Учебное пособие: Методические указания к лабораторным работам по асинхронным машинам для студентов специальности 140604 Липецк 2009
Название: Методические указания к лабораторным работам по асинхронным машинам для студентов специальности 140604 Липецк 2009 Раздел: Остальные рефераты Тип: учебное пособие | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Федеральное агентство по образованию Липецкий государственный технический университет Кафедра электропривода И.Б. Битюцкий МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам по асинхронным машинам для студентов специальности 140604 Липецк – 2009 621.313(07) Б 66 Методические указания утверждены на заседании кафедры электропривода «____» __________2009г. , протокол № Рецензет – А.А. Красичков УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Перед началом работы все выключатели питания должны быть в положении «отключено». - При сборке схемы избегать натяжения проводов. Обратить особое внимание на качество соединений проводов; там, где это возможно, ставить наконечники проводов под зажим. - После сборки схемы убрать с рабочего места лишние провода, приборы, книги и пр., а также освободить проход к рабочему месту. - Не включать схему без проверки ее руководителем занятий или лаборантом. - Перед включением схемы убедиться, чтобы никто не касался токоведущих элементов схемы или подвижных частей машины. Без предупреждения схему не включать. - Не стоять против незакрытых вращающихся соединительных муфт и дисков. - При возникновении каких-либо неисправностей немедленно отключить питание схемы и сообщить об этом руководителю занятий. - Не производить пересоединений в схеме, находящейся под напряжением. - Запрещается оставлять без присмотра включенные схемы. - По окончании работы в первую очередь отключить питание, а затем разобрать схему. УКАЗАНИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ОТЧЕТА ПО Отчет выполняется по образцу, вывешенному в лаборатории, и должен содержать: Паспортные данные Схему установки Таблицы с опытными и расчетными данными Основные расчетные формулы Графики Выводы Лабораторная работа №8 «ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОМОЩЬЮ КРУГОВОЙ ДИАГРАММЫ» ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ Круговая диаграмма позволяет построить рабочие и механические характеристики асинхронного двигателя на основе опытов холостого хода и короткого замыкания В этой лабораторной установке объектом исследования является трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором. В цепь фазного ротора с целью регулирования скорости вращения, тока, момента и коэффициента мощности можно вводить различные элементы – как пассивные так и активные. В этом заключаются его существенные преимущества перед короткозамкнутым ротором. Электрическая схема лабораторной установки показана на рис. 1. В качестве нагрузки на валу исследуемого двигателя установлен электромагнитный тормоз ЭТ. Источником регулирования трехфазного напряжения служит трансформатор РН. Переключатель П позволяет измерять трехфазную мощность с помощью однофазного ваттметра как модуль алгебраической суммы показаний Р\ и Р\\ в положениях 1 и 2. Цель работы – сопоставление характеристик, рассчитанных по круговой диаграмме, с опытными. ПРОГРАММА РАБОТЫ Записать паспортные данные двигателя. Снять механические характеристики двигателя n=f(M1 ) при U1 =U1н =const, f1 =f1н =const: a) с ротором, замкнутым накоротко; б) с добавочным трехфазным активным сопротивлением rд , введенным в цепь ротора Провести опыт холостого хода. Провести опыт короткого замыкания. Снять рабочие характеристики двигателя М2 , I1 , η, cosφ, n=f(P2 ) при U1 =U1н =const, f1 =f1н =const. ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ Перед началом каждого опыта рукоятку конроллера пускового реостата ПР необходимо ставить в исходное положение, а потенциометр ПТ – установить на”0”. Габариты и параметры двигателя, использованного в установке, позволяют снимать его механические характеристики с помощью электромагнитного тормоза при номинальном напряжении. Для снятия естественной механической характеристики (п.2,а программы работы) необходимо установить на выходе РН напряжение U1н и вывести пусковой реостат; переключатель П поставить в нейтральное положение, а амперметр в фазе В исключить. Запустив таким образом двигатель, постепенно нагружать его, увеличивая ток возбуждения электромагнитного тормоза i. В диапазоне 0≤i≤imax сделать 5-7 замеров момента на валу двигателя М2 и скорости вращения n. Результаты измерений записать в таблицу 1. Цена деления монометра rд См =…Нм/дел Таблица 1
