ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Самара

Самарский государственный технический университет

Печатается по решению Редакционно-издательского совета

Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: метод.указ. / Сост. Ю.В.Зубков. – Самара; Самар. гос. техн. ун-т, 2008. — 44с.: ил.

Содержат практические рекомендации по экспериментальному определению рабочих и механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а также контрольные вопросы, указания по обработке экспериментальных данных.

Составлены в соответствии с рабочей программой по курсам «Электрические машины», «Электромеханика», «Конструкция, расчет, проектирование, потребительские свойства ЭМУ и ЭМП» для студентов специальностей 140203, 140204, 140205, 140211, 140601, 140604, 140605,140608.

Предназначены для студентов и преподавателей университета.

Составитель канд. техн. наук Ю.В. Зубков

Рецензент канд. техн. наук Ю.А. Макаричев

Ó Ю.В.Зубков, составление, 2008

Ó Самарский государственный

технический университет, 2008

ВВЕДЕНИЕ

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором составляют около 80% всего парка электрических двигателей, применяемых в промышленности, благодаря простоте конструкции и обслуживания, невысокой стоимости. Изучение потребительских свойств, эксплуатационных характеристик таких двигателей является актуальной задачей.

Целью учебных лабораторных испытаний является более глубокое изучение студентами вопросов теории электромеханического преобразования энергии, ознакомление с конструкцией электрических машин и их основными характеристиками, приобретение практических навыков экспериментальных исследований и обработки опытных данных.

Лабораторные работы рассчитаны на 4 часа аудиторных занятий по экспериментальному исследованию электрических машин и на 2. 4 часа самостоятельной работы студентов по обработке и анализу полученных опытных данных.

Правила техники безопасности при работе в учебной лаборатории

Перед началом работ в лаборатории все студенты обязаны ознакомиться с правилами техники безопасности при работе с электротехническими установками и расписаться в соответствующем журнале, хранящемся у заведующего лабораторией.

При выполнении лабораторных работ по электрическим машинам следует помнить, что испытания проводятся при напряжениях до 250 В, а в некоторых случаях и выше. При неблагоприятных условиях опасные поражения электрическим током могут произойти даже при напряжении ниже 50 В, Поэтому во время работы студенты должны быть внимательны, дисциплинированны и строго соблюдать следующие требования техники безопасности.

1. Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, все члены студенческой бригады должны обстоятельно ознакомиться с оборудованием лабораторной установки и устройством отдельных ее частей. Студенты обязаны знать номинальные данные исследуемых электрических машин и не допускать их превышения в ходе работы, за исключением случаев, оговоренных особо.

2. К сборке электрической схемы необходимо приступать только
после разрешения преподавателя, убедившись, что ни одна из частей
установки не находится под напряжением.

3. При обнаружении на лабораторном стенде неисправностей
следует обратиться к дежурному лаборанту. Работа на неисправном
стенде категорически запрещается.

4. Включение установки под напряжение разрешается только после проверки схемы и всей установки преподавателем.

5. В процессе выполнения лабораторной работы категорически
запрещается прикасаться к находящимся под напряжением оголенным токоведущим участкам схемы и вращающимся частям электрических машин.

6. Все необходимые переключения в схемах разрешается производить лишь при полном отключении напряжения.

7. Студентам запрещается делать какие-либо переключения на
главном распределительном щите и заходить за лабораторные стенды.

8. Если в ходе работы требуется сделать перерыв (для выполнения
контрольных расчетов, консультации с преподавателем, на отдых и
т.д.), то напряжение со стенда должно быть полностью снято.

9. Категорически запрещается оставлять без присмотра даже на
короткое время лабораторную установку, находящуюся под напряжением.

10. По окончании работы в первую очередь со стенда должно
быть снято напряжение. После утверждения преподавателем, полу
ученных экспериментальных данных, схема разбирается и рабочее место приводится в порядок.

Нарушение правил техники безопасности и поведения в лаборатории рассматривается как серьезное нарушение дисциплины.

Требования и рекомендации по подготовке к лабораторной работе и оформлению отчета

Перед каждой лабораторной работой студент должен самостоятельно, используя рекомендованную литературу и настоящее руководство, подготовиться и знать следующие основные вопросы:

— устройство и принцип действия исследуемой электрической
машины;

— вид ее основных характеристик;

— назначение всех элементов испытуемой установки, их взаимодействие и обозначение на электрической схеме.

Перед началом занятий преподаватель проверяет устно, письменно или при помощи контролирующих устройств знания студентов и их готовность к выполнению предстоящей работы.

К каждому следующему занятию студент представляет отчет о предыдущей работе и защищает его.

Студент, не представивший отчет о предыдущей работе, к лабораторным занятиям не допускается.

Отчет выполняется каждым студентом индивидуально на стандартных листах формата А4 (287мм X 210 мм).

Отчет должен содержать:

1) титульный лист с названием работы, фамилией студента, указанием его факультета, курса и группы, фамилией проверяющего
преподавателя и т.д.;

2) программу работы;

3) номинальные данные исследуемых машин;

4) электрическую схему (схемы) установки, выполненную в соответствии с действующими стандартами;

5) таблицы экспериментальных и расчетных данных. Каждая
таблица должна иметь название и порядковый номер, в таблице обязательно должны быть указаны единицы измерения приведенных величин;

6) пример расчета данных, необходимых для построения графиков и диаграмм;

7) рисунки опытных и расчетных характеристик, выполненные
на листах формата А4 с помощью графических редакторов или вручную. Рисунки должны сопровождаться названием, порядковым номером и необходимыми поясняющими надписями. На графиках должны быть четко проставлены все экспериментальные точки, имеющиеся в соответствующей таблице. Характеристики проводятся в виде плавных кривых таким образом, чтобы число «выпавших» экспериментальных точек по обе стороны кривой было примерно равным;

8) выводы по проделанной работе. В выводах должно быть в краткой форме сделано заключение по каждому из проделанных опытов и по каждой опытной и расчетной характеристике.

Теоретические сведения об асинхронном двигателе

С короткозамкнутым ротором

Конструкция АД с короткозамкнутым ротором упрощенно показана на рис.в1

1 – корпус (станина), 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора, 5 – обмотка ротора, 6 – воздушный зазор, 7 – вентиляционные каналы, 8 – вал ротора.

Все трехфазные асинхронные двигатели имеют конструктивно одинаковые статоры и различаются выполнением обмотки ротора. По конструкции обмотки ротора эти двигатели подразделяются на два типа: с короткозамкнутой обмоткой (короткозамкнутые) и с фазной. Трехфазный двигатель предназначен для включения в трехфазную сеть, поэтому он имеет обмотку статора, состоящую из трех фазных обмоток, при прохождении через которые токи, поступающие из трех фаз сети, возбуждают вращающееся магнитное поле. Для усиления магнитного поля и придания ему необходимой формы сердечники собирают, из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака.

К корпусу двигателя, который отливают из чугуна или стали, прикрепляют все остальные части двигателя. Сердечник статора имеет вид полого цилиндра с продольными пазами по внутренней поверхности.

В пазы укладываются три фазные обмотки, сдвинутые относительно друг друга на угол 120град. Внутри корпуса сердечник статора укрепляется с помощью прокладки из немагнитного материала для того, чтобы не допускать образования в нем магнитного поля и, следовательно, вихревых токов.

Частота вращения магнитного поля статора в об/мин определяется соотношением

где — число пар полюсов статора; — частота питающего напряжения статора.

Тогда при питании двигателя от сети промышленной частоты = 50 Гц и =1 частота вращения поля статора равна = 3000 об/мин. Для получения меньших частот вращения статоры выполняют с многополюсными обмотками ( > 1).

Короткозамкнутый ротор АД состоит из стального вала, цилиндрического сердечника, насажанного на вал ротора, короткозамкнутой обмотки и лопастей, осуществляющих вентиляцию машины. Сердечник ротора имеет вдоль поверхности продольные пазы, в которые укладывается обмотка, представляющая собой неизолированные медные или алюминиевые стержни, замкнутые накоротко на торцах ротора двумя торцевыми кольцами. Если эту обмотку мысленно вынуть из стального цилиндрического сердечника ротора, то она будет выглядеть как беличья клетка.

В асинхронных двигателях средней и малой мощности короткозамкнутую обмотку ротора получают путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в продольные пазы сердечника. Вместе с обмоткой отливают также торцевые короткозамыкающие кольца и лопасти для вентиляции машины.

В обмотке статора асинхронного двигателя при прохождении переменного тока возбуждается вращающееся магнитное поле, которое, пересекая проводники обмотки ротора, наводит в них переменную ЭДС. Так как обмотка ротора замкнута, то наведенная ЭДС вызывает в роторе ток. В результате взаимодействия проводников с током ротора и вращающегося магнитного поля возникает сила, заставляющая ротор вращаться в направлении вращения поля. Таким образом, принцип работы асинхронного двигателя основан на использовании взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого переменным током в обмотке статора и проводниками с током обмотки ротора. Так как вращение магнитного поля статора происходит асинхронно с вращением ротора двигателя, т. е. частота вращения ротора и поля отличается, двигатель называется асинхронным.

Цель работы – овладение практическими навыками экспериментального определения рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и оценки потребительских свойств этого двигателя.

Программа работы

1. Изучить устройство и элементы конструкции двигателя.

2. Определить экспериментальным путем следующие характеристики двигателя: холостого хода, короткого замыкания, рабочие, механические.

3. Выполнить опыт «идеального» холостого хода.

4. Определить рабочую характеристику двигателя расчетным путем по электрической схеме замещения.

Исходные данные

, В

, Ом

,Вт/А

, А

, Вт

Задавшись несколькими величинами скольжения в диапазоне (0,1. 1,2) , рассчитать:

полное сопротивление рабочей ветви Г- образной схемы замещения двигателя

активную составляющую тока обмотки статора

полный ток обмотки статора

активную электрическую мощность, потребляемую двигателем из сети,

потери мощности в двигателе

полезную механическую мощность, развиваемую двигателем,

коэффициент полезного действия

частоту вращения ротора

Результаты расчетов оформить в виде таблицы 6.3. Построить рабочую характеристику и сравнить ее с характеристикой, определенной экспериментально. Привести пример расчета всех величин при номинальном скольжении.

7. Контрольные вопросы

1. Поясните последовательность операций, выполняемых при прямом способе пуска в ход асинхронного двигателя.

2. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?

3. Как опытным путем определить рабочую характеристику асинхронного двигателя?

4. Поясните ход графиков рабочей характеристики.

5. Kaк опытным путем определить характеристики холостого хода асинхронного двигателя?

6. Поясните ход характеристик холостого хода двигателя.

7. Как опытным путем определить характеристики короткого замыкания асинхронного двигателя?

8. Поясните ход характеристик короткого замыкания двигателя.

9. Чтo называется скольжением асинхронной машины и как его определить опытным путем? В каких пределах .изменяется скольжение асинхронного двигателя?

10. Как определить электрические потери в короткозамкнутой обмотке ротора?

11. Как определить КПД двигателя расчетным путем?

12. Опишите виды потерь мощности в асинхронном двигателе и как они зависят от нагрузки.

13. Вычертите Г-образную схему замещения асинхронного двигателя и поясните, как опытным путем определяются ее параметры.

Оглавление

Правила техники безопасности при работе в учебной лаборатории

Требования и рекомендации по подготовке к лабораторным работам

и составлению отчета

Теоретические сведения об асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором

1. Определение характеристик холостого хода трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

1.1. Электрические схемы соединений

1.2. Перечень аппаратуры

1.3. Описание электрической схемы соединений

1.4. Указания по проведению эксперимента

2. Определение характеристик короткого замыкания трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

2.1. Электрическая схема соединений

2.2. Перечень аппаратуры

2.3. Описание электрической схемы соединений

2.4. Указания по проведению эксперимента

3. Определение рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

3.1. Электрическая схема соединений

3.2. Перечень аппаратуры

3.3. Описание электрической схемы соединений

3.4. Указания по проведению эксперимента

4. Определение искусственной механической характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

4.1. Электрическая схема соединений

4.2. Перечень аппаратуры

4.3. Описание электрической схемы соединений

4.4. Указания по проведению эксперимента

5. Опыт «идеального» холостого хода асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

5.1. Электрическая схема соединений

5.2. Перечень аппаратуры

5.3. Описание электрической схемы соединений

5.4. Указания по проведению эксперимента

6. Обработка результатов испытаний и оформление отчета

7. Контрольные вопросы