АД_методические_указания (Методические указания к выполнению лабы №3)

МГТУ им. Н. Э. БауманаКрасовский А. Б., Васюков С. А., Мисеюк О. И., Трунин Ю. В.Исследование асинхронного двигателяс короткозамкнутым роторомМосква 20142Цель работы – экспериментальное ознакомление со схемами включения, основными свойствами, характеристиками и частотным способом регулирования скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ1.1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым роторомВнешний вид асинхронного двигателя показан на рис. 1 а, а его поперечный разрез в упрощенном виде на рис. 1 б. Как и любая электрическая машина, он состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статор неподвижен, ротор вращается.

Воздушный зазор между ними составляет обычно0,1... 0,5 мм.Статор состоит из массивного стального или чугунного корпуса 1, внутри которого расположен сердечник (магнитопровод) 2 в виде полого цилиндрас равномерно расположенными на внутренней поверхности пазами в осевомнаправлении. Для снижения потерь энергии от вихревых токов, возникающихв сердечнике при работе машины, его выполняют в виде пакета, набранного изтонких листов электротехнической стали толщиной (0,35 – 0,5) мм. Листы собеих сторон покрыты изоляционной пленкой (окалиной или лаком).В пазах сердечника статора размещают трехфазную обмотку 3, выполненную из изолированного медного (реже алюминиевого) провода.Концы обмотки статора присоединены к зажимам, расположенным в коробке выводов 7, укрепленной на корпусе двигателя.

Обычно выводят всешесть концов трехфазной обмотки, так как это позволяет использовать двигатель при разных напряжениях сети, отличающихся в3 раз (например, 380 и220 В). Более высокому напряжению сети в этом случае соответствует соединение обмоток звездой, более низкому – треугольником. К корпусу статора 1крепятся два литых подшипниковых щита 4 со сквозными центральными отверстиями для подшипников 5, в которых вращается вал ротора 6.3Рис. 1. Устройство асинхронного двигателя: 1 – корпус; 2 – сердечник статора;3 – обмотка статора; 4 – подшипниковый щит; 5 – подшипник; 6 – вал; 7 – коробка выводов; 8 – сердечник ротора; 9 – обмотка ротора; 10 – замыкающиекольца; 11 – вентиляционные лопатки.Ротор состоит из сердечника 8, обмотки 9 и вала 6. Сердечник ротора 8представляет собой спрессованный из отдельных тонких листов электротехнической стали пакет, имеющий форму цилиндра с продольными пазами 9 понаружной поверхности и центральным отверстием для вала.4У двигателей с короткозамкнутым ротором обмотка представляет собойрасположенные в пазах неизолированные медные или алюминиевые стержни9, торцы которых с обеих сторон соединены короткозамыкающими кольцами10, выполненными обычно из того же материала, что и стержни.

Отдельно такая обмотка по внешнему виду напоминает беличью клетку (рис. 1 б).При включении в трехфазную сеть, синусоидально распределенная впространстве магнитодвижущая сила (МДС) каждой фазы статора, неподвижна в пространстве и пульсирует во времени с частотой протекающего тока.

Ееамплитуда ориентирована по оси соответствующей фазы. Однако питаниепространственно распределенных трехфазных обмоток трехфазной системойтоков приводит к вращению результирующей синусоидально распределеннойМДС относительно создающей его статорной обмотки в направлении, определяемом чередованием фаз. Эта МДС возбуждает магнитное поле Ф, вращающееся в пространстве с угловой скоростью 0 (см. рис. 1 б), которая зависит отчастоты напряжения сети f1 и числа пар полюсов p0 2f1.p(1)Число пар полюсов р является конструктивным параметром двигателя иопределяется способом выполнения обмотки. Вращающееся магнитное полепересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действиемкоторой в ней возникает ток. В результате взаимодействия тока ротора с вращающимся полем, на ротор действует электромагнитный момент, направлениекоторого совпадает с направлением вращения магнитного поля.При работе двигателя скорость вращения ротора  меньше, но обычнодостаточно близка к скорости вращения поля  0 .