Реостатная механическая характеристика (п.2б программы работы) снимается в той же последовательности, что и естественная. Особенность лишь в том, что после запуска в цепи ротора должна остаться последняя ступень пускового реостата в качестве rд . Результаты измерений записать в таблицу 2 rд =…Ом Таблица 2
В опыте холостого хода ротор двигателя вращается без нагрузки на валу. Пусковой реостат должен быть выведен. При этом необходимо снять зависимомти мощности и тока от подведенного напряжения в диапазоне 0,4Uнф ≤Uнф ≤1,2Uнф , где Показания ваттметра Р0 \ и Р0 \\ при различных положениях переключателя П необходимо записать с учетом знака этих величин. Одновременно с измерениями Р0 \ и Р0 \\ фиксируют токи соответствующих фаз. Результаты измерений следует записать в таблицу 3. Таблица 3 В опыте короткого замыкания ротор двигателя должен быть заторможен специальным стопором. Пусковой реостат должен быть выведен. Пределы измерений приборов необходимо изменить в соответствии с новым диапазоном измерения тока и напряжения. Перед началом опыта регулятор напряжения РН следует установить на “0”. В дальнейшем напряжение повышать в таких пределах, чтобы ток короткого замыкания не превысил 1,5I нф. Измерения напряжения тока I кф и мощности необходимо провести в интервале 0,5Iнф ≤Ik ф ≤1,5Iнф Результаты измерений записать в таблицу 4 Таблица 4 В этой таблице Рабочие характеристики двигателя снимаются при номинальном напряжении U1н и выведенном реостате в цепи ротора. Перед началом опыта необходимо вынуть стопор, тормозивший ротор в режиме короткого замыкания. После запуска двигателя, увеличивая i , довести ток статора постепенно разгружать двигатель до холостого хода, измеряя токи фаз, момент, мощность и скорость вращения n . Напряжение поддерживать постоянным. Результаты измерений записать в таблицу 5. Таблица 5
ОБРАБОТКА ДАННЫХ Для удобства сравнения механические характеристики, построенные по данным таблиц 1 и 2, следует совместить, как это показано на рис. 2. По результатам опыта холостого хода(таблица 3) необходимо построить графики и . Вид этих зависимостей показан на рис. 3. В таблицу 6 следует записать значения I 0 и cosφ 0 , найденные на рис. 3 при номинальном фазном напряжении Uфн . Таблица 6 По результатам опыта короткого замыкания(таблица 4) необходимо построить графики , , , определить, как показано на рис. 4, значения Рк и cosφк , соответствующие номинальному значению фазного тока , записать их в таблицу 6. Активное сопротивление короткого замыкания в этой таблице вычисляются по формуле: Приведенное сопротивление фазы ротора составляет ; ток короткого замыкания при номинальном напряжении рассчитывается по формуле: Где и - наибольшие значения напряжения и тока в опыте короткого замыкания; реактивное сопротивление короткого замыкания Наибольший ток 4. Таблица 6 содержит все данные, необходимые для построения простейшей круговой диаграммы, показанной на рис. 5. При построении круговой диаграммы вектор номинального фазного напряжения Uнф откладывают вертикально в произвольном масштабе. Диаметр окружности ОН, изображающий максимальный индуктивный ток Iмах , выбирается равный 300-400 мм. В таком случае масштаб токов составляет mi =Iмах /δ[A/мм]. Точка О получается в результате построения вектора Ik . Дуга ОАК соответствует двигательному режиму работы асинхронной машины. Дальнейшее построение по диаграмме: О/ В||OH; KL┴OH; KN:NL=r2 / :r1 , таким образом определяется положение линии ОТ. Теперь круговая диаграмма позволяет для заданного тока I1 вычислить потребляемую мощность Р1 =mp AC и полезную мощность Р2 =Рмах =mp AF. В последних двух формулах mp =m1 Uнф mi [Bm/мм] – масштаб мощности, m1 – число фаз обмотки статора. Кроме того, при известных φ1 , Р1 и Р2 можно определить лишь cosφ и η. Для вычисления скольжения S и скорости вращения ротора n, соответствующих заданному I1 , необходимы дополнительные построения. На рис. 5 показано построение линии скольжения MD. Эта линия проводится параллельно DT до пересечения с OK или с ее продолжением. Точка М находится на перпендикуляре МО к ОН. Вектор , соответствующий заданному , пересекает MD в точке V. Отношение равно скольжению S при выданном , пересекает MD в точке V. Соответствующая скорость вращения ротора составляет n= ( 1 - s ), где – скорость вращения поля двигателя. Момент на валу двигателя определяется по формуле.
