Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения icon

Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу "теория электропривода" для студентов направления 551300 всех форм обучения




НазваниеМетодические указания к лабораторной работе №2 по курсу "теория электропривода" для студентов направления 551300 всех форм обучения
Дата конвертации28.04.2013
Размер170.22 Kb.
ТипМетодические указания
источник

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.

^ ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

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:

  • параметры двигателя не зависят от режима его работы;

  • не учитывается насыщение магнитопровода, добавочные и механические
    потери, а также влияние высших гармонических составляющих намагничиваю­
    щих сил обмоток статора и ротора.


^ МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ДВИГАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ

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 ^ M(S) 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 .

^ МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ТОРМОЗНЫХ РЕЖИМАХ

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
^ РЕЖИМ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ

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 схемы

включения 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.


^ РЕЖИМ ТОРМОЖЕНИЯ ПРОТИВОВКЛЮЧЕНИЕМ

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, .


^ РЕЖИМ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ





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.

^ ПРОГРАММА РАБОТЫ

  1. Подключить нагрузочный резистор RH.

  2. Снять и построить механические характеристики:

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).


  1. В режиме торможения противовключением снять и построить зависимо­сти .

  2. Рассчитать и построить характеристики АД для случаев, указанных в п.2, зависимость для случаев, указанных в пп. 3 и 4.


^ ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ ИССЛЕДУЕМОГО ДВИГАТЕЛЯ


Таблица. 1

Тип

двигателя

кВт

об/мин



о.е.



В

А



В



Ом

Ом

АК51-6

1,7

880

0,725

220/380

8,5/5

57

2,42

66,4





А

Ом

Ом



Ом

Ом

А

кг м2



о.е.

20,2

2,55

6,91

5,2

5,16

3,03

0,011

6.33


^ ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ НАГРУЗОЧНОЙ МАШИНЫ


Таблица 2

Тип двиг.

кВт

об/мин

А

Ом

Ом

А

об/мин



кгм2



о.е.

П-31

1,5

1500

8,7

2,455

470

0,38

3000

0,022

0,79

Суммарный момент инерции электропривода:

кг∙м2.

JM=0,002 кг∙-м2- момент инерции муфты сцепления.

^ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

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 механической


характеристике. 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.

^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1. Уравнение механической характеристики АД (вывод).

  2. Естественная и искусственные механические характеристики.

  3. Способы регулирования скорости АД. Графики механических характеристик для каждого способа регулирования.

  4. Режим электродинамического торможения. Уравнение механической характеристики, графики. Влияние сопротивления добавочного резистора в цепи ротора и постоянного тока в статоре на эффективность торможения.

  5. Режим торможения противовключением при реактивном и активном
    моментах сопротивления. Уравнения, графики. Влияние сопротивления добавочного резистора в цепи ротора на время торможения.

  6. Режим рекуперативного торможения. Уравнения, графики.

  7. Порядок проведения исследований.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. Основы автоматизированного электропривода./ М.Г. Чиликин, М.М. Со­
    колов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский- М: Энергия, 1974.

  2. Чиликин М.Г., Санлер А.С. Общий курс электропривода. - М.: Энер-
    гия,1981.

  3. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. М.-Л.: Госэнерго-
    издат, 1963.

  4. Москаленко В.В. Электрический привод. - М: Высшая школа, 1991.



Похожие:

Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические 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 лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические 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 к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические 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 к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические 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 к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические указания и контрольное задание для студентов специальностей
Методические указания составлены применительно к программе дисциплины «Электроизоляция и перенапряжения в электрических системах»...
Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические 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 к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические 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 указания к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические 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 к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconМетодические указания для выполнения контрольной работы для студентов-заочников
Методические указания разработаны на кафедре «Прикладная экономика» пгта и предназначены для студентов-заочников
Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу \"теория электропривода\" для студентов направления 551300 всех форм обучения iconУчебное 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...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©sov.opredelim.com 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы