ЛАБЫ ВСЕ ПРИНЯТЫ / 4 лб
.pdfМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
«ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО
ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ»
Отчет по лабораторной работе 4
по дисциплине:
ЭМиА
Исполнитель: |
|
|
|
студенты |
5А06 |
Сергеев Алексей Сергеевич |
20.11.2022 |
|
|||
|
|
Арефьев Александр Владимирович |
|
Руководитель: |
|
|
|
К.т.н. доцент |
|
Бейерлейн Евгений Викторович |
|
Томск – 2022
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Изучить устройство и принцип действия асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором; получить практические навыки в определении и маркировке выводов трехфазной обмотки статора, проведении опытов холостого хода и короткого замыкания; определить пусковые свойства и перегрузочную способность двигателя; построить рабочие характеристики.
ПРОГРАММА РАБОТЫ:
Ознакомиться с лабораторной установкой.
Провести определение и маркировку выводов обмотки статора, измерить активные сопротивления фаз.
Произвести пробный пуск двигателя и убедиться в возможности изменения направления вращения ротора.
Провести опыты холостого хода и короткого замыкания.
Построить круговую диаграмму для получения пусковых и рабочих характеристик.
Рис. 1 Электрическая схема для проведения опытов холостого хода и короткого замыкания
2
ИЗМЕРЕНИЕ АКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ФАЗ ОБМОТКИ СТАТОРА
Измеряют омическое сопротивление фазы обмотки статора, которое при низких рабочих частотах с достаточной точностью можно принять равным активному сопротивлению.
Измерение сопротивления фазы обмотки статора производят при неподвижном роторе, с помощью цифрового омметра, встроенного в стенд. Результаты измерений и расчетов заносят в табл. 1
Таблица 1
Значения измеренного и расчетного сопротивлений фазы обмотки статора
.
r10 , Ом |
0, |
175 , Ом |
|
|
|
66,5 |
20 |
80,84 |
|
|
|
При дальнейших расчетах и построении круговой диаграммы используют сопротивление фазы, приведенное к расчетной температуре = 75 согласно уравнению
|
|
|
|
235 |
+ |
|
235 + 75 |
|
1 |
|
= |
∙ |
|
|
= 66,5 ∙ |
|
≈ 80,84 Ом |
|
235 |
+ |
235 + 20 |
|||||
|
75 |
10 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
где - активное сопротивление фазы обмотки при температуре окружающей среды 0, которая определяется с помощью термометра, расположенного на стенде.
ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА
Подают напряжение на обмотку статора. Измеряют фазные значения тока холостого хода 0, мощности потерь холостого хода 0 и напряжения 1 Результаты измерений и расчетов записывают в табл. 2
|
|
|
|
Таблица 2 |
Результаты опыта холостого хода |
|
|
||
|
|
|
|
|
1 , В |
0, А |
0, Вт |
0, о.е. |
0, град |
212 |
0,4 |
16 |
0,19 |
79,05 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Коэффициент мощности при холостом ходе определяют по формуле
0 = 0⁄( 1 ∙ 0) = 16⁄(212 ∙ 0,4) ≈ 0,19
ОПЫТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя проводят при заторможенном роторе (n=0) и питании обмотки статора напряжением 1К =1 . Затормаживание ротора проводится с помощью тормозного электромагнита Y, включение которого осуществляется с помощью кнопки «КЗ». На время опыта кнопка «КЗ» должна удерживаться в нажатом состоянии. Перед проведением опыта короткого замыкания осуществляется переключение пределов измерительных приборов.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
Результаты опыта короткого замыкания |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
, В |
|
, А |
|
|
|
|
|
|
, о.е. |
|
, град |
rК, Ом |
|
|
|
, Ом |
|||||||||||
1К |
|
1К |
|
|
|
1К |
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
К |
|
|
75 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
210 |
1,1 |
|
|
125 |
|
|
|
0,54 |
|
|
57,24 |
103,3 |
|
|
125,6 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Коэффициент мощности при коротком замыкании определяется по |
|||||||||||||||||||||||||||
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К = |
|
|
К |
|
|
= |
125 |
|
|
= 0,54 о. е. |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
1К ∙ 1К |
210 ∙ 1,1 |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Активное сопротивление короткого замыкания, Ом |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
