Без дозволу викладача підключати коло до мережі забороняється! 1 страница

ЧЕРНІГІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ імені Т.Г.ШЕВЧЕНКА

ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра технологічної освіти та інформатики

 

 

М. ХОВРИЧ

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З КУРСУ

ЕЛЕКТРОТЕХНІКА

ДЛЯ СТУДЕНТІВ СПЕЦІАЛЬНОСТІ «ТЕХНОЛОГІЧНА ОСВІТА»

ЧАСТИНА 3

Чернігів

ББК З 2

Х 68

УДК 621.3

 

 

Рецензенти:

Дідович М.М., кандидат педагогічних наук, доцент кафедри педагогіки, психології та методики викладання фізики Чернігівського національного педагогічного університету імені Т.Г.Шевченка;

Чернишов А.П., кандидат технічних наук, доцент кафедри загальнотехнічних дисциплін та креслення Чернігівського національного педагогічного університету імені Т.Г.Шевченка.

 

 

Ховрич М.О.

Х 68 Методичні рекомендації до лабораторних робіт з курсу «Електротехніка». Частина 3. – Чернігів: Чернігівський національний педагогічний університет, 2012. – 72 с.

 

ББК З 2

УДК 621.3

 

 

Рекомендовано до друку Вченою радою індустріально-педагогічного
факультету Чернігівського державного педагогічного університету імені Т.Г.Шевченка (протокол №6 від 05 лютого 2007 року)

 

 

© М.О. Ховрич, 2012

Дані про студента

 

_____

(прізвище)

 

 

________

(ім’я)

 

 

_________________

(по-батькові)

 

 

________

(група)

 

Назва лабораторної роботи	Дата виконання	Дата захисту	Бали	Підпис викладача
12. Вивчення однофазних асинхронних двигунів
13. Дослідження однофазного асинхронного двигуна з пусковою обмоткою
14. Вивчення трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором
15. Дослідження трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором
16. Дослідження автомобільного генератора

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 12

ВИВЧЕННЯ ОДНОФАЗНИХ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ

Мета роботи. Вивчити будову, принцип дії, технічні характеристики та галузі застосування однофазних асинхронних двигунів змінного струму. Освоїти способи пуску в хід та реверсування однофазних асинхронних двигунів.

Знати: будову, принцип дії, технічні характеристики, способи підключення однофазних асинхронних двигунів змінного струму до мережі.

Вміти: визначати обмотки статора асинхронних двигунів змінного струму та підключати двигуни до мережі різними способами.

Обладнання: 1. Однофазні асинхронні двигуни змінного струму різних типів у розібраному стані. 2. Однофазний асинхронний двигун з відцентровим реле. 3. Вольтметр електромагнітної системи на напругу 250В. 4. Амперметр електромагнітної системи на струм 0-5А. 5. Струмове електромагнітне реле. 6. Міст типу ММЗ для вимірювання опорів обмоток.

 

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Однофазні асинхронні двигуни останнім часом стали широко застосовуватися в побутових приладах (електропрогравачі, холодильники, пральні машини), медичній апаратурі, невеликих вентиляторах і в деяких інших випадках.

Оскільки техніко-економічні показники цих двигунів нижчі від трифазних, промисловість випускає їх тільки невеликої потужності: від 1 Вт і більше (серія У АД), до 400 Вт (серія АВЕ), до 600 Вт (серія АОЛБ). Більшої потужності, ніж 2 кВт, ці двигуни не виготовляються. На рис. 1, апоказано будову однофазного асинхронного двигуна. Він складається зі статора з пазами, виготовленого з листової електротехнічної сталі. В пази закладається однофазна обмотка. Ротор короткозамкнений.

При проходженні через обмотку статора однофазного струму виникає пульсуючий магнітний потік Ф_м (його лінії зображено на

 

 

а) будова двигуна б) векторні потоки

Рис. 1. Будова та принцип дії двигуна

 

рис. 1, а). Цей потік можна розкласти на два потоки Ф_м/2, що обертаються в різні боки (рис. 1, б).

Порівнюючи між собою окремі діаграми на рис. 1, б,можна побачити, що в довільний момент часу два обертові магнітні потоки Ф_м/2 створюють пульсуючий магнітний потік Ф_м, нерухомий в просторі, який має свої додатні та від'ємні максимуми, а також нульові значення.

