Механические характеристики электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по дисциплине

"Теория электропривода"

для студентов направления

6.050702 - ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

для всех форм обучения

 

Севастополь

 

УДК 621.313 (07)

М 545

 

 

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Тория электропривода» для студентов направления 6.050702 – Электромеханика всех форм обучения / разраб. В.П. Попов, Ж.Ю. Слепушкина. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2012. - 72 с.

 

Цель методических указаний: оказать помощь студентам при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Теория электропривода». В методических указаниях даются основные теоретические сведения по рассматриваемым темам, описание лабораторных установок, порядок проведения экспериментальных исследований и контрольные вопросы.

 

Методические указания утверждены на заседании кафедры "Судовых и промышленных электромеханических систем", протокол №8 от 10.05.2012 г.

 

 

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний

 

 

Рецензент: канд.техн.наук, доц. Мартынов В.Н.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………….... 4

1. Лабораторная работа №1 Механические характеристики электро-

двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением …...……..…...……5

2. Лабораторная работа № 2 Исследование механических характеристик

электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением …..……..14

3. Лабораторная работа № 3 Исследование работы асинхронного двига-

теля с короткозамкнутым ротором ……….……….……………..………………25

4. Лабораторная работа № 4 Исследование механических характерис-

тик асинхронного электродвигателя с контактными кольцами ………….……31

5. Лабораторная работа № 5 Исследование механических характеристик

и регулировочных свойств системы генератор- двигатель.……………………41

6. Лабораторная работа № 6 Исследование системы «согласно-встречного» включения.….………………………………………………………………………48

7. Лабораторная работа № 7 Исследование теплового режима асинхронного короткозамкнутого электродвигателя при продолжительной номинальной

нагрузке.……………………………………………………………………………55

8. Лабораторная работа № 8 Исследование теплового режима асинхрон-ного короткозамкнутого электродвигателя при повторно-кратковремен-

ной нагрузке…………………………..….…………………………………………63

9. Лабораторная работа № 9 Исследование схемы для получения

«ползучих» скоростей асинхронного электродвигателя …..……………………68

Библиографический список………………………………………………………..72

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Курс «Теория электропривода» занимает в подготовке инженеров по направлению «Электромеханика» одно из главных мест. В процессе развития техники все больше возрастает роль замкнутых систем электропривода, повышаются требования к точности регулирования переменных и воспроизведения заданных законов движения, в связи с большей напряженностью рабочих режимов усилилось влияние динамических свойств электропривода на производительность машин и качество технологических процессов. Поэтому всегда актуальна задача изучения вопросов динамики электромеханических систем на базе широкого использования методов теории автоматического управления.

Электрический привод представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления её технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций, динамические нагрузки механического оборудования и ряд других факторов. С другой стороны, нагрузка механической части привода, условия движения её связанных масс, точность передач и др. оказывают влияние на условия работы двигателя и системы управления, поэтому электрические и механические элементы электропривода образуют единую электромеханическую систему, составные части которой находятся в тесном взаимодействии.

Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов.

Лабораторная работа № 1

 

ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

Экспериментально получить зависимости скорости вращения электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением от тока якоря и от вращающего момента (электромеханическая и механическая характеристики) в двигательном и генераторном режимах.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

 

Как известно, электромеханическая и механическая характеристики выражаются уравнениями:

, (1.1)

, (1.2)

На рисунке 1.1 представлена зависимость: при введенном сопротивлении в цепь якоря и без него (естественная характеристика) для четырех режимов работы двигателя:

1. Двигательного - участки n₀B и n₀I.

2. Тормозного с рекуперацией энергии – участки n₀A и n₀С.

3. Тормозного по способу противовключения – участок I_К Д.

4. Тормозного замыканием на сопротивление (динамическое торможение) - участки:АВ.

Уравнение (1.2) по характеру не отличается от уравнения (1.1) и механические характеристики будут иметь вид точно такой же как зависимость n=f(I) при Ф=const.

При ослабленном потоке двигателя механические характеристики имеют вид, представленный на рисунке 1.1 пунктирной линией.

Однако, это положение справедливо, если подразумевать под моментом М в уравнении (1.2) момент, развиваемый обмоткой. Последний, как известно, равен: .

