Поясните, как преобразовать схему обмотки статора трехфазного двигателя в схему конденсаторного, чтобы его можно было подключить к однофазной сети?

3.4.8.6. Поясните, из каких соображений выбирают величину емкости пускового конденсатора?

3.4.8.7. Из каких соображений выбирают величину емкости рабочего конденсатора?

3.4.8.8. Поясните, почему, как правило, в качестве фазосдвигающего элемента в однофазном двигателе при пуске применяют конденсаторы?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

3.4.8.1. Приведите некоторые схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети. Поясните схемы. Выберите лучший вариант схемы.

3.4.9.2. Какое магнитное поле создается симметричной многофазной обмоткой статора при питании ее симметричным многофазным током?

3.4.9.3. Дайте объяснение, как Вы представляете симметричную многофазную обмотку, например, двухфазную, трехфазную, пятифазную? Всегда ли в конденсаторном двигателе обмотка симметричная?

3.4.9.4. Почему однофазный двигатель не имеет начального пускового момента?

3.4.9.5. Какими способами может быть создан пусковой электромагнитный вращающий момент в асинхронном двигателе при подключении его обмотки статора к однофазной сети?

3.4.9.6. Из каких соображений выбирают величину емкости пускового конденсатора?

3.4.9.7. Из каких соображений выбирают величину емкости рабочего конденсатора?

3.4.9.8. Почему в качестве фазосдвигающего пускового элемента, как правило, применяют конденсатор?

3.4.9.9. Когда вращающееся поле становится эллиптическим?

3.4.9.10. Почему при изменении соотношения между прямым и обратным магнитными полями частота вращения ротора асинхронного двигателя изменяется?

3.4.9.11. Почему коэффициент мощности и КПД двигателя в конденсаторном режиме выше, чем в однофазном при одной и той же нагрузке на валу?

3.4.9.12. Оправдано ли применение трехфазного двигателя в однофазном режиме?

3.4.9.13. Приведите схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети и дайте необходимые пояснения.