АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Механизации, автоматизации и энергетики

А.М.Лимитовский

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

По электрооборудованию и электроснабжению геологоразведочных и горных работ

Для студентов специальностей 13.02.03 и 13.04.03

Утверждено ред. советом центра дистанционного образования

Москва 2009.

Рецензент: профессор В.И.Волченсков.

Общие сведения.

Лабораторные работы по электрооборудованию и электроснабжению геологоразведочных и горных предприятий имеют целью практическое ознакомление студентов с конструктивными особенностями электрооборудования напряжением до и свыше 1000В, схемами сборки и управления электроприводом горных машин, системами электроснабжения.

Работы на отдельных стендах связаны с подключением напряжения, поэтому при выполнении их необходимо знать и строго соблюдать основные правила техники безопасности:

1. Сборку испытуемых схем, а также изменения в схемах путем переключений проводников можно производить только при отсутствии напряжения, т.е. перед началом работы необходимо убедиться, что все аппараты находятся в выключенном состоянии.

2. Для включения лабораторной установки необходимо в каждом случае получить разрешение преподавателя и включение производить в его присутствии.

3. Во время работы лабораторной установки запрещается касаться токоведущих и вращающихся частей.

4. Необходимо использовать соединительные проводники с исправным состоянием их изоляции и наконечников, особенно, если применяются переносные приборы.

5. При работе в лаборатории следует соблюдать тишину и порядок на рабочем месте. По окончании работы рабочее, место следует привести в порядок, сдав проводники и методические указания лаборанту.

6. В случае обнаружения каких-либо признаков ненормальной работы оборудования (обрыв проводов, шум, запах гари и пр.) необходимо обесточить стенд и сообщить об этом преподавателю.

Оформление лабораторных работ производится индивидуально каждым студентом в специальной тетради, где приводятся краткие описания изучаемых устройств и необходимые схемы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Цель работы: Ознакомление со свойствами и принципом построения механических и рабочих характеристик асинхронного электродвигателя.

I. Описательная часть.

Асинхронные электродвигатели (АД) – электрические машины переменного тока, у которых частота вращения ротора изменяется в зависимости от нагрузки.

Работа асинхронного электродвигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами, наводимыми этим магнитным полем в роторе.

При подключении обмотки статора двигателя к источнику переменного тока создается вращающееся магнитное поле с частотой вращения n₁, называемой синхронной

,

где f– частота тока в обмотке статора, Гц; p– число пар полюсов.

В результате вращения магнитного поля в обмотке ротора наводится ЭДС и появляется ток, что приводит к вращению ротора с частотой n₂, несколько меньшей синхронной,

, ,

где s – скольжение ротора.

Полезная мощность на валу двигателя P₂ зависит от угловой скорости вращения ротора ω₂ и величины тормозного момента M.

.

Момент торможения, приложенный, например, при помощи фрикционного тормоза к валу АД равен M=km [Нм], где m– масса груза, кг; k–коэффициент, зависящий от площади контакта фрикционной пары и передаточного числа рычага тормоза.

Коэффициент полезного действия АД равен

,

где Р₁ – активная мощность, потребляемая двигателем из сети, определяемая по показаниям ваттметра.

Коэффициент мощности асинхронного двигателя определяется отношением:

S₁ – полная мощность, потребляемая АД, [ВА].

U₁ – линейное напряжение [В].

I₁ – линейный ток АД, [А].

Работа двигателя характеризуется механическими и рабочими характеристиками.

Механическая характеристика двигателя отражает изменение частоты вращения вала от момента нагрузки на нем, а рабочие – изменение параметров (M, η, cos φ, I, Р₁) в зависимости от мощности (Р₂) на валу.

На рис.1.1 приводится примерный вид характеристик из которых видно, что η и cos φ уменьшаются с уменьшением нагрузки на валу.

Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя выражается зависимостью

,

где: с – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя

  R₂ и X₂ – соответственно активные и индуктивные сопротивления ротора, [Ом].

Анализируя уравнение механической характеристики можно заключить следующее:

– при изменении сопротивления в цепи ротора меняются вращающий момент и частота его вращения

– вращающий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, что свидетельствует о высокой чувствительности АД к изменениям напряжения в цепи.

Благодаря таким преимуществам АД как простота устройства, надежность в работе, экономичность, низкая стоимость он находит преобладающее применение в промышленности вообще и на геологоразведочных и горных работах в частности.

Однако этим двигателям присущи и некоторые существенные недостатки:

– высокие пусковые токи; I_пуск=(5-7)I_н,

– повышенная чувствительность к качеству напряжения (M≈U²),

– недостаточно высокий пусковой момент,

– сложность регулировки частоты вращения,

– снижение параметров (η, cos φ) при низких нагрузках.

Для устранения этих недостатков применяются различные конструктивные и схемные решения, но все они усложняют конструкцию, снижая надежность.

Одним из распространенных способов уменьшения влияния отмеченных недостатков является применение в АД фазного ротора, когда к обмоткам ротора при пуске подключают через контактные кольца активные сопротивления. При этом смягчается характеристика в устойчивой зоне, снижается пусковой ток, увеличивается пусковой момент, снижается влияние трех из вышеперечисленных недостатков асинхронного короткозамкнутого двигателя. Однако конструкция двигателя усложняется, снижается надежность и экономичность его работы.

                рабочие                                                                          механическая

Рис. 1.1.Характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Рис. 1.2.Схема лабораторной установки для снятия характеристик трехфазного асинхронного двигателя.

II. Практическая часть.

1. Собрать электрическую схему установки, изображенную на рис. 1.2 (Стенд №1 исследования привода)

2. Снять данные, необходимые для построения рабочих характеристик двигателя M1. Для этого при помощи автомата SF произвести пуск двигателя M1 в режиме холостого хода и записать данные в табл.1. Затем, добавляя нагрузку двигателя M1 увеличиваем числа грузиков тормозного устройства в пределах от I₁=0 и до I₁= 1,2I_1н, зафиксировать показания приборов и занести их в табл.1.

Таблица 1.

3. Снять данные, необходимые для построения механической характеристики.

При включенном двигателе M1, добавляя грузики в тормозном устройстве добиться остановки двигателя (“опрокидывания”) за короткое время (до 10 сек); зафиксировав при этом показания приборов.

Затем снимать грузики с тормозного устройства до пуска двигателя M1 под нагрузкой. Данные опытов занести в таблицу 1.

III. Графическая часть и оформление отчета.

Должна быть вычерчена схема установки рис.1.2, приведены результаты измерений, построены рабочие и механическая характеристики, даны ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Какова скорость вращения магнитного поля двигателя M1 в номинальном режиме?

2. Какое число пар полюсов в статоре двигателя M1?

3. Как определять величину номинального скольжения?

4. Как определить величину критического момента и критического скольжения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2