Приобретение практических навыков управления асинхронным электроприводом и снятие характеристик асинхронного электродвигателя (АД).
2.Содержание работы
2.1. Изучение последовательностей работы электропривода.
2.2. Исследование работы АД с переменной нагрузкой.
2.3. Расчет и построение механической и рабочей характеристик АД.
3.Особенности правил и мер техники безопасности при проведении экспериментальных исследований
Студенты допускаются к выполнению экспериментов только после того, как они ознакомятся с расположением всех измерительных приборов и органов управления на панели стенда и будут четко знать последовательность операций пуска и содержание эксперимента.
Весь эксперимент на включенном стенде во избежание его перегрева должен
Длиться не более 7 минут.
4.Подготовка к выполнению работы
При подготовке к выполнению данной работы студент должен:
4.1. Изучить тему <<Асинхронные двигатели>>([1], с.413-446; [2] с. 96-115).
4.2. Подготовить бланк отчета, в котором отобразить цель работы,принципиальную схему экспериментальной установки (рис.1),таблицу.
5.Описание лабораторной установки
Установка для исследования асинхронного электропривода (рис.1) выполнена в виде стенда <<АД-ГПТ>> (асинхронный двигатель- генератор постоянного тока), состоящий из двух электрических машин, валы которых соединены муфтой, а также щита управления. Питание АД осуществляется от трехфазной сети переменного тока с линейным напряжением 220 В, 50 Гц. Обмотка возбуждения ГПТ подключается к независимому источнику тока напряжением 125 В.
В силовую цепь питания АД включены: автоматический выключатель Q с расцепителем максимального тока, предназначенный для коммутации и защиты статора АД от короткого замыкания , катушки тепловых реле КК1 , КК2 , предназначены для защиты статора АД от перегрузок (тепловые реле срабатывают при перегрузке АД на 20% не позже ,чем через 20 мин. От начала перегрузки); контрольно-измерительные приборы – амперметр РА1 , вольтметр PV1 и щитовой трехфазный ферродинамический ваттметр PW1. Для защиты токовых обмоток приборов РА1 и PW1 от большого тока они замкнуты размыкающими контактами специальной кнопки (на схеме не показано) , поэтому для отсчета показаний приборов необходимо нажать кнопку. Для измерения частоты вращения на валу АД установлен магнитоиндукционный тахогенератор BR.
Рис.1. Упрощенная принципиальная схема лабораторного стенда асинхронного привода<<АД-ГПТ>>
Цепь управления АД содержит катушку магнитного пускателя КМ (силовые контакты КМ включены в силовую цепь АД , а блокирующая контакт КМ шунтирует замкнутый контакт кнопки S2), коммутирующие кнопки S1- <<стоп>> и S2- <<пуск>>, предохранители F1 и F2 защищающие катушку КМ от
короткого замыкания и контакты тепловых реле КК1 и КК2 .
АД приводит во вращение генератор G1 , который является переменной механической нагрузкой на валу АД. Изменение тормозного момента создается в генераторе в соответствии с помощью резисторов нагрузки R1-R1.
Пуск привода осуществляется нажатием на кнопку S2.Включается катушка КМ и магнитный пускатель замыкает свои силовые контакты в цепи питания АД, а блок – контактом КМ берет себя на самопитание. Происходит прямой пуск и разгон АД по естественной механической характеристике. Отключение АД происходит в том же порядке при нажатии на кнопку S1.
Основным элементом привода является трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором изобретенный М.О. Доливо-Добровольским в 1891 г. АД является самым распространенным электродвигателем благодаря простоте конструкции, высокой надежности и низкой себестоимости. Он находит широкое применение в приводе станков, транспортеров, вентиляторов, насосов и.т.д.
Конструктивно АД состоит из статора и ротора. Статор служит для создания вращающегося магнитного поля (ВМП), а ротор – для преобразования электромагнитного момента этого в механический момент на валу АД.
Принцип действия АД основан на взаимодействии ВМП статора с токами,
индуктированными при вращении этого поля в короткозамкнутой обмотке ротора, и создании при этом взаимодействия вращающего момента. При этом ротор АД начинает вращаться в сторону вращения ВМП с частотой n2, меньшей, чем частота вращения ВМП – n0 которая называется синхронной, так как только при этом условии будет относительное пересечение ВМП и проводников ротора и будут индуктироваться токи в роторе, создающие вращающий момент. Поэтому ротор вращается не синхронно (асинхронно) с ВМП, отсюда и название двигателя. Степень отставания ротора АД характеризуется скольжением S=n0-n2/n0 , номинальная величина которого составляет Sном=0,01-0,07(или 1% -7%). Основной характеристикой АД является его механическая характеристика
n2=f(M), при Uc=const и f1=const.
Схема стенда <<АД-ГПТ>>позволяет получить данные для расчета и построения механических и рабочих характеристик АД (зависимостей n2, n, cosφ, I, М от мощности двигателя Р2).
6.Порядок проведения эксперимента
6.1. Подготовить стенд<<АД-ГПТ>> к пуску , для чего:
а) ГПТ установить на независимое возбуждение;
б) включить все четыре нагрузки ГПТ;
в) переключатель<<измер. мощн.>> установить в положение <<пуск>>.
6.2. Пустить АД, нажав кнопку <<пуск>>( черная кнопка <<Cеть>>). При этом должен сработать магнитный пускатель КМ и АД начнет вращаться.
Регулировочным реостатом Rp <<Напр. генер.>> установить заданное преподавателем напряжение ГПТ (120В), и на холостом ходу снять показания прибора : U1, I1, P1, n2, Ur, Ir и занести в таблицу.
Механические и рабочие характеристики АД
6.3.Увеличивать нагрузку на АД, включая поочередно нагрузочные резисторы R1 – R2, снять показания приборов для четырех режимов нагрузки и занести в таблицу.
6.4.Включить питание АД, нажав на красную кнопку <<Сеть>>. Выключить резисторы нагрузки R1 – R4.
6.5.Выписать с шильдика стенда необходимые для расчетов данные Rяг. и РМЕХ.Г.
6.6.Результаты расчетов занести в таблицу.
7.Обработка результатов эксперимента
7.1.Расчитать скольжение АД по формуле: S= (n0-n2/n0)*100%, где n0=60f1/P – синхронная частота; f=50 Гц – частота напряжения сети;
p – число пар полюсов статора: у трехфазного статора, имеющего 3 обмотки, p=1; у имеющего 6 обмоток – p = 2; 9 обмоток – p =3 и.т.д.
При р=1 n0=3000 об/мин;
р=2 n0=1500 об/мин;
р=3 n0=1000 об/мин;
р=4 n0=750 об/мин.
Поэтому синхронная часть частоты n0 определяется из перечисленного ряда , как ближайшая большая к n2.
7.2.Рассчитать механическую мощность Р2 на валу АД:
Р=РМЕХ.Г.+I2ГRЯГ+UГIГ ,
Где РМЕХ.Г – механические потери в генераторе;
I2ГRЯГ – электрическое поле в якоре генератора;
UГIГ – мощность, отдаваемая ГПТ в нагрузку.
7.3.Расчитать вращающий момент АД
М=9,55 Р2 [Вт]/n2 [Нм]
7.4.Расчитать к.п.д. АД и коэффициент мощности
?=( p2/p1)100%;
7.5.Вычеслить параметры АД занести в таблицу.
7.6.По результатам расчетов построить механическую характеристику n2=f(M).
Теоретический вид механической характеристики АД представлен на рис. 2. Сплошной участок характеристики соответствует полученным в эксперименте данным, а штриховой участок соответствует теоретическому ходу кривой n2 (M).
Анализ механической характеристики АД с короткозамкнутым ротором показывает, что она является жесткой.
Рис.2. Механическая характеристика АД с короткозамкнутым ротором
По зависимости n2=f(M) видно, что АД боится перегрузок.
Перегрузочная способность λ=Мкр./Мном.=1,8-2,5.
Пусковой момент АД без улучшенных пусковых свойств меньше номинального, что не позволяет пускать АД под нагрузкой. Кратное пускового момента АД: кп=Мп/Мном=0,7-1,8
7.7.Построить рабочие характеристики АД:
n2=f(P2); M=f(P2); n=f(P2); cosφ1=f(P2). При U1ном и f1=cons.
8.Контрольные вопросы
8.1. Что такое асинхронный электропривод? Назовите его составные части и электрические цепи.
8.2. Какая аппаратура применяется для управления и защиты электропривода?
8.3. Как работает электропривод?
8.4. Каковы достоинства, недостатки и назначения АД?
8.5. Какова конструкция и назначение составных частей АД?
8.6. Как получается вращающееся магнитное поле, назовите два принципа вращения поля и обоснуйте необходимость его вращения.
8.7. Почему АД называется трехфазным асинхронным и зачем нужен короткозамкнутый ротор?
8.8. Что такое скольжение, синхронная и номинальная частота вращения?
8.9. Какое явление лежит в основе получения вращающего момента АД?
8.10. Каким образом устанавливается динамическое равновесие вращающего и тормозного момента?
8.11. Что такое механическая характеристика АД, перегрузочная способность и кратность пускового момента?
8.12. От каких эксплуатационных условий и конструктивных особенностей зависит к.п.д. и cosφ АД?
8.13. Какие особенности АД необходимо учитывать при применении АД в нерегулируемых и регулируемых приводах?