2.4. Контрольные вопросы

1) Какие существуют способы определения начала и конца обмотки статора?

2) Какие существуют способы пуска асинхронных двигателей?

3) Куда расходуется потребляемая при пуске мощность?

Лабораторная работа 3 исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Ц е л ь р а б о т ы – ознакомиться с конструкцией асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, его пуском в ход; изучить методику определения скольжения; снять рабочие характеристики двигателя [ 1, с. 29 – 32, с. 462 – 466; 2, с. 358 – 367, с. 566 – 568, с. 533].

3.1. Основные теоретические положения

Наиболее широкое применение в качестве привода в современных электрических установках имеет асинхронная машина (АМ) переменного тока. Она является обратимой и используется как преобразователь электрической энергии в механическую и наоборот, а также в качестве преобразователя частоты. Наибольшее применение имеют асинхронные двигатели (АД). Основными элементами АМ являются статор и ротор. Обмотка статора выполняется трех –, двух – и однофазной в зависимости от типа машины.

В трехфазной машине фазные обмотки укладываются со сдвигом на 120^о в пространстве, и при питании симметричным трехфазным напряжением они создают вращающееся магнитное поле.

Ч

астота вращения поля статора (синхронная) где –частота тока сети; –число пар полюсов машины.

При =50 Гц имеем ряд синхронных частот вращения (табл. 3).

Таблица 3

Соотношение между числом пар полюсов и синхронной частотой вращения поля

	1	2	3	4
	3000	1500	1000	750

Принцип действия АД заключается в следующем: при включении обмотки статора АД в трехфазную сеть создается вращающееся магнитное поле, индуктирующее в обмотке ротора ЭДС, под действием которой в замкнутом контуре обмотки ротора начнут протекать токи; последние, взаимодействуя с магнитным полем, создают электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение вслед за вращением поля.

Р

отор может достигнуть синхронной частоты вращения, так как в этом случае отсутствовало бы пересечение обмотки статора с линиями поля, исчезли бы ЭДС, токи ротора и электромагнитный момент. Частота вращения ротора .

С

ледовательно, вращение АД возможно только при , т.е. при синхронном вращении ротора. ЭДС вращающего относится к ЭДС неподвижного ротора

, отсюда и , где – частота ЭДС и

т

ока ротора.

В

еличина называется скольжением ротора относительно вращающего поля и характеризует степень отстаивания ротора от вращающегося поля статора. Скольжение АД может меняться в пределах от 0 до 1 (100%). При =0 режим называется идеальным холостым ходом машины, а при =1 – режимом короткого замыкания. Короткое замыкание может быть получено при подаче пониженного напряжения на статорную обмотку и заторможенном роторе .

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным. Для двигателя нормального исполнения мощностью от 1 до

1

000 кВт номинальное скольжение составляет (0,02 – 0,07). На щитке двигателя указывает номинальная частота вращения ротора. Эта величина дает возможность определить синхронную частоту вращения, номинальное скольжение , а также число полюсов обмотки статора . На щитке двигателя указывается также номинальное напряжение и способ соединения обмоток статора. Этими данными необходимо воспользоваться при сборке схемы двигателя.

А

М работает в режиме двигателя при . Реже используется генераторный режим (скольжение находится в пределах от 0 до – ). Третий возможный режим АМ – электромагнитный тормоз (скольжение измеряется от 1 до + ). Двигательный режим АМ применяется наиболее часто.

АД конструктивно выполняются в двух вариантах: с короткозамкнутым (рис.11) и фазным ротором (рис. 14).

В трехфазном АД обмотки статора соединяются по схеме «звезда» и «треугольник» в зависимости от напряжения питающей сети.

Э

лектромагнитный момент АД создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем , где – машинная постоянная; – магнитный поток; – ток ротора; – угол между и . Он пропорционален электромагнитной мощности и в конечном итоге может быть рассчитан по следующей формуле:

(2)

г

де – число фаз статора; – число пар полюсов обмотки статора; –

н

апряжение сети, В; – соответственно активное сопротивление статора и приведенное сопротивление ротора, Ом; – реактивное сопротивления статора и ротора, Ом.

Зависимость называется механической характеристикой двигателя

и имеет вид, приведенный на рис. 8.

Н

а этой характеристике можно указать соответствующее определенному режиму двигателя точки: 0 – идеальный холостой ход двигателя, достигается при вращении ротора вспомогательным двигателем с частотой вращения ; С – номинальный; А – критический момент (момент опрокидывания) двигателя. При этом скольжение называется критическим, а двигатель развивает максимальный момент. Малейшее увеличение нагрузки на валу двигателя выше критической приводит к режиму короткого замыкания и переходу по характеристике к точке В . Точка В – момент пуска двигателя. Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной

с

пособностью и для двигателя общего применения лежит в пределах

А

нализ механической характеристики показывает, что устойчивая работа АД возможна при скольжении .

Э

лектромагнитный момент двигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения к статору . В то время величина критического скольжения не зависит от напряжения . Это дает возможность построить

х

арактеристики для различных значений напряжения (рис. 9), из которых следует, что колебание напряжения сети сопровождается не только изменением момента, но и изменением частоты вращения ротора, так как изменяется и величина скольжения. При заметном уменьшении напряжения

(до 30%) момент двигателя уменьшается более чем вдвое. Это приводит к тому, что двигатель не в состоянии работать при номинальной нагрузке на валу.

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10

С

войства АД характеризуются его рабочими характеристиками (рис. 10) , ,

, , , при , которые снимаются при условии, что

и могут быть получены расчетным и опытным путем. В лабораторных условиях они снимаются на установке, где двигатель нагружают с помощью нагрузочного генератора. Для двигателей средней и большой мощности рабочие характеристики можно построить по круговой диаграмме.

П

ри снятии рабочих характеристик необходимо измерить частоту вращения ротора. Существует несколько методов измерения :

1) с использованием тахометра;

2

) с использованием тахогенераторов;

3

) измерением скольжения . Последний способ позволяет с высокой

точностью определить по формуле: .

Для определения скольжения используют различные способы.

С

тробоскопический метод, примененный в данной работе, заключается в том, что в ходе эксперимента измеряется частота скольжения . На валу двигателя укрепляется диск, разделенный на одинаковые темные и светлые секторы. При этом число темных секторов должно быть равно числу полюсов. Если этот вращающийся диск осветить неоновой лампой, получающей питание от той же сети переменного тока, что и двигатель, то будет наблюдаться вращение диска с частотой , равной отставанию ротора от магнитного поля статора. Причиной такого явления можно считать то, что газосветная лампа мерцает с частотой сети, вспыхивая каждый раз при переходе напряжения через максимум, т.е. 100 раз в секунду. Если двигатель четырехполюсный , то частота вращения поля статора

об/мин.

З

а 1/100 секунды двигатель делает оборота. Если бы ротор вращался с частотой вращения , то в период вспышки лампы темные секторы замещались бы один другим и мнимое изображение казалось бы неподвижным. Однако ротор не успевает за 1/100 секунды повернуться на ¼ оборота. Таким образом, будет казаться, что изображение секторов вращается в обратную сторону с частотой вращения . Подсчитав за некоторый промежуток времени число оборотов какого – либо сектора, можно определить

Скольжение и частоту вращения ротора двигателя .