6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. ТОРМОЗНЫЕ РЕЖИМЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цель работы: Экспериментальное получение и анализ характеристик асинхронного двигателя в тормозных режимах.

6.1. Теоретическая часть.

Асинхронный двигатель, кроме двигательного режима, также может работать и в тормозных режимах: при рекуперативном торможении (с отдачей энергии в сеть), при торможении противовключением и при динамическом торможении.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя с отдачей энергии в сеть возникает при скорости вращения ротора, превышающей синхронную. В этом режиме двигатель отдаёт в сеть активную энергию, но потребляет из сети реактивную, необходимую для создания вращающегося магнитного поля. Торможение в данном режиме возможно только до синхронной скорости.

Механическая характеристика в режиме рекуперативного торможения является продолжением характеристики двигательного режима во второй квадрант осей координат.

Торможение противовключением соответствует направлению вращения магнитного поля статора, противоположному направлению вращения ротора. В этом режиме скольжение больше единицы, а скорость вращения ротора по отношению к скорости вращения статора отрицательна. Ток в роторе, а следовательно, и в статоре, достигает большой величины. Для ограничения этого тока в цепь ротора вводят добавочные сопротивления.

Режим торможения противовключением возникает при изменении направления вращения магнитного поля статора, в то время как ротор двигателя и соединённые с ним механизмы продолжают вращение по инерции. Этот режим возможен также в случаях, когда поле статора сохраняет направление вращения, а ротор под действием внешнего момента изменяет его. При этом механические характеристики двигателя являются продолжением характеристик двигательного режима и располагаются в четвёртом квадранте осей координат.

Для осуществления динамического торможения асинхронного двигателя обмотку статора отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока. В цепь ротора двигателей с фазным ротором при этом могут вводиться добавочные сопротивления. Постоянный ток, проходя по обмотке статора, образует магнитное поле,

неподвижное относительно статора. Так как ротор двигателя продолжает вращение по инерции, это магнитное поле индуцирует в обмотке ротора переменный ток. Взаимодействие тока ротора с магнитным полем статора создаёт тормозной момент, величина которого определяется величинами МДС обмотки статора, активного сопротивления обмотки ротора и частоты вращения ротора. Торможение при этом длится до полного останова ротора.

Механические характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения располагаются во втором квадранте и проходят через начало координат.

В режиме динамического торможения механическая характеристика асинхронного двигателя определяется выражением

M =		2Mкр.т				,	(6.1)
		s	+	sкр.т
		sкр.т		s

где: Mкр.т – максимальный момент асинхронного двигателя в режиме динамического торможения:

M кр.т =	3Iэкв2 X µ2
	2ω0 (X µ + X 2′);	(6.2)

sкр.т – критическое скольжение асинхронного двигателя в режиме динамического торможения:

	sкр.т =	R2′		;	(6.3)
		X µ +	X 2′

R2′ – приведённое активное сопротивление обмотки ротора;

Xµ – индуктивное сопротивление ветви намагничивания;

X 2′ – приведённое индуктивное сопротивление обмотки ротора;

Iэкв – эквивалентный переменный ток, зависящий от величины постоянного тока Iп, протекающего по обмотке статора и схемы подключения этой обмотки к источнику постоянного тока. Для соединения обмотки статора в «звезду» и подключения к источнику постоянного тока двух фаз

	Iэкв =		2		Iп ≈ 0.816Iп .	(6.4)
			3

6.2. 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 6.1. 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 SA700. Включить SA1. Кнопкой SB700 подключить M4 к инвертору. Установить резистором R402 частоту инвертора 30 Гц, затем резистором R401 напряжение 60 В. Установить R201 примерно в среднее положение, включить SA100, затем SA200. Кнопкой SB704 подключить якорь M1 к ШИП. В ращая R201, установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (PA4).

