5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Цель работы: Приобретение практических навыков в выполнении опытов по снятию данных и построению механических характеристик трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором при различных способах регулирования его скорости. Экспериментальное подтверждение теоретических сведений о механических характеристиках асинхронного двигателя с фазным ротором.

5.1. Теоретическая часть.

Асинхронные двигатели получили в промышленности весьма широкое применение благодаря ряду существенных преимуществ по сравнению с другими типами двигателей. Асинхронный двигатель прост и надёжен в эксплуатации, так как не имеет коллектора. Асинхронные двигатели дешевле и значительно легче двигателей постоянного тока.

Выражение механической характеристики асинхронного двигателя имеет вид

M =					3U12 R2′
					R′		2				,
										2
	ω	s R		+	2		+	(X		+ X ′)
					s
0			1						1	2

где: U1 – фазное напряжение обмотки статора;

ω0 – угловая скорость вращения поля двигателя:

ω0 = 2pf1 , pп

f1 – частота питающей сети;

pп – число пар полюсов двигателя; s – скольжение двигателя:

s = ω0 −ω ,

ω0

R1 – активное сопротивление обмотки статора;

(5.1)

(5.2)

(5.3)

R2′ – приведённое активное сопротивление обмотки ротора; X1 – индуктивное сопротивление обмотки статора;

X 2′ – приведённое индуктивное сопротивление обмотки ротора.

Продифференцировав (5.1) по s и приравняв полученное выражение нулю, можно получить значение критического скольжения, при котором двигатель развивает максимальный (критический) момент:

sкр

= ±

R2′

.

(5.2)

R12 + (X1 + X 2′)2

Подставляя значение

sкр

в (5.1),

получим

выражение для

максимального момента:

M кр =

3U12

.

(5.3)

2

(X1

2

2ω0 R1

± R1 +

+ X 2′)

Знак «+» в (5.2) и (5.3) относ ится к двигательному режиму работы, «–» – к генераторному.

Если (5.1) разделить на (5.3), то после преобразований можно получить выражение, называемое уточнённой формулой Клосса:

M =		2M кр (1+ asкр )				,	(5.4)
		s	+	sкр	+ 2asкр
		sкр		s

где	a =	R1	.
		R2′

Пренебрегая активным сопротивлением статора, можно получить упрощённую формулу Клосса:

M =		2M		кр		,	(5.5)
		s	+	sкр
		sкр		s

	где	M кр ≈		3U1		;
			2ω0	(X1 + X 2′)

	sкр ≈ ±		R2′	.
		X1	+ X 2′

5.2. Порядок выполнения работы.

ВНИМАНИЕ! ПЕРЕД ВКЛЮЧЕНИЕМ ПИТАНИЯ СТЕНДА ВСЕ ТУМБЛЕРЫ ДОЛЖНЫ НАХОДИТЬСЯ В ОТКЛЮЧЕННОМ СОСТОЯНИИ (НИЖНЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ); ДВИЖОК РЕЗИСТОРА R201 ДОЛЖЕН НАХОДИТЬСЯ ПРИМЕРНО В СРЕДНЕМ ПОЛОЖЕНИИ; ДВИЖКИ ОСТАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕННЫХ РЕЗИСТОРОВ ДОЛЖНЫ НАХОДИТЬСЯ В КРАЙНЕМ ЛЕВОМ ПОЛОЖЕНИИ.

1.Собрать схему рис 5.1. Включить питание стенда, после загрузки включить ШИП–1, ШИП–2 и ШИП–3 тумблерами SA300, SA301, SA302. Установить токи возбуждения машин M1 – M3 резисторами R300 – R302

400 мА.

2.Включить релейно-контакторную часть стенда тумблером SA700. Включить SA1. Кнопкой SB701 подключить M4 к инвертору. Установить резистором R402 частоту инвертора 25 Гц, затем резистором R401 напряжение 110 В. Установить R201 примерно в среднее положение, включить SA100, затем SA200. Кнопкой SB704 подключить якорь M1 к ШИП. Вращая R201, установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (PA4). Увеличить выходную частоту инвертора до 50 Гц (R402), затем его напряжение до 220 В (R401, PV3). Установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (R201, PA4).

3.Снять естественную характеристику асинхронного двигателя. Вращая R201 в сторону, соответствующую уменьшению скорости агрегата M3 – M4, снять 5 – 6 точек характеристики. ВНИМАНИЕ! При снятии

характеристики не допускать увеличения токов якорей машин М1 –

М3 и статора M4 более 3 А! Результаты измерений занести в таблицу (табл. 5.1). Резистором R201 уменьшить ток якорей машин M2, M3 до нуля

(PA4).

Табл. 5.1

	U4, В	I4, А	Ua2–3, В	Ia2–3, А	ω2, с–1	M, Н м
	(PV3)	(PA5)	(PV2)	(PA4)	(ИС2)

4. Снять характеристику асинхронного двигателя при пониженном напряжении. Установить напряжение на выходе инвертора 165 В (R401, PV3). Снять характеристику аналогично п. 3.

