Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу "теория электропривода" для студентов направления 551300 всех форм обучения
|
| Министерство образования Российской Федерации НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра "Электропривод и автоматизация промышленных установок" ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу "ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА" для студентов направления 551300 всех форм обучения Нижний Новгород 2001 Составители: |В.А. Камбулин |,С.В. Лазарев, А.В.Шахов УДК 621.313 Исследование механических характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором: Лаб. Работа №2 по курсу "Основы электропривода" для студентов направления 551300 всех форм обучения/НГТУ; Сост.: |В.А. Камбулин| ,С.В. Лазарев, А.В.Шахов Н. Новгород,2001. 14 с. Изложены электромеханические свойства электропривода на основе асинхронной машины с фазным ротором в двигательном и тормозных режимах работы. Дана программа работы и порядок проведения исследований. Научный редактор С.В. Хватов Редактор И.И. Морозова Подп. к печати 29 03.00. Формат 60x84 1/16. Бумага газетная Печать офсетная. Печ. л. 0,75. Уч.-пзд. л. 0,6. Тираж 300 экз. Заказ 146 Нижегородский государственный технический университет. Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24 © Нижегородский государственный технический университет, 2001 Целью работы является исследование электромеханических свойств и характеристик электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором в двигательном и тормозных режимах. ^ Асинхронные двигатели (АД) широко применяются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации и сравнительно низкой стоимости. Схема включения АД в сеть и соответствующая ей однофазная схема замещения приведена на рис. 1.  На приведенной схеме замещения приняты следующие обозначения:  ,  - активное и индуктивное сопротивление контура намагничивания;  Рис.1 Рис.1 ,  - индуктивные фазные сопротивления, обусловленные полями рассеяния обмоток статора и ротора, последнее приведено к обмотке статора;  ,  - активное сопротивление обмотки статора и суммарное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора; - действующее значение фазного напряжения сети; ,  ,  - соответственно фазный ток намагничивания, статора и приведенный ротора;S - скольжение двигателя, равное  , (1) где  - угловая скорость вращения ротора; - угловая скорость вращения поля статора; , (2)где  - частота напряжения питающей сети;  - число пар полюсов двигателя.Рассматриваемая схема замещения двигателя составлена при следующих допущениях:
^ Уравнение механической характеристики АД можно получить из рассмотрения баланса мощности в электродвигателе. Подводимая к статору электрическая мощность:  , (3)где  - электромагнитная мощность; - потери от гистерезиса и вихревых токов в стали;  - потери в обмотке статора.На основании (3) и схемы замещения электромагнитная мощность равна:  , (4)где  - индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания, ,  ,где  - активное сопротивление обмотки ротора, приведённое к статору;  - сопротивление добавочного резистора в цепи ротора;  - коэффициент приведения.В тоже время  . (5)Приравняв выражения по (4) и (5) получим уравнение электромагнитного момента АД: , (6)Анализ уравнения (6) механической характеристики показывает, что ^ имеет максимум. Максимальное значение момента Мк, развиваемого двигателем и соответствующее ему скольжение  , называются критическими.Взяв производную dM/dS и приравняв её к нулю, определим  . (7)Подставив выражение (7) в (6), находим:  , (8) где знак «+» соответствует двигательному режиму работы АД (  ), «-» - генераторному ( ).Из (6) и (8) с учетом (7) можно получить выражение механической характеристики в виде:  , (9) где  . Механическая характеристика, полученная при номинальных значениях частоты и напряжения на статоре и отсутствии дополнительных резисторов (активных и реактивных) в обмотках АД, называется естественной. Все остальные характеристики, полученные при условиях, отличных от перечисленных, называются искусственными. На рис.2 приведены естественная и искусственные механические характеристики АД. Из анализа уравнений (2,6,7,8,9) и рис.2 (а,б,в,г) видно, что регулирование скорости вращения АД можно осуществить изменением частоты и напряжения, подводимого к статору, величин сопротивлений резисторов, вводимых в цепи ротора или статора, а также изменением числа пар полюсов АД. В данной лабораторной работе исследуются электромеханические свойства АД при номинальных значениях напряжения и частоты питающей сети (  , ) при изменении сопротивления добавочного резистора и роторной цепи. Рис.2 При этом величина  , характеризующая скорость идеального холостого хода и критический момент  остаются неизменными, т.