Лабораторная работа № 3-2 Цель работы: Механические характеристики

Лабораторная работа № 3-2
Исследование механических и рабочих характеристик
асинхронного электродвигателя
Цель работы: изучить методы экспериментального исследования механических и рабочих характеристик асинхронных электродвигателей
1. Общие теоретические положения
Механические характеристики представляют собой зависимость частоты вращения ротора от вращающего момента: n 2  f M 
или зависимость вращающего момента от скольжения: M  f s  . Поскольку между частотой вращения ротора и скольжением существует
жёсткая линейная зависимость, обе формы записи дают одну и ту же
характеристику и от одной из них всегда можно перейти к другой.
Наиболее характерными точками на механической характеристике, общий вид которой показан на рис. 1-а, являются:


режим идеального холостого хода, когда частота вращения ротора
равна частоте вращения поля статора, и машина не развивает вращающего момента: n 2  n0 ; M  0 - точка 1
номинальный режим работы, для которого (точка 2):
n2  n2 ном ; М  М ном 

Р 2 ном
0 ,105п 2 ном
режим, при котором электродвигатель развивает максимальный
вращающий момент (точка 3):


п2  п0 1  s кр ; М  М max   max M ном

(1)
(2)
режим, соответствующий начальному моменту пуска, который
представляет собой режим короткого замыкания (точка 4):
п 2  0 ; М  М пуск   пуск М ном
(3)
Кратности максимального и пускового момента, а также величина критического скольжения определяются по каталожным данным.
Рабочими характеристиками называются зависимости частоты вращения ротора, вращающего момента, тока статора, к.п.д. и коэффициента мощности двигателя от полезной мощности на валу:
п2  f P2 ; M  f P2 ; I 1  f P2 ;  f P2 ; cos   f P2 .
Типичные рабочие характеристики АД показаны на рис. 2-б. Они
имеют смысл и строятся только в зоне устойчивой работы, когда развиваемый двигателем момент не превышает максимального значения.
Частота вращения ротора при переходе от режима холостого
хода к режиму номинальной нагрузки незначительно уменьшается
практически по линейной зависимости и только при перегрузках
начинает снижаться более заметно (на 20 …30%).
Вращающий момент связан с полезной мощностью и частотой
вращения известным соотношением:
Р 2  0 ,105 п2  М ; М 
Р2
0 ,105п 2
(4)
и вследствие уменьшения частоты вращения возрастает в слабо выраженной нелинейной зависимости.
Ток статора имеет довольно большое начальное значение
вследствие наличия воздушного зазора между статором и ротором и
насыщения магнитной системы. При экспериментальных исследоваI  I 1 B  I 1C
ниях следует вычислять его среднее значение: I 1  1 A
.
3
К.п.д., ранвый:   Р 2
, связан с полезной мощностью типоР1
вой для всех электрических машин зависимостью, его максимальное
значение обычно соответствует нагрузке 0,5 …0,7 Р2ном
Коэффициент мощности определяется отношением активной
мощности, потребляемой двигателем из сети к полной мощности:
cos  1 
P1 P1 A  P1 B  P1C

S1
3U 1ф I 1
(5)
и вначале плавно возрастает, достигая максимума примерно при номинальной нагрузке, а затем очень медленно уменьшается.
п2
2
1
3
М
4
п2, М, I1, , cos1
п2
I1
M
п2
cos

Р2
Р2ном
Рис. 1. Типовые механические (а) и рабочие (б)
характеристики асинхронного электродвигателя
2. Методика экспериментальных исследований
Нагрузка на асинхронный двигатель создаётся с помощью машины постоянного тока, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением (рис. 2). Вращающий момент на общем валу при
неизменном магнитном потоке определяется по формуле:
М  С М I 0  I нм  
U ном  I ном Ra
 I 0  I нм  .
0 ,105nном
(6)
Ток холостого хода I0 определяется по тарировочной кривой,
которую снимают при проведении опыта холостого хода нагрузочной
машины. Эти данные следует получить у преподавателя. Сопротивление якоря замеряется непосредственно или определяется по формуле:
Ra  0 ,51   
U ном
.
I ном
(7)
Ток якоря нагрузочной машины Iнм измеряется непосредственно амперметром. Характеристики нагрузочной машины представляют
собой прямые линии, выходящие из начала координат (рис. 1-а).
Устойчивая работа обеспечивается примерно до максимального значения момента асинхронного двигателя.
Iнм
Rн
3  U1ном
Iв
Генератор
Нагрузка
АД
=U
НМ
U1, I1, P1
Рис. 2. Схема экспериментальной установки
3. Порядок выполнения работы
3.1. Записать паспортные данные исследуемой асинхронной машины.
Определить характерные точки её механической характеристики
3.2. По паспортным данным нагрузочной машины определить коэффициент пропорциональности между током и моментом СМ
3.3. Подготовить таблицу для записи показаний приборов и расчётных
параметров по следующей форме:
п2, об/мин
I0,
A
Iнм, A
М  С М I 0  I нм  , Нм
Р2 = 0,105п2 М, Вт
I1 
1
I 1А  I 1В  I 1С  ,А
3
Р1 = Р1А+ Р1В+ Р1С, Вт
S1  3U 1ф I 1

cos1
3.4. Собрать и представить на проверку схему рис. 2. Включить стенд.
Установить номинальный ток возбуждения машины постоянного
тока, проверить работу всех элементов схемы
3.5. Последовательно увеличивая нагрузку, записывать показания
приборов (п2,, Iнм,,U1, I1А, I1В, I1С, Р1А, Р1В, Р1С, U1), ток холостого
хода нагрузочной машины для соответствующих частот вращения
определить по тарировочной кривой, все остальные параметры
рассчитать, используя формулы 1 …7
3.6. Построить механические и рабочие характеристики исследуемого
двигателя. Проверить их соответствие контрольным точкам. Сделать выводы. Оформить отчёт о работе
Контрольные вопросы
1. Изобразить схему асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, указать маркировку обмоток. Как они могут
соединяться? Как осуществляется пуск АД?
2. Что такое механические характеристики асинхронного двигателя?
Дать их общий анализ
3.
Каким образом можно рассчитать механическую характеристику
по каталожным данным? Привести пример
4. Что такое рабочие характеристики асинхронного двигателя? Дать
их общий анализ
5.
Какие данные о механических и рабочих характеристиках приводятся на щитке электродвигателя и в каталожных данных?
6. Пояснить методику и технику проведения экспериментальных
исследований
7.
Как изменяется мощность на валу АД, если частота вращения станет меньше значения, соответствующего максимальному моменту? Чему равна полезная мощность в момент пуска?
8. Почему рабочие характеристики справедливы только в пределах
устойчивой работы АД?
9. Перечислить основные достоинства и недостатки асинхронных
электродвигателей