Естественной механической характеристикой называют одну из зависимостей п, ω, s=f₁(M); M=f₂(n,ω,s) при номинальном напряжении на зажимах обмотки статора электродвигателя, номинальной схеме включения его обмоток и отсутствии внешних сопротивлений в цепях ротора и статора.

Момент же на валу двигателя будет меньше на величину мо-

мента, соответствующего потерям вращения (механическим и в стали).

.

В теоретическом анализе часто считают постоянной величиной. В таком случае зависимость может быть изображена прямой линией АВ, проходящей через начало координат на рисунке 1.2.

Для более точного определения следует провести прямую (на рисунке 1.2 - линия СД) и для двигательного режима на нее вычесть, а для генераторного прибавить момент потерь вращения .

Момент зависит от скорости двигателя и, кроме того, от состояния смазки подшипников и их разогрева (см. рисунок 1.2).

Если считать , то зависимость представляет собой прямую, параллельную прямой СД (см. рисунок 1.2).

Следует иметь в виду, что вследствие действия реакции, якоря в коммутируемых секциях (размагничивающих машину), при больших нагрузках момент будет несколько меньше и линии СД и EF в верхней части несколько исказятся (пунктирная часть).

Таким образом, если учесть момент потерь вращения, то механические характеристики примут вид, изображенный на рисунке 1.3 сплошными линиями. Пунктиром показаны те же характеристики без учета момента потерь. Искажение прямолинейности характеристики вследствие размагничивающего действия реакции якоря коммутируемых секций изображено на рисунке 1.4 (сплошная линия).

Для расчета момента на валу машины по измеренным электрическим величинам могут быть применены два метода:

1.Отдельных потерь;

2. Пропорциональности току.

При пользовании первым методом необходимо измерять скорость вращения двигателя, ток и напряжение на якоре. При этом мощность, подводимая к якорю , а мощность на валу - , где - суммарные потери.

При этом потери состоят из:

а) потерь в обмотке якоря ,

б) потерь под щетками вследствие наличия переходного сопротивления (здесь - падение напряжения под щетками)

в) потерь вращения , состоящих из потерь в стали, потерь на трение в подшипниках и о воздух. Эти потери могут быть определены по формуле из опыта холостого хода при различных скоростях (приближенно можно считать , пренебрегая величиной ),

г) добавочных потерь , которые согласно "Электротехническим правилам и нормам" для машин постоянного тока принимают 1% от мощности на зажимах.

Таким образом: .

Потери в обмотке возбуждения учитывать не следует, если измеряется только ток якоря.

По найденному значению Σ∆P определяется момент на валу.

При пользовании, вторым методом измеряются те же величины

Момент на валу определяется из соотношения .

Величина определяется из опыта холостого хода при различных скоростях по формуле

(1.3)

и изображается в виде зависимости (см. рисунок 1.7).

Чтобы определить , следует иметь в виду, что коэффициент , где .

Отсюда следует: .

Здесь под величиной следует подразумевать полное сопротивление якорной цепи (включая сопротивление переходного контакта). Величина при этом будет зависеть от тока и может быть определена предварительным измерением сопротивления методом амперметра и вольтметра при неподвижном якоре.

Характер зависимости представлен на рисунке 1.5. Сопротивление от скорости вращения практически не зависит.

Так как величина по сравнению со значением мала (как правило, не более 10%) часто полагают не зависящим от тока, что не может внести большой погрешности.

При снятии характеристик с постоянным током возбуждения, если пренебречь влиянием реакции якоря и коммутируемых секций, можно считать: .

Этот метод может быть применен не только для ДПТ параллельного, но и для двигателей последовательного и смешанного возбуждения.

Следует отметить, что второй метод несколько проще в вычислениях и базируется исключительно на измеренных величинах. Последнее может быть достигнуто и в методе отдельных потерь, если под также подразумевать полное сопротивление якорной цепи, тем самым, включив в и потери под щетками.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Схема для выполнения работы изображена на рисунке 1.6, где М1 - испытуемый двигатель, М2 - нагрузочная машина, G - генератор, M3 — приводной двигатель генератора.

Благодаря тому, что нагрузочная машина M2 связана с генератором, допускающим регулирование напряжения в широких пределах и изменением его полярности, эта схема позволяет осуществить работу машины М1 с различными нагрузками в двигательном и генераторном режимах.

