1_el-mash-spets-nazn-lab-rab

Р А Б О Т А 4

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ (УПРАВЛЯЕМЫЙ) АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

1. Цель работы

Исследование пусковых, рабочих и регулировочных свойств исполнительного асинхронного двигателя путем снятия его опытных характеристик.

2.Основные теоретические положения

Вкачестве исполнительных асинхронных двигателей (ИАД) применяются двухфазные асинхронные машины. Ротор ИАД чаще всего имеет конструкцию с короткозамкнутой обмоткой или полый ротор в виде алюминиевого стаканчика (без обмотки). На статоре расположены две обмотки, взаимно смещенные в пространстве на угол 90 эл. градусов. Одна обмотка – возбуждения (ОВ) – постоянно включена на напряжение сети UB. Другая обмотка – управления (ОУ) – включена на регулируемое по величине или по фазе напряжение Uy, от которого зависит скорость и мощность, развиваемые

двигателем при заданном нагрузочном моменте на валу. Принципиальные схемы включения двигателя представлены на рис. 4.1.

Регулирование скорости двигателя осуществляется путем создания той или иной системы асимметрии напряжений, определяющей различную степень эллиптичности вращающегося магнитного поля, начиная с кругового поля (равенство приведенных напряжений по величине и сдвиг по фазе на 90 эл. градусов), кончая пульсирующим полем (напряжение на обмотке управления отсутствует).

Используя метод симметричных составляющих, асимметричную систему напряжений и магнитодвижущих сил (МДС) можно разложить на систему прямой и обратной последовательностей. Тогда очевидно, что регулирование скорости двигателя осуществляется путем создания собственного тормозного электромагнитного момента полем обратной последовательности, величина которого зависит от степени асимметрии напряжений.

Известны три способа управления для регулирования скорости: а) Амплитудное, когда изменяется величина напряжения на обмотке управления при постоянном сдвиге напряжений по фазе (рис.4.1,а).

б) Фазовое, при котором регулируется фаза напряжения управления относительно напряжения сети при неизменной его величине (рис.4.1,б).

в) Амплитудно-фазовое, когда величина напряжения управления регулируется по заданному закону, а фаза (угол β) между напряжениями изменяется произвольно с изменением скорости двигателя. Такой случай имеет место при питании двигателя от однофазной сети с фазосдвигающим элементом (обычно конденсатор) в обмотке возбуждения (рис.4.1,в).

Величину, определяющую отношение модулей напряжений управления и возбуждения

называют коэффициентом сигнала.

Эффективным коэффициентом сигнала называют отношение напряжений, приведенных к числу витков обмотки управления

где k = wBkобв / wykоб у представляет собой коэффициент трансформации;

wB, wy – число витков обмоток;

коб в, коб у – обмоточные коэффициенты.

Условия получения симметричного режима, т.е. кругового вращающегося магнитного поля, определяются отсутствием обратного поля. Отсюда имеем в

случае:

- амплитудного регулирования

где ry, xy , zy - активное, индуктивное и полное сопротивления двигателя со стороны обмотки управления для рассматриваемого режима.

В последнем случае, т.е. для конденсаторной схемы управления симметричный режим обычно выбирается при заторможенном роторе. Это делается для того, чтобы, с одной стороны, обеспечить наибольший пусковой момент, а с другой, как это будет видно из дальнейшего, для увеличения быстродействия. Тогда условия кругового поля перепишутся в таком виде

где входящие параметры цепи управления определяются для скольжения s=1. Точность и устойчивость работы автоматических и следящих систем в

значительной степени определяются свойствами исполнительного двигателя. В этой связи к таким двигателям предъявляются следующие требования:

а) Устойчивость механической характеристики. Получение устойчивой характеристики для асинхронных двигателей зависит от величины критического скольжения sКР, которое должно быть больше единицы в симметричном режиме, и от способа управления, определяющего величину и характер обратного (тормозного) момента. Как известно из общей теории электрических машин, получение sКР >1 требует большой величины активного сопротивления ротора. Для исполнительных асинхронных двигателей в целях обеспечения хорошей линейности механических характеристик sКР >2,5.

б) Линейность механической и регулировочной характеристик определяется степенью их нелинейности.

Из рис.4.2 имеем:

где ∆Mmax и ∆nmax - максимальные отклонения механической и регулировочной характеристик от линейных зависимостей.

в) Отсутствие самохода при снятии сигнала управления, т.е. самоторможение двигателя в чисто однофазном режиме при пульсирующем поле. Математически пульсирующий поток можно представить в виде двух потоков равной амплитуды, вращающихся в разные стороны: прямой и обратный. Можно считать, что один поток (прямой) создает вращающий момент, а другой (обратный) - тормозной. При этом величина этих моментов должна быть такой, чтобы результирующий момент был тормозным, т.е.

МПР –МОБР < 0, что достигается при величине скольжения sKP > 1.

г) Быстродействие или малоинерционность. Исполнительные двигатели должны иметь малое время разгона и остановки, а следовательно малую электромеханическую постоянную времени

Рис.4.2

3. Описание лабораторной установки

Схема установки испытания двигателя представлена на рис.4.3.

При выполнении данной лабораторной работы исследуется конденсаторный способ управления. Сдвиг напряжений по фазе достигается включением конденсатора в обмотку возбуждения. Напряжения, подаваемые на эти обмотки, регулируются потенциометрами R1 и R2.

