Электромашинный агрегат

Лабораторная работа №12

Цель работы: 1. Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя.

2. Изучить устройство и принцип действия машины постоянного тока.

1. Основные теоретические положения

1.1 Трехфазный асинхронный двигатель

Трехфазный асинхронный двигатель является наиболее распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности.

Принцип действия асинхронного двигателя заключается в следующем. В обмотке статора, включенной в сеть трехфазного тока, под действием напряжения возникает трехфазная система токов, которая создает вращающееся магнитное поле с угловой скоростью вращения

где - частота тока в обмотке статора;

- число пар полюсов обмотки статора.

Скорость вращения определяется как

Вращающееся магнитное поле пересекает проводники ротора и индуктирует в них э.д.с. , под действием которой в проводниках проходит ток . Взаимодействие тока ротора с вращающимся магнитным потоком создает электромагнитный вращающийся момент , направленный в сторону вращения поля, под действием которого ротор вращается

,

где - постоянная, зависящая от конструкции двигателя;

- угол сдвига фаз между э.д.с. и током .

Следовательно, принцип работы действия асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с током, который индуктируется этим полем в обмотке ротора.

Возникновение тока в роторе и создание вращающегося момента возможно лишь при относительном движении проводников ротора в магнитном поле двигателя. Следовательно, в своем вращении ротор отстает от поля на величину скольжения

Скольжение асинхронного двигателя изменяется от 1 (при пуске, когда ) до нуля (при идеальном холостом ходе, когда ).

В режиме холостого хода скорость вращения небольшая и скольжение имеет минимальное значение. С ростом нагрузки, за счет преобладания момента сопротивления над вращающимся моментом , скорость вращения уменьшается, а скольжение увеличивается. Увеличение скольжения вызывает увеличение э.д.с. и тока ротора, а значит и равновесие восстанавливается ( ).

Момент развиваемый асинхронным двигателем пропорционален квадрату напряжения, это видно из формулы определяемой момент

где - фазное напряжение статора;

- активное сопротивление фазы статора;

- приведенное активное сопротивление фазы ротора;

- индуктивное сопротивление короткого замыкания

- угловая частота вращения поля.

Свойства асинхронного двигателя определяются механической характеристикой и рабочими характеристиками:

при и .

Трехфазный асинхронный двигатель характеризуется следующими минимальными величинами: мощностью на валу двигателя ; линейным напряжением ; линейным током ; схемой соединения фаз статора ( или ); частотой переменного тока ; скоростью вращения ротора ; коэффициентом мощности и коэффициентом полезного действия , которые приводятся в паспорте двигателя.

1.2 Машина постоянного тока

Электрическая машина – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую (двигатель) или механическую в электрическую (генератор). Машина постоянного тока (МПТ) состоит из неподвижной части – статора и подвижной части – якоря.

Статор МПТ имеет 2 комплекта электромагнитов – основные и добавочные полюса. Катушки основных полюсов, соединенные между собой, называют обмоткой возбуждения. Она может быть рассчитана на одно из стандартных напряжений (параллельное или независимое возбуждение), либо для включения последовательно с обмоткой якоря (последовательное возбуждение).

В проводниках обмотки вращающегося якоря, пересекающих поле основных полюсов, наводятся э.д.с. Общая разность потенциалов, созданная этими э.д.с. между щетками машины, называется э.д.с. обмотки якоря.

а) Схема электрической цепи МПТ с параллельным возбуждением приведена на рис.1. («Конец» обмотки якоря соединяется с «началом» обмотки добавочных полюсов внутри машины).

Рис.1. МПТ с параллельным возбуждением

Преобразование электрической энергии в механическую (или наоборот) осуществляется якорем. Поэтому, сопротивление «якорной цепи» , должно быть малым.

Для возбуждения рабочего (основного) магнитного поля МПТ требуется относительная малая мощность, поэтому сопротивления обмотки параллельного возбуждения, обычно, в сотни раз больше .

Взаимодействие тока в обмотке якоря с полем основных полюсов создает электромагнитный момент . Он определяет вращение якоря в двигательном режиме МПТ и направлен встречно движению в генераторном режиме.

Значение и определяются следующими соотношениями:

(В),

(н. м),

где - магнитный поток одной пары основных полюсов (Вб);

- конструктивные постоянные машины;

- частота вращения якоря .

Для двигательного режима (рис.1)

;

при обратном направлении (генераторный режим)

;

В рабочем режиме значительно меньше .

