Без дозволу викладача підключати коло до мережі забороняється! 2 страница

МЕХАНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

РОЗРАХУНКИ ТА ВИСНОВКИ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 14

ВИВЧЕННЯ ТРИФАЗНИХ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ
З КОРОТКОЗАМКНЕНИМ РОТОРОМ

Мета роботи: 1. Вивчити будову, принцип дії, технічні характеристики та галузі застосування трифазних асинхронних двигунів з к.з. ротором (ТАД). 2. Навчитись з’єднувати обмотки статора ТАД по схемі зірка та трикутник та приєднувати його до мережі.

Знати: будову, принцип дії, технічні характеристики, способи розмітки виводів ТАД.

Вміти: проводити розмітку виводів обмоток статора ТАД; з’єднувати обмотки ТАД по схемі зірка та трикутник та приєднувати його до мережі.

Обладнання: 1. ТАД з к.з. ротором розібраний і підготовлений до вивчення. 2. ТАД з к.з. ротором у робочому стані з щитком для визначення початків та кінців обмоток фаз статора. 3. Місток типу ММВ для вимірювання опорів обмоток статора. 4. Вольтметр електромагнітної системи на напругу 250 В. 5. Амперметр електромагнітної системи на струм 0-5 А. 6. Вольтметр електромагнітної системи на напругу 50 В.

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Асинхронними називають машини змінного струму, частота обертання ротора яких n₂ при постійній частоті змінного струму джерела змінюється із зміною навантаження і відрізняється від синхронної, тобто від частоти обертання магнітного нуля статора n₁ Звідси і назва асинхронний - неодночасний. Як і всі електричні машини, вони оборотні. Проте асинхронний генератор практично майже не застосовується, а асинхронний двигун є основним типом електродвигуна як найпоширеніший, конструктивно простий і надійний в роботі.

На рис. 1 показано трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором у розібраному вигляді. Він складається з трьох основних вузлів: нерухомого статора (5), обертового ротора (4), підшипникових щитів (5,6), які з’єднують статор та ротор в одне ціле.

До складу статора входять: а) станина з лапами, призначена для закріплення електродвигуна на фундаменті; б) пакет із штампованих,

ізольованих один від одного, листів електротехнічної сталі з пазами для укладання обмотки статора (рис. 1б); в) обмотка з ізольованого мідного дроту, який укладається в пази статора і використовується для створення обертового магнітного поля.

До складу ротора входять: а) пакет із штампованих, ізольованих один від одного листів електротехнічної сталі (1в); б) вал, на якому кріпляться ротор, підшипники, приводний шків і вентилятор; в) обмотка у вигляді «білячого колеса» складається з залитих алюмінієм пазів ротора (короткозамкнений ротор) в якій наводиться струм магнітним полем статора; г) підшипники, які насаджуються на вал і кріпляться зовнішніми обоймами в підшипникових щитах; д) вентилятор, який кріпиться на валу ротора і застосовується для створення потоку повітря з метою охолодження нагрітих частин.

Підшипникові щити є опорою для підшипників ротора і прикріплюються за допомогою болтів до станини статора.

Призначення статора – створювати за допомогою трифазної обмотки обертове магнітне поле машини. Призначення ротора – перетворювати за допомогою індукованої е. р. с. і струмів в його обмотці електричну енергію в механічну енергію обертального руху.

Статор асинхронного двигуна складається з корпусу, сталевого сердечника і трифазної обмотки. Корпус відливають з чавуну або сталі, а при малих потужностях машини – із сплаву алюмінію. У машинах великих потужностей корпус виготовляється зварним. З метою збільшення поверхні охолоджування двигуна зовні на корпусі відлито ребра.

Сердечник статора є частиною магнітопровода машини. Виготовляється у вигляді порожнистого циліндра, набраного з тонких штампованих листів електротехнічної сталі з пазами, симетрично розташованими по колу з внутрішньої сторони для розміщення і закріплення в них трифазної обмотки. Листи мають товщину 0,5 мм (у двигунах малої потужності 0,35 мм) і ізолюються один від одного лаком або окалиною, що значно зменшує втрати на вихрові струми. У потужних двигунах для кращого охолодження сердечник статора набирається з пакетів завтовшки до 6 см, між якими створюються радіальні вентиляційні канали шириною до 1 см.

Трифазна обмотка статора асинхронної машини служить для збудження в ній магнітного поля. Вона розміщується в пазах сердечника статора. Її виводи (три початки С1, С2, С3 і відповідно три кінці С4, С5, С6) закріплюються на щитку, встановленому на корпусі машини в клемній коробці. Обмотка статора з'єднується зіркою або трикутником.