3.Снять трёхквадрантную характеристику асинхронного двигателя. Плавно вращая R201 в сторону, соответствующую увеличению скорости агрегата M3 – M4 (ИС2), увеличить ток в цепях якорей машин M1 (PA10) или M2, M3 (PA4) до 3 А (не более!). Затем, вращая R201 в противоположную сторону, снять 5 – 6 точек характеристики асинхронного двигателя в режиме рекуперативного торможения до точки,

соответствующей режиму идеального холостого хода (Ia2–3 = 0). Продолжая вращать R201 в ту же сторону, снять 4 – 5 точек характеристики в

двигательном режиме, до точки, соответствующей режиму короткого замыкания M4 (ω2 = 0). Затем, вращая R201 в ту же сторону, добиться реверса машин M3, M4 и снять 3 – 4 точки характеристики в режиме противовключения ВНИМАНИЕ! При снятии характеристики не

допускать увеличения токов якорей машин М1 – М3 и статора M4

более 3 А! Результаты измерений занести в таблицу (табл. 6.1). Резистором R201 уменьшить ток якорей машин M2, M3 до нуля (PA4).

Табл. 6.1

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

ШИП

~ U2

БУ

Инвертор

~ U2

SA700

SB700

K1

SB701

~ U1

~ U1

~ U1

+U3

–U3

K4.1

K2.2

+

+

+

K1

K5.1

SA300

HL300

R300

R301

SA301

HL301

SA302

HL302

R302

K3

K4.2

K1.1

РКС

V

ШИП-1

ШИП-2

ШИП-3

–

–

–

PV3

V

PV10

K2

K1.2

SA100

A

PA10

A

PA1

PA4

K2.1

ОВМ1

A

A

PA5

SA101

CPU

K3

K3.1

РКС1

K2.4

K1.4

R911

R912

M1

A

PA2

PA3

A

SB704

M2

ОВМ2

ОВМ3

M3

SB703

K5

+15 В

BR1

BR2

R200

K10.1

K8.1

PV1

V

PV2

V

K5.1

SA1

R201

SA200

K9.1

K9.2

R202

R900-R902

K11.1

K11.2

–15 В

R903-R905

Рис. 6.1.

		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

+U3

–U3

K4.1

K2.2

+

+

K1

SA301

HL301

SA302

HL302

R301

R302

K3

K4.2

K1.1

РКС

ШИП-2

ШИП-3

–

–

PV3

V

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

SB703

K5

BR2

SA1

PV2

V

K5.1

K9.1

K9.2

R900-R902

K11.1

K11.2

R903-R905

Рис. 6.2

4.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) до нуля, затем уменьшить до нуля частоту (R402). Отключить M4 от инвертора (SB701). 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.Собрать схему рис 6.2. 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.

6.Включить SA700. Включить SA1. Установить R201 примерно в среднее положение, включить SA100, затем SA200. Кнопкой SB704 подключить якорь M1 к ШИП. Плавно вращая R201 против часовой стрелки, добиться перехода M4 в режим динамического торможения (загорится светодиод «Дин. торможение» в поле «Режим работы Инвертора» в правом нижнем углу стенда). Резистором R400 установить ток динамического торможения 0,5 – 1,2 А (PA5).

7.Продолжая плавно вращать R201 против часовой стрелки, снять характеристику асинхронного двигателя в режиме динамического торможения (5 – 6 точек).

8.Уменьшить скорость машины M1 до нуля (R201, ИС1). Отключить якорь M1 от ШИП (SB703). Выключить SA200, SA100. Вывести R400 в крайнее левое положение. 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.

6.3. Обработка результатов измерений.

1. Рассчитать электромагнитный момент двигателя M4 по выражению

M= kΦIа.3 .

2.Построить графики электромеханических и механических характеристик асинхронного двигателя при различных режимах его работы.

6.4. Контрольные вопросы

1.Какие существуют тормозные режимы асинхронного двигателя? Как их реализовать?

2.В каких квадрантах координатных осей находятся характеристики каждого из тормозных режимов асинхронного двигателя?

3.В каких диапазонах изменяется скольжение асинхронного двигателя при его работе: в двигательном режиме; в режиме рекуперативного торможения; в режиме торможения противовключением?

4.Различаются ли по величине максимальные моменты асинхронного двигателя в двигательном и генераторном режимах? Если да, то как именно?

5.Как изменится механическая характеристика асинхронного двигателя в режиме динамического торможения при увеличении активного сопротивления в цепи ротора?

6.На что расходуется энергия, вырабатываемая в асинхронном двигателе при его торможении в каждом из тормозных режимов?

7.Как различаются величины критического скольжения асинхронного двигателя в режимах: двигательном; торможения противовключением; динамического торможения?

6.5. 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 режимах его работы; вывод по работе.