е.  и  ,а величина критического скольжения изменяется пропорционально величине  .^ Для регулируемого электропривода важными являются не только регулировочные свойства, характеризуемые двигательным режимом, но и его свойства в тормозных режимах. В асинхронном приводе различают режимы электродинамического торможения, противовключения и рекуперативного (генераторное торможение с отдачей энергии в сеть) торможения.  Рис.3 ^ Для осуществления электродинамического торможения обмотка статора отключается от сети переменного тока и подключается к источнику постоянного тока (рис.3). Постоянный ток, протекающий в обмотке статора, создает неподвижный в пространстве магнитный поток. В обмотках вращающегося по инерции ротора наводится ЭДС, которая вызывает появление тока в роторной цепи. Взаимодействие тока ротора с неподвижным магнитным потоком статора создает тормозной момент, значение которого определяется выражением:  , (10)где  - эквивалентный ток обмотки статора, равный для заданной схемывключения обмоток  ; - постоянный ток, потребляемый обмоткой статора,  ; - текущее значение скольжения при электродинамическом торможении. Из уравнения (10) видно, что момент при электродинамическом торможении зависит от тока протекающего по обмотке статора, и является функцией относительной скорости вращения ротора.Исследуя (10) на экстремум, найдем, что  будет иметь место при , (11) а значение критического момента равно  , (12)Из уравнений (10) и (12) с учетом (11) уравнение механической характеристики в режиме электродинамического торможения можно представить в виде :  , (13) На рис.4 изображены механические характеристики при электродинамическом торможении, для трех различных сопротивлений добавочных резисторов в цепи роторе и для двух значений постоянного тока в цепи статора. Из анализа кривых (рис.4) видно, что при изменении сопротивле-  Рис.4 ния добавочного резистора в цепи ротора изменяется и среднее значение тормозного момента. Следовательно, при заданном значении постоянного тока имеется оптимальное значение сопротивления добавочного резистора  , при котором имеет место максимальный средний тормозной момент и минимальное время торможения. При  всегда, чем больше значение постоянного тока в обмотках статора, тем эффективнее торможение (рис.5).Время торможения при  можно определить из уравнения:  , (14) г  Рис.5 де  ; ,  - начальное и конечное значение скольжения в режиме электродинамического торможения.На рис.5 приведены зависимости  для двух значений постоянного тока в цепи статора.^ Торможение противовключением может быть получено сменой чередования фаз напряжения на обмотке статора, что приводит к изменению направления вращения магнитного поля. Ротор при этом вращается против направления поля, создавая тормозной момент (рис.7). Когда угловая скорость спадет до нуля, двигатель необходимо отключить от сети, иначе он перейдет в двигательный режим работы, вращаясь в противоположном направлении. Уравнение механической характеристики:  .Данный тормозной режим наиболее эффективен, так как при нулевом значении скорости имеет место тормозной момент (рис.6).  Рис.6 Для ограничения тока, а также для получения эффективного торможения в цепь ротора АД вводят добавочный резистор. Время торможения при этом определяется из уравнения  где  ,  =1- соответственно скольжения в начале и в конце торможения; - скольжение, соответствующее статической нагрузке в двига-тельном режиме к началу торможения;  - электромеханическая постоянная времени.М  Рис.7 инимальное время торможения для  имеет место при  (рис.7). В этом случае средний тормозной момент имеет наибольшее значение.Р  Рис.8 ежим торможения противовключением может быть получен при активном моменте нагрузки при  (рис.8). Для получения соответствующего момента, а следовательно, и установившейся скорости  необходимо в роторную цепь включить добавочное сопротивление  . Установившемуся режиму при этом соответствует точка - ,  , т.е. когда момент, развиваемый двигателем, равен моменту статического сопротивления,  .^  Рис. 9 Имеет место только при скорости вращения ротора выше синхронной ( ) и сопровождается отдачей, энергии в сеть.Механические характеристики  для данного режима работы приведены на рис.9.В режиме рекуперативного торможения скольжение имеет отрицательное значение и максимальный момент  .Уравнение механической характеристики: ,где  ; .Из рис.9 видно, что механические характеристики в режиме рекуперативного торможения являются продолжением характеристик двигательного режима. ^
а) естественную; б) искусственную ( =0,4 Ом, =1,1 Ом);в) при рекуперативном торможении ( =0,4 Ом, =1,1 Ом).3. Снять и построить для режима электродинамического торможения зависимости  для двух значений постоянного тока ( = 4А;  =6 А).