Збирається обмотка з котушок або секцій. Вони намотуються на шаблонах з ізольованого мідного дроту, обмотуються ізоляційною стрічкою, просочуються асфальтовим лаком (компаундом) і укладаються в пази сердечника. Потім, після сушки статора, заклинюються пластмасовими або дерев'яними клинами і з'єднуються між собою в котушкові групи, в які входять по декілька котушок. Котушки однієї котушкової групи з'єднуються завжди послідовно зтаким розрахунком, щоб індуковані е. р. с. в їх активних ділянках діяли узгоджено.

Фазна обмотка складається з декількох котушкових груп, які з'єднуються послідовно або паралельно і залежно від типу обмотки (зустрічно або узгоджено). Число котушок в котушковій групі не можна брати довільним. Якщо, наприклад, в статорі двополюсного двигуна є 12 пазів, то на один полюс припадає шість пазів і в них повинні розміститися активні ділянки котушок всіх трьох фаз, що створюють даний полюс, тобто на полюс і фазу число пазів рівне двом (одна котушка в котушковій групі зосередженої обмотки). У машинах великої потужності (більше 500 кВт) застосовуються стержньові обмотки, що складаються із стержнів-напіввитків.

Пази в сердечнику статора залежно від потужності двигуна і типу обмотки бувають різної форми: напівзакриті зпереставним вкладишем зверху з фібри або електрокартону для м'якої всипної обмотки в двигунах потужністю до 100 кВт; напівзакриті і відкриті (з дерев'яним клином) в двигунах більшої потужності з жорсткими котушками з прямокутного дроту. Обмотки статорів за способом заповнення пазів (з пазовою ізоляцією) виконуються як одношаровими, так і двошаровими.

В даний час основним типом обмотки статора машин змінного струму є найбільш довершена двошарова шаблонна трифазна обмотка з укороченим кроком. Обмотка виконується з котушок-секцій однакової форми і кроку. Двошаровими називаються обмотки, у яких в кожному пазу сердечника статора розташовані сторони двох котушок (у два поверхи).

Ротор асинхронного двигуна складається з вала, сталевого сердечника (магнітопровода) і обмотки. Сердечник ротора, як і сердечник статора, є порожнистий циліндр, набраний з штампованих листів електротехнічної сталі з пазами в зовнішній частині для обмотки. Пази ротора можуть бути відкритими, напіввідкритими і закритими.Сталевий сердечник ротора закріплюється безпосередньо на валу двигуна або (при великих розмірах) на ободі спеціального литого колеса.

У звичайному роторі з прямими осьовими пазами в сердечнику є додаткові змінні втрати енергії, які виникають при обертанні ротора в результаті зміни магнітного поля в повітряному зазорі між статором і ротором із-за зміни відносного положення їх зубців. Для зменшення цих втрат сердечник ротора часто набирається з скошеними пазами.

Короткозамкнутий ротор має обмотку типу білячого клітки з мідних або алюмінієвих стержнів, які без ізоляції вставляються в пази сердечника ротора і з торців замикаються накоротко кільцями з того ж матеріалу. У двигунах єдиних серій потужністю до 100-200 кВт така обмотка разом з вентиляційними лопастями виготовляється шляхом заливки пазів ротора розплавленим алюмінієм.

Потужні асинхронні двигуни (більше 200 кВт) мають коротко-замкнуту обмотку ротора з мідних або латунних стержнів і короткозамкнених кілець або сегментів. Стержні таких обмоток можуть мати пази круглого, прямокутного(глибокий паз), колбо або клиноподібногоперетину.

Короткозамкнений ротор не має електричного зв'язку із зовнішньою мережею, в електричному відношенні його біляча клітка є багатофазною обмоткою, сполученою зіркою і замкненою накоротко. Число фаз обмотки т рівне числу її стержнів.

Принцип дії двигунів, як і генераторів, ґрунтується на використані трьох основних явищ електромагнетизму: 1) явищі обертового магнітного поля, яке утворюється внаслідок накладання кількох змінних магнітних полів; 2) явищі електромагнітної індукції (закон Фарадея); 3) явищі механічної взаємодії струмів (закон Ампера);

Однією з переваг трифазного змінного струму є можливість створення обертового поля, яке широко використовується в двигунах змінного струму і деяких вимірювальних приладах.

