УМК - ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА / Лабораторно-практические занятия / ЭМ - 3

Лабораторная работа № 3-2

Исследование механических и рабочих характеристик

асинхронного электродвигателя

Цель работы: изучить методы экспериментального исследования механических и рабочих характеристик асинхронных электродвигателей

1. Общие теоретические положения

Механические характеристики представляют собой зависимость частоты вращения ротора от вращающего момента: или зависимость вращающего момента от скольжения: . Поскольку между частотой вращения ротора и скольжением существует жёсткая линейная зависимость, обе формы записи дают одну и ту же характеристику и от одной из них всегда можно перейти к другой.

Наиболее характерными точками на механической характеристике, общий вид которой показан на рис. 1-а, являются:

• режим идеального холостого хода, когда частота вращения ротора равна частоте вращения поля статора, и машина не развивает вращающего момента: - точка 1

• номинальный режим работы, для которого (точка 2):

(1)

• режим, при котором электродвигатель развивает максимальный вращающий момент (точка 3):

(2)

• режим, соответствующий начальному моменту пуска, который представляет собой режим короткого замыкания (точка 4):

(3)

Кратности максимального и пускового момента, а также величина критического скольжения определяются по каталожным данным.

Рабочими характеристиками называются зависимости частоты вращения ротора, вращающего момента, тока статора, к.п.д. и коэффициента мощности двигателя от полезной мощности на валу:

Типичные рабочие характеристики АД показаны на рис. 2-б. Они имеют смысл и строятся только в зоне устойчивой работы, когда развиваемый двигателем момент не превышает максимального значения.

Частота вращения ротора при переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки незначительно уменьшается практически по линейной зависимости и только при перегрузках начинает снижаться более заметно (на 20 …30%).

Вращающий момент связан с полезной мощностью и частотой вращения известным соотношением:

(4)

и вследствие уменьшения частоты вращения возрастает в слабо выраженной нелинейной зависимости.

Ток статора имеет довольно большое начальное значение вследствие наличия воздушного зазора между статором и ротором и насыщения магнитной системы. При экспериментальных исследованиях следует вычислять его среднее значение: .

К.п.д., ранвый: , связан с полезной мощностью типовой для всех электрических машин зависимостью, его максимальное значение обычно соответствует нагрузке 0,5 …0,7 Р_2ном

Коэффициент мощности определяется отношением активной мощности, потребляемой двигателем из сети к полной мощности:

(5)

и вначале плавно возрастает, достигая максимума примерно при номинальной нагрузке, а затем очень медленно уменьшается.

2. Методика экспериментальных исследований

Нагрузка на асинхронный двигатель создаётся с помощью машины постоянного тока, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением (рис. 2). Вращающий момент на общем валу при неизменном магнитном потоке определяется по формуле:

. (6)

Ток холостого хода I₀ определяется по тарировочной кривой, которую снимают при проведении опыта холостого хода нагрузочной машины. Эти данные следует получить у преподавателя. Сопротивление якоря замеряется непосредственно или определяется по формуле:

(7)

Ток якоря нагрузочной машины I_нм измеряется непосредственно амперметром. Характеристики нагрузочной машины представляют собой прямые линии, выходящие из начала координат (рис. 1-а). Устойчивая работа обеспечивается примерно до максимального значения момента асинхронного двигателя.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Записать паспортные данные исследуемой асинхронной машины. Определить характерные точки её механической характеристики

3.2. По паспортным данным нагрузочной машины определить коэффициент пропорциональности между током и моментом С_М

3.3. Подготовить таблицу для записи показаний приборов и расчётных параметров по следующей форме:

п2, об/мин
I0, A
Iнм, A
, Нм
Р2 = 0,105п2 М, Вт
,А
Р1 = Р1А+ Р1В+ Р1С, Вт

cos1

3.4. Собрать и представить на проверку схему рис. 2. Включить стенд. Установить номинальный ток возбуждения машины постоянного тока, проверить работу всех элементов схемы

3.5. Последовательно увеличивая нагрузку, записывать показания приборов (п₂,, I_нм,,U₁, I_1А, I_1В, I_1С, Р_1А, Р_1В, Р_1С, U₁), ток холостого хода нагрузочной машины для соответствующих частот вращения определить по тарировочной кривой, все остальные параметры рассчитать, используя формулы 1 …7

3.6. Построить механические и рабочие характеристики исследуемого двигателя. Проверить их соответствие контрольным точкам. Сделать выводы. Оформить отчёт о работе

Контрольные вопросы

1. Изобразить схему асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, указать маркировку обмоток. Как они могут соединяться? Как осуществляется пуск АД?

2. Что такое механические характеристики асинхронного двигателя? Дать их общий анализ

3. Каким образом можно рассчитать механическую характеристику по каталожным данным? Привести пример

4. Что такое рабочие характеристики асинхронного двигателя? Дать их общий анализ

5. Какие данные о механических и рабочих характеристиках приводятся на щитке электродвигателя и в каталожных данных?

6. Пояснить методику и технику проведения экспериментальных исследований

7. Как изменяется мощность на валу АД, если частота вращения станет меньше значения, соответствующего максимальному моменту? Чему равна полезная мощность в момент пуска?

8. Почему рабочие характеристики справедливы только в пределах устойчивой работы АД?

9. Перечислить основные достоинства и недостатки асинхронных электродвигателей