При  =  0 вращающеесямагнитное поле не пересекает проводники обмотки ротора. Вследствие этого вней не наводится ЭДС, не возникнет ток и не создается электромагнитный момент. Однако реально даже при работе двигателя вхолостую (при отсутствии5нагрузки на валу) значение  будет меньше  0 вследствие некоторого тормозного момента, создаваемого в двигателе трением.Для асинхронных машин вводится понятие скольженияs0  .0(2)Зная значения s и  0 , можно определить частоту вращения ротора:  0 (1  s ) .(3)Из (3) видно, что при увеличении значения  от 0 до  0 скольжение sуменьшается от 1 до 0. Номинальные значения скольжения s н и скоростивращения ротора  н зависят от мощности двигателей, и в среднем составляютоколо sн  0,08 и н  0,920 .Изменить направление вращения ротора можно путем изменения направления вращения магнитного поля Ф.

Дня этого необходимо поменять чередование подключения любых двух фаз статора к источнику питания, т. е.поменять местами любые два провода, которыми двигатель соединен с источником напряжения.1.2. Технические данные асинхронных двигателейВ справочной литературе для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором обычно указаны следующие технические данные: номинальныенапряжение U 1н , мощность P2 н , частота вращения nн , ток обмотки статора I1н ,КПД  н и коэффициент мощности cos  н , перегрузочная способностьM к / M н   , кратность пускового момента M п / M н , кратность пускового токаI1п / I1н .

При работе в номинальном режиме двигатель, как правило, имеет наи-лучшие удельные показатели (мощность на единицу массы или объема) иобеспечивает наиболее эффективное преобразование энергии.Номинальная мощность P2 н – это мощность двигателя, которую он развивает на валу при номинальной частоте вращения nн и номинальном момен-6те M н . Под номинальным током I1н понимают линейный ток при работедвигателя с напряжением U 1н и мощностью P2 н . Если указаны два значенияноминального напряжения (например, 380/220 В), обычно заданы и два значения номинального тока (например, 5,1/8,7 А).

Значение номинального фазноготока при различных напряжениях и соответствующих способах соединения обмотки статора остается неизменным. Номинальные значения момента и токаявляются для асинхронного двигателя максимальными длительно допустимыми значениями, поскольку при этом двигатель нагревается до максимальнодопустимой температуры.При экспериментальных исследованиях измерения и количественныесопоставления удобнее проводить, оперируя частотой вращения n в об/минвместо угловой скорости  в сек-1. Эти величины связаны соотношениемωπn.30(4)С учетом (1) и (4) частота вращения магнитного поля в об/минn0 60  f1.p(5)Из соотношения (5) следует, что при подключении двигателя к трехфазномуисточнику напряжения со стандартным значением частоты f1  50 Гц , частотавращения магнитного поля двигателя n0 имеет значения, представленные втабл.

1.Таблица 1p123456n0 , об/мин300015001000750600500Зная nн по таблице 1 можно определить n0 как ближайшее большеезначение к nн и число пар полюсов двигателя p.Значения nн ,  н и cos  н соответствуют работе двигателя с напряжениемU 1н и мощностью P2н .7Для номинального режимаP2н  M н  н M н  nн.9,55(6)Потребляемая двигателем из сети мощность P1н , выходная мощностьP2н , а также величины cos  н , U1н , I1н связаны соотношениямиP1н  3 U1н  I1н  cos н ;н P2н.P1н(7)(8)Соотношения (6) – (8) справедливы также и для любого режима работыдвигателя, отличного от номинального режима.Значения M к / M н , M п / M н , I1п / I1н , указываемые в справочной литературе, определяют при номинальном напряжении U 1н двигателя. Под пусковымтоком I1п понимают значение линейного тока при n  0 .1.3.

Энергетические показатели асинхронных двигателейАсинхронный двигатель потребляет из сети активную и реактивнуюмощность. Реактивная мощность расходуется на создание электромагнитногополя, а активная мощность за вычетом потерь преобразуется в механическуюмощность и передается приводимому в движение механизму.Обмотка статора при подключении к сети потребляет из неѐ активнуюмощность P1 . Часть этой мощности расходуется на нагрев обмотки статора припротекании по ней тока, а другая еѐ часть Pм1 теряется из-за магнитных потерь в магнитопроводе статора. Оставшаяся часть P12 , называемая электромагнитной мощностью, передается через воздушный зазор в ротор.