МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Методические указания по выполнению лабораторной работы № 3

Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным ротором

Разработал

А.А. Кацурин, к.т.н.

Владивосток 2006 г.

1. Цель работы

Исследование работы асинхронного двигателя с фазным и короткозамкнутым ротором при различных параметрах питающего напряжения и двигателя.

2. Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка для исследований показана на рис. 1.

Рис. 1. Модель асинхронного двигателя

Она содержит:

- асинхронный двигатель,

- добавочные резисторы в цепи ротора,

- три источника переменного напряжения, сдвинутого на 120 градусов,

- трехфазный измеритель токов и напряжений (Three-Phase V-I Measurement),

- источник для задания момента нагрузки М_н в виде ступенчатого сигнала (Step),

- блоки для наблюдения (измерения) мгновенных значений напряжения в фазе А статора (Va), тока фазы А статора (is_a), частоты вращения ротора (N), тока и напряжения ротора (ir, vr), развиваемого двигателем электромагнитного момента М_дв (обозначен на модели как Te),

- блок для наблюдения механической (XY Graph) характеристики двигателя,

- блоки выбора сигналов (Selector),

- блок для разделения сигналов двигателя (Machines Measurement Demux),

- коэффициент (rp.m), обеспечивающий преобразование частоты вращения ротора из рад/с в об/мин.

Окна настройки параметров элементов модели представлены на рис. 2-7.

Рис. 2. Окно настройки асинхронного двигателя

Рис. 3. Окно настройки источника напряжения

Рис. 4. Окно настройки блока разделения сигналов двигателя

Рис. 5. Окно настройки источника ступенчатого сигнала

Рис. 6. Окно блока выбора сигналов

Рис. 7. Окно параметров моделирования

3. Краткие теоретические сведения

Уравнение статической механической характеристики асинхронного двигателя имеет следующий вид:

,

где - напряжение статора, , - активные сопротивления статора и ротора, - индуктивное сопротивление короткого замыкания, , - индуктивности рассеяния статора и ротора, - скорость вращения магнитного поля асинхронного двигателя, - скорость идеального холостого хода, - частота сети, - число пар полюсов, - скольжение, - скорость ротора.

Анализ этого выражения показывает, что оно имеет точки экстремума. Критическое скольжение, соответствующее экстремуму, может быть получено путем дифференцирования этого выражения по скольжению и последующего приравнивания этой производной к нулю:

.

Подставляя это значение в выражение для механической характеристики можно получить критический момент:

.

Необходимо отметить, что при механическая характеристика близка к линейной зависимости, а в области больших скольжений () имеет гиперболический характер. При момент принимает максимальные значения, причем в двигательном режиме () соответствующее значение критического момента меньше, чем в генераторном режиме ().

4. Порядок выполнения лабораторной работы

1. Ознакомиться с методическими указаниями к выполнению лабораторной работы.

2. В соответствии с вариантом собрать в MATLAB рабочую схему.

При задании параметров источника питания необходимо учесть фазовые сдвиги между напряжениями (начальный угол в фазе А – 0 град, В – 240 град, C – 120 град).

Для анализа влияния момента нагрузки на характеристики двигателя необходимо обеспечить изменение момента нагрузки от нуля до номинального значения в момент времени - 5 с.

3. Исследовать характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при изменении добавочного сопротивления в цепи ротора . Для этого необходимо выполнить моделирование с тремя значениями добавочного сопротивления:

- 0.5,

- ,

- 1.5.

Здесь и далее необходимо снять показания частоты вращения ротора (N), тока и напряжения ротора (ir, vr), развиваемого двигателем электромагнитного момента М_дв (обозначен на модели как Te), механической характеристики двигателя (XY Graph).

4. Исследовать характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Для того, чтобы получить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором необходимо при задании параметров двигателя (см. рис. 2) выбрать тип ротора – Squirrel-cage.

а) проанализировать влияние напряжения питания на характеристики двигателя. Для этого необходимо выполнить моделирование с тремя значениями напряжения питания:

- 0.8,

- ,

- 1.2.

б) проанализировать влияние частоты питающей сети на характеристики двигателя. Для этого необходимо выполнить моделирование с тремя значениями частоты:

- 0.8,

-,

- 1.2.

в) проанализировать влияние числа пар полюсов на характеристики двигателя. Для этого необходимо выполнить моделирование с тремя значениями числа пар полюсов: 1, 2, 3.

г) исследовать характеристики асинхронного двигателя при частотном управлении (). Для этого необходимо выполнить моделирование с тремя значениями напряжения питания:

- 0.8,

- ,

- 1.2.

5. Проанализировать влияние момента нагрузки на характеристики двигателя по всем ранее полученным графикам.

6. В соответствии с вариантом рассчитать и построить естественную механическую характеристику асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и сравнить ее с полученной при моделировании характеристикой.