В качестве нагрузки двигателя используется электромагнитный тормоз ЭТ, ток возбуждения которого регулируется реостатом R3.

Частота вращения двигателя n измеряется с помощью тахогенератора постоянного тока (на схеме не показан).

R1 R2

Рис. 4.3

4.Порядок выполнения работы

4.1.Параметры обмоток двигателя

-Проводить опыты при отключенном тормозе (SЗ отключен).

4.1.1.Определение параметров обмотки управления

-Отключить от питания обмотку возбуждения.

-Изменять напряжение на обмотке управления в пределах (0,4…1,0) UyH так, чтобы произвести три точки отсчета.

- Измерять напряжение Uyk , ток Uyk , мощность Рyk обмотки управления и заносить данные в таблицу по форме 1.

Ф о р м а 1

Определение параметров обмотки управления

UB = 0, n = 0

- Вычислить параметры обмотки управления по формулам:

-Определить среднее значение хyk.

4.1.2.Определение параметров обмотки возбуждения

-Отключить от питания обмотку управления.

-Изменять напряжение на обмотке возбуждения в пределах (0,4...1,0)UBH так, чтобы произвести три точки отсчета.

-Измерять напряжение UBK, ток IBK, мощность РBK обмотки возбуждения и заносить данные в таблицу по форме 2.

Ф о р м а 2

Определение параметров обмотки возбуждения

Uy = 0, n = 0

- Вычислить параметры обмотки возбуждения zBK, rBK, xBK по формулам, аналогичным формулам для обмотки управления (п.4.1.1.).

-Определить среднее значение xBK.

4.1.3.Проверка условия получения кругового поля

-Вычислить коэффициент трансформации, используя средние значения xyK,BK:

k = xBK / xyk .

-Проверить условия получения кругового поля при номинальном напряжении возбуждения UBK. Вычислить величину напряжения управления, обеспечивающего круговое поле при пуске по формуле

U yo =UBH / k .

-Затормозить ротор.

-Установить номинальное напряжение UBH на обмотке возбуждения.

-Установить напряжение Uyo на обмотке управления.

-Измерить напряжения UBH и Uyo, токи IB и Iy, мощности PB и Py и занести данные в таблицу по форме 3.

-Сделать вывод о характере магнитного поля.

Фо р м а 3

Данные двигателя, соответствующие круговому магнитному полю n=0

4.2.Paбочие и механические характеристики

-Запустить двигатель и установить на обмотках номинальные напряжения UBH

и Uyн (а=1).

- Измерить напряжения UBH и UyН , токи IB и Iy, мощности РB и Рy, частоту вращения в режиме холостого хода (M2=0) и занести данные в таблицу по форме 4.

-Включить питание тормоза выключателем SЗ.

-Изменять момент нагрузки M2 с помощью реостата RЗ так, чтобы снять 4...5 точек отсчета.

-Измерять UB, Uy, n, IB, Iy, PB, Py, M2 и записывать данные в таблицу

по форме 4.

-Установить на обмотке управления напряжение 0,5Uyo(а = 0,5).

-Повторить опыт, начиная с режима холостого хода (М2=0) при выключенном SЗ и далее .

-Вычислить коэффициент сигнала а, полезную мощность двигателя P2 и КПД η

по формулам:

- Построить на графике 1 механическую характеристику M2= f(n) для а =1 и

а=0,5.

4.3. Регулировочные характеристики n=f(U), или n=f'(a) при UB=UBH, M2=const

-Выключить SЗ. Снимать регулировочную характеристику в режиме холостого хода (M2=0).

-Установить напряжение UBH на обмотке возбуждения.

-Установить движок делителя напряжения обмотки управления в нулевое положение так, чтобы Uy = 0, n = 0.

-Увеличивая напряжение Uy на обмотке управления, отметить, когда ротор тронется с места и начнет устойчиво вращаться. Это напряжение называется напряжением трогания UТР. Измерить и записать его величину.

-Увеличивать напряжение Uy на обмотке управления до максимального значения так, чтобы снять 5…6 точек отсчета.

-Измерять напряжения на обмотках UB и Uy и частоту вращения n двигателя и

заносить данные в таблицу по форме 5.

Ф о р м а 5

Регулировочная характеристика

UB = UBH = B, M2= 0

5.Краткие выводы

5.1.Дать оценку нелинейности механических и регулировочных характеристик.

5.2.Выписать напряжение трогания в режиме холостого хода.

6.Литература: [2], c.170…184.

СОДЕРЖАНИЕ

Общие указания ……………………………………………………………..3

Работа 1. Электромашинный усилитель поперечного поля (ЭМУ)………5

Работа 2. Исполнительный (управляемый) двигатель постоянного тока ……………………………………………………………14

Работа 3. Вентильный двигатель постоянного тока ..……………………..24

Работа 4. Исполнительный (управляемый.) асинхронный двигатель ……31

Работа 5. Трехфазно-однофазный асинхронный двигатель ……………….39

Работа 6. Сельсины …………………………………………………………..52

Редактор М.Ю. Комарова

Сводный темплан 2007 г.

Лицензия ЛР № 020308 от 13.02.97 г.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.03

Северо-Западный государственный заочный технический университет Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России

191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5