Работа производится на естественной характеристике двигателя М1 (R=R_я) при Ф=Ф_н и Ф=0,75Ф_н; при введенном в цепь якоря сопротивлении (R= R_я+R_д) также при Ф=Ф_н и Ф=0,75Ф_{н .}

 

I. Снять характеристики при и для случаев:

а) двигательный режим;

б) тормозной с рекуперацией;

в) тормозной с замыканием накоротко.

При этом реостаты R₂ и R₃ в цепях якоря и обмотке возбуждения машины М1 полностью выводятся (см. рисунок 1.6).

Пуск производится при разомкнутом переключателе S₄ и минимальном возбуждении генератора G, крайнем правом на схеме положении движка потенциометра R₁, включением переключателя S₁. Переключателем S₃ включается обмотка возбуждения машин М1, М2 и G.

Затем изменением положения движка реостата R₁ увеличивается ток возбуждения и напряжения генератора G. Это вызовет пуск машин М2 и М1, валы которых жестко соединены муфтой. Скорость двигателя увеличивается до такой величины, при которой напряжение на якоре М1 станет равным напряжению сети (при этом следует убедиться и в их одинаковой полярности). После этого можно замкнуть переключатель S₄ на сеть (нижнее положение на схеме). Двигатель М1 будет находиться в режиме, близком к пограничной скорости, машина М1 – в двигательном, М3 – в генераторном с рекуперацией в сеть энергии, М2 – в генераторном, G – в двигательном.

Этот режим достигается уменьшением возбуждения машины G.

При переводе машины М1 в генераторный режим, машина М2 будет на-

ходиться в двигательном режиме, G – в генераторном, М3 – в двигательном.

Этот режим достигается увеличением возбуждения машины G.

Для получения тормозного режима замыканием накоротко, необходимо переключателем S₄ отключить якорь М1 от сети, снижением напряжения генератора G уменьшить скорость агрегата М1-М2 до минимальной величины и поставить переключатель S₄ в положение (верхнее по схеме). Изменением напряжения генератора G можно получить различные точки тормозной характеристики.

 

2. Снять характеристики при R=R_я+R_д и Ф=Ф_н для случаев:

а) двигательного режима

б) тормозного с рекуперацией;

в) тормозного замыканием на сопротивление;

г) тормозного противотоком.

 

Работа на первых трех режимах проводится аналогично приведенному вы-ше описанию, причем в цепь якоря машины Д вводится сопротивление R_{д .}

Для получения режима противотока машина М1 переводится в двигательный режим, затем снижается напряжение генератора G до минимума, переключатель S₂ переводится в другое положение и напряжение генератора снова повышается.

При этом направление вращения агрегата М1-М2 изменится на проти-воположное прежнему направлению и двигатель М1 начинает работать в режиме противотока.

 

3.Снять характеристики при R=R_я и Ф=0,75Ф_н.

В цепь возбуждения машины М1 вводится сопротивление R₃.

 

4.Снятье характеристики при R=R_я+R_д и Ф=0,75Ф_н.

В цепь возбуждения машины М1 вводится сопротивление R₃.

Снятие характеристик производится аналогично пункту 2. Для каждого режима снимается не менее пяти точек.

Результаты опыта и дальнейших вычислений заносятся в таблицу 1.1 (таблица составлена применительно к методу пропорциональности току).

 

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ

 

Для оформления работы требуется:

1. Вычертить принципиальную схему установки, привести данные машин и используемых приборов.

2.Для всех режимов работы вычислить величину вращающего момента на валу испытуемой машины согласно таблицы 1.1, используя зависимость M_вр=f(n) (рисунок 1.7).

3. Построить кривые зависимостей:

- М_м=ψ(I) (только для режима при R=R_я; Ф=Ф_н));

- n=f(I) для Ф=Ф_н и Ф=0,75Ф_н на одном графике;

- n=f(М) для Ф=Ф_н и Ф=0,75Ф_н на одном графике.

4. По паспортным данным машины построить теоретическую зависимость n=f(I) для всех режимов и сравнить с полученным опытом.

5. Дать заключения и выводы.