К |
= |
|
125 |
= 103,3 Ом |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
= ∙ |
(235+75) |
= 103.3 ∙ |
(235+75) |
= 125.6 Ом |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
75 |
|
К |
|
|
235+ 0 |
|
|
|
|
|
|
|
235+20 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПОСТРОЕНИЕ КРУГОВОЙ ДИАГРАММЫ
Параметры двигателя при холостом ходе и температуре 0, :
|
= |
1 |
= |
212 |
= 530 |
|
|
||||
0 |
|
0 |
0,4 |
|
|
|
|
|
0 = 0 ∙ 0 = 530 ∙ 0,19 = 100,7 Ом
4
0 = 0 ∙ 0 = 530 ∙ 0,98 = 520.3
= √ 02 − 02 = √5302 − 520.32 = 100.9 Ом
Параметры холостого хода при рабочей температуре ( 0+75)
′ |
= |
∙ |
|
310 |
|
|
= 100,7 ∙ |
310 |
|
= 122,4 Ом |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
235 + |
|
235 + 20 |
|||||||||||||
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= √ 2 |
+ 2 |
= √122.42 + 520.32 = 534.5 Ом |
|||||||||||||
0 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′= |
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
= 0,23 о.е. |
||||||
|
|
|
|
|
|
′ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Фазные электрические величины холостого хода двигателя при рабочей температуре:
|
|
|
′ |
= |
1 |
|
= |
212 |
= 0,397 |
||||
|
|
|
|
′ |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
534.5 |
||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||
′ |
= |
|
∙ ′ |
∙ ′ = 212 ∙ 0,397 ∙ 0,23 = 19.4 Вт |
|||||||||
0 |
1 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|||
Параметры короткого замыкания при температуре 0 и |
|||||||||||||
испытательном напряжении 1К |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
= |
1 |
= |
210 |
= 190,9 Ом |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1,1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
= |
∙ |
= 190,9 ∙ 0,84 = 160,7 Ом |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
∙ |
|
= 190,9 ∙ 0,54 = 103,1 Ом |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры и фазные электрические величины короткого замыкания двигателя при испытательном напряжении и рабочей температуре:
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
= √ |
|
2 |
+ |
2 |
|
= √125,62 + 160,72 = 203,96 Ом |
||||||||||||||||
|
|
|
|
К75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
′ |
= |
|
К75 |
= |
125,6 |
= 0,62 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
203,96 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
= |
|
1 |
= |
|
|
212 |
= 1,04 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
203,96 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
= |
′ |
2 |
∙ |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1,04 ∙ 125,6 = 135,8 Вт |
|||||||||||
|
|
1 |
|
|
К75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Проводят оси (+1, +j) и направляют вектор напряжения из координат по оси вещественных величин. Выбирают масштаб тока
начала
(А/мм).
5
Для уменьшения погрешностей при определении величин |
из круговой |
||||
|
|
′ |
|
1,04 |
|
диаграммы рекомендуется выбирать масштаб тока |
= |
1 |
= |
|
= 0,0052 |
|
|
||||
|
|
200 |
|
200 |
|
|
|
|
|
А/мм
Определяют масштаб мощности:
= 1 ∙ 1 ∙ = 3 ∙ 212 ∙ 0,0052 = 3,3
где 1=3 - число фаз обмотки статора.
3 ′
Проводят линию параллельную оси + j на расстоянии 0⁄ =
3 ∙ 19,4⁄ |
= 17,6 мм и |
радиусом |
= 0′⁄ |
|
= |
0,397⁄ |
|
= 76,3 мм |
|
3,3 |
|
|
|
|
0,0052 |
|
|||
делают |
засечку на ней, |
определив |
точку Н, |
|
соответствующую режиму |
||||
холостого хода ( ≈ 0). На расстоянии |
3 ′ |
= 3 ∙ 135,8⁄ |
= 123,45 мм |
||||||
⁄ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3,3 |
|
|
проводят линию параллельную оси + |
j, на которой засекают из точки 0 |
= 1,04⁄0,0052 = 200 мм точку С, соответствующую режиму короткого замыкания (s=1). Соединив точки Н и С прямой, восстанавливают к середине отрезка НС перпендикуляр 1 до пересечения с линией HА, проведенной через точку Н под углом 2 к оси + j. Угол определяется из выражения:
|
К |
75 |
∙ ′ |
125,6 ∙ 0.397 |
|
|
|
= ( |
|
0 |
) = ( |
|
) = 13.6 |
||
|
1 |
|
212 |
||||
|
|
|
|
|
|
||
Из точки 1, являющейся центром окружности токов, |
радиусом 1 |
проводят окружность токов. Отрезок HА является диаметром окружности токов. Для определения точки В, соответствующей скольжению = ±∞, из точки H проводят линию HB под углом по отношению к диаметру окружности токов.