Магнітні потоки Ф_м/2, що обертаються в різних напрямах, індукують в обмотці ротора струми, які, взаємодіючи з цими потоками, створюють два обертаючих моменти однакового значення, спрямовані назустріч один одному. Внаслідок цього сумарний обертаючий момент (пусковий) дорівнюватиме нулю, і ротор двигуна буде нерухомим. Якщо за допомогою якоїсь сторонньої сили дати поштовх ротору в певному напрямі, то обертовий магнітний потік, який має той же напрям обертання, що й спричинений поштовхом напрям обертання ротора, створить момент, який обертатиме ротор теж у цьому напрямі. Він буде відносно значним. Це пояснюється тим, що частота струму в обмотці ротора, спричинена цим потоком, буде відносно мала і визначатиметься різницею частот обертання магнітного потоку й ротора. Отже, індуктивний опір ротора також буде відносно малим, тому струм в обмотці ротора і обертаючий момент двигуна - відносно великими.

У той же час другий обертовий магнітний потік індукуватиме в обмотці ротора струм вищої частоти, ніж перший, бо він залежить від сумарної частоти обертання цього магнітного потоку й ротора (магнітний потік і ротор обертаються в різних напрямах). Індуктивний опір ротора стане великим, а струм в його обмотці та обертаючий момент двигуна, створений цим потоком, будуть дуже малі. Внаслідок цього ротор обepтaється в напрямі його поштовху й нестиме корисне навантаження.

В залежності від способу пуску однофазні асинхронні двигуни поділяють на три типи: однофазний асинхронний двигун з пусковою обмоткою, конденсаторний двигун, двигун з розщепленими екранованими полюсами.

Однофазні асинхронні двигуни з пусковою обмоткою.

Отже, основним недоліком однофазного асинхронного двигуна є відсутність пускового моменту. Для самостійного пуску однофазного двигуна треба, щоб магнітне поле статора (хоч би на короткий час) стало обертовим. Це практично досягається при наявності в статорі, крім основної робочої обмотки Lp,ще допоміжної пускової обмотки Lп,вісь якої зміщена в просторі відносно осі робочої обмотки на кут 90⁰ . При живленні від однофазної мережі струми в обмотках двигуна Ір і Іп повинні бути зсунуті по фазі один відносно одного у часі на кут 90° або близький до нього. Конструктивно в статорі однофазного двигуна 2/3 пазів займає робоча обмотка, l/3 – пускова. Оскільки обидві обмотки двигуна включаються в одну і ту ж мережу (паралельно), для отримання необхідного зсуву струмів по фазі в коло пускової обмотки вводиться фазозсуваючийелемент – активний індуктивний або ємнісний опір (рис. 2). Після пуску двигуна пускова обмотка відключається від мережі автоматично з допомогою відцентрового вимикача, реле струму або вручну кнопковим вимикачем.

	Рис. 2: а) схеми вмикання; б) векторна діаграма при відсутності фазозсуваючого елемента; в) з активним опором; г) з індуктивністю; д) з ємністю

 

Для реверсування однофазного асинхронного двигуна з пусковою обмоткою необхідно змінити напрям струму в робочій або пусковій обмотці статора. У цьому випадку результуюче поле машини, що захоплює за собою ротор, буде обертатися у зворотному напрямку. Найкращі пускові властивості мають однофазні двигуни з використанням в колі пускової обмотки конденсатора. Промисловість виготовляє двигуни з конденсаторним пуском єдиної серії 4ААУ (4ААХУ) потужністю 90-550 Вт.

Конденсаторний асинхронний двигун. Цей двигун відрізняється від однофазного асинхронного з конденсаторним пуском тим, що після пуску пускова обмотка з конденсатором не відключається - вона розрахована на тривале включення. У цьому випадку пускова і робоча обмотки в статорі двигуна займають однакове число пазів. Двигун працює з обертовим магнітним полем і тому по своїх властивостях наближається до трифазного асинхронного двигуна. Щоб збільшити пусковий момент конденсаторного двигуна, паралельно робочому конденсатору включають ще на час пуску конденсатор великої ємності.

