Axm,Bar,Vav_2002

3. Расчетная часть

3.1. Типовые задачи

Задача 1 В табл. 5.1 приведены паспортные данные универсального асинхронного двигателя серии УАД, который может работать как от трехфазной, так и однофазной сетей напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Требуется подобрать емкость конденсатора для включения двигателя в однофазную сеть и изобразить схему включения.

Таблица 5.1

α =

β =

λ =

Тип

Рн ,

Iн ,

nн ,

ηн ,

=

Iпуск

=

Мпуск

=

Мmax

Iн

M н

Вт

А

об/мин

%

M н

УАД72

70,0

0,4

2700

65,0

6,0

1,5

1,5

Примечание: При подборе емкости конденсатора и выборе схемы включения рекомендуется воспользоваться рекомендациями, изложенными в описании лабораторно-практического занятия №3.

Задача 2 По паспортным данным, приведенным в табл. 5.2, однофазного асинхронного двигателя серии АИРЕ построить естественную механическую характеристику

Таблица 5.2

α =

β =

λ =

Сраб

ηн ,

=

Iпуск

=

М

пуск

=

М

max

Тип

Рн ,

nн , об/мин

сos ϕн

U C

Iн

M н

кВт

%

M н

мкФ/В

АИРЕ100S6

2,2

1400

76,0

0,95

3,2

0,46

1,9

60/450

3.2. Задачи для самостоятельного решения

Задача 1 По паспортным данным, приведенным в табл. 5.3, однофазного асинхронного двигателя серии ДАК построить естественную механическую характеристику.

Таблица 5.3

β =

λ =

Тип

Рн ,

I1н

nн , об/мин

ηн

,

=

Мпуск

=

Мmax

Сраб

Вт

А

%

M н

M н

мкФ

ДАК98-90-3К

90

0,85

2750

52,0

0,65

1,65

3,9

Задача 2 Из представленных схем двигателей переменного тока выбрать однофазный асинхронный двигатель и описать его конструкцию

		-	+
		Rп
1)	2)	3)	4)

4. Экспериментальная часть

4.1. Описание установки

Исследуемая установка состоит из однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа КД-25-У4, нагрузочного устройства, тахометра и электроизмерительных приборов. В качестве нагрузочного устройства в работе используется электромагнитный тормоз (ЭМТ) – моментомер – устройство, в котором тормозной момент создается взаимодействием вихревых токов во вращающемся диске с электромагнитным полем электромагнитов.

Основными частями электромагнитного тормоза являются алюминиевый диск, соединенный с валом исследуемого двигателя с помощью муфты, и система электромагнитов, укрепленных на кольце. К кольцу, которое может поворачиваться в направлении вращения диска, прикреплены маятник с грузом и стрелка. По углу отклонения маятника на шкале определяется величина момента. Нагрузка изменяется током в обмотке электромагнитного тормоза.

Питание электромагнитного тормоза осуществляется от лабораторного автотрансформатора через двухполупериодный мостовой выпрямитель. Измерение тока двигателя и подводимого напряжения осуществляется приборами с пределами измерения 0 ÷ 500 mА и от 0 ÷ 250 В, соответственно. Измерение мощности, потребляемой двигателем, осуществляется ваттметром.

Измерение скорости вращения ротора двигателя производится с помощью тахометра. Электроизмерительные приборы смонтированы на панели стенда.

4.2. Рабочее задание

1.Записать в отчет паспортные данные исследуемого двигателя

итехнические характеристики электроизмерительных приборов.

2.Провести опыт холостого хода.

Собрать цепь согласно рис. 5.4.

	А	220	В
		I*
	U	PW
		W U*
		I
		PV А	PА
		V	1
			РО
	СП		2
	3 ПО 4		АД

Тахометр	Т
	V
0	250

UZ

_

ЭМТ +

UZ - выпрямитель; ЭМТ – электромагнитный тормоз; Т - лабораторный автотрансформатор; АД - ротор асинхронного двигателя; РО - рабочая

обмотка; ПО - пусковая обмотка; Cп= 1,5 мкФ - пусковой конденсатор

Рис. 5.4

При отключенном электромагнитном тормозе запустить двигатель и определить значение пускового тока Iпуск . Показания

приборов в установившемся режиме и результаты вычислений занести в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Результаты наблюдений

Результаты вычислений

P ,

U ,

I ,

I

п

, А

n ,

P ,

cos ϕ

s0, %

α =

η

0

,

10

1

10

н

2

10

Iп

Вт

В

А

об/мин

Вт

=

%

Iн

3. Исследовать нагрузочный режим двигателя.