Угол определяют из выражения: |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
= ( |
К75 |
) = ( |
125,6 |
) = 1,2 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ПК |
|
|
|
6101,7 |
|
||||
Где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
80,842 |
|
|
|
|||||
|
|
|
= |
|
+ |
1 |
75 |
= 160,7 + |
|
|
= 6101,7 Ом |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
ПК |
К |
|
|
|
|
1,1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
∙ |
∙ К |
|
|
|
|
|
148,1 ∙ 125,6 ∙ 0,0052 |
|
||||||
= |
|
|
|
|
75 |
= |
|
|
|
|
|
|
= 1,1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
− |
|
∙ |
∙ |
212 − 0,0052 ∙ 148,1 ∙ 160,7 |
|
|||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
Линия HB проходит через точки на окружности токов, в которых электромагнитные мощности и моменты равны нулю.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПО КРУГОВОЙ ДИАГРАММЕ
Для определения на круговой диаграмме точки, соответствующей номинальному режиму работы двигателя из точки О в масштабе тока
откладывают отрезок = |
1⁄ |
= |
0,56⁄ |
= 107.7 ( 1 − |
|
|
|
0,0052 |
|
номинальный фазный ток обмотки статора, его значение задает преподаватель). Соединив точку на окружности токов с точкой H, получают
треугольник токов ОDН, в котором ∙ = 1, ∙ = 2′ = 62.6 ∙ = 0,33, ∙ = 0′ = 76.3 ∙ 0,0052 = 0,397. Опустив перпендикуляр из точки
D на ось + j (отрезок DЕ), получают треугольник ОDЕ, в котором
∙ = 1 = 0,417 - активная составляющая тока 1
∙ = 1 = 0,374 реактивная составляющая тока 1.
Для построения рабочих характеристик определяют данные для шести точек на окружности токов:
1 – соответствует точке холостого хода (точка Н); 2,3,4– равномерно расположенные по дуге НD;
5 – соответствует номинальному режиму (точка D);
6 – соответствует работе двигателя с небольшой перегрузкой. Результаты расчетов по приведенным ниже рекомендациям записывают в табл. 3.1.4.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ И ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТЕЙ
Потребляемая активная мощность
1 = 1 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 1 = 3 ∙ 212 ∙ 0,56 ∙ 0,68 = 242.2 Вт
Эта мощность, определяемая из круговой диаграммы 1 = ∙ = 80.2 ∙ 3,3 = 264.7 Вт, где DEперпендикуляр на ось + j. Ось + j называют линией потребляемой мощности ( 1 = 0).
Полезную мощность 2 на круговой диаграмме отсчитывают отрезком сD на перпендикуляре Dа, проведенным к диаметру HA из точки D. Точка с лежит на прямой, соединяющей точки на окружности токов, в которых полезная мощность 2 равна нулю. Одной из них является точка холостого хода Н, так как в режиме холостого хода полезная мощность с вала не
7
снимается, другой – точка короткого замыкания С, в которой также полезная мощность отсутствует, так как ротор заторможен. Таким образом, линия НС является линией полезной мощности 2 = 0. Для точки D полезная мощность определяется выражением 2 = ∙ = 44.6 ∙ 3,3 = 147,1 Вт, где cD – отрезок перпендикуляра Da между точкой D на окружности токов и линией полезной мощности; точка c представляет собой точку пересечения перпендикуляра Da с линией полезной мощности НС. Линия НВ на круговой диаграмме, соединяющая точки Н (s=0) и В (s=±∞) является линией электромагнитной мощности ( эм=0). Для режима работы двигателя в точке D на окружности токов электромагнитная мощность равна эм = ∙ = 56.2 ∙ 3,3 = 185.5Вт, где bD – отрезок перпендикуляра Da между точкой D окружности токов и линией электромагнитной мощности.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА
Скольжение s на круговой диаграмме определяют по шкале скольжений, для построения которой из точки Н проводят касательную НG к окружности токов. Из произвольной точки Q на прямой НG проводят линию параллельную линии электромагнитной мощности до пересечения с продолжением линии полезной мощности в точке R. Отрезок QR представляет шкалу скольжений в режиме двигателя (0<s <1).
Для работы двигателя в точке D скольжение определяют продолжением вектора тока(− 2′ ), т.е. отрезка НD, до пересечения со шкалой скольжения в точке S.
Скольжение определяют как s=QS/QR. Этому скольжению соответствует частота вращения ротора
465
= 1(1 − ) → 1 = (1 − ) = (1 − 0,21) = 589 об/мин
где 1 = 60 1 → = 60∙50592 = 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ
Электромагнитный момент определяют по выражению
= эм⁄Ω1
где Ω1 = 1⁄ = 2 1⁄ = 52,3 - угловая частота вращения магнитного поля, 1/с.
Подставив в выражение для момента М угловую частоту Ω1 , получают
8
= ∙ = 56,21 ∙ 0,042 = 2,36 Н ∙ м
где = = 4∙3,3 = 0,0421 314
1 - частота питающей сети, Гц; p - число пар полюсов двигателя.
Линия электромагнитной мощности НВ одновременно является линией электромагнитного момента (Мэм = 0)
Величину полезного момента на валу двигателя определяют через полезную мощность
М = ∙ |
|
= 44.6 ∙ 0.042 = 1.87 |
||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
||
Ω = Ω1(1− ) = |
|
1 |
= |
314 |
|
= 66,2 |
||
(1 − ) |
6(1 − 0.21) |
|||||||
|
|
|
2 = М2Ω = 1.87 ∙ 66,2 = 123,8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
КПД представляет собой отношение полезной мощности 2 к потребляемой мощности 1, т.е.
123,8= 2 ⁄ 1 = 242.2 = 0,51
Определяя 2 и 1 из круговой диаграммы, получим, что
44.6= ⁄ = 80.2 = 0,56
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
Чтобы определить коэффициент мощности двигателя для любого тока статора 1 строят шкалу коэффициента мощности. Для этого на оси ординат выбирается отрезок 0h, который принимается за 1. Этот отрезок и представляет собой шкалу коэффициента мощности. Единичным радиусом 0h с центром в точке 0 проводят четверть окружности. Величина коэффициента мощности определяется как отношение величины проекции единичного радиуса в направлении вектора тока 1 на шкалу коэффициента мощности к единичному радиусу. Например, для режима в точке D,
1 = 00 = = 52,170 = 0,74 для 5 точки
1 = 00 = = 4870 = 0,68 для 4 точки
9
1 = 00 = = 42,0470 = 0,6 для 3 точки
1 = 00 = = 36,770 = 0,52 для 2 точки
1 = 00 = = 16,270 = 0,23 для 1 точки
ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Рабочие характеристики строят по табл. 4.4.
Таблица 4.4
Рабочие характеристики
Точка на |
1 |
1 |
2 |
2 |
|
cos 1 |
s |
n |
|
круговой |
А |
Вт |
Вт |
Н∙м |
О.е. |
О.е. |
О.е. |
Об/мин |
|
диаграмме |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
0,394 |
52,8 |
0 |
0,0 |
0,00 |
0,23 |
0 |
589 |
|
2 |
0,397 |
106,26 |
52,14 |
2,2 |
0,49 |
0,52 |
0,05 |
560 |
|
3 |
0,430 |
164,01 |
94,71 |
4,0 |
0,58 |
0,6 |
0,1 |
530 |
|
4 |
0,478 |
208,23 |
122,76 |
5,2 |
0,59 |
0,68 |
0,14 |
507 |
|
5 |
0,560 |
264 |
147,18 |
6,2 |
0,56 |
0,74 |
0,21 |
465 |
Рис. 2 Зависимость тока I1 от мощности P2
При холостом ходе, когда P2=0 и M2=0, ток I1 будет равен току холостого хода I0, который создает основное магнитное поле. При увеличении
10