Задаваясь различными значениями на круговой диаграмме в диапозоне , следует заполнить таблицу 7 Таблица 7
По данным таблицы 7 сплошными линиями необходимо построить графики , = , , = . Вид этих зависимостей показан на рис. 6 и 7. На эти же рисунки для сравнения пунктиром нанести соответствующие графики , построенные по данным таблицы 5. На рис. 2 указать точки зависимости n = f ( ), взятые на таблицы 7. Выводы В этом разделе работы необходимо оценить совпадение расчетных и опытных рабочих характеристик двигателя и проанализировать возможные причины расхождения. Контрольные вопросы Для допуска к работе знать А) наизусть схему для испытания асинхронного двигателя с фазным ротором Б) назначение каждого элемента схемы В) вид любой из характеристик двигателя и последовательность действий при ее снятии. 2. Для отчета по лабораторной работе : А) уметь объяснить назначение пускового реостата; Б) знать теоретическое обоснование круговой диаграммы; В) уметь объяснить вид любой из характеристик, снятых в лабораторной работе. Литература Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974 Костенко М.П. и Пиотровский Л.М. Электрические машины. М.: Энергия, 1973, ч.2. Петров Г.Н. Электрические машины, М.: Госэнергоиздат, 1963, ч.2. Нюрноерг В. Испытание электрических машин . М.: Госенергоиздат, 1959. Лабораторная работа № 9 « ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ » Цель работы – изучение методов испытания и характеристик. Описание установки Электрическая схема лабораторной установки показана на рис. 1. Для нагрузки исследуемого двигателя 1 использована относительно сложная система. В которой нагрузочный генератор 2 служит источником питания двигателя 3. Последний приводит во вращение асинхронный генератор 4, который в значительной мере возвращает энергию в трехфазную сеть. Подробнее системы нагрузки особенно эффективны при испытании машин большой мощности. Трехфазный асинхронный двигатель нормального исполнения имеет нелинейную механическую характеристику ( зависимости скорости вращения n от момента на валу ), показанную на рис.9.2. На этом же рисунке прямыми линиями показаны графики n = f (), соответствующие статической нагрузке при работе генератора 2 на реостат. В таком случае значительная часть механической характеристики двигателя ( точки a , b, c ) может оказаться неопределенной. Этого недостатка не имеет схема на рис.1, обеспечивающая статическую нагрузку, которой соответствуют параллельные линии на рис. 3. Точнее измерение вращения ротора n , близкой к известной скорости вращения поля , осуществляется с помощью индукционной катушки, установленной на двигателе. Местный потоки рассеяния ротора индуктируют в ней ЭДС, частота которой связана с известной частотой соотношением. При относительно больших значениях – n величина n достаточно точно измеряется с помощью тахогенератора. Программа Работы Записать паспортные данные двигателя. Снять механическую и скоростную характеристики двигателя n = f ( M2 ) и n = f ( I1 ) при U1 = const в трехфазном режиме. Снять механическую и скоростную характеристики двигателя n = f ( M2 ) и n = f ( I1 ) при U1 = const в однофазном режиме. Снять рабочие характеристики двигателя : n, I1, M2, , =f (P2) при , . Пояснение к работе Чтобы избежать недопустимого перегрева двигателя при малых скоростях вращения, его механические характеристики снимают на пониженном напряжении . Степень и способ понижения напряжения указывается преподавателем. При выполнении п.2 программы работы в исходном положении потенциометры П1 и П2 должны быть установлены из «0», рубильники Р и Р1 должны быть замкнуты, Р2 – разомкнут и на нем установлена перемычка S ( рис. 1). Запустив асинхронный двигатели 1 и 4. Необходимо включить генераторы 2 и 3 на параллельную работу. Для этого потенциометром П1 следует установить номинальное значение тока возбуждения , а ток , увеличивать постепенно, измеряя вольтметром со щупа напряжение на рубильнике Р2. Если с ростом тока возбуждения показания этого вольтметра возрастают, то необходимо остановить двигателя 4, разомкнуть Р1 и на рубильнике Р2 поменять местами провода, идущие от генератора 3. При правильной полярности ЭДС генератора 3 показания вольтметра на рубильнике Р2 должна убывать с ростом . Рубильник Р2 можно замкнуть только тогда, когда вольтметр на нем при замкнутом Р1 и установленной перемычке « S » будет показывать «0». Для снятия механической характеристики двигателя 1 необходимо после включения генераторов 2 и 3 на параллельную работу при постепенно уменьшать до нуля. При этом машина 3 переходит в двигательный режим и агрегат 3-4 становится нагрузкой для агрегата 1-2. Точность измерения n с помощью тахогенератора в этом опыте вполне достаточна. Результаты измерения n, I1, U2, I2 следует записать в таблицу . Остальные величины в этой таблице необходимо вычислить. Таблица 1 Трехфазный режим U1 = . . . = const