Однофазний асинхронний двигун з розщепленими екранованими полюсами. Двигун складається з явнополюсного статора (мал. 3 а) і короткозамкненого ротора із стержнями, установленими паралельно валу. Для створення обертового поля кожний з полюсівстатора двигуна розчленовується поздовжнім пазом на дві частини,менша з яких охоплюється мідним короткозамкненим витком.

При включенні двигуна в мережу синусоїдальний струм в обмотці полюсної котушки збуджує пульсуюче магнітне поле з магнітною індукцією В. Більша частина силових ліній поля в магнітопроводі двигуна проходить по більшій частині полюса,інша пульсує в меншій його частині. Остання зчеплена з пусковим короткозамкненим витком і індукує в ньому е.р.с. Е_к, щовідстає по фазі від потоку, що її створив, на 90°. Ця е.р.с. створює у витку струм І_к, що збуджує своє пульсуюче магнітне поле. Це поле, відповідно до закону Ленца, буде перешкоджати зміні основного поля в меншій частині полюса, тобто буде створювати екрануючу дію струму короткозамкненого витка. Періодичні зміни результуючого поля в екранованій частиніполюса стосовно змін поля в його неекранованій частинівідбуваються із за-

 

пізнюванням у часі на деякий кут, менший 90°, що залежить від полів, створюваних обмоткою статора й витком (рис. 3 б, в). Осі цих полів зміщені в просторі на деякий кут, у результаті чого утвориться обертове пульсуюче магнітне поле, що діє і в повітряному зазорі магнітопроводу. Це поле, взаємодіючи зі струмом ротора, створює невеликий обертаючий момент двигуна. Для збільшення пускового моменту пульсацію поля згладжують шляхом зменшення різниці полів (зменшують поле більшої частини полюса, збільшуючи повітряний зазор під неекранованою частиною полюса), або підсилюють поле під екранованою частиною полюса за допомогою магнітних шунтів у вигляді сталевих пластин між полюсними наконечниками). Двигуни мають малі cos (0,4-0,6) і к.к.д. (0,25-0,4) через більші втрати в короткозамкненому витку. Їхня перевага – простота конструкції й надійність у роботі. Нереверсивні однофазні асинхронні двигуни з розщепленими полюсами (ротор обертається в напрямку від нерозщепленої частини полюса до розщепленої) широко застосовуються в приводах, що не вимагають великого пускового моменту (приводи дрібних верстатів, магнітофонів, електрофонів, настільних вентиляторів і ін.).

САМОСТІЙНА ПІДГОТОВКА
ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

 

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

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. Ознайомитись з вимірювальними приладами та обладнанням, яке використовується в роботі, записати до протоколу їх паспортні дані.

2. Вивчити роботу однофазних асинхронних двигунів: конденсаторного, з пусковою обмоткою, з розщепленими полюсами. Звернути увагу на будову магнітного кола машини, розміщення обмоток статора в пазах та з’єднання їх секцій.

3. Виміряти активний R та повний опір Z робочої та пускової обмоток двигуна, записати дані до таблиці 1. Активний опір виміряти містком, а повний – методом вольтметра-амперметра (рис. 4).

4. Навчитись пускати в хід і реверсувати однофазні асинхронні двигуни з пусковою обмоткою. Для цього з’єднати двигун з однофазною мережею згідно схеми рис.5 а. Після перевірки схеми викладачем запустити двигун.

5. Освоїти метод реверсування двигуна. Зберіть схему рис. 5 б, запустіть двигун та зверніть увагу на напрям обертання вала двигуна (вал повинен обертатись у зворотньому напрямку).

6. Освоїти способи автоматичного пуску однофазного асинхронного двигуна з пусковою обмоткою за допомогою відцентрового реле.(схема рис.6 а) та за допомогою струмового реле (рис. 6 б). Включати тільки після перевірки схеми викладачем або лаборантом.

 

 

а б

Рис 5. Схема пуску та реверсування двигуна з пусковою обмоткою

 

 

а б

Рис 6 Схема автоматичного пуску двигуна за допомогою відцентрового (а) та струмового (б) реле

 

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

 

1. Будова однофазного асинхронного двигуна з пусковою обмоткою.

2. Будова однофазного конденсаторного двигуна.

3. Будова однофазного асинхронного двигуна з розщепленими екранованими полюсами.

4. Будова обмотки статора.

5. Назвіть області застосування однофазних асинхронних двигунів.

