2.Работа№2.Управлениетрехфазнымасинхроннымдвигателем

1. Цельработы

Знакомствосустройством,схемамивключения,принципомдействияиос-новнымихарактеристикамиасинхронногодвигателя.Приобретениенавыковпоуправлениюработойасинхронноготрехфазногодвигателя.

2. Пояснениякработе

Трехфазныйасинхронныйдвигатель–основнойпотребительэлектрическойэнергиивпромышленности–можетнормальноработать,тоестьразвиватьноми-нальнуюмощностьнасвоемвалуприноминальнойчастотевращения,толькоприправильномвключенииегообмоток.Правильнымвключениемтрехфазногодвига-теляприсоединенииегообмотокпосхеме«звезда»называюттакое,прикоторомвсеначалаобмоток,обозначаемыеС1,С2иС3(илиU1,V1,W1),подключаютктрехфазнойсети,авсеконцы,обозначаемыеС4,С5иС6(илиU2,V2,W2),соеди-няютсявобщуюнулевуюточку.Еслихотябыоднаобмоткасоединенаневерно,например,конецсоединенссетью,аначалоснулевойточкой,двигательнормаль-ноработатьнеможет.

Присоединениипосхеме«треугольник»правильнымназываюттакое,прикоторомвсеначалафазныхобмотокС1,С2иС3соединеныссетью,концы–сна-чаламидругихфазныхобмоток,причемконецпервойобмоткиС4соединяетсясначаломвторойобмоткиС2,конецвторойобмоткиС5–сначаломтретьейобмот-киС3,конецтретьейобмоткиС6–сначаломпервойобмоткиС1.

Вращающиймоментасинхронногодвигателяпропорционаленквадратуна-пряжения,подведенногокфазестаторадвигателя.Поэтому,даженезначительноеизменениенапряжениявсетивызываетзначительноеизменениевращающегомо-ментаасинхронногодвигателя.Приизменениинапряженияв3развращающиймоментизменитсяв3раза.Ошибочноевключениеобмотокстаторапосхеме

«звезда»вместонормальноговключенияпосхеме«треугольник»вызываетумень-шениевращающегомоментав3разаидвигательнеберетсместаприпускевходснагрузкойнавалу.Значительноеуменьшениенапряжениявсетивовремяработыдвигателяможетпривестикостановкедвигателясвытекающимиотсюдапослед-ствиями.

Измерения,полученныепринепосредственнойнагрузкедвигателя,позволя-ютполучитьрабочиехарактеристикидвигателя,определяющиеегоповедениеприразличнойнагрузке.При холостом ходе потребляемая изсетимощностьР_оидетнапотеривстали,намеханическиепотеритрениявподшипниках,вентиляционныепотеритренияовоздухинанагреваниеобмотокстатораприпротеканиипонимтокахолостогохода.Всеэто–потерихолостогохода,которыесчитаютпостоян-нымипотерями,неизменяющимисякакприхолостомходе,такипринагрузке.

Важнейшейхарактеристикойэлектрическогодвигателяявляетсямеханиче-скаяхарактеристика,подкоторойпонимаютзависимостьчастотывращенияnотвращающегомоментаМn=f(М).Привыборедвигателякпроизводственномуме-ханизмуизмножествадвигателейсразличнымимеханическимихарактеристикамивыбираюттот,механическаяхарактеристикакоторогоудовлетворяеттребованиям

механизма.Механическаяхарактеристика,относящаясякнормальнымрабочимусловиямдвигателя(номинальноенапряжениепитания,номинальнаячастотасетиидр.),называетсяестественноймеханическойхарактеристикой.Приизменениирабочихусловий(напряженияпитания,частотысетиидр.)механическаяхаракте-ристиканазываетсяискусственной.

Рабочимихарактеристикамиасинхронногодвигателяназываютзависимостичастотывращенияn,вращающегомоментанавалудвигателяМ,потребляемоголинейноготокаI,скольженияs,коэффициентаполезногодействия,коэффициен-тамощностиcosдвигателяипотребляемоймощностиР_1отполезноймощностинавалудвигателяР₂.

Изменениенапряженияназажимах статораприводитнетолькок изменению

вращающегомомента.Снапряжениемназажимахстаторасвязаныскоростьвра-щенияротораnимощностьнавалудвигателяР₂₌0,105Мnприпостоянномвра-щающеммоментеМ.

Чемниженапряжение,темменьшескоростьnимощностьР₂.Величинана-пряжения,подводимогокстатору,оказываетвлияниеинакоэффициентполезногодействиядвигателя.Такимобразом,сизменениемнапряжениянафазахдвигателяизменяютсяиегорабочиехарактеристики.