Таблица 1.1

Режим работы	№ отсчета	Данные опыта	Вычисления	Примеч.
n, рад/сек	U, В	I, А	СмФ	Мэ Н·м	Мвр, Н·м	Мн Н·м
Тормозной с рекуперацией
Двигательный
Тормозной замыканием накоротко
Тормозной с рекуперацией
Двигательный
Тормозной противотоком
Тормозной замык. на сопротивление

 

Таблица 1.2

№	I	Е	Р	М	n	Примечание
А	В	Вт	Н·м	рад/сек
						Ф=Фн   Rд=0
						Ф=0,7Фн   Rд=0
						Ф=0,7Фн   Rд=Rmax
						Ф=Фн   Rд=Rmax

 

 

Рисунок 1.1

 

Рисунок 1.2

Рисунок 1.3

Рисунок 1.4 Рисунок 1.5

 

Элементы схемы (рисунок 1.6)

М1 - испытуемый двигатель, М2 - нагрузочная машина, G - генератор,

M3 - приводной двигатель генератора,

R₂ и R₃ - реостаты в цепях якоря и обмотке возбуждения машины М1,

R₁ – реостат в цепи возбуждения генератора G,

S1, S2, S3, S4, S5 – переключатели в цепях питания и управления.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Построение естественной механической характеристики ДПТ параллельного возбуждения.

2. Построение искусственных механических характеристики шунтового ДПТ.

3. Механические характеристики шунтового ДПТ в режиме противо-включения.

4. Механические характеристики шунтового ДПТ в режиме динамического торможения.

5. Механические характеристики шунтового ДПТ в режиме рекуперации.

 

 

 

Рисунок 1.6

 

Рисунок 1.7

Лабораторная работа № 2

ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

ПРОГРАММА РАБОТЫ

 

1. Ознакомится с электрооборудованием установки.

2. Рассчитать величины тормозных сопротивлений для режимов торможения противовключением и динамического при и .

3. Снять и построить механические характеристики электродвигателя n=f(M)

· естественную;

· искусственные при добавочных сопротивлениях в цепи якоря (по указанию преподавателя);

· искусственные при токах возбуждения i=0,9i_н, i=0,75i_н.

4. Снять характеристики n=f(I) и I=φ(M).

· для режима динамического торможения при тормозных сопротивлениях, рассчитанных в п.2;

· для режима рекуперативного торможения при добавочных сопротивлениях в цепи якоря (по указанию преподавателя).

5. По характеристикам n=f(I) и I=φ(M) рассчитать и построить механические характеристики n=f(M) для всех режимов торможения.

6. По аналитическим формулам рассчитать и построить естественную и искусственную механические характеристики n=f(M) при U=Uн и R₁=0.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Под механической характеристикой электродвигателей постоянного тока параллельного возбуждения понимается одна из следующих зависимостей в установившемся режиме работы:

а) зависимость между числом оборотов электродвигателя в минуту и моментом сопротивления (нагрузки) на его валу n=f(M);

б) зависимость угловой скорости электродвигателя от момента сопротивления на его валу ω=φ (М);

в) зависимость вращающего момента электродвигателя от скорости его вращения или от угловой скорости М=ψ(n), M=f(ω).

Механические характеристики определяются электромеханическими свойст-

вами электродвигателя, величинам сопротивлений и способами включения их в цепь обмоток электродвигателя.

Механические характеристики разделяются на две группы: естественные и искусственные.

Естественной механической характеристикой называют одну из зависимостей: n=f(M), ω= f(M), M=ψ(n), M=f(ω), при номинальном напряжении на зажимах электродвигателя, номинальной схеме включения его обмоток и отсутствии внешних сопротивлений в их цепях.

Искусственной механической характеристикой электродвигателя постоянного тока называется одна из вышеуказанных зависимостей при условии питания его от сети с напряжением, отличным от номинального, или же при включении в цепь его якоря или в цепь возбуждения внешних сопротивлений, а также в случае включения электродвигателя по специальным схемам.

Механические свойства электродвигателя оцениваются изменением скорости (числа оборотов в минуту) с изменением момента нагрузки. Изменение скорости электродвигателя в пределах изменения нагрузки от холостого хода до номинальной, выраженное в процентах, характеризует собой степень жесткости механической характеристики:

,

где n₀ – число оборотов в минуту при холостом ходе;

n_H – число оборотов в минуту при номинальной нагрузке.

 

В тормозных режимах

 

В практике электропривода находят применение следующие тормозные режимы:

1. Режим электродинамического (динамического) торможения,

2. Режим противовключения (противотока, электромагнитного тормоза),

3. Режим рекуперативного торможения (генераторного торможения с рекуперацией энергии).

