 |
|
ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Механічна характеристика асинхронного двигуна (АД) являє собою залежність ω=f(М) або М=f(S) зміни швидкості обертання ротора від величини моменту М на валу (або моменту на валу від ковзання). Момент двигуна, виражений через параметри схеми заміщення і ковзання, визначається за формулою
, (2.1)
де m1 – число фаз статора; Uф – фазна напруга статора; S – ковзання ротора:
, (2.2)
де ω0 – швидкість магнітного поля статора (синхронна швидкість), об/хв;
, об/хв, (2.3)
де f1 – частота струму мережі живлення, Гц; p – число пар полюсів; ω1 – швидкість обертання ротора, об/хв;
r1 і х1 – активний і індуктивний опори обмоток статора, Ом;
r2′ і х2′ – активний і індуктивний опори ротора, зведені до обмотки статора, Ом.
Найбільшу жорсткість має природна механічна характеристика АД. При введенні додаткового опору в коло ротора жорсткість механічної характеристики зменшується, тому робота АД при великому RД в колі ротора небажана.
Для практичних розрахунків механічної характеристики широко використовується спрощене рівняння механічної характеристики (рівняння Клосса)
, (2.4)
де МКР – критичний момент двигуна, Нм;
МКР=λМНОМ,
де λ – коефіцієнт перевантаження; МНОМ – номінальний момент, Нм.
Критичне ковзання визначається за формулою:
, (2.5)
де SHOM – номінальне ковзання.
Номінальний момент може бути визначений за паспортними даними електродвигуна:
, кГм, (2.6)
де РНОМ – номінальна потужність електродвигуна, кВт; ωНОМ – номінальна швидкість ротора, об/хв.
При введенні в кожну фазу кола ротора активного опору RRД величина критичного ковзання SКР зростає, а критичний момент не змінюється.
Розрізняють природну та штучні механічні характеристики.
Природна механічна характеристика – це характеристика, яку має двигун при номінальних параметрах мережі живлення і відсутності додаткового опору RRд в колі ротора.
Штучні механічні характеристики – це характеристики, які має двигун при параметрах, які відрізняються від номінальних і введенні в коло ротора додаткового опору RRД.
Механічні характеристики АД в різних режимах його роботи приведені на рис. 2.1.
Рисунок. 2.1 – Механічні характеристики асинхронного двигуна в різних режимах роботи
Існують різні режими роботи електродвигунів-робочий і гальмівні. Гальмівні режими наступні: генераторне гальмування, гальмування противмиканням і електродинамічне гальмування.
Генераторне гальмування з віддачею енергії в мережу можливе тільки при обертанні ротора електродвигуна з швидкістю, вищою за синхронну. Цей спосіб має місце тоді, коли ротор електродвигуна під впливом зовнішнього зусилля починає обертатися з швидкістю, вищою за синхронну.
На рис. 2.1 показані характеристики для гальмівного режиму з віддачею електроенергії в мережу (квадрант ІІ).
Аналіз гальмівних характеристик цього режиму показує, що введення активного опору в ланцюг ротора призводить до зростання швидкості обертання ротора, тому швидкість генераторного гальмування, як правило, обмежена.
За допомогою цього режиму гальмування неможливо зупинити двигун до нуля. Можливо лише знизити швидкість до синхронної ω0.
Гальмування противмиканням полягає в тому, що асинхронний електродвигун включається на обертання протилежне тому, яке в даний момент має ротор, (за рахунок зміни фаз обмотки статора).
Гальмівний момент МГ, що створюється, знижує швидкість ротора двигуна, і, коли вона спаде до нуля (точка К) двигун повинен бути відключений від мережі, оскільки в іншому випадку він починає обертатися в протилежний бік, переходячи в режим із зворотним напрямом обертання (режим реверсу, рис 2.2). Цей режим гальмування застосовується і тоді, коли опускається вантаж на малій швидкості при включеному двигуні “на спуск” і коли в коло ротора вводиться великий опір. При цьому момент двигуна М стає меншим за М0 вантажу і двигун зупиняється в точці З, потім змінює напрям, коли врівноважуються (М=М0), вантаж опускається з малою швидкістю (точка Н, рис. 2.2).
Електродинамічне гальмування асинхронних машин має місце, коли обмотки статора вимикаються з трифазної мережі і під’єднюються до джерела постійного струму за однією із схем (рисунок. 2.3).
Рисунок. 2.2. - Механічні характеристики асинхронного двигуна в режимі гальмування противмиканням і двигунному режимі реверсу
Рисунок 2.3 – Схеми з’єднань обмоток статора при електродинамічному гальмуванні асинхронного двигуна
При цьому в коло ротора введений активний опір . Внаслідок цього в обмотці статора утворюється нерухоме магнітне поле, яке збуджує в обмотках ротора, що обертається за інерцією, ЕРС постійного струму. Машина перетворюється в синхронний генератор з нерухомими магнітними полюсами. Взаємодія магнітного поля зі струмами в обмотках ротора утворює гальмівний момент, величина якого залежить від намагнічувального струму Ін (рис. 2.3), а також від величини активного опору ротора та швидкості.
Механічні характеристики при електродинамічному гальмуванні подані на рисунку 2.1 (квадрант ІІ).
2 ПРОГРАМА РОБОТИ
2.1 Записати технічні дані машини, апаратів і контрольно-вимірювальних приладів.
2.2 За технічними даними досліджуваного асинхронного електродвигуна з фазним ротором розрахувати і побудувати природну механічну характеристику у двигунному режимі.
2.3 Зібрати схему дослідів.
2.4 Дослідити природну механічну характеристику асинхронного двигуна з фазним ротором у двигунному і генераторному режимах.
2.5 Дослідити штучні механічні характеристики у двигунному і гальмівному режимах при різних значеннях додаткових опорів RRД1 і RRД2.
2.6 Дослідити механічні характеристики режиму електродинамічного гальмування при різних значеннях додаткового опору і постійного струму у статорній обмотці ІН1 і ІН2.
3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ
Для дослідження механічних характеристик асинхронного двигуна з фазним ротором в різних режимах збирають схему, зображену на рис. 2.4. Схема досліджень містить досліджувальний асинхронний двигун М1 з додатковим регулювальним опором RRД. На одному валу з машиною М1 знаходиться машина М2 постійного струму незалежного збудження, якір якої з’єднаний з якорем генератора навантаження М3. Якір приводиться в рух трифазним асинхронним двигуном з короткозамкнутим ротором М4. Електричні машини М2, М3 і М4 є допоміжним навантажувальним пристроєм і дають можливість зняти механічні характеристики асинхронного двигуна М1 у робочому і гальмівних режимах.
Регулювання струму в обмотці збудження генератора навантаження LM3 здійснюється за допомогою потенціомет-ра RP.
Постійний струм для електродинамічного гальмування подається за допомогою автоматичного вимикача QF4.
Перемикач SA служить для підключення статора двигуна до мережі змінного або постійного струму (положення Д і Г).
Швидкість обертання досліджуваного двигуна вимірюється за допомогою тахогенератора M5 і тахометра Pω. Вольтметр PV1 і амперметр РА1 дозволяють визначити напругу якоря двигуна M2, струм навантаження і за їх показами непрямим методом розрахувати момент на валу асинхронного двигуна М1.
4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
4.1 Зібрати схему (рис. 2.4).
4.2 Перевірити її разом з керівником роботи.
4.3 Перед увімкненням автоматичних вимикачів
перевірити стан схеми: перемикачі SA і SA1 – вимкненні, резистор RR1 – введений, RRД – повністю введений в коло ротора, повзунки потенціометра RP знаходяться в середньому положенні.
4.4 Увімкнувши автоматичний вимикач QF1, слід перевірити наявність струму в обмотці збудження двигуна навантаження M2 за амперметром РА4. Амперметр РА3 покаже нуль в колі збудження генератора навантаження LM3.
4.5 Увімкнути автоматичні вимикачі QF2 і QF3, при цьому двигун M4 відразу отримує живлення.
4.6 Поставити перемикач SA в положення Д. Отримують живлення обмотки статора двигуна M1.
4.7 Вивести RRД до нуля (рукоятку реостата RRД oпустити вниз). При цьому швидкість електродвигуна зросте.
4.8 За допомогою потенціометра RP на вольтметрі РV0 встановити нуль.
4.9 Увімкнути перемикач SA1. Схема підготовлена для проведення досліджень