Laboratorinis darbas Nr. 3
ASINCHRONINIO VARIKLIO SU TRUMPAI JUNGTU ROTORIUMI MECHANINĖS CHARAKTERISTIKOS
• Darbo tikslas
Šio darbo tikslas – ekspermentiškai nustatyti asinchroninių variklių su trumpai jungtu rotoriumi mechanines charakteristikas, esant įvairiems jų darbo režimams.
• Teorinė dalis
Iš visų elektros variklių rūšių pramonėje, žemės ūkyje ir bityje plačiausiai paplitę asinchroniniai elektros varikliai. Sukurta daug įvairių tipų asinchroninių variklių, kurie skiriasi savo elektrinių ir magnetinių grandinių konstrukcija. Galios elektros pavarose naudojami asinchroniniai varikliai (0,6 kW ir daugiau) paprastai būna dviejų tipų: su faziniu rotoriumi ir su narveliniu rotoriumi. Dažnesni asinchroniniai varikliai su narveliniu (trumpai jungtu) rotoriumi.Asinchroniai varikliai gali dirbti keturiais režimais: variklio, priešjungimo stabdymo, generatorinio (rekuperacinio) stabdymo ir dinaminio stabdymo. Kiekvienas režimas turi savaą, jam būdingą, mechaninę charakteristiką.
Esant variklio režimui, iš tinklo imama elektros energija paverčiama mechanine ir velenu perduodama darbo mašinai. Paimta iš tinklo energija suvartojama naudingam darbui atlikti ir nuostoliams elektros ir darbo mašinose padengti, elektros ir darbo mašinose virsta šiluma ir išsisklaido aplinkoje. Priešjungimo stabdymo režimas gaunamas tada, kai variklio statoriaus apvijos prie tinklo yra prijungtos taip, kad jo rotorius suktųsi į vieną pusę, bet išorinio sukimo momento jis yra sukamas priešinga kryptimi. Esant priešjungimo stabdymo režimui, elektros mašina velenu gauna mechaninę energiją iš maitinančio tinklo. Energija išsiskiria tik variklyje ir papildomame reostate (kai variklis su faziniu rotoriumi).Esant generatoriniam (rekuperaciniam) stabdymui darbo mašina suka variklį jo sukimosi kryptimi greičiu, didesniu už sinchroninį. Šiuo atveju asinchroninis variklis dirba kaip generatorius, iš tinklo imdamas įmagnetinimui sunaudojamą energiją, o iš darbo mašinos velenu gaudamas mechaninę energiją. Reikia pažymėti, kad asinchroninis variklis generatoriaus režimu dirba su mažu naudingumo koeficientu – dėl didelių energijos nuostolių tik palyginti nedidelė gaunamos energijos dalis grąžinama į tinklą.
Dinaminio stabdymo režimas šiek tiek panašus į generatorinį. Šiuo atveju asinchroninis variklis dirba taip pat, kaip generatorius, gaunantis mechaninę energiją iš darbo mašinos, tačiau įmagnetinimui elektros energija imama ne iš kintamosios, o iš nuolatinės srovės tinklo. Variklis dirba kaip sinchroninis generatorius su kintamu dažnumu, sąlygojamu variklio sukimosi greičio. Energija šiuo atveju mašinoje ir rotoriaus išorinės grandinės varžose (jei variklis su faziniu rotoriumi) virsta šiluma ir išsisklaido aplinkoje.Asinchroninių variklių greitį galima reguliuoti (t.y. gauti dirbtines mechanines charakteristikas) šiais būdais:1) įjungiant į statoriaus grandines papildomas aktyvines, reaktyvines ar kompleksines varžas,2) perjungiant statoriaus polių porų skaičių,3) keičiant maitinančios įtampos dydį,4) keičiant maitinančios įtampos dažnumą,5) galimas ir kombinuotas šių būdų panaudojimas.
Varikliui dirbančiam su nepilnu apkrovimu, prijungus sumažintą įtampa, pagerėja jo naudingumo ir galios koeficientai.Variklio maitinimo įtampa praktikoje keičiama fazinio valdymo elektros pavarose arba droselinėse asinchroninėse pavarose. Tokiu būdu reguliuojamas variklio sukimosi greitis. Praktikoje dar