		ШИП			~ U2
					~ U1
								+
				K5.1	SA300	HL300		R300
			V		ШИП-1			–
			PV10
	SA100	A PA10					A	PA1
					ОВМ1
	SA101	CPU
		R911	R912	M1
+15 В						BR1
R200		K10.1	K8.1					PV1 V
R201	SA200
R202
–15 В

БУ

Инвертор

~ U2

SA700

SB700

K1

SB701

~ U1

~ U1

K4.1

K2.2

+

+

K2

SA301

HL301

SA302

HL302

R301

R302

K4.2

K1.1

РКС

ШИП-2

ШИП-3

–

–

V

PV3

K2

PA4

K1.2

K2.1

A

A

PA5

K3.1

РКС1

K3

K2.4

K1.4

M2

ОВМ2

A

PA2

PA3

A

ОВМ3

M3

SB704

BR2

SB703

K5

SA1

PV2

V

K5.1

K9.1

K9.2

K2.5

K11.1

K11.2

R900-R902

K9

R903-R905

K11

Рис. 5.1.

5.Повторить п. 5, установив напряжение на выходе инвертора 110 В. Установить напряжение инвертора 220 В.

6.Снять характеристику асинхронного двигателя при изменении частоты сети. Установить частоту на выходе инвертора 40 Гц (R402). Снять характеристику аналогично п. 3.

7.Повторить п. 6, установив частоту на выходе инвертора 60 Гц. Установить частоту инвертора 50 Гц.

8.Снять реостатные характеристики асинхронного двигателя. Установить ток якоря машины M1 (R201, PA10) равным нулю. Отключить якорь M1 от ШИП (SB703). Выключить SA200, SA100. Плавно уменьшить напряжение на выходе инвертора (R401, PA5) примерно до 110 В, затем уменьшить частоту (R402) примерно до 25 Гц. В той же последовательности (сначала напряжение, затем частота) уменьшить напряжение и частоту на выходе инвертора до нуля. Отключить M4 от инвертора (SB700). Отключить SA700. Удалить перемычку в цепи катушки реле K9. Включить SA700. Кнопкой SB701 подключить M4 к инвертору. Установить резистором R402 частоту инвертора 25 Гц, затем резистором R401 напряжение 110 В. Установить R201 примерно в среднее положение, включить SA100, затем SA200. Кнопкой SB704 подключить якорь M1 к ШИП. Вращая R201, установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (PA4). Увеличить выходную частоту инвертора до 50 Гц (R402), затем его напряжение до 220 В (R401, PV3). Установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (R201, PA4). Снять характеристику аналогично п. 3.

9.Установить ток якоря машины M1 (R201, PA10) равным нулю. Отключить якорь M1 от ШИП (SB703). Выключить SA200, SA100. Плавно уменьшить напряжение на выходе инвертора (R401, PA5) примерно до 110 В, затем уменьшить частоту (R402) примерно до 25 Гц. В той же последовательности (сначала напряжение, затем частота) уменьшить напряжение и частоту на выходе инвертора до нуля. Отключить M4 от инвертора (SB700). Отключить SA700. Удалить перемычку в цепи катушки реле K11. Включить SA700. Кнопкой SB701 подключить M4 к инвертору. Установить резистором R402 частоту инвертора 25 Гц, затем резистором R401 напряжение 110 В. Установить R201 примерно в среднее положение, включить SA100, затем SA200. Кнопкой SB704 подключить якорь M1 к ШИП. Вращая R201, установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (PA4). Увеличить выходную частоту инвертора до 50 Гц (R402), затем его напряжение до 220 В (R401, PV3). Установить величину

тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (R201, PA4). Снять характеристику аналогично п. 3.

10.Установить ток якоря машины M1 (R201, PA10) равным нулю. Отключить якорь M1 от ШИП (SB703). Выключить SA200, SA100. Плавно уменьшить напряжение на выходе инвертора (R401, PA5) примерно до 110

В, затем уменьшить частоту (R402) примерно до 25 Гц. В той же последовательности (сначала напряжение, затем частота) уменьшить напряжение и частоту на выходе инвертора до нуля. Отключить M4 от инвертора (SB700). Отключить SA700. Уменьшить токи возбуждения машин M1 – M3 до нуля ( R300, PA1, R301, PA2, R302, PA3). Отключить ШИП1 – ШИП3 (SA300, SA301, SA302). Отключить питание стенда.

5.3. Обработка результатов измерений.

1. Рассчитать электромагнитный момент двигателя M4 по выражению

M= kΦIа.3 .

2.Построить графики электромеханических и механических характеристик асинхронного двигателя для различных способов регулирования его скорости.

5.4. Контрольные вопросы

1.Какие параметры влияют на величину: скорости идеального холостого хода; критического скольжения; максимального момента асинхронного двигателя?

2.На каком участке механической характеристики асинхронного двигателя возможна его устойчивая работа?

3.Как изменится форма механической характеристики асинхронного двигателя при увеличении величины добавочных сопротивлений в цепи ротора?

4.Как зависит перегрузочная способность асинхронного двигателя от напряжения на обмотке статора?

5.Как влияет на форму механической характеристики асинхронного двигателя изменение величины напряжения на статоре?

6.Как влияет на форму механической характеристики асинхронного двигателя изменение частоты питающего напряжения?

7.Как изменится ток идеального холостого хода асинхронного двигателя при уменьшении частоты питающего напряжения и сохранении неизменной его амплитуды?

5.5. Требования к содержанию отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен содержать: название лабораторной работы; цель лабораторной работы; чертёж исследуемой схемы; таблицу с результатами измерений; графики электромеханических и механических характеристик асинхронного двигателя при различных способах регулирования его скорости; вывод по работе.