Выполните задания.

1. 

   Рис. 5.7 – Схема включения трансформатора тока ТА и амперметра

   Выполнить схему включения трансформатора тока ТА для измерения тока в цепи однофазного электронагревателя. Пример выполнения схемы см. на рис. 5.7.

2. Подобрать трансформатор тока из ряда ТА 10/5, ТА 20/5, ТА 30/5, ТА 40/5, ТА 50/5 и т.д. для измерения тока при помощи амперметра, рассчитанного на: 1А – четный или 2А – нечетный вариант. Мощность электронагревателя принять N/2 кВт, где N – номер варианта, напряжение сети 220В.

3. Определить показания амперметра РА. Нанести на схему значения в соответствии с рис. 5.7.

4. Выйдет ли амперметр РА из строя, если установить трансформатор тока на ступень меньше?

5. Решить обратную задачу. В сеть с выбранным ранее трансформатором тока включили другой электроприемник. Определите потребляемый ток и мощность электроприемника, если амперметр показывает 0.5А (для всех вариантов).

Задание 6. Асинхронный трехфазный электродвигатель

Рис. 6.1 – Консольный водяной насос с приводом от асинхронно электродвигателя

Рис. 6.2 - Внешний вид трехфазного электродвигателя

Асинхронные электродвигатели приводят в действие различное оборудование и устройства: насосы, компрессоры, станки, конвейеры, вентиляторы и т.д (рис. 6.1 и 6.2).

АД – трехфазный электроприемник, подключаемый к трехфазной сети.

На табличке электродвигателя приводятся его номинальные данные: мощность (на валу), КПД, cosφ, напряжение питания.

Потребляемый электродвигателем ток от сети определяется как для любого другого трехфазного электроприемника:

Полная мощность:

,

где P – активная мощность, определяется как отношение мощности на валу и КПД:

При пуске электродвигателя ток в 5-7 раз превышает номинальный, что необходимо учитывать при расчете сети, выборе аппаратов защиты. Чтобы определить значение пускового тока на табличке электродвигателя указывается кратность пускового тока i_п:

Электродвигатель имеет на статоре 3 идентичные фазные обмотки. В электродвигателях на клеммную колодку выведено 6 клемм – начала С1, С2, С3 и концы С4, С5, С6 обмоток (см. рис. 6.5, а). Это позволяет соединять обмотки «звездой» (рис 6.5, б) или «треугольником» (рис. 6.5, в) при помощи металлических перемычек.

	Y	
а)	б)	в)
Рис. 6.5 – Клеммная колодка: колодка с выведенными началами и концами обмоток (а), включение обмоток в «звезду» (б) и в «треугольник» (в) при помощи перемычек

Если на табличке электродвигателя имеется надпись, например, (рис. 6.6), то при подключении к сети с напряжением 380В обмотки необходимо соединить «звездой», к сети с напряжением 220В – «треугольником». Можно сказать, что обмотка такого электродвигателя рассчитана на 220В, поскольку при любом из этих соединений непосредственно на обмотке будет напряжение 220В.

Большинство АД подключаются к трехфазной сети с линейным напряжением 380В, но существуют АД работающие от сети 660В и даже 6000В.

Рис. 6.6– Табличка асинхронного электродвигателя

Статор - неподвижная часть трехфазного асинхронного электродвигателя имеет три обмотки, которые подключаются к трехфазной сети и создают вращающееся магнитное поле с постоянной частотой n₀, которая зависит от частоты питающего напряжения f, равного 50Гц и количества p полюсов статора, равного 1, 2, 3…:

Таким образом, магнитное поле создаваемое обмотками статора вращается с постоянной частотой n₀ равной 3000, 1500, 1000, либо 750об/мин при числе полюсов конкретного электродвигателя р=1, 2, 3 или 4 соответственно.