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. До начала исследования производится ознакомление с электрооборудованием установки, записываются паспортные данные электродвигателя и рассчитываются величины тормозных сопротивлений. Величина дополнительного сопротивления для режима противовключения определяется из выражения:

(2.10)

Величина дополнительного сопротивления для режима динамического торможения определяется из выражения:

(2.11)

2. Естественная механическая характеристика двигателя снимается при отсутствии внешних сопротивлений в якорной цепи и в обмотке возбуждения. Напряжения сети поддерживается равным номинальному. При снятии характеристики достаточно получить 4-5 точек. Ток в якоре испытуемого двигателя во время опыта не должен превосходить номинального значения.

Искусственные характеристики снимаются при добавочных сопротив-лениях в цепи якоря и при токах возбуждения, указанных в программе работы.

3. Механические характеристики двигателя в тормозных режимах рассчитываются по характеристикам n=f(t) и I=φ(τ), последние снимаются при помощи самопишущих приборов. (Механические характеристики могут быть получены также при изменении момента нагрузки на валу испытуемого электродвигателя. Обороты двигателя при этом определяются при помощи тахометра).

Перед снятием характеристик n=f(t) и I=φ(τ), необходимо определить масштаб скорости и тока на ленте самопишущих приборов. Порядок снятия ха-

рактеристик n=f(t) и I=φ(τ) для режимов динамического торможения и проти-

вовключения токов:

а) запустить испытуемый двигатель;

б) включить двигатель самописцев;

в) ввести необходимое дополнительное сопротивление, одновременно произвести переключение в схеме;

г) по окончании переходного процесса самописцы отключить, испытуемый двигатель вновь запустить для снятия следующей характеристики.

Порядок снятия характеристик n=f(t) и I=φ(τ) для рекуперативного торможения токов:

а) запустить испытуемый двигатель;

б) ослаблением поля довести скорость вращения двигателя до n=1.5·n_H;

в) включить двигатели самописцев;

г) резко усилить поле (вывести сопротивление в цепи возбуждения);

д) по окончании переходного процесса самописцы отключить.

 

Рисунок 2. 1 Рисунок 2.2

 

Рисунок 2.3 Рисунок 2.4

 

 

 

Рисунок 2.5 Рисунок 2.7

 

 

 

Рисунок 2.6

 

 

Рисунок 2.8 Рисунок 2.9

 

Элементы схемы (рисунок 2.10):

М – двигатель постоянного тока, G – нагрузочный генератор, BR - тахогенератор,

LM, LBR, LG – обмотки возбуждения ДПТ, тахогенератора, нагрузочного генератора,

R1, R2, R, Rвг – регулировочные реостаты,

S1, S2, S3 – пакетные переключатели для подключения обмоток возбуждения к питанию, нагрузки к генератору, якорной цепи двигателя.

 

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ

Для оформления работы требуется:

1. Вычертить принципиальную схему установки, привести данные машин и используемых приборов.

2.Построить естественную и искусственные механические характеристики n =f(M).

3. По характеристикам n=f(t) I=f(t) рассчитать и построить механические характеристики n =f(M) для всех режимов торможения.

4. По паспортным данным машины построить теоретическую зависимость n=f(I) для всех режимов и сравнить с полученным опытом.

5.По аналитическим формулам рассчитать и построить естественную и искусственную механические характеристики n=f(M) при U=Uн и R1=0.

6. Дать заключения и выводы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Естественная механическая и электромеханическая характеристики шунтового ДПТ.

2..Регулирование скорости шунтового ДПТ при М=const.

 

Рисунок 2.10 - Схема опыта

3. Регулирование скорости шунтового ДПТ при Р=const.

4. Тормозные режимы шунтового ДПТ.

Лабораторная работа № 3

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомление со схемой эксперимента и снятие паспортных данных исследуемого оборудования.

2. Снизить напряжение при помощи регулятора напряжения равным U=0.5U_н пустить асинхронный двигатель в ход.

3. Возбудить нагрузочный генератор.

4. Изменяя нагрузку генератора снять показания приборов: I сети, P сети, cosφ, n, U_г, I_n при напряжении на асинхронном двигателе равном: 0.5U_н; 0.75U_н; U_н. Показания приборов записать в таблицу 1.

5. Рассчитать и построить зависимости: n, cosφ, s, КПД=f(M).