Испытания двухфазного асинхронного двигателя в нагрузочном режиме проводится по той же схеме (электромагнитный тормоз включен). По данным опыта построить механическую n2 = f (M ) и рабочие характеристики:

n2 = f (M ) , cos ϕ1 = f (P2 ) , M = f (P2 ) , η = f (P2 )

при U1 =Uн = const и частоте f = fн = const .

Пустив двигатель в ход, постепенно увеличивают его нагрузку. С этой целью необходимо с помощью автотрансформатора плавно увеличивать напряжение, подводимое через выпрямитель к обмотке электромагнитного тормоза. Постепенно загружая двигатель, сделать 5 ÷ 6 измерений. Данные измерений и вычислений занести в табл. 5.5.

Таблица 5.5

№№		Данные наблюдений				Результаты вычислений
п/п	U , В	I , А	P , Вт	n ,	М, Н·м	s, %	P , Вт	η	0	, %	cos ϕ
	1	1	1	н			2				1
				об/мин

4.Исследовать режим холостого хода при подключении обмоток статора на пониженное напряжение.

Подключить обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя

по схеме рис. 5.4 на пониженное напряжение U1 = 127 B. Запустить двигатель и провести эксперимент в соответствии с пунктом 4.2.2.; показания приборов и результаты вычислений занести в табл. 5.5.

5.Нагрузочный режим двигателя при подключении обмоток статора на пониженное напряжение (U1 = 127 В).

Запустить двигатель и провести эксперимент в соответствии с пунктом 4.2.3. Данные измерений и вычислений занести в табл. 5.5. Построить механическую и рабочие характеристики двигателя и сравнить их с характеристиками пункта 4.2.3.

6. По паспортным данным двигателя определить: синхронную скорость n1, номинальное скольжение sн , номинальный M н и пусковой M п моменты, активную мощность Р1 при номинальном режиме, построить естественную механическую характеристику.

7.Осуществить реверсирование двигателя.

5.Методические указания по выполнению рабочего задания

иобработке результатов эксперимента

5.1. Коэффициент мощности при холостом ходе двигателя определяется по выражению

	P
cos j =	10	.
10	I10U1

Аналогично определяется cos ϕ1 нагруженного двигателя.

2. Полезная мощность на валу двигателя определяется по формуле

P2 = π n2M , Вт, 30

где М - полезный момент на валу двигателя, Н×м; n2 - скорость вращения ротора, об/мин.

3. При построении характеристики n2 = f (M ) недостающие точки (Мmax, nкр, Мп при s = 1) определяются аналитически по выражению

M =	2M max				,
	s	+	sкр
	sкр		s

где sкр - критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту Мmax;

sкр = sн(l + l2 -1) ,

где sн - номинальное скольжение;

λ - перегрузочная способность асинхронного двухфазного двигателя по моменту (для данного двигателя принять λ = 2 ).

6.Контрольные вопросы

1.Возможен ли запуск двигателя при отсутствии пусковой обмотки ?

2.Почему двигатель называется однофазным ?

3.Поясните назначение пусковой обмотки.

4.Как осуществляется реверсирование однофазного асинхронного двигателя ?

5.Как регулируется скорость однофазного асинхронного двигателя ?

6.Как образуется вращающееся магнитное поле однофазного двигателя ?

7.Будет ли работать двигатель, если закоротить конденсатор в цепи пусковой обмотки ?

8.На что и какое влияние оказывает величина емкости в цепи пусковой обмотки ?

Лабораторно-практическое занятие № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО СИНХРОННОГО РЕАКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

1. Цель занятия

Изучение конструкции, принципа действия и экспериментальное получение характеристик однофазного синхронного реактивного электродвигателя.

2. Краткие теоретические сведения

К синхронным реактивным двигателям относятся машины, у которых вращающий момент создается за счет неравномерной магнитной проводимости воздушного зазора, обусловленной конструкцией ротора. Общим для этих двигателей является отсутствие на роторе обмотки возбуждения постоянного тока. Синхронные реактивные двигатели питаются только переменным током со стороны статора, что обеспечивает их конструктивную простоту, надежность и малую стоимость по сравнению с другими типами синхронных двигателей. Статор выполняется также как и статороднофазногоасинхронногодвигателя.

Наиболее часто в реактивных двигателях применяется ротор, конструкциякоторогопредставленанарис. 6.1.

Рис. 6.1

Этот ротор отличается от короткозамкнутого ротора лишь наличием впадин - вырезов на цилиндрической поверхности, образующих явно выраженные полюса. Короткозамкнутая обмотка ротора, выполненная по типу "беличьей клетки", обеспечивает асинхронный пуск реактивного двигателя. Когда ротор двигателя достигает скорости близкой к синхронной скорости вращения

магнитного поля, он под действием реактивного момента втягивается в синхронизм и далее вращается с синхронной скоростью.