Однимизосновныхнедостатковасинхронногодвигателядолгоевремяявля-ласьсложностьрегулированиячастотывращения.Частотавращенияасинхронногодвигателяопределяетсяформулойn=60f_1(1-s)/p,изкоторойследует,чтовели-чинуnможнорегулироватьпутемизменениячастотысетиf₁,числапарполюсовp(ступенчатоерегулирование),изменениемскольженияs,засчетизменениясопро-тивленияцепистатора илиротора.Внастоящее время основным способомрегули-рованиячастотывращенияасинхронныхдвигателейсталочастотноерегулирова-ние,длячегоиспользуютсяпреобразователичастоты,которыепозволяютрегули-роватьнетолькочастотувращениядвигателя.Вданнойлабораторнойработеэлек-тропитаниедвигателяосуществляетсяотпреобразователячастоты,смонтирован-ноговмодулетрехфазногонапряжения.

3. Порядоквыполненияработы

1. Ознакомитьсяслабораторнойустановкой(компьютер,модульввода,модульпитания,модультрехфазногонапряжения,модульгенераторапостоянноготока).Ознакомитьсяспаспортнымиданнымиасинхронногодвигателяизаписатьихвтабл.1.

Таблица1

Типдви-гателя	Номинальноенапряжение,В		Номинальный ток,А		Номинальнаямощность,кВт	Номинальнаячастотавра-щения,об/мин	Коэффици-етполезно-годействия, %	Номинальныйкоэффициентмощности
	Δ		Δ	

2. Всоответствиисосхемойпорис.1нарисоватьпринципиальнуюэлек-трическуюсхемуисследуемойцепи.

3. Пробныйпускдвигателя.

Собратьэлектрическуюсхемудляисследованиядвигателя(рис.1).Обратить

ДТ4

ДН2

1

МОДУЛЬВВОДА

ДТ1

ДТ2

ДТ3

А3А1

А4

ПК

А5А2

А6

МОДУЛЬМУЛЬТИМЕТРОВ

вниманиеприсборкесхемынасоединениеобмотокдвигателя(треугольник).Ус-тановитьнамодулетрехфазногонапряжениячастотупитающегонапряжения50Гц(потенциометрRP1вкрайнееправоеположение).

Рис.1

Послепроверкисхемыпреподавателемпроизвестипробныйпускдвигателя.Включитькомпьютер,открытьпрограммуDeltaРrofi.Выбрать«Электроме-

ханика–Работа№2.Управлениетрехфазнымасинхроннымдвигателем».Запус-тить программу вработу,нажатием кнопки«Пуск» иликомандойглавногоме-ню«Управление–Пуск».

Включитьмодульпитания(выключателиQF1иSA2),модультрехфазногонапряжения(выключательSA1итумблерSA2установитьвпозицию«Вперед»).

Припускедвигателяобратитьвниманиенанаправлениевращениядвигателя.Ос-тановитьдвигатель(тумблерSA2впозицию«Стоп»).

УстановитьтумблерSA2впозицию«Назад».Обратитьвниманиенанаправ-лениевращенияроторадвигателя.Остановитьдвигатель.Объяснитьизменениенаправлениявращенияроторадвигателя.

5. Снятьрегулировочнуюхарактеристикуасинхронногодвигателяn=F(f)нахолостомходу.Дляэтогозапуститьдвигательиизмерятьнапряжениепитания,атакжеспомощьюфототахометрачастотувращенияроторадвигателяnприраз-личныхзначенияхчастотыfнапряженияпитаниядвигателя.ЧастотупитающегонапряженияизменятьспомощьюпотенциометраRP1модулятрехфазногонапря-жения.Результатыизмеренийзанестивтабл.2.Порезультатамизмерений постро-

итьрегулировочнуюхарактеристикуn=F(f).Приэтомучесть,чтовчастотномпре-образователеобеспечиваетсявыполнениеU/f=const.Остановитьдвигатель.

Таблица2

U
n,об/мин
f,Гц

5. Снятьмеханическиеирабочиехарактеристикаасинхронногодвигателяприсоединенииобмотокдвигателявтреугольник.

Вкачественагрузкидвигателяиспользуетсямашинапостоянноготокавге-нераторномрежимеработы(модульгенераторапостоянноготока).Величинана-грузкигенератораснезависимымвозбуждениемзадаетсяпереключателемSA3мо-дулягенераторапостоянноготока.Впозиции«0»цепьнагрузкиразомкнута.Пере-ключательSA2модулягенератораустановитьвпозицию«0»(сопротивлениерегу-лировочногореостатаRрвобмоткевозбужденияравнонулю).Дляизмеренияна-пряжениянаякорегенераторапостоянноготокаиспользоватьмультиметрилицифровойвольтметрврежимеизмеренияпостоянногонапряжения.

После проверкисхемыпреподавателемвключитьмодульпитания(выключа-телиQF1иSA2),модультрехфазногонапряжения.Запуститьасинхронныйдвига-тель(включитьвыключательSA1,тумблерSA2установитьвпозицию«Вперед»).Запуститьпрограммувработу,нажатиемкнопки«Пуск» иликомандойглавно-гоменю«Управление–Пуск»илигорячейклавишейF5.ИзмеритьнапряжениепитанияU_Л,потребляемыйтокI_Л,уголFi,скоростьвращенияn,напряжениеU_ЯГитокI_{ЯГякоря}генераторапостоянноготока.Записатьпоказанияприборовврежимехолостого ходадвигателявтабл.2.НамодулегенераторапостоянноготокаподатьнаобмоткувозбужденияпитаниевыключателемSA1модулягенераторапостоян-ноготока.ИзменяявеличинунагрузкигенераторапереключателемSA3,произвестиизмерениятокагенератораI_Гприкаждойнагрузкегенератора.Частотувращенияизмерятьцифровымфототахометром.Результатыизмеренийзаписатьвтабл.3.Остановитьдвигатель.Выключитьгенераторпостоянноготока.Остановитьпро-грамму,нажатиемкнопки«Стоп» иликомандойглавногоменю«Управление–Стоп».

ДлякаждогорежимаработыпровестивычислениятормозногомоментаМ_т,создаваемогогенераторомпостоянноготоканавалуасинхронногодвигателя,по-лезноймощностиP₂,коэффициентаполезногодействияисследуемогоасинхронно-годвигателяискольженияs(табл.3).Привычисленииучесть,чтосопротивле-ниеобмоткиякорягенератораR_Я=70Ом.

Таблица3

		0	1	2	3	4	5	6
Измерено	UЛ,B
	IЛ,A
	Fi,0
	n,об/мин
	UЯГ,B
	IЯГ,A
В	φ=Fi–300
	cosφ

	КЕ=UгIЯГRЯ n
	КМ=К.9,52 Е
	Мт=КМIяг
	P2=0,105Мтn
	=Р2100 Р1
	s

Примечание:ВсоответствиисосхемойвключенияизмеряетсялинейноенапряжениеU_АВилинейныйтокI_А.Следовательно,измеряетсяиуголсдвигафазFiмеждуэтимивеличина-ми.Извекторнойдиаграммыочевидно,чтоуголсдвигафазφмеждулинейнымнапряжениемU_АВифазнымтокомI_{АВбудет}φ=Fi–30⁰.ПриправильномподключенииизмерителямощностиуголFiбольше90⁰.

5. Снятьмеханическуюхарактеристикудвигателяприпониженномнапря-жениипитания.Дляэтогонарисоватьсхемувключенияобмотокасинхронногодвигателязвездаисоединитьобмоткидвигателяпосхемезвезда.Послепроверкисхемыпреподавателемопытпроводитьаналогично пункту3.6.Результатыизмере-нийивычисленийзаписатьвтабл.4.ОстановитьдвигательспомощьюкнопкиSB1модулятрехфазногонапряженияиотключитьтумблерSA2.Выключитьгене-раторпостоянноготока.Выключитьэлектропитание.Остановитьпрограммунажа-тиемкнопки«Стоп» иликомандойглавногоменю«Управление–Стоп».

Таблица4

	0	1	2	3	4	5	6
n,об/мин
UЯГ,B
IЯГ,A
КЕ=UгIЯГRЯ n
КМ=К.9,52 Е
Мт=КМIяг

4. Содержаниеотчета

Отчетпоработедолженсодержать:

а)наименованиеработыицельработы;

б)схемыэкспериментовитаблицыполученныхрезультатов;в)регулировочнуюирабочиехарактеристики;

г)экспериментальныемеханическиехарактеристикидлявсехопытов,по-строенныеводнихкоординатныхосях,выводыпопроделаннойработе.

5. Контрольныевопросы

1.Каковпринципдействиятрехфазногоасинхронногодвигателя?

3. Каксоединитьзвездойвыводыобмотоктрехфазногодвигателя?

4. Каксоединитьтреугольникомвыводыобмотоктрехфазногодвигателя?

5. Какизменитьнаправлениевращенияасинхронногодвигателя?

6. Какаязависимостьназываетсямеханическойхарактеристикой?

7. Какаямощностьуказываетсявпаспортедвигателя?Чтотакоескольжение?

8. Какиесуществуют способырегулированиячастотытрехфазногоасин-хронногодвигателя?Какприэтомизменяетсячастотавращенияротора?