Изменение может несколько изменить рабочее поле машины – это явление называют «реакцией якоря».

Уравнение скоростной характеристики имеет вид

Оно показывает одно из свойств ДПТ – возможность регулирования скорости путем изменения , т.е. изменением тока возбуждения.

б) Схема электрической цепи МПТ с независимым возбуждением приведена на рис.2. Обмотка возбуждения подключается к отдельному источнику постоянного тока.

Рис.2. МПТ с независимым возбуждением

Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции.

Э.д.с. индуктированная в якоре генератора, равна

,

где – конструктивная постоянная машины;

- скорость якоря;

- магнитный поток.

Магнитный поток индуктируется током возбуждения

,

где - напряжение сети постоянного тока;

- сопротивление обмотки возбуждение;

- сопротивление регулировочного реостата в цепи возбуждения.

При включении нагрузки в цепи якоря появляется ток

,

где - сопротивление якоря;

- сопротивление нагрузки.

Напряжение на зажимах якоря генератора

,

где (зависит от нагрузки).

Ток в проводниках якоря взаимодействует с магнитным полем и создает электромагнитный момент

.

Этот момент направлен противоположно направлению вращения якоря, т.е. оказывает тормозящее действие.

К основным номинальным данным относят: мощность ; напряжение ;скорость , которые приводятся в паспортных данных.

Основными характеристиками генератора являются:

1) характеристика холостого хода (зависимость э.д.с. от тока возбуждения при отсутствии тока в цепи якоря и постоянной скорости вращения);

2) внешняя характеристика (зависимость напряжения от тока якоря при неизменном токе возбуждения и при постоянной скорости).

2. Порядок выполнения работы

2.1. Оборудование и приборы

На лабораторном стенде представлен машинный агрегат, который состоит из асинхронного двигателя: МОТ Тип 2АП63-45, степень защиты – 1Р44, 50Гц, звезда-треуг. 380/220, 1350 об/мин., ток 0,5/0,85А, изоляция Е, вес 4 кг. и генератора машины постоянного тока: Тип 2ПБ 90М УХЛЧ, 0,4 кВт, 110 В, 4,9А, 2300 об/мин., режим S1, степень защиты 1Р44, возбуждение 1,53, класс изоляции F, КПД 0,695%, вес 24 кг.

Валы машин соединены муфтой.

Измерительные приборы – вольтметры и амперметры выбираются в соответствии с паспортными данными.

Напряжение трехфазной сети U=380 В.

2.2. Проведение эксперимента

Электрическая схема лабораторной установки представлена на рис.3.

Рис.3. Схема лабораторной установки

1. Снятие х. х.

Включить , кнопка «пуск».

Включить , .

С помощью ЛАТРа меняем ,регистрируя ток и напряжение, и снимаем характеристику при и ( 8-10 точек).

Генератор работает с независимым возбуждением.

Отключаем кнопкой «стоп» или .

2. Работа МПТ в режиме двигателя.

Включаем , , - параллельное возбуждение.

Запуск резко до 40 В, бросок тока, затем его .

Увеличивая напряжение, делаем разгон машины.

не > 100 В.

Можно получить малые обороты до 30-20 В.

Остановка - выключаем .

3. Обработка результатов измерений

1. Ознакомиться с оборудованием и приборами экспериментальной установки и записать основные технические данные электрических машин в отчет.

2. Построить характеристики х. х. МПТ работающий в режиме генератора ( уметь объяснить их ).

3. Уметь анализировать схему управления МПТ и знать ответы на контрольные вопросы.

4. Контрольные вопросы

1. Как устроен трехфазный асинхронный двигатель? Объясните его принцип действия.

2. Что такое скольжение асинхронного двигателя и в каких пределах оно изменяется?

3. Что называется механической характеристикой двигателя?

4. Что называется рабочими характеристиками асинхронного двигателя?

5. Что собой представляет МПТ?

6. Принцип работы МПТ.

7. Принцип действия генератора постоянного тока.

8. Что такое независимое возбуждение генератора постоянного тока?

9. Что такое параллельное возбуждение генератора постоянного тока?

10. Что называют характеристикой холостого хода генератора?

11. Что называют внешней характеристикой генератора?

5. Литература

1. Электротехника (под ред. Герасимова), М., Высшая школа, любое издание.

2. Электротехника (под ред. Пантюшина Е.С.),М., Высшая школа, 1976 г.

3. Конспект лекций.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 343; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!