Электромагнитный вращающий момент реактивного двигателя определяется следующим образом

	mU 2		1		1
M =				−		sin 2θ,
	2Ω
		xq			xd

где m - число фаз;

Ω = 2πfp - угловая частота вращения поля статора, c−1;

f- частота питающей сети, Гц;

р- число пар полюсов ротора;

xq - индуктивное сопротивление обмотки статора по поперечной

оси (совпадающей с осью симметрии впадин), Ом;

xd - индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной

оси (совпадающей с осью симметрии полюса), Ом; θ- угол отставания оси ротора относительно оси полюсов

вращающего магнитного поля статора.

Для выяснения природы реактивного вращающего момента обратимся к модели, в которой вращающееся магнитное поле статора представлено вращающимися постоянными магнитами.

Если внешняя система полюсов неподвижна, то благодаря силам взаимного притяжения внутренняя система расположится так, что ее полюса будут находиться под полюсами внешней системы, при этом магнитный поток статора имеет на своем пути минимальное магнитное сопротивление (рис. 6.2, а). Магнитное поле статора вращается, поэтому между осью ротора и осью статора появляется пространственный угол сдвига θ (рис. 6.2, б).

а)

б)

Рис. 6.2

(На рис. 6.2 Fм - сила магнитного притяжения; Fn , Ft -

нормальная и тангенциальная составляющие силы магнитного притяжения).

Вследствие этого сила Fм приобретает составляющую Ft . Совокупность сил Ft , действующих на каждый полюс ротора, создает реактивный момент M p , направленный в сторону вращения поля

статора.

Из выражения, определяющего величину реактивного момента, видно, что максимальное значение момента наступает при нагрузке, соответствующей углу θ=45°. Однако под влиянием активного сопротивления обмотки статора максимальное значение M p

наступает при θкр < 45° ( θкр = 30о ÷ 40о ).

Дальнейшее увеличение момента нагрузки на валу реактивного двигателя приводит к уменьшению вращающего момента, и он выпадает из синхронизма.

В реактивном двигателе магнитный поток создается исключительно током статора, да к тому же среднее значение воздушного зазора из-за наличия впадин на роторе достаточно велико, что ведет к повышению сопротивления магнитной цепи машины.

Указанные обстоятельства являются причиной низкого КПД и соsϕ . Реактивные двигатели применяются в системах автоматики, синхронного привода и для приведения в действие кинематики

электронных автоматических приборов.

3. Расчетная часть

3.1. Типовые задачи

Задача 1 Гидрогенератор с воздушным охлаждением, предназначенный для подключения в Единую энергетическую систему, характеризуется техническими данными, указанными в табл.

6.1.

Таблица 6.1

Тип	Sн,	Uн,	nн,	cos φ	η, %	Iв, А	Uв,
генератора	мВА	кВ	об/мин				В
ВГСФ930/233-30	294	15,75	200	0,85	98,1	1880	308

Схема соединения обмотки статора – " звезда". Определить число пар полюсов ротора гидрогенератора, активную мощность генератора Рн, ток обмотки статора Iн, мощность турбины Р1, вращающий момент М1 при непосредственном соединении валов генератора и гидротурбины.

3.2. Задачи для самостоятельного решения

Задача 1 Шестиполюсный трехфазный синхронный двигатель имеет номинальную мощность Рн = 6300 кВт, номинальное напряжение сети U = 6 кВ, частоту f = 50 Гц, коэффициент мощности cos ϕ = 0,9 (опережающий), КПД η = 0,971. Определить номинальный вращающий момент, ток якоря, активную и реактивную мощности, потребляемые двигателем.

Задача 2 Однофазный двухполюсной синхронный реактивный двигатель имеет следующие паспортные данные: Рн = 10 Вт, Uн = 220 В, Iн = 0,22 А, ηн = 0,4. Определить перегрузочную способность двигателя, номинальный и максимальный момент Мн, Мmax, cos ϕн, угол отставания оси ротора относительно полюсов вращающегося поля Qн в номинальном режиме, а также оценить возможность выхода двигателя из синхронизма при уменьшении напряжения до 150 В, если он имеет на валу номинальную нагрузку.

4.Экспериментальная часть

4.1.Описание установки

Работы выполняются на универсальном лабораторном стенде. Исследуется однофазный синхронный реактивный двигатель СД-10. При этом используются установленные на стенде лабораторный автотрансформатор (Т), двухполупериодный мостовой выпрямитель, магазин емкостей, вольтметры и дополнительные приборы: электромагнитный тормоз в качестве нагрузки двигателя с указателем момента, ваттметр, тахометр и многопредельный амперметр.