Исполнение концов вала электродвигателей.

Условные обозначения исполнений концов вала электрических машин (4–я цифра):
0 – без конца вала
1 – одним цилиндрическим концом вала
2 – двумя цилиндрическими концами вала
3 – одним коническим концом вала
4 – двумя коническими концами вала
5 – одним фланцевым концом вала
6 – двумя фланцевыми концами вала
7 – фланцевым концом вала на стороне D (стороне привода) и цилиндрическим концом вала на стороне N (противоположной стороне D)
9 – прочие исполнения концов вала.
Степень защиты электродвигателя (ГОСТ 17494-87)
Степень защиты обозначают латинскими буквами IP и характеристическими цифрами, означающими соответствие машин условиям, изложенным ниже:
1-я цифра:
0 – без защиты
1 – защита от твердых объектов размерами свыше 50мм (например, от случайного касания руками)
2 – защита от твердых объектов размерами свыше 12 мм (например, от случайного касания пальцами)
3 – защита от твердых объектов размерами свыше 2,5 мм (например, инструментов, проводов)
4 – защита от твердых объектов размерами свыше 1мм (например, тонкой проволоки)
5 – защита от пыли (без осаждения опасных материалов)
2-я цифра:
0 – без защиты
1 – защита от вертикально падающей воды (конденсация)
2 – защита от воды, падающей под углом 15º к вертикали
3 – защита от воды, падающей под углом 60º к вертикали
4 – защита от водяных брызг со всех сторон
5 – защита от водяных струй со всех сторон
6 – защита от воздействия морских волн
7 – защита от проникновения воды при кратковременном погружении
8 – защита от проникновения воды при продолжительном погружении

Основные принципы выбора электродвигателя

Правильно выбранный электродвигатель должен удовлетворять ряду условий. Необходима, чтобы напряжение двигателя соответствовало напряжению сети, а его мощность была близка к мощности машины. Двигатель недостаточной мощности работает с перегрузкой и быстро выходит из строя, двигатель завышенной мощности характеризуется большими потерями электрической энергии за счет уменьшения к. п. д. и коэффициента мощности.

При выборе электродвигателя нужно стремиться к тому, чтобы частота его вращения была как можно более близкой к частоте вращения машины. Исполнение выбираемого двигателя должно полностью соответствовать условиям окружающей среды.

Определение начал и концов обмоток электродвигателя

Выводы обмоток трехфазных электродвигателей размечают в два этапа. На первом этапе мультиметром или вольтметром определяют, к каким фазам принадлежат выводы обмоток. С этой целью к зажиму сети через вольтметр (мультиметр в режиме измерения напряжения) присоединяют один из шести выводов статорной обмотки двигателя. Проводом, подключенным к другому зажиму сети, поочередно прикасаются к каждому из остальных пяти выводов до тех пор, пока лампа не загорится. Это означает, что два вывода, присоединенных к сети принадлежат одной обмотке. Таким способом все выводы обмоток разделяют на три пары по числу фаз. Можно так же определить принадлежность выводов обмотки к одной и той же фазе следующим образом. Зажимами мультиметра в режиме измерения сопротивления или прозвонки, (или мегаомметром) прикасаются к разным выводам обмоток. Сначала одним зажимом прикасаются к одному из выводов обмотки, затем другим зажимом поочередно к остальным выводам до тех пор пока мультиметр не покажет малое сопротивление (мегаомметр – нуль) или не зазвенит зуммер прозвонки). Далее первым зажимом мультиметра прикасаются к следующему выводу обмотки и так далее.

После попарной классификации концов фазных обмоток начинают второй этап - определяют начало и конец обмоток. Для этого три обмотки соединяют последовательно и включают в сеть напряжением 220 В. Параллельно каждой обмотке подключают вольтметр со шкалой 80...100 В (мультиметр в режиме измерения напряжения). При согласном включении обмоток (т. е. когда конец первой обмотки окажется соединенным с началом второй, а конец второй - с началом третьей обмотки) вольтметр должен показать одинаковое напряжение на всех обмотках. Если же две обмотки включены согласно, а одна встречно, вольтметр, присоединенный к ней, покажет большее напряжение по сравнению с другими. Это объясняется тем, что из-за встречного соединения одной из обмоток электродвигателя в каждой из двух других, включенных согласно, уменьшаются магнитный поток и напряжение на их зажимах. На обмотке, включенной встречно двум другим, напряжение повышается, так как в ней наводится электродвижущая сила, обусловленная взаимной индукций двух других обмоток. Если же все обмотки включены согласно, тогда значения магнитных пороков и электродвижущих в них равны. На концах обмоток закрепляют металлические бирки с соответствующими обозначениями.