Обертове магнітне поле створюється трифазним змінним струмом, який проходить через три однакові котушки (рис. 2, а ), розміщені під кутом 120° одна відносно одної.

Симетрична система трифазного струму

створює симетричну систему магнітних потоків

Вектори магнітних потоків співпадають з осями котушок, їх напрям визначають за правилом свердлика (рис. 2, а). Напрям потоків при кожній зміні струму в котушках змінюватиметься на протилежний, але просторове положення осей потоків залишатиметься незмінним.

Магнітні потоки, які виникають у котушках, пропорційні струмам; після геометричного їх додавання утворюється результуючий потік Фрез сталий за величиною (у будь-який момент часу), що дорівнює 1,5 Ф_m і обертається в просторі з рівномірною кутовою швидкістю в напрямі чергування струмів за фазами. Якщо побудувати результуючий потік для всіх моментів часу, то стає зрозумілим, що за період він зробить один повний оберт у напрямі руху годинникової стрілки.

Якщо перемкнути дві довільні котушки, наприклад А і В,то чергування струмів у котушках зміниться, а, відповідно, зміниться і напрям обертання магнітного поля. Число обертів магнітного поля пов'язане з частотою і числом пар полюсів поля таким співвідношенням: , де п₁ – число обертів магнітного поля за хвилину; f – частота струму; р – число пар полюсів поля.

Якщо ввімкнути двигун у мережу трифазного струму, то по його обмотках, піде струм, який створить обертове магнітне поле, що обертатиметься з швидкістю n₁.

Якщо обертове магнітне поле статора, яке обертається з швидкістю п₁, умовно зобразити двома полюсами N та S (рис. 3), а ротор одним витком, то поле, перетинаючи виток ротора, індукуватиме в ньому е.р.с.(закон Фарадея). Згідно правила правої руки, видно, що в провіднику під північним полюсом індукована е.р.с. спрямована до нас, а під південним — від нас. Оскільки провідник короткозамкнений в ньому виникне струм, напрям якого співпадає з напрямом е.р.с.

Згідно закону Ампера (за правилом лівої руки) знаходимо напрям виштовхувальної сили, яка виникає при взаємодії провідника із струмом і магнітного поля. Пара сил утворює обертовий момент у напрямі, який відповідає обертанню магнітного поля. Ротор обертатиметься з швидкістю n₂, трохи меншою за швидкість обертання поля п₁.

Ротор обертається із швидкістю меншою за швидкість обертання

магнітного поля статора. Явище відставання ротора від обертового поля статора називають ковзанням і позначають буквою s. Ковзання є величиною змінною. Вона залежить від навантаження на валу двигуна. Із збільшенням навантаження оберти ротора зменшуються (ротор загальмовується), а отже, збільшується ковзання s, і навпаки. Ковзання визначається так:

САМОСТІЙНА ПІДГОТОВКА

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

1. По літературі до лабораторної роботи вивчити будову, принцип дії, технічні характеристики та галузі застосування трифазних асинхронних двигунів.

2. По інструкції до лабораторної роботи ознайомитись з порядком виконання роботи та проаналізувати схеми.

3. Коротко письмово відповісти на одне з питань для перевірки, що приведені в кінці лабораторної роботи. Номер питання приймається за останньою цифрою залікової книжки.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Провести зовнішній огляд машини, устаткування і вимірювальних приладів. Ознайомитись з їх технічними характеристиками та записати дані до протоколу.

2. Вивчити будову асинхронного трифазного двигуна з к. з. ротором, використовуючи стенд із розібраним двигуном. Звернути увагу на будову магнітного і електричного кіл. Співставте конструкцію двигуна та його ескіз (рис. 8).

3. Використовуючи робочий двигун, знайти виводи фазних обмоток, визначити їхні початки і кінці і відповідно розмітити. Виводи фаз можна знайти трьома способами: омметром, контрольною лампою, або вольтметром (рис. 4).

При наявності омметра (авометра) (рис. 4а) один затискач приєднують до будь-якого з виводів двигуна, а другий по черзі – до інших виводів двигуна. Коли обидва затискачі омметра будуть з’єднані з виводами однієї фази, стрілка омметра відхилиться. Прилад при цьому покаже опір обмотки, величина якого буде знаходитись в межах від частки Ома до десятків Ом. Для визначення виводів фаз за допомогою вольтметра або контрольної лампи, необхідно мати джерело електричної напруги (рис. 4б). Межа вимірювання вольтметра або робоча напруга лампи повинні бути розраховані на напругу джерела. При користуванні електричною мережею один її затискач з’єднують провідником з затискачем вольтметра (лампи), а інший з будь-яким затискачем двигуна. До вільного затискача вольтметра приєднують провідник і, тримаючи його за ізоляцію, подають напругу і торкаються провідником по черзі до інших затискачів двигуна. Стрілка вольтметра відхилиться, або лампочка спалахне тоді, коли будуть вибрані затискачі однієї фази. Позначивши виводи однієї фази, аналогічно знаходять виводи іншої.