Магнитное поле статора вращается и «увлекает» за собой ротор, приводя его во вращения. Рассмотрим график механической характеристики на рис. 6.3, который показывает частоту вращения ротора электродвигателя в об/мин при различном тормозном усилии на валу - механическом моменте нагрузки в Нм – ньютон метрах.

При отсутствии нагрузки на валу ротора – холостом ходе, ротор вращается практически с частотой равной n₀ (точка 1).

Рис. 6.3 – МХ асинхронного электродвигателя

Теперь будем притормаживать вал ротора. Чем больше тормозящее усилие на валу ротора, тем больше ротор начинает отставать от частоты вращения поля статора n₀. По этой причине такие электродвигатели и называются асинхронными, т.к. их ротор под нагрузкой не синхронно вращается с полем статора, а отстает от него.

Как сильно частота вращения ротора падает под нагрузкой, показывает скольжение s:

При номинальной нагрузке на валу (точка 2) вал вращается с номинальной частотой n_н. Работать при таком тормозном усилии электродвигатель рассчитан заводом изготовителем. При номинальной нагрузке Номинальное скольжение составляет порядка 0.02-0.05. Т.е. частота вращения ротора снижается всего на 2-5% по сравнению с n₀. Для примера, у электродвигателей с n₀=3000 об/мин при номинальной нагрузке частота вращения ротора 2820-2950 об/мин в зависимости от мощности электродвигателя.

При тормозном усилии М_кр, называемом критическим, двигатель крайне перегружен (точка 3). Частота вращения ротора в критическом режиме падает на 10-20% от n₀. При дальнейшем увеличении нагрузки ротор электродвигателя остановится или говорят «двигатель опрокидывается».

Еще одна точка на графике М_п - это пусковой момент, который развивает двигатель во время пуска.

Номинальный момент нагрузки связан с номинальной мощностью на валу (Вт) и номинальной частотой вращения (об/мин) соотношением:

[Нм]

Например, для электродвигателя (рис. 6.4) Pн=0,75кВт, nн=2820 об/мин номинальный момент нагрузки:

В паспорте электродвигателя приводятся кратности пускового m_п (1,2…2) и критического моментов m_кр (2…3), которые показывают во сколько раз соответствующие моменты больше номинального:

,

Выбор электродвигателя по мощности. Как правильно выбрать электродвигатель для привода механизма? Номинальная мощность на валу электродвигателя P_н должна быть равна или несколько превышать мощность необходимую для работы приводимого в действие механизма P_c. Мощность P_c различных механизмов и устройств определяется по специальным формулам.

Для нормальной работы электродвигателя тормозной момент М_с который создается механизмом (рис. 6.3) должен находиться вблизи или равен номинальному моменту электродвигателя М_н. При M_c>>M_н двигатель будет перегружен, при M_c<<M_н - недогружен. Поэтому рабочая точка на механической характеристике должна находиться как можно ближе к точке 2 номинального режима работы.

Определить тормозной момент сопротивления механизма можно по выражению:

.

Для асинхронных электродвигателей опасны колебания напряжения в сети, т.к. с изменением напряжения изменяется максимальный М_кр и пусковой момент М_п. Так, при работающем электродвигателе и уменьшении напряжения в сети максимальный момент М_кр может оказаться меньше тормозного момента М_с, что приведет к остановке электродвигателя и выходу его из строя. Если пусковой момент М_п станет меньше тормозного момента М_с, то электродвигатель не запуститься.

В расчетах полагают, что момент электродвигателя изменяется пропорционально квадрату напряжения . Например, при уменьшении напряжения на 10%, т.е. при 0.9·U_н (300В) максимальный момент также уменьшится и составит 0,81 от максимального момента при номинальном напряжении. Поэтому после выбора электродвигателя производится его проверка на перегрузку и условие пуска с учетом возможного снижения напряжения в сети на 10%:

,

Если какое либо условие не выполняется необходимо взять электродвигатель с мощностью на ступень больше.

Выполните задания.