Механическая характеристика в однофазном режиме снимается в той же последовательности, что и в трехфазном. Особенность лишь в том, что непосредственно после запуска двигателя 1 необходимо разомкнуть рубильник Р. Результаты измерения следует записать в таблицу 2 Таблица 2 Однофазный режим
Рабочие характеристики двигателя снимаются в трехфазном режиме при номинальном напряжении . Последовательность действий остается той же, что и при выполнении п.2 программы работы. Особенности только в том, что ток статора не должен превышать , а скорость вращения n следует изменять с помощью индукционной катушки. Стрелка измерения прибора, включенного в цепь этой катушки, отклоняется от нулевого положения с частотой тока ротора . Если за время подсчитано Х отклонений стрелки в какую-либо одну сторону, то , , где – частота сети, а – скорость вращения поля двигателя. Точность измерения n будет достаточной, если с при каждом значении нагрузки. Мощность , потребляемая двигателем, измеряется трехфазным ваттметром в цепи статора. Результаты измерений следует записать в таблицу 3. Остальные величины в этой таблице необходимо вычислить. Таблица 3
Обработка данных В таблицах 1 и 2 потери холостого хода нагрузочного генератора 2 обозначены . Для заполнения соответствующей графы необходимо по таблице 4 построить вспомогательный график . Эта таблица составлена при тарировании нагрузочного генератора. Таблица 4
Мощность на валу двигателя 1 определяется по формуле Где - сопротивление цепи якоря генератора 2, приведено к температуре ; – потери в щеточном контакте - падение напряжения в щеточном контакте. Момент на валу двигателя Механическая характеристика двигателя в трехфазном и однофазном режимах для сравнения следует совместить, как это показано на рис.4, и указать напряжение, при котором они сняты. Определение пускового момента трехфазного асинхронного двигателя требуется большой точности и обычно является предметом специального исследования. Скорость характеристики, построенные по данным таблиц 1 и 2 , также следует совместить, как это показано на рис.5. Здесь кривая 1 соответствует трехфазному режиму, а кривая 2 – однофазному. В таблице 3 величина может быть принята постоянной, так как в рабочем диапазоне нагрузок скорость вращения асинхронного двигателя изменяется мало. Для заполнения соответствующей графы этой таблицы следует по вспомогательному графику определить при n=. Остальные величины рассчитываются по следующим формулам: Рабочие характеристики двигателя следует совместить, как это показано на рис.6. В первом приближении можно принять, что момент пропорционален . Таким образом, для построения естественной механической характеристики n = f(при U1=U1н необходимо величины , взятые из таблицы 1. Умножить на ( при тех же значениях n. Таблица 5
Графики n=f(, построенные по таблице 3 и 5, следует совместить, как это показано на рис.7. Здесь сплошной линией обозначен рабочий участок механической характеристики, соответствует таблице 3. Выводы В этом разделе работы следует оценить совпадение графиков на рис.7 и проанализировать возможные причины их расхождения. Контрольные вопросы 1. Для допуска к работе знать А) наизусть схему для испытания асинхронного двигателя с фазным ротором Б) назначение каждого элемента схемы В) вид любой из характеристик двигателя и последовательность действий при ее снятии. 2. Для отчета по лабораторной работе : А) уметь объяснить назначение пускового реостата; Б) знать теоретическое обоснование круговой диаграммы; В) уметь объяснить вид любой из характеристик, снятых в лабораторной работе. Литература Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974 Костенко М.П. и Пиотровский Л.М. Электрические машины. М.: Энергия, 1973, ч.2. Петров Г.Н. Электрические машины, М.: Госэнергоиздат, 1963, ч.2. Нюрноерг В. Испытание электрических машин . М.: Госенергоиздат, 1959.
|
Работы, похожие на Учебное пособие: Методические указания к лабораторным работам по асинхронным машинам для студентов специальности 140604 Липецк 2009