6. Построенные кривые сравнить с теоретическими.

7. Обработка результатов исследований и оформление отчета.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Из курса «Электрические машины» известно, что момент, развиваемый асинхронным электродвигателем пропорционален квадрату приложенного напряжения:

. (3.1)

Для нахождения максимального момента берем производную и приравниваем ее к нулю; опуская процесс дифференцирования и последующие преобразования, найдем конечный результат этого решения:

. (3.2)

Поскольку в асинхронных двигателях , то можем пренебречь r₁, и тогда получим приближенную величину критического скольжения:

.

Подставляя значение s_k в формулу момента, получим выражение макси-

мального вращающего момента:

. (3.3)

Из этой формулы видно, что максимальный момент не зависит от активного сопротивления ротора r’₂. Учитывая, что , и, пренебрегая в знаменателе величиной r₁, получим выражение:

. (3.4)

Т.е. величина максимального момента асинхронного двигателя также пропорциональна квадрату напряжения.

Наряду с номинальным и максимальным моментами, одну из важнейших характеристик асинхронного двигателя составляет пусковой момент М_n. Значение М_n получается из общей формулы момента при s=1:

Т.к. моменты M_n и M_max пропорциональны U₁², то при напряжении меньше номинального, зависимости n=f(M) и M=f₁(s) располагаются в области, соответствующей меньшим моментам (рисунки 3.1, 3.2).

Сравнительно небольшое снижение напряжения приводит к существенному уменьшению M_max, от величины которого зависит перегрузочная способность двигателя. При снижении напряжения на 30% максимальный момент уменьшается приблизительно в два раза, что делает невозможным работу двигателя даже при номинальном нагрузочном моменте.

Влияние понижения напряжения на скорость вращения двигателя весьма невелико:

если (см. рисунок 3.2), то .

Ввиду того, что M, M_n и M_max изменяются прямо пропорционально квадрату приложенного напряжения, а обороты меняются незначительно, то нормальная работа асинхронных двигателей при пониженном напряжении не применяется (для регулировки числа оборотов двигателя).

С другой стороны, уменьшение напряжения подводимого к двигателю, при работе двигателя с нагрузкой, уменьшает его cosφ и КПД (за счет уменьшения потребляемой двигателем реактивной мощности и уменьшения потерь).

Действительно, намагничивающий ток будет изменяться в зависимости от напряжения по характеристике холостого хода (рисунок 3.3) и чем напряжение будет меньше, тем больше зависимость Ф=f(I₀) будет принимать линейный характер.

Потери в стали пропорциональны квадрату магнитной индукции:

 

. (3.5)

 

Т.е. потери холостого хода пропорциональны квадрату приложенного напряжения, а намагничивающий ток при приложенном напряжении изменяется почти линейно от приложенного напряжения, поэтому cosφ и КПД при работе с пониженным напряжением сети с ростом нагрузки будут выше, чем при работе с номинальным напряжением (рисунок 3.4).

Этим свойством асинхронного двигателя пользуются на практике, применяя переключение обмоток статора двигателя с треугольника на звезду. При этом фазное напряжения обмотки статора уменьшается в раз, вследствие чего уменьшаются ток холостого хода (считаем, что ток холостого хода, примерно равный току намагничивания, от нагрузки не зависит) и реактивная мощность намагничивания. Это вызовет увеличение cosφ и КПД. Максимальный момент, развиваемый двигателем, уменьшается в 3 раза. В целях сохранения устойчивости работы нагрузка должна быть уменьшена в 3 раза по сравнению с номинальной. Тогда скольжение остается равным номинальному, а момент на валу и ток ротора уменьшается в 3 раза.

Обычно короткозамкнутый двигатель при пуске на полное напряжение сети потребляет 5-7 кратный ток от номинального.

В тех случаях, когда приводы пускаются не под нагрузкой и имеют нормальную схему соединения обмотки треугольником, применяют пуск с переключением со звезды на треугольник, в этом случае пусковой ток снижается в 3 раза.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Работа проводится по схеме, изображенной на рисунке 3.5, где РН – регулятор напряжения; М – асинхронный двигатель; G – нагрузочный генератор.

Нагрузочный генератор независимого возбуждения может работать на нагрузочное сопротивление, создавая тормозной момент на валу двигателя М, либо на сеть постоянного тока 220В.

В последнем случае