6. Вкажіть переваги і недоліки однофазних асинхронних двигунів порівняно з трифазними, а також особливості кожного типу однофазних асинхронних двигунів.

7. Опишіть принцип дії однофазних асинхронних двигунів, вказавши особливості створення обертового магнітного поля у різних типів двигунів.

8. Яке призначення фазозсуваючих елементів однофазних двигунів, які їх переваги і недоліки?

9. Вкажіть способи пуску в хід та реверсування різних типів
однофазних асинхронних двигунів.

10. Опишіть принцип дії відцентрового та струмового реле та їх призначення в схемах пуску двигунів.

 

ЛІТЕРАТУРА

 

1. Загальна електротехніка / В.А.Вартабедян – 4-е вид.‚ перероб. и доп. – К.: Вища шк. Головне вид-во‚ 1986. – С. 150-152.

2. Касаткин А.С.‚ Немцов М.В. Электротехника: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат. 1983. – С. 371-374.

3. Электротехника / А.П. Трегуб; Под ред. Э.В. Кузнецова. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987. – С. 430-436.

4. Борисов Ю.М. Липатов Д.Н. Общая электротехника. Учеб пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1974. – С. 394-399.

 

ЗВІТ ДО РОБОТИ

1. Результати вимірювання опорів робочої та пускової обмоток містком та методом амперметра-вольтметра занесіть до таблиці 1.

 

Таблиця 1

Виміряти	Обчислити
R р, Ом	R п, Ом	U р, В	U п, В	I р, А	I п, А	Z р, Ом	Z п, Ом	X р, Ом	X п, Ом

 

2. Виконайте обчислення згідно таблиці 1. За результатами обчислень побудуйте векторну діаграму напруги і струмів двигуна.

3. Зробіть висновки по роботі.

РОЗРАХУНКИ ТА ВИСНОВКИ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 13

ДОСЛІДЖЕННЯ ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА З КОРОТКОЗАМКНЕНИМ РОТОРОМ ТА ПУСКОВОЮ ОБМОТКОЮ

Мета роботи: 1. Ознайомитись з установкою для дослідження однофазних двигунів з пусковою обмоткою. 2. Освоїти принцип дії однофазних двигунів з пусковою обмоткою. 3. Провести дослідження однофазного асинхронного двигуна шляхом зняття його основних характеристик.

Знати: будову, принцип дії та сфери використання асинхронних однофазних двигунів з короткозамкненим ротором та пусковою обмоткою, а також методику їх дослідження.

Вміти: правильно підключати однофазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором та пусковою обмоткою для його дослідження, знімати робочі характеристики досліджуваного двигуна.

Обладнання: 1. Установка для дослідження однофазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором та пусковою обмоткою. 2. Ватметр (0-1500 Ват). 3. Вольтметр (0-250 В). 4. Вольтметр (0-75 В). 4. Амперметр (0-10 А). 5. Амперметр (0-5 А). 6. Електронний тахометр. 7. Лабораторний автотрансформатор (U – до 50B).
8. Діодний місток.

 

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Однофазні асинхронні двигуни застосовуються в побуті (у холодильниках, електропрогравачах, вентиляторах), а також у медичній апаратурі. Оскільки однофазні двигуни мають гірші техніко-економічні характеристики, ніж трифазні (менший к. к. д., низький соsφ тощо), їх випускають малої потужності (не більше 1-2 кВт).

Однофазний асинхронний двигун має статор з однофазною обмоткою і короткозамкнений ротор. Особливістю двигуна є те, що він не має свого пускового моменту. Для пуску застосовують різні пускові пристрої: пускову обмотку, розщеплення магнітного потоку полюсів і т. ін.

Якщо статор однофазного двигуна ввімкнути в мережу, то його ротор залишиться нерухомим. Проте досить надати ротору поштовх, щоб він почав обертатись і був спроможний нести механічне навантаження. Це пояснюється тим, що в однофазній обмотці, яка живиться змінним синусоїдним струмом, створюється пульсуючий магнітний потік, який змінюється за величиною від , але в просторі залишається нерухомим. Цей пульсуючий потік можна замінити двома однаковими потоками (рис. 1). , які обертаються в протилежних напрямах із швидкістю . Ці потоки змінюються за синусоїдним законом: .Алгебраїчна сума векторів дорівнює вектору пульсуючого потоку . Обертаючись у проти-лежних напрямах, потоки перетинають обмотку ротора й індукують у ній відповідні струми , взаємодія яких з потоками створює обертальні моменти протилежного напряму ; .

