Методические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей всех форм обучения Казань (стр. 3 из 7)

Принцип действия

Обмотки статора соединяются «звездой» или «треугольником» и включаются в сеть 3-х фазного тока. В результате в них потекут 3-х фазные токи, которые создадут вращающееся магнитное поле.

Магнитные линии вращающегося магнитного поля статора пересекают проводники ротора и индуцируют в них ЭДС, а так как обмотка ротора замкнута, то в ее проводниках возникают токи. Взаимодействие вращающегося магнитного потока с токами ротора создает электромагнитный вращающий момент М_ВР, вращающий ротор двигателя:

М_ВР = с·Ф·I₂·сosψ₂ (1)

где : с - постоянный коэффициент двигателя;

Ф - магнитный поток;

I₂ - ток ротора;

ψ₂ - коэффициент мощности роторной цепи.

Под действием этого момента ротор начинает вращаться в том же направлении, что и поле Ф. Скорость вращения ротора n₂ всегда меньше скорости вращения поля n₁, так как только в этом случае возможно индуцирование тока в проводниках обмотки ротора и возникновение вращающегося момента.

Скорость вращающегося магнитного поля n₁ определяется как

ƒ (2)

где p - число пар полюсов вращающегося магнитного поля,

ƒ - частота тока статора.

Отношение (n₁ – n₂) называется скоростью скольжения, а отношение этой скорости к скорости вращения магнитного поля называется скольжением:

или (3)

где n₂ - скорость вращения ротора.

Скольжение характеризует степень отставания скорости вращения ротора от скорости вращения поля. При номинальной нагрузке скольжение у двигателей в среднем составляет 1,5-5%.

Из формулы (3) определяется скорость вращения ротора

ƒ (4)

Подключение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором к сети.

Обычно выводы всех фаз обмотки статора двигателя расположены в коробке зажимов. Схема присоединения обмоток к зажимам колодки показана на рис 5а, включение обмоток по схеме «звезда» и соединение выводов зажимов - рис.5б, включение обмоток по схеме «треугольник» и соединение выводов зажимов рис. 5в.

Рис. 5

Пуск двигателя в ход. При прямом включении обмоток статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в сеть наблюдается большой скачок тока, в 6-8 раз превышающий его номинальный ток. Это вызывает заметную перегрузку в электрической сети, от которой осуществляется питание двигателя и других близлежащих потребителей.

Для ограничения пускового тока при пуске двигателя с короткозамкнутым ротором применяют 3 способа:

1 способ - переключение обмотки статора со схемы звезда на схему треугольник. Этот способ применим для двигателей, у которых обмотка статора при нормальной работе соединена треугольником. В момент пуска

11

обмотка статора посредством переключающего устройства соединяется по схеме звезда, а после запуска - по схеме треугольник. При этом линейный пусковой ток двигателя уменьшается в 3 раза.

2 способ - пуск посредством автотрансформатора, позволяющий понижать подводимое к двигателю напряжение во время пуска, вследствие чего уменьшается пусковой ток.

3 способ – применение специальных электронных устройств – устройств плавного пуска и частотных преобразователей.

Недостаток первых двух методов - уменьшение пускового напряжения и, как следствие, пускового момента.

Реверсирование двигателя. Для изменения направления вращения двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора. Это достигается переключением двух фаз (двух любых подводящих электрическую энергию проводов на зажимах двигателя).

Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Рабочие характеристики асинхронного

двигателя представляют собой зависимость

скорости вращения n₂, коэффициента полез-

ного действия η, коэффициента мощности

сosφ, скольжения s, вращающего момента M

и тока в цепи статора I₁ от нагрузки (полез-

ной мощности) на валу двигателя P₂ при

постоянном номинальном напряжении и

Рис.6 неизменной частоте сети (рис.6).

У асинхронного двигателя, как и у большинства машин, к.п.д. с ростом нагрузки возрастает η =ƒ(Р₂), ввиду уменьшения доли электрических и магнитных потерь по отношению к развиваемой мощности двигателя. Однако, при достижении нагрузки 75% от номинальной, заметно возрастают и электрические потери (в обмотках статора и ротора), пропорциональные квадрату тока потребляемого двигателем, что ведет в дальнейшем с увеличением нагрузки к некоторому уменьшению к.п.д.

Коэффициент мощности cos φ зависит от соотношения между активной мощностью Р₁, потребляемой двигателем, и полной мощностью S, складывающейся из активной Р₁ и реактивной Q составляющих:

.

При увеличении нагрузки растет величина активной мощности Р₁, что приводит к росту сosφ, достигающего максимального значения (0,7-0,9) при номинальной нагрузке на двигатель. В дальнейшем возможно уменьшение cosφ, в связи с увеличением реактивной мощности, связанной с усилением потоков рассеяния.

12

Механическая характеристика и саморегулирование двигателя.

График, связывающий между собой механические величины - скорость и вращающий момент, называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис.7) n = ƒ(M). Саморегулирование асинхронного двигателя заключается в следующем. Пусть двигатель работает устойчиво в каком-то режиме, развивая скорость n1 и вращающий момент М1. При равномерном вращении этот момент равен тормозному моменту Мт1, т.е. М1=Мт1, n1= сonst

Увеличение тормозного момента до М2, вызовет уменьшение оборотов машины, так как тормозной момент станет больше вращающего момента.

С уменьшением оборотов увеличивается скольжение, что в свою очередь вызывает возрастание ЭДС и тока в роторе. Благодаря этому увеличивается вращающий момент двигателя. Этот процесс заканчивается тогда, когда

вращающий момент М2, развиваемый

двигателем, станет равным Мт2.

При этом, устанавливается скорость вращения меньшая, чем n1. Свойство автоматического установления равновесия между тормозным и вращающим моментами называется

саморегулированием.

На лабораторном стенде двигатель нагружается электротормозом, состоящим из электромагнита, в зазоре которого вращается диск, посаженный на вал двигателя. Изменяя ручкой автотрансформатора напряжение, питающее катушку электромагнита, можно менять тормозное усилие, момент которого равен:

М_ТОРМ = F• r (Н·м)

где F - усилие (сила), действующая на окружность шкива, (Н);

r - радиус шкива, равен 0,18 м.

Полезная мощность на валу двигателя:

( Вт),

где n - скорость вращения двигателя, об/мин.

Скорость вращения двигателя определяется с помощью тахометра.

Скольжение рассчитывают по формуле:

, n₁ - синхронная скорость вращающего магнитного поля:

где ƒ - частота сети (равна 50 Гц),

р - число пар полюсов обмотки статора (равно 2).

13

План работы

1. Изучить схему (рис.8).