^ Таблица. 1
^ Таблица 2
Суммарный момент инерции электропривода:  кг∙м2.  JM=0,002 кг∙-м2- момент инерции муфты сцепления.^ Схема лабораторной установки приведена на рис.10. В работе исследуется АД с фазным ротором М, статорная обмотка которого соединена по схеме треугольника. Для обеспечения нагрузки на валу АД предназначена машина постоянного тока G, которая кнопками управления «ДТ», «ПВ», «Рек» и переключателем УП4 может быть переведена в режим генератора (кнопка управления «ДТ»), в режим двигателя при вращении G против поля АД (кнопка управления «ПВ») и кнопкой управления «Рек» в режим двигателя, вращающегося в направлении по полю АД. Внимание! Переключение режимов работы нагрузочного генератора кнопками «ДТ», «ПВ», «Рек» и переключателем «УП4» производится через кнопку «Стоп» при   .Регистрация осуществляется тахогенератором TG. Ваттметром W с помощью переключения УП2 осуществляется измерение мощности, потребляемой АД в двигательном режиме или отдаваемой в сеть в режиме рекуперативного торможения.Для построения естественной и искусственных механических характеристик в двигательном режиме используются показания ваттметра W и скорости с использованием зависимости  (рис.11). Момент на валу двигателя определяется по уравнению (Н∙м) и строится зависимость  . Рис.10. Схема электрическая лабораторной установки П  Рис.11 Зависимость  ри снятии характеристик в режиме рекуперативного торможения, на рис. 11 следует считать: - мощность, отдаваемая в сеть; - мощность на валу АД.Релейно-контакторная схема управления обеспечивает требуемую последовательность включения элементов схемы в исследуемых режимах работы Включение лабораторной установки осуществляется автоматическими выключателями QF1 и QF2. Перед пуском резистор в цепи ротора необходимо поставить в положение «∞».Двигательный режим Для пуска двигателя нажимается кнопка П1, включается контактор Л1 и к статору электродвигателя подводится 3-фазное напряжение 3x220 В, f=50 Гц. Уменьшая сопротивление резистора разогнать двигатель до требуемого значения скорости вращения ротора.Режим электродинамического торможения При =∞ нажимается кнопка П2, включается контактор Т и в обмотки статора подается постоянный ток от выпрямителя, собранного на диодах V1-V4.По амперметру AT сопротивлением  устанавливается требуемое значение постоянного тока в фазе статора, после чего нажатием кнопки С2 статор отключается от цепи постоянного тока. Нажимаем кнопку П1 и сопротивлением разгоняем двигатель до скорости, соответствующей естественной механическойхарактеристике. Установив требуемое значение , нажимаем кнопку П2 и секундомером определяем время торможения при заданных и  .Режим торможения противовключением Сначала АД разгоняется в двигательном режиме для работы на естественной механической характеристике. Затем устанавливается требуемое значение сопротивления и нажатием кнопки П на время торможения осуществляется измерение времени торможения. При достижении скорости двигателя, близкой к нулю, контактор Л контактом Н (нуль - органа), находящегося в корпусе секундомера, отключается. Перед каждым новым измерением времени необходимо нажать кнопку «сброс» на секундомере.Режим рекуперативного торможения Для его осуществления разгоняется двигатель для работы на требуемой естественной или искусственной характеристиках. Переключатели УП4 и УП2 ставятся в положение «Рек». Нажатием кнопки «Рек» разгоняют генератор G сопротивлением до требуемого значения скорости.^
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
|
Ом 
Ом 
Похожие:
 | Методические указания к лабораторной работе №1 по курсу "электрический привод" для студентов направления 551300 всех форм обучения Иcследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением | | Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Методика профессионального обучения» для студентов всех форм обучения Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Методика профессионального обучения». Екатеринбург, фгаоу впо «Рос... |
| Методические указания для выполнения контрольной работы для студентов-заочников Методические указания разработаны на кафедре «Прикладная экономика» пгта и предназначены для студентов заочной формы обучения | | Методические указания и задания к контрольной работе для студентов заочной формы обучения по специальности Цель контрольной работы – закрепить теоретические знания и приобрести практические навыки по курсу «Экономика машиностроительного... |
| Методические указания и контрольное задание для студентов специальностей Методические указания составлены применительно к программе дисциплины «Электроизоляция и перенапряжения в электрических системах»... | | Методические указания и контрольные работы для студентов-заочников Студенты специальности Статистика выполняют в I семестре по курсу "эмасд" контрольную работу, состоящую из следующих номеров задач:... |
| Методические указания по изучению дисциплины: „ теория технических систем" для студентов ІI курса заочной формы обучения по специальности 090220 „Оборудование химических производств и предприятий строительных материалов" Индивидуальные задания для выполнения контрольной работы | | Методические рекомендации по структуре и правилам оформления письменных работ студентов очной и заочной форм обучения Жукова, В. Ф. Методические указания письменных работ: Учебно-методические материалы /В. Ф. Жукова: Филиал Российского государственного... |
| Методические указания для выполнения контрольной работы для студентов-заочников Методические указания разработаны на кафедре «Прикладная экономика» пгта и предназначены для студентов-заочников | | Учебное пособие для студентов всех форм обучения Санкт-Петербург 2002 Рецензент Уланов В. А доцент кафедры “Теория кредита и финансового менеджмента” экономического факультета Санкт-Петербургского Государственного... |