Лабораторная работа №3 Цепи однофазного переменного тока

Лабораторная работа № 3
Управление трёхфазным асинхронным двигателем
Цель: Знакомство с устройством, принципом действия и основными характеристиками асинхронного двигателя. Приобретение навыков по управлению работой асинхронного двигателя.
Теоретический материал для подготовки и выполнения лабораторной работы:
Трехфазный асинхронный двигатель - основной потребитель электрической энергии в промышленности - может нормально работать, то есть развивать номинальную мощность на своем валу при номинальной частоте вращения, только при правильном включении его обмоток. Правильным включением трехфазного двигателя при соединении его обмоток по схеме «звезда» называют такое, при котором все начала обмоток, обозначаемые C1, С2 и С3, подключают к трехфазной сети, а все концы, обозначаемые С4, С5 и С6 соединяются в общую нулевую точку.
Если хотя бы одна обмотка соединена неверно, например, конец соединен с сетью, а начало с нулевой точкой, двигатель нормально работать не может.
При соединении по схеме «треугольник» правильным называют такое, при котором все начала фазных обмоток C1, С2 и С3 соединены с сетью, концы - с началами других фазных обмоток, причем конец первой обмотки С4 соединяется с началом второй обмотки С2, конец второй обмотки С5 - с началом третьей обмотки СЗ, конец третьей обмотки С6— с началом первой обмотки С1.
Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, подведенного к фазе статора двигателя. Поэтому, даже незначительное изменение напряжения в сети вызывает значительное изменение вращающего момента асинхронного двигателя. При изменении напряжения в √3 раз вращающий момент изменится в 3 раза. Ошибочное включение обмоток статора по схеме «звезда» вместо нормального включения по схеме «треугольник» вызывает уменьшение вращающего момента в 3 раза и двигатель не берет с места при пуске в ход с нагрузкой на валу. Значительное уменьшение напряжения в сети во время работы двигателя может привести к остановке двигателя с вытекающими отсюда последствиями.
Измерения, полученные при непосредственной нагрузке двигателя, позволяют получить рабочие характеристики двигателя, определяющие его поведение при различной нагрузке. При работе на холостом ходу двигатель потребляет из сети активную мощность Р. Эта мощность расходуется на потери в магнитопроводе машины, на механические потери зрения в подшипниках, вентиляционные потери трения о воздух и на нагревание обмоток статора при протекании по ним тока холостого хода. Все это - потери холостого хода, которые считают постоянными потерями и не зависящими от режима работы двигателя.
Важнейшей характеристикой электрического двигателя является механическая характеристика, под которой понимают зависимость частоты вращения n от вращающего момента М: n = f (М). При выборе двигателя к производственному механизму из множества двигателей с различными механическими характеристиками выбирают тот, механическая характеристика которого удовлетворяет требованиям механизма. Механическая характеристика, относящаяся к нормальным рабочим условиям двигателя (номинальное напряжение питания, номинальная частота сети, отсутствие в схеме каких либо добавочных сопротивлений), называется естественной механической характеристикой. При изменении рабочих условий (напряжения питания, частоты сети) механическая характеристика называется искусственной.
Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называют зависимости частоты вращения n, вращающего момента на валу двигателя М, потребляемого линейного тока I, скольжения s, коэффициента полезного действия η, коэффициента мощности cosφ двигателя и потребляемой мощности Р1, от полезной мощности на валу двигателя Р2.
Изменение напряжения на зажимах статора приводит не только к изменению вращающего момента. С напряжением на зажимах статора связаны скорость вращения ротора n и мощность на валу двигателя Р2 = 0,105 М∙n при постоянном вращающем моменте М.
Чем ниже напряжение, тем меньше скорость n и мощность Р2. Величина напряжения, подводимого к статору, оказывает влияние и на коэффициент полезного действия двигателя. Таким образом, с изменением напряжения на фазах двигателя изменяются и его рабочие характеристики.
Одним из основных недостатков асинхронного двигателя долгое время являлась сложность регулирования частоты вращения. Частота вращения асинхронного двигателя определяется формулой n= 60∙ f1∙ (l-s) /р, из которой следует, что частоту вращения двигателя n можно регулировать путем изменения частоты сети f1, числа пар полюсов р (ступенчатое регулирование), изменением скольжения s за счет изменения сопротивления цепи статора или ротора. В настоящее время основным способом регулирования частоты вращения асинхронных двигателей стало частотное регулирование, для чего используются преобразователи частоты, которые позволяют регулировать не только частоту вращения двигателя. В данной лабораторной работе электропитание двигателя осуществляется от преобразователя частоты, а скорость вращения его вала - с помощью фототахометра.
Порядок выполнения работы:
Ознакомиться с паспортными данными исследуемого трехфазного двигателя (табл.1).
Таблица 1
Тип
двигателя Номинальное
напряжение, ВНоминальный
ток, А Номинальная
мощность.
кВт Номинальная
частота
вращения, об/мин Коэффициент
полезного
действия,
% Номинальный
коэффициент
мощности
АИС56В4УЗ 220/380 0,69,0,4 0.09 1350 57 0,65
Собрать электрическую схему для пробного пуска двигателя на холостом ходу (рис.1). Обратить внимание при этом на схему соединения обмоток двигателя в соответствии с паспортными данными, учитывая, что выходное напряжение частотного преобразователя 220В (при частоте 50Гц).
80010048260
Рис.1
Установить частоту питающего напряжения 50 Гц (потенциометр RP2 «Установка частоты» на рабочем поле «Управление» в крайнем правом положении). Тумблер SA4 установить в позицию «Стоп».
После проверки схемы преподавателем произвести пробный пуск двигателя. Включить электропитание стенда (автоматический выключатель на кожухе с тыльной стороны) и частотного преобразователя (выключатель SA3). Для пуска двигателя перевести тумблер SA4 в позицию «Вперед». При пуске двигателя обратить внимание на направление вращения двигателя. Остановить двигатель (перевести тумблер SA2 в среднее положение «Стоп»). Перевести тумблер SA4 в позицию «Назад» и обратить внимание на направление вращения двигателя. Остановить двигатель.
Снять регулировочную характеристику асинхронного двигателя n=f(f) при его работе на холостом ходу. Для этого запустить двигатель (тумблер SA4 в позицию «Вперед») и изменяя частоту напряжения питания двигателя с помощью потенциометра RP2 «Установка частоты» измерять величину напряжения и скорость вращения ротора двигателя с помощью фототахометра. Результаты измерений занести в таблицу 2
Таблица 2
U, В n, об/мин f, Гц Выключить источник питания, разобрать электрическую цепь и сдать стенд преподавателю.
По результатам измерений построить нагрузочную характеристику асинхронного двигателя n=f(f).
Сделать вывод по работе.
Контрольные вопросы:
Каков принцип действия трехфазного асинхронного двигателя?
Что такое скольжение?
Как соединить звездой выводы обмоток трехфазного двигателя (нарисуйте схему соединения обмоток)?
Как соединить треугольником выводы обмоток трехфазного двигателя (нарисуйте схему соединения обмоток)?
Что такое реверс двигателя?
Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?
Какая зависимость называется механической характеристикой?
Какая мощность указывается в паспорте двигателя?