Работа АД в трехфазном режиме

Исследование работы АД будем производить на стенде, где в качестве механической нагрузки на вал исследуемого АД применяется генератор постоянного тока параллельного возбуждения. В ходе работы необходимо построить и проанализировать следующие зависимости: M=f(P₂), η=f(P₂), n₂=f(P₂), сosφ=f(P₂) в одной координатной системе и механическую характеристику M = f(s) - в другой координатной сетке. Здесь М – момент вращения электродвигателя; Р₂ - механическая мощность на валу двигателя; η – КПД АД; сosφ – коэффициент мощности АД; S – скольжение АД.

Ниже приведены основные выражения, характеризующие работу АД.

Асинхронный двигатель является симметричной нагрузкой трехфазной сети и общую активную потребляемую мощность можно определить, зная потребляемую мощность в одной из фаз:

Р₁ = 3 Р_Ф , Вт

Поскольку в лабораторной установке в качестве механической нагрузки двигателя используется электрический генератор. Тогда механическая мощность на валу двигателя определяется исходя из электрической мощности, отдаваемой генератором и его КПД:

Р₂ = Р_Г / η _Г ; Р_Г = U₂ I₂ , Вт

Зная выходную механическую мощность двигателя можно определить полезный момент на валу двигателя:

Мн = 9550 Р₂/n, Нм,

где Р₂ приводится в кВт.

Магнитное поле статора АД вращается в пространстве с частотой:

n = 60f/p, об/мин

где f - частота переменного тока, Гц; p - число пар полюсов обмотки статора.

Скольжение определяется:

s = (n-n_p/n)·100%,

где n – частота вращения магнитного поля статора, об/мин; n_р – частота вращения ротора, об/мин.

Линейный ток двигателя:

I = P₁/ √3 · Uл · η ·cosϕ, А

Для построения механической характеристики АД дополнительно потребуются следующие данные:

Мп = Мн·к_п,

где –Мп – пусковой момент АД; к_п – кратность пускового момента (определяется по справочным данным АД).

Мкр = Мн·к_кр

где –Мкр – критический (максимальный) момент АД; к_кр– кратность критического (максималь АДного) момента (определяется по справочным данным АД).

В ходе работы необходимо построить рабочую ветвь механической характеристики, в то время как разгонную ветвь необходимо построить исходя из данных о пусковом и критическом моментах АД.

Работа АД в однофазном режиме

При питании статорной обмотки асинхронного двигателя однофазным током возникает не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле. В этом случае работа машины возможна, но для запуска необходимо дополнительно в схему управления двигателем вводить специальные пусковые элементы, подключаемые к обмоткам двигателя только на время его разгона. В результате подключения пусковых элементов магнитное поле статора из пульсирующего преобразуется во вращающееся, но изменяющееся по величине. В целом при питании двигателя от однофазной сети удельная мощность двигателя снижается приблизительно на 30% и значительно ухудшаются его энергетические характеристики.

В лабораторной установке используется трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Для его запуска от однофазной сети в цепь одной из обмоток подключается пусковой конденсатор. Для создания механической нагрузки двигателя служит генератор.

Для включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть обмотки статора могут быть соединены в звезду или треугольник как это показано на рисунке 9.1

Рис. 9.1 – Схемы подключения АД к одной фазе.

Напряжение сети подводят к началам двух фаз. К началу третьей фазы и одному из зажимов сети присоединяют рабочий конденсатор 1 и отключаемый (пусковой) конденсатор 2, который необходим для увеличения пускового момента.

Пусковая емкость конденсаторов

Сп = Ср + Со,

где Ср — рабочая емкость, Со — отключаемая емкость.

После пуска двигателя конденсатор Сп отключают.

Рабочую емкость конденсаторного двигателя для частоты 50 Гц определяют по формулам:

для схемы на рис. а: Ср = 2800 Iном /U;
для схемы на рис. б: Ср = 4800 Iном /U;
для схемы на рис. в: Ср = 1600 Iном / U;
для схемы на рис. г: Ср = 2740 Iном / U,

где Ср — рабочая емкость при номинальной нагрузке, мкФ;
Iном — номинальный ток фазы двигателя, А;
U — напряжение сети, В.

Нагрузка двигателя с конденсатором не должна превышать 65—85% номинальной мощности, указанной на щитке трехфазного двигателя.

Если пуск двигателя происходит без нагрузки, то пусковая емкость не требуется — рабочая емкость будет в то же время пусковой. В этом случае схема включения упрощается. При пуске двигателя под нагрузкой, близкой к номинальному моменту необходимо иметь пусковую емкость Сп = (2,5 ÷ 3) Ср.

Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по соотношениям:

для схемы на рис. а, б: Uк = 1,15 U;
для схемы на рис. в: Uк = 2,2 U;
для схемы на рис. г: Uк = 1,3 U,

где Uк и U — напряжения на конденсаторе и в сети.

Если трехфазный электродвигатель, включенный в однофазную сеть, не достигает номинальной частоты вращения, а застревает на малой скорости, следует увеличить сопротивление клетки ротора проточкой короткозамыкающих колец или увеличить воздушный зазор шлифовкой ротора на 15—20%.

В том случае, если конденсаторы отсутствуют, можно использовать резисторы, которые включаются по тем же схемам, что и при конденсаторном пуске. Резисторы включаются вместо пусковых конденсаторов (рабочие конденсаторы отсутствуют).

Сопротивление (Ом) резистора может быть определено по формуле^

R=0.86·U/к·I

где R — сопротивление резистора; к - кратность пускового тока; I - линейный ток в трехфазном режиме.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с лабораторным стендом, асинхронным двигателем и измерительными приборами. Записать их паспортные данные.

2.Собрать электрическую схему (рис. 9.2) и представить ее для проверки преподавателю.

Рис.9.2 - Схема подключения асинхронного двигателя с нагрузкой

3. Выполнить пуск двигателя при замкнутом ключе К с последующим его отключением.

4. Установить регулировочным реостатом в цепи возбуждения паспортное напряжение нагрузочного генератора.

5. Снять рабочие характеристики асинхронного двигателя, нагружая двигатель при помощи генератора уменьшением сопротивления нагрузочного реостата. Выполнить 5-6 измерений, начиная с холостого хода двигателя. Записать показания приборов в табл.9.1.

Таблица9.1 - Результаты испытаний АД

6. Отключить двигатель от сети. Изменить направление вращения двигателя, поменяв местами два любых фазных провода. Включить двигатель и проконтролировать изменение направления вращения двигателя.

7. Вычислить параметры двигателя.

8. На основании паспортных данных двигателя построить механическую характеристику во всем диапазоне скольжений.

9. По результатам опытов и расчетов построить рабочие характеристики M=f(P2), η=f(P2), n2=f(P2), сosφ=f(P2) в одной координатной системе и механическую характеристику M = f(s) - в другой координатной сетке.

10. Сделать выводы по исследованию работы АД в трехфазном режиме.

11. Рассчитать емкость пускового и рабочего конденсаторов. Собрать электрическую схему (рис. 9.3) и представить ее для проверки преподавателю.

12. Подключить двигатель к источнику переменного тока 220 В, подключить пусковой и рабочий конденсаторы и после разгона двигателя отключить.

13. Установить регулировочным реостатом в цепи возбуждения нагрузочного генератора напряжение равное 50-60% от номинального.

14. Снять рабочие характеристики асинхронного двигателя, нагружая двигатель по средством генератора включением ламп нагрузочного реостата. Выполнить 3-4 измерений, начиная с холостого хода двигателя. Записать показания приборов в табл.7.1.

15. Отключить двигатель от сети.

16. Вычислить параметры двигателя.

17. Пользуясь результатами измерений и вычислений, построить в масштабе на одной координатной сетке рабочие характеристики M=f(P2), η=f(P2), n2=f(P2), сosφ=f(P2) в одной координатной системе и механическую характеристику M = f(s) - в другой координатной сетке.

8. Сформулировать выводы по работе АД в однофазном режиме.

Рис. 9.3 - Схема включения АД в однофазном режиме.

Принцип действия и конструкция СМ

Синхронной машиной называется такая машина переменного тока, ротор которой вращается с такой же скоростью, что и магнитное поле, создаваемое статорной многофазной обмоткой переменного тока, т.е. с синхронной скоростью:

n = 60·f/p

где f – частота сети; р – количество пар полюсов.

Синхронные машины делятся на двигатели и генераторы. Генераторы, в отличие от двигателей, преобразовывают механическую энергию в электрическую. Двигатели наоборот.