Результуючий момент дорівнює нулю: , і вал двигуна не може провернутися. Якщо тепер ротор в рух привести сторонньою силою, він почне обертатися в той бік, куди буде зроблено поштовх. Пояснимо це.

Візьмемо число обертів потоків (об/хв), а ротора . Тоді швидкість прямого потоку відносно ротора дорівнюватиме різниці швидкостей поля і ротора .

Прямий потік індукуватиме в роторі струм з частотою .

Швидкість зворотного поля відносно ротора рівна сумі швидкостей поля і ротора . Зворотне поле індукуватиме в роторі струми частотою .

При 50 Гц і 5 % дістаємо 2,5 Гц, 97,5 Гц, а отже . Як відомо, індуктивний опір розсіювання ротора пропорційний частоті . Тому в робочому режимі тобто . І результуючий момент буде напрямлений у бік більшого моменту .

Для того, щоб однофазний асинхронний двигун міг сам приводитись у рух, в його статорі, крім основної робочої обмотки (РО), закладають ще й додаткову, пускову (ПО) (рис. 2).

Пускову обмотку вми-кають звичайно через додатковий активний або реактивний опір ДО з тим, щоб струм у ній був зсунутий за фазою відносно струму в робочій обмотці РО на кут, близький до 90°(рис. 2, а).

Значно частіше як додатковий опір до пускової обмотки застосовують конденсатор (рис. 2, б). Оскільки струми в робочій і пусковій обмотках будуть зсунуті на 90°, відповідно зсунуться за фазою і створені ними магнітні потоки. Після пуску двигуна коло пускової обмотки вимикається.

У деяких однофазних двигунах робоча обмотка і обмотка з конденсатором у колі залишається ввімкненою на весь час роботи. Такі двигуни називають конденсаторними. Вони мають кращі робочі й пускові характеристики, вищий соs φ і більшу перевантажувальну здатність.

Для пуску двигуна в зворотному напрямі треба поміняти місцями кінці пускової (або робочої) обмотки.

З мережі до статора підводиться електрична потужність вона завжди більша, ніж потужність на валу ротора двигуна. Це пояснюється тим, що перетворення енергії у двигуні з електричної у механічну супроводжується втратами енергії.

В асинхронному двигуні бувають такі втрати: в обмотці статора , в обмотці ротора у сталі статора і механічні втрати . Втрати в обмотках статора і ротора визначаються за формулами: – число фаз статорної обмотки ().

Число фаз роторної обмотки короткозамкненого двигуна завжди дорівнює числу фаз статорної обмотки, оскільки число полюсів у роторі завжди дорівнює числу полюсів статорної обмотки. Втрати в обмотках залежать від навантаження. Отже, ці втрати є змінними.

Втрати в сталі статора пов'язані з наявністю гістерезису і вихрових струмів, створюваних внаслідок перетину змінним магнітним потоком сталі статора.

Експлуатаційні властивості асинхронних двигунів визначаються їх робочими характеристиками. Робочими характеристиками однофазного асинхронного двигуна є залежність потужності , споживаної двигуном, струму статора , коефіцієнта потужності cos φ, обертального моменту , швидкості обертання ротора і ковзання від корисної потужності на валу двигуна при сталій напрузі на затискачах двигуна і при сталій частоті f₁.

Більш докладну інформацію про однофазні асинхронні двигуни можна отримати із вказаної в інструкції літератури.

Установка для дослідження складається з асинхронного однофазного двигуна, на валу якого закріплено алюмінієвий диск. Алюмінієвий диск, перетинає поле постійного електромагніту, внаслідок чого відбувається його гальмування, а відповідно, і навантаження на вал. В коло статора двигуна ввімкнено вольтметр, амперметр та ватметр, які вимірюють електричний режим двигуна.

Навантаження двигуна вимірюється посередньо. Для цього вимірюється струм і напруга, що подаються на постійний електромагніт.

Швидкість обертання ротора вимірюється електронним тахометром.

 

САМОСТІЙНА ПІДГОТОВКА ДО ВИКОНАННЯ
ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

 

1. Ознайомитись з інструкцією та вказаною в ній літературою.