4. Знайшовши виводи фаз статора, переходять до визначення початків і кінців фаз (рис. 5).

Виводи однієї із фаз (наприклад фази А) довільно позначають
початок і кінець (А, Х). Послідовно до цієї фази приєднують другу (наприклад В) і вмикають у мережу змінної напруги на фазну або якусь нижчу напругу. До виводів третьої фази (С) приєднують низьковольтний вольтметр. Якщо при подачі напруги до послідовно з’єднаних фаз вольтметр покаже напругу, це значить, що фазні обмотки з’єднані різнойменними виводами (початок однієї і кінець іншої), якщо вольтметр напруги не покаже, то з’єднаними будуть

однойменні виводи (початок з початком або кінець з кінцем). Таким чином, на основі показів вольтметра розмічають початки та кінці двох перших фаз. Для визначення початку і кінця третьої фази необхідно повторити операцію, з’єднавши фази що залишились, з виводом фази, початок і кінець якої вже відомі. Подавати напругу на обмотки слід короткочасно, інакше провідники обмотки можуть перегрітися.

5. Освоїти способи пуску двигуна в хід та реверсування його. Для цього з’єднати фази двигуна по схемі «зірка» і увімкнути в мережу з відповідною цьому з’єднанню напругою (напруга визначається із паспорта двигуна) (рис. 6а). Після перевірки схеми викладачем здійснити прямий пуск двигуна. Провести реверсування двигуна, змінивши порядок підключення до мережі будь-яких двох виводів двигуна.

6. З’єднати фазні обмотки двигуна по схемі «трикутник» (рис. 6б) і увімкнути його в мережу на відповідну напругу. Після перевірки схеми пустити двигун, а потім здійснити його реверсування.

7. Здійснити пуск і реверсування трифазного двигуна при вмиканні його в однофазну мережу через батарею конденсаторів (рис. 7).

8. Вимірювання опорів фазних обмоток провести омметром або містком. Повний опір обмоток виміряти методом вольтметра-амперметра.

1. Яка будова та принцип дії трифазних асинхронних двигунів?

2. З яких частин складається магнітне коло двигуна?

3. З яких частин складається електричне коло трифазного асинхронного двигуна?

4. Як визначити виводи фаз обмотки статора?

5. Як визначити початки і кінці обмоток статора?

6. Назвіть галузі застосування трифазних асинхронних двигунів.

7. Які способи пуску трифазних асинхронних двигунів?

8. Як запустити трифазний асинхронний двигун від однофазної мережі?

9. На які напруги трифазної сітки вмикають фазні обмотки двигуна?

10. В яку мережу вмикають трифазний асинхронний двигун з позначенням у паспорті 380/220?

ЛІТЕРАТУРА

1. Загальна електротехніка / В.А.Вартабедян – 4-е вид.‚ перероб. и доп. – К.: Вища шк. Головне вид-во‚ 1986. – С. 123-131, 153.

2. Касаткин А.С.‚ Немцов М.В. Электротехника: Учеб пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – С. 334-341.

3. Электротехника / А.П. Трегуб; Под ред. Э.В. Кузнецова. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987. – С. 380-391.

4. Борисов Ю.М. Липатов Д.Н. Общая электротехника. Учеб пособие для вузов. М., “Высшая школа”, 1974. – С. 340-353.

5. Волынский Б.А. и др. Электротехника / Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.А. Шатерников: Учеб пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 528 с. – С. 382 – 392.

6. Общая электротехника: Учеб. пособие для вузов / Под ред. д-ра техн. наук А.Т. Блажкина. – 4-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. – 592 с. С. 289-301.

ЗВІТ ДО РОБОТИ

1. Запишіть основні технічні характеристики трифазного асинхронного двигуна.

Таблиця 1

2. Використовуючи ескіз магнітного і електричного кола (рис. 8), та рис. 2, визначте момент включення двигуна в трифазну мережу.

Черговість фаз:

Момент включення двигуна: