|
 | |  | | Скачать работу
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Трёхфазные асинхронные электродвигатели
Цель работы — изучить функциональную структуру, физический принцип действия и схемы включения асинхронных короткозамкнутых и с фазным ротором электродвигателей.
Программа работы
Изучить устройство асинхронного коротко замкнутого и асин¬
хронного с фазным ротором электродвигателей.
Собрать и включить обмотки асинхронного коротко замкнутого
электродвигателя звездой и треугольником, измерить пусковые токи и
снижение напряжения на зажимах в момент пуска,
Собрать схему асинхронного электродвигателя с фазным рото¬
ром, включить в сеть, замерить пусковые токи: а) при полностью вве¬
дённом пусковом сопротивлении ротора; б) наполовину введённом со¬
противлении ротора; в) при выведенном сопротивлении ротора.
Собрать электрическую схему и включить трёхфазный электро¬
двигатель однофазную сеть,
По паспортным данным (указанным на щитке электродвигателя)
рассчитать скорость вращающегося магнитного поля, номинальное
скольжение и пусковые токи.
Оформить отчёт, заполнить табл. 3.3.
Объяснения физического принципа действия
3.1. Какую функцию выполняет электродвигатель?
Электродвигатель предназначен для преобразования энергий из электрической в механическую, используемую в дальнейшем для приве¬дения в действие рабочих органов технологического оборудования.
3.2. Каков принцип действия электродвигателя?
Принцип действия легко показать на "опыте Араго", поставленном в начале прошлого века. Если вращать подковообразный магнит над мед¬ным (не ферромагнитным) диском, подвешенным на оси, то последний начнёт вращаться в ту же сторону, что и магнит. Однако скорость вра¬щения диска несколько отстаёт от скорости вращения магнита. Долгое время опыт не могли объяснить. Только открытие М.Фарадеем явления электромагнитной индукции объяснило опыт Араго. Вращающийся маг¬нит индуцировал (наводил) электроток в диске. Этот ток создавал вокруг себя магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем вра-щающегося магнита, вынуждало вращаться и медный диск. Первый патент на устройство асинхронного мотора получил югослав Нико¬ла Тесла в конце прошлого века. Наш соотечественник Доливо-Добровольский предложил для практики использовать именно три фазы. Несмотря на время, прошедшее с тех пор, принцип действия такого электромотора не изменился. Его можно разбить на три час¬ти:
1)Получение вращающегося магнитного поля от трёх фазного тока в
трёх обмотках статора, сдвинутых в пространстве на угол в 120°;
Явления электромагнитной индукции: переменное магнитное по¬ле в проводнике наводит электрический ток. Или наоборот - постоянное
магнитное поле наводит ЭДС в движущихся проводниках;
Правило "левой руки": если в магнитное поле поместить провод¬
ник и над ним расположить левую руку так, чтобы силовые магнитные
лини входили в ладонь (ладонь обращена к северному, синего цвета по¬люсу магнита). Затем по проводнику пропустить ток в направления че¬тырёх сжатых пальцев (от плюса к минусу), то проводник начнет дви¬гаться в направлении оттопыренного большого пальца.
Проведите самостоятельно аналогию опыта Араго с вышеприведен¬ными законами и правилами и вы получите объяснение принципа дейст¬вия асинхронного электродвигателя.
3.3. Как устроен асинхронный электродвигатель?
Составные части электродвигателя — неподвижный статор и под¬вижный ротор.
Статор состоит из корпуса 7, пакета сердечника статора 6 и трёх обмоток (см. рис. 3.1 и табл. 3.1). Корпус вместе с лапами для кропле¬ния электродвигателя к фундаменту отливают из чугуна или сплавов алюминия. Сердечник статора имеет форму полого цилиндра с продоль¬ными пазами на внутренней поверхности. Для уменьшения индуциро¬ванных вихревых токов Фуко, статор набран из штампованных, изоли¬рованных лаком друг от друга листов электротехнической стали толщи¬ной 0,1...0,5 мм. В пазы сердечника уложены три одинаковых обмотки фаз, оси которых расположены под углом 120° друг к другу.
Ротор короткозамкнутого электродвигателя состоит из стального вала, наборного сердечника и короткозамкнутой обмотки в виде беличь¬ей клетки. Короткозамкнутую обмотку изготавливают путём заливки расплавленного алюминия в пазы ротора. С двух сторон ротора распо¬ложены подшипниковые щиты 4, которые при помощи винтов кренятся к корпусу 7.
Выводы обмоток трёхфазного электродвигателя имеют маркировку в виде металлических бирок. На бирках выбиты буква «С» с цифрами от 1 до 6. Первая обмотка имеет выводы С1 и С4, вторая - С2 и С5, третья СЗ и С6, причем принято считать, что CI, С2 и €3 - начала, а С4, С5 и С6 - концы обмоток-
Рис. 3.1. Устройство асинхронного короткозамкнутого электромото¬ра.
Где 1 - вал ротора; 2 - подшипник; 3 - крышка подшипника; 4 - подшипнико¬вый щит; 5 - пакет ротора; 6 - сердечник статора; 7 - корпус; 8 - кожух вентилято¬ра; 9 - вентилятор; 10 - коробка выводов.
Соединение обмоток. Для соединений обмоток электродвигателя звездой необходимо все концы (С4, С5 и С6) соединить в одну точку, а начала (С1, С2 и СЗ) подключить к трём фазам сети (рис 3.2). Чтобы со¬единить обмотки треугольником, надо конец одной обмотки соединить с началом другой, затем её конец с началом следующей и т.п. Точки со¬единения выводов обмоток (начала с концом) присоединяют к трём фа¬зам сети (см. рис. 3.3.).
Рис. З.2. Схемы включения трёхфазного электродвигателя: а) - звездой, б) - треугольником
Изменение вращения. Для изменения направления вращения вала электромотора (реверсирование) необходимо поменять местами выводы двух любых фаз на клеммах статора. Реверсирование осуществляют при помощи переключателей, рубильников и магнитных пускателей.
Пусковые токи. При пуске электродвигателя имеет место резкое в 5...7 раз превышение тока над номинальным. Большие пусковые токи вызывает большое снижение напряжения в сети, что вредно отражается на работе других электроприёмников.
Для снижения пусковых токов трёхфазных асинхронных электро¬двигателей применяют различные меры, в том числе переключение со звезды на треугольник, включение в обмотки статора сопротивления или пуск при пониженном напряжении, или использование электродвигате¬лей с фазным ротором.
Таблица 3.1. Функциональная структура основных элементов электродвигателя
Наименование Элемента Структура Выполняемая функции
1 2 3
Вал Цельная цилиндрическая деталь Крепит все элементы ротора, центрирует его и передаёт вращающий момент к рабочей машине
Подшипник Две обоймы, шарики и сепаратор Центрирует вал электромотора и уменьшает потери энергии на трение при вращении вала
Подшипниковый щит Две литых круглых дета¬ли с отверстиями по цен¬тру Объединяет и крепит статор с ротором
Пакет ротора Набор тонких штампо-ванных кругов из элек-тротехнической стали с пазами Усиливает и направляет магнитное поле, наве¬дённое обмотками статора. Удерживает обмот¬ку» ротора. Создает маховый момент инерции и стабилизирует скорость вращения ротора
1 2 3
Обмотка ротора Алюминиевые стержни, получаемые литьём в пазы ротора и замкнутые по торцам алюминиевы¬ми кольцами Воспринимает электромагнитную энергию от статора за счёт явления электромагнитной ин-дукпии: Совместно с роторной сталью создаёт маховый момент
Сердечник статора Набор тонких, штампо-ванных из электротехни-ческой стали дисков с пазами для укладки в них обмотки Усиливает и направляет вращающееся магнит¬ное
Обмотка статора Многослойные витки из цветного изолированно¬го провода Создаёт и концентрирует магнитное поле. Три обмотки смещённые в пространстве на 120° создают вращающееся магнитное поле, увле¬кающее за собой ротор
Вентилятор Литые металлические или пластмассовые лопа¬сти Охлаждает корпус электромотора, прокачивая воздух вдоль его ребристой поверхности, захва¬тываемый из окружающей среды
3.4. Трёхфазный асинхронный двигатель с фазным ротором
Отличие двигателя с фазным ротором от коротко замкнутого заклю-чается в особом устройстве ротора. Ротор имеет три обмотки, выпол-ненные изолированным проводом, уложенные в пазы и соединенные в звезду, причем свободные выводы обмоток (начала) присоединены к контактным кольцам (три кольца по числу фаз), укреплённым на валу ротора и изолированным от него. К кольцам пружинами прижаты графи-товые или металло-графитовые щётки, к которым подключают в цепь ротора дополнительные сопротивления (твёрдо металлические или жидкостные, на базе солевых растворов).
Дополнительные сопротивления иногда называют пусковыми, а уст-ройство, в котором они расположены — пусковым реостатом. Введение дополнительного сопротивления в цепь обмоток ротора приводит:
а) к уменьшению пусковых токов;
б) к увеличению пускового момента;
в) к уменьшению скорости вращения ротора, что используют для
регулирования его скорости и, соответственно, технологических машин.
Обычно для снижения пускового тока производят запуск двигателя с полностью введенным сопротивлением (реостатом), а когда двигатель достигнет номинальной скорости вращения вала, сопротивление умень-шают (выводят реостат). После чего двигатель работает как короткозамкнутый. Схема включения двигателя с фазным ротором приведена ниже.
Рис. 3.3. Принципиальная электрическая схема асинхронного трехфазного электродвигателя с фазным ротором.
3.5. Работа трёхфазного электродвигателя в однофазном режиме
Трёхфазный электродвигатель можно включать в однофазную сеть только после особого включения обмоток. В противном случае режим будет аварийный большим перегревом обмоток. Есть много способов включения. В лабораторной работе используется наиболее распростра¬нённый (см. рис. 3.4.) Две обмотки соединяются последовательно и ис¬пользуются в качестве рабочих, а третью используют только на время пуска как пусковую. Эту обмотку включают не на прямую, а через кон¬денсатор или резистор. Когда двигатель разовьёт нормальные обороты, её отключают. При включении трёхфазного электродвигателя в одно-фазную сеть теряется от 40 до 60 процентов его паспортной мощности. По таблице 3.3 можно подобрать значения ёмкостей или сопротивлений необходимых для пуска двигателей различной мощности.
Таблица 3.3. Параметры конденсаторов и резисторов, в зависимости от мощности электродвигателя, включаемого в однофазную сеть
Мощность двигателя, кВт Ёмкость конденсатора, мкФ Сопротивление, Ом
0.6 40 25...30
1.0 60 20... 25
1.7 110 12... 15
2.8 185 8...10
4.0 260 5…7
Рис. З.4. Принципиальная электрическая схема включения трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть.
3.5. Как расшифровывается условное обозначение типа электродвигателя?
В сельскохозяйственном производстве наиболее распространены электродвигатели серий 5А, RA и АИР. Каждый двигатель снабжён пас¬портом - металлической табличкой, укрепленной на корпусе. В паспорте приведены основные технические данные двигателя и его тип. Расшиф¬ровывается тип следующим образом: первая буква «А» - асинхронный двигатель, следующая «М» — защищенного исполнения (отсутствие бук¬вы «Н» указывает на закрытое, обдуваемое исполнение), затем - «А» — станина и щиты из алюминиевого сплава; «X» — станина алюминиевая, щиты чугунные (отсутствие буквы «А» и «X» означает, что станина и щиты чугунные); две или три цифры указывают высоту оси вращения в миллиметрах (типоразмер — двигателя); S, М и L — установочные разме¬ры по длине статора; А и В — длина сердечника; 2... 12 - число полюсов (не путать с числом пар полюсов) последние буква и цифра указывает на климатическое исполнение и категорию размещения (У — умеренный климат ,1 - для; установки на открытом воздухе, 2—под навесом, 3-в по¬мещении и т.п.).
Например, марка двигателя 5AI60SB4Y3 означает: асинхронный ко¬ротко: замкнутый двигатель пятой единой серии, защищенного исполне¬ния, высотой вращения 160 мм, с установочными размерами по длине станины - коротким (S-от английского слова «short»), четырёх полюс¬ным (две пары полюсов), для использования в умеренном климате, третьей: категории размещения (работать в помещении);
Электродвигатели специального назначения отличаются по буквам на конце обозначения, например, 4AI60M2GX означает: двигатель сель¬скохозяйственного назначения (здесь м означает средний типоразмер - от англ. слова «meadl»).
В паспорте также указаны номинальная скорость вращения и мощ¬ность. Так как электродвигатель асинхронный, то частота вращения ро¬тора несколько меньше частоты вращения магнитного поля статора.
Частоту вращения магнитного поля (мин-1) определяют по формуле
〖 n〗_0=60f⁄(p, (3.1))
где / - частота изменения направления тока в сети, в России - 50 Гц; р - чист пар полюсов, двигателя; 60 - число секунд в минуте.
Величину, характеризующую отставание ротора от вращающегося магнитного поля, называют скольжением и подсчитывают в процентах по формуле (3.2):
S=(n_0-n_н)/n_0 ∙100 (3.2)
где по - частота вращения магнитного поля статора; n_н- номинальная частота
вращения ротора (паспортная).
Следует помнить, что приведенные в методических указаниях элек-трические схемы могут отличаться от таковых, расположенных на рабо¬чих стендах, отсутствием электроизмерительных приборов (ампермет¬ров и вольтметров).
При выполнении лабораторных работ по всем четырём схемам включения электродвигателей (соединение в звезду, в треугольник, с фазным ротором и однофазный пуск), надо использовать одну унифици¬рованную таблицу 3,4. В неё записать опытные показания приборов и рассчитать коэффициент кратности пускового тока по формуле:
K=In/Iн (3.3)
где In - наибольшая величина тока при пуске двигателя; Iн - установившийся ток у работающего двигателя.
Кроме того, по паспортным данным электродвигателей рассчитать частоту вращения магнитного поля и величину скольжения, для чего табл. 3.3. дополнить нужным числом колонок.
При подключении обмоток двигателя к сети следует помнить, что концы их для удобства подключений смещены на одну позицию (под С1 не С4, а С5 и т.п.); см.рис.3.5.
kKM
а) б)
Рис. 3.5. Монтажные схемы включения обмоток двигателя: а - звездой; п -
треугольником
Таблица 2.4. Результаты лабораторных испытаний пусковых токов, А
Соединения Обмоток Звезда Треугольник Rрот= мах Rрот=1/2мах RРОТ=0
Показание амперметра
Вопросы для самопроверки
Какова функция электродвигателя?
Как устроен электродвигатель?
3. Каков внешний вид обмотки ротора асинхронного короткозамкнутого
двигателя?
Поясните принцип действия двигателя с к. з. ротором.
Что такое электромагнитная индукция?
Объясните правило левой руки.
Какими символами обозначают обмотки статора?
Как изменить направление вращения ротора?
Влияет ли на мощность двигателя способ соединения обмоток?
Сколько преимуществ вы запомнили у двигателя с фазным ротором?
Нарисуйте схему однофазного включения электродвигателя.
Как определяется скорость вращения магнитного поля двигателя?
Что такое скольжение?
Рекомендуемая литература
1. Кацман М.М. Электропривод: Учеб. пособие для студ. образоват. учрежд. сред. образования. - М.: Изд. центр «Академия», 2005. -384 с.
2. Терехов В.М. Системы управления электроприводом. Учебник для студентов высш. учеб. заведений. - М.: Изд. центр «Академия», 2005-304 с.
З. Лихачёв В. Л. Электродвигатели асинхронные. — М.: СОЛОН - Пресс, 2003. - 304 с.
| | |
| Выбор Языка | 
 |
| Статистика |
 Зарег. на сайте
Всего: 296
Новых за месяц: 0
Новых за неделю: 0
Новых вчера: 0
Новых сегодня: 0
Из них
Администраторов: 3
Модераторов: 2
Проверенных: 2
Обычных юзеров: 289
Из них
Парней: 241
Девушек: 55
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0
|
|
