ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Электрическая схема лабораторной установки представлена на рис.5. Установка содержит два электромашинных агрегата. Первый из них содержит исследуемый двигатель Ml и машину постоянного тока М2, а также тахогенератор BR1. Второй агрегат состоит из машины постоянного тока МЗ, АД с короткозамкнутым ротором М4 и тахогенератора BR4. С помощью контактов реле К1-К9 и автоматических выключателей QF1-QF4 могут быть реализованы различные схемы соединения в силовых цепях электрических машин. Управление состояниями реле KI-K9 осуществляется в схеме электроавтоматики (рис.6) с помощью переключателей SA2 и SA3. С помощью реверсивных переключателей SA21 и SA31 осуществляется подключение цепей возбуждения машин М2 и МЗ к источнику постоянного тока UZ1 и изменение полярности токов возбуждения этих машин. Для измерения частоты вращения машин первого и второго электромашинных агрегатов используются нереверсивные тахометры P1 и P4, трехфазные обмотки которых подключаются к выводам трехфазных синхронных тахогенераторов BR1 и BR4 с помощью реверсивных переключателей SA12 и SA43 соответственно. К выводам тахогенераторов подключены выпрямители UZ12 и UZ43 для получения аналоговых сигналов, пропорциональных частотам вращения машин соответствующих агрегатов (для осциллографирования).

Лабораторная установка предназначена для снятия статических механических характеристик двигателей Ml и М4 и непригодна для исследования динамических пускотормозных режимов, так как коммутирующие аппараты имеют контакты с малой нагрузочной способностью. При размыкании контактов токи в соответствующих цепях должны отсутствовать, либо быть весьма малыми. Поэтому манипуляции переключателями А2 и SA3 в схеме электроавтоматики (рис. 6) разрешаются только при отключенных автоматических выключателях QF1-QF4. Изменять направление токов возбуждения машин М2 и МЗ с помощью переключателей SA21 и SA31 (рис.5) можно лишь после снижения этих токов до нуля с помощью потенциометров R21 и R31.

Секции сопротивлений в цепи ротора двигателя Ml обладают высокой нагрузочной способностью и используются как для реализации реостатного пуска и торможения, так и для регулирования скорости АД (Ml), в зависимости от схемы включения последнего и задачи исследования.

Схема включения исследуемого АД (Ml) нереверсивная (рис.5). С помощью кнопок "STOР", "В" и "ДТ" (рис. 6) двигатель отключается от источника питания (сети переменного тока и источника постоянного тока), запускается в нормальной схеме включения и собирается схема динамического торможения. Благодаря блокировкам исключается возможность одновременного выполнения этих операций.

С помощью четырехпозиционного переключателя SA1 (рис.6) осуществляется коммутация секций сопротивлений в фазах ротора машины Ml (рис.5). В положении 1 переключателя SA1 в фазы ротора вводится максимальное добавочное сопротивление Rдmaх = Rд1+Rд2+Rд3. В положении 4 переключателя SA1 цепь ротора замкнута накоротко: Rд = 0. Пуск двигателя возможен только при Rд = Rдmaх (SA1 в положении 1). Блокировка пуска обеспечивается контактом К3.1 реле КЗ, состояние которого зависит от состояния контакта SA1.4 (рис.б).

Параметры механических характеристик при динамическом торможении (крутизну и критический момент) можно изменять (см. рис.5) путем изменения Rд (переключателем SA1) и величины постоянного тока в цепи статора (реостатом R1),

Машины постоянного тока М2 и МЗ, соединяемые между собой по цепи якорей, служат для создания потока энергии соответствующего направления, для реализации статических тормозных и двигательного режимов исследуемого двигателя Ml. Замыкание якорной цепи выключателями QF2 и QF3 производится при условии установки переключателя SA2 (рис.б) в положение "ГЕН" и равенстве встречно направленных ЭДС якорей этих машин. Последнее достигается настройкой значений токов возбуждения по показаниям вольтметров PV2 и PV3 [3].

АД с короткозамкнутым ротором М4 (рис.5) подключается к сети по реверсивной схеме с помощью контактов реле К7 и К8 (рис.5, 6). Выбор схемы включения и направления вращения осуществляется переключателем SA3 (рис. б) при отключенном автоматическом выключателе QF4 (рис.5). Переключатель SA4 (рис. б) своим контактом SA4.3 (на рис.5 и 6 не показан) шунтирует амперметр РА4 при пуске двигателя М4 с целью защиты амперметра от большого пускового тока двигателя.


Для этого, прежде чем включать выключатель QF4 (запустить двигатель М4 вперед или назад), необходимо установить переключатель SA4 в положение "К" (рис.6). После процесса разгона двигателя М4 переключатель SA4 переводится в положение "ИЗМ", при этом амперметр РА4 (рис.5) вводится в действие. Заметим, что шунтированию контактом SA4.3 подвергается также и токовая катушка ваттметра PW4, соединенная последовательно с амперметром РА4 (цепи шунтирования приборов на рис.5 не показаны). Ваттметр РW4 измеряет мощность двигателя М4.

Принципы и правила работы на лабораторной установке такие же, как на базовой установке, описанной в [3], с тем лишь отличием, что в качестве машины M1 постоянного тока. используется АД с фазным ротором.

3 ПРОГРАММА РАБОТЫ

3.1 Экспериментальная часть

Ознакомиться с электрооборудованием лабораторной установки, изучить ее электрические схемы (рис.5, 6). Испытуемым двигателем является машина M1. Записать ее паспортные данные (тип, Рн, nн, U1н, I1н). Определить ее синхронную скорость () и число пар полюсов (рп).

Подготовить лабораторную установку к проведению экспериментов [3].

Собрать схему для снятия характеристики холостого хода Е2(IВ2) машины М2 (если она ранее не снималась на данной установке). Снять эту характеристику. Данные эксперимента занести в табл.1. Привести лабораторную установку в исходное состояние.

ПРИМЕЧАНИЕ - Если характеристика Е2(IВ2) снималась ранее [3], то можно воспроизвести рассчитанную зависимость С2Ф2(IВ2) со ссылкой на источник информации.

Таблица 1 - Экспериментальные и расчетные данные для построения зависимости С2Ф2(IВ2)

Изме-

рено

n1

об/мин

U2

В

IВ2

мА

Вычис-

лено

рад/с

С2Ф2

В с

3.1.4 Собрать схему для снятия зависимости момента Мо потерь холостого хода в двухмашинном агрегате М1-М2 от скорости вращения  асинхронного двигателя M1. Снять эту зависимость. Данные эксперимента занести в табл.2. Привести лабораторную установку в исходное состояние.

3.1.5 Собрать схему для снятия механических характеристик испытуемого АД при нормальной схеме его включения, подготовить ее к проведению эксперимента.

Процедура сборки схемы состоит в следующем. При отключенных выключателях QF1-QF4 (рис.5) с помощью переключателя SA1 (рис.6) в цепь ротора двигателя M1 вводится максимальное добавочное сопротивление Rдmaх = Rд1+Rд2+Rд3, переключателем SA2 включается реле К6, переключателем SA3 выбирается направление вращения двигателя М4, кнопкой "В" включается реле К1.

Таблица 2 - Экспериментальные и расчетные данные для

определения зависимости момента потерь холостого хода в агрегате М1-М2 от скорости вращения

Изме-

рено

n1

об/мин

I2

А

IВ2

мА

Вычис-

лено

рад/с

М0

Н м

Подготовка схемы к снятию механических характеристик двигателя M1 производится следующим образом. Прямым включением в сеть (с помощью выключателя QF4) запускается двигатель М4, затем осуществляется реостатный пуск двигателя M1. После подключения цепи статора к сети выключателем QF1 управление процессом реостатного пуска осуществляется с помощью переключателя SA1, который последовательно переводится из поз.4 в поз.3, 2, 1. Последнее, во избежание разрушения контактов переключателя SA1 (рис.5), осуществляется с интервалами по времени, достаточными для затухания бросков пускового тока в цепи статора двигателя M1, наблюдаемых по амперметру РА1. После запуска двигателей M1 и М4 производится согласование напряжений на выводах обмоток якорей машин М2 и МЗ [3] и соединение их якорных цепей выключателями QF2 и QF3.

3.1.6 Снять естественную механическую характеристику АД. Экспериментальные данные занести в табл.3. Перевести двигатель M1 в режим холостого хода (реального или идеального).

ПРИМЕЧАНИЕ - Снятие механических характеристик рекомендуется начинать с генераторного режима двигателя Ml, с последующим переходом к идеальному холостому ходу, реальному холостому ходу (в двигательном режиме), работе в двигательном режиме под нагрузкой, режиму противовключения (последнее на естественной характеристике неосуществимо). Изменение режима нагружения двигателя M1 осуществляется известным способом [3], путем изменения величины и направления тока в цепи якорей машин М2 и М3.

3.1.7 Ввести в цепь ротора двигателя M1 добавочное сопротивление Rд = Rд3. Снять реостатную механическую характеристику. Данные занести в табл.3. Перевести двигатель M1 в режим холостого хода.

3.1.8 Снять реостатные механические характеристики двигателя M1 при Rд = Rд3+ Rд2, Rд = Rд3+ Rд2+ Rдl (аналогично п.3.1.7).

Таблица 3 - Экспериментальные и расчетные данные для построения механических характеристик АД

1 Естественная: U1 = 380 B, f1 = 50 Гц, Rд= 0

Изме-

рено

n1

об/мин

I2

А

IВ2

А

Вычис-

лено

рад/с

М2

Н м

М1

Н м

2 Реостатная Rд = Rд3

Изме-

рено

n1

об/мин

I2

А

IВ2

А

Вычис-

лено

рад/с

М2

Н м

М1

Н м

3 Реостатная Rд = Rд3+ Rд2

4 Реостатная Rд = Rд3+ Rд2+ Rдl

5 Динамическое торможение Rд = Rд3+ Rд2+ Rдl, Iп = Iп1 = …

6 Динамическое торможение Rд = 0, Iп = Iп1 = …

7 Динамическое торможение Rд = …, Iп = Iп2 = …

ПРИМЕЧАНИЕ - Снятие реостатных механических характеристик осуществляется так же, как и естественной (см. примечание в п. 3.1.6).

3.1.9 После снятия механических характеристик двигателя M1 при нормальной схеме включения последнего и установки режима холостого хода этого двигателя отключить его от сети переменного тока нажатием кнопки "STOP" (рис.6), после чего нажатием кнопки "ДТ" собрать схему динамического торможения. При этом цепь статора двигателя M1 получит питание от источника постоянного тока UZ2 (рис.5). С помощью реостата R1 установить минимальное значение тока статора Iп=Iп1,а добавочное сопротивление в цени ротора оставить равным Rд = Rд3+ Rд2+ Rдl. Изменяя скорость двигателя М2, входящего в систему генератор-двигатель(МЗ - генератор), известными способами [1, 3], снять механическую характеристику машины M1 в схеме динамического торможения. Данные эксперимента занести в табл.3 (фрагменты таблицы 3 для всех механических характеристик одинаковы).

3.1.10 Снять две-три механические характеристики машины M1 в схеме динамического торможения, отличающиеся от снятой в п.3.1.9 значением Rд =0 при том же .значении Iп и значением Iп при любом значении Rд.

3.1.11 Привести лабораторную установку в исходное состояние путем последовательного выполнения операций: нажатием на кнопку "STOP" (рис.6) отключить цепь статора машины M1 от источника постоянного тока; последовательно отключить автоматы QF1-QF4; если последующего использования лабораторной установки не предполагается, то отключить автомат общего ввода (на рис.5 не показан),

3.2 Расчетно-графическая часть

3.2.1 По данным табл.1 для каждой из снятых экспериментально точек (IВ2, U2) характеристики холостого хода машины М2 вычислить значение С2Ф2 по формуле:

С2Ф2 = ,

где . Результаты расчетов занести в табл.1 и построить на чертеже зависимость С2Ф2(IВ2).

3.2.2  По данным табл.2 для каждой из экспериментальных точек () вычислить частоту вращения  и момент холостого хода M0. Последний вычисляется по формуле

Мо= С2Ф2 I2,

где значения С2Ф2 определяются из графика зависимости С2Ф2(IВ2). Результаты расчетов занести в табл.2 и построить на чертеже график зависимости Mo().

3.2.3 По данным табл.З для каждой из экспериментальных точек () вычислить значения частоты вращения   электромагнитного момента М2 машины М2 и электромагнитного момента М1 асинхронного двигателя M1 при его работе как на естественной, так и на искусственных характеристиках. Результаты занести в табл.3.

Электромагнитный момент машины М2 вычисляется по формуле М2= С2Ф2 I2

с учетом зависимости С2Ф2(IВ2). Момент Мо определяется из графика зависимости Mo().

Электромагнитный момент АД вычисляется по формуле

М1= М2+Мо.

При работе АД в двигательном режиме (>0, M1>0) все величины, входящие в эту формулу, положительные по знаку. При работе АД в генераторном режиме >0, M0>0, M2<0, M1<0.

При динамическом торможении АД развивает тормозной момент, препятствующий вращению в любом направлении, т.е. механическая характеристика имеет два участка, для первого из которых (во втором квадранте) >0, M0>0, M2<0, M1<0, а для второго (в четвертом квадранте) <0, M0<0, M2>0, M1>0.

3.2.4 На. одном чертеже, руководствуясь требованиями ЕСКД [4], построить графики всех снятых экспериментально механических характеристик. На этом чертеже параллельно оси частот вращения начертить и разметить ось скольжений.

4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1 Название лабораторной работы, ее цель, формулировка задания. J K

2 Технические данные двигателя M1 (тип, Рн, Uн, Iн, nн, n0, pп).

3 Электрические схемы лабораторной установки (с комментариями по их использованию).

Экспериментальные и расчетные данные (таблицы 1, 2 и 3).

Методика расчетов (формулы с комментариями).

6  Графическая часть (чертежи с графиками экспериментально снятых зависимостей, оформленные в соответствии с требованиями ЕСКД).

7 Выводы по работе (анализ зависимостей и характеристик, оценка электромеханических свойств асинхронного двигателя и пр., в произвольной форме).

ПРИМЕЧАНИЕ - Начальная часть отчета по пп.1, 2, 3 и таблицы по формам табл.1, 2 и 3 оформляются при подготовке к выполнению лабораторной работы (одно из условий допуска к работе)

5 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И КОНТРОЛЯ

Конструкция АД с фазным ротором и принцип действия.

Как вычислить скольжение АД?

3 В каких пределах изменяются частота вращения и скольжение АД при его работе в режимах: двигательном, генераторном, противовключения?

Каким образом осуществляется реверс АД?

От чего и как зависит частота вращения поля статора АД?

Вид механической характеристики АД и ее приближенное математическое описание.

Способы регулирования частоты вращения АД с фазным ротором.

8  Электрическая схема включения АД для реализации режима динамического торможения.

Механические характеристики АД при динамическом торможении.

Методика организации различных режимов работы АД с изменяющейся нагрузкой в лабораторной установке.

Методика расчета электромагнитного момента АД по параметрам электрического состояния нагрузочной машины M3.

Как называется характеристика I1(S) и как выглядит ее график?

Достоинства и недостатки АД с фазным ротором.

Как определить значения nо и рп по паспортным данным АД?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

.Ильинский Н.Ф., Козаненко В.Ф. Общий курс электропривода. -М.: Энергоатомиздат, 1992.

Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. -М.: Энергия, 1977.

Методические указания к лабораторным работам "Исследование электромеханических свойств электродвигателей. Лабораторное оборудование и методика экспериментов" по дисциплине "Автоматизированный электропривод". - Сумы: СумГУ, 1994.

4. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. -М.: Энергоатомиздат, 1990.


Определение параметров трехфазного трансформатора по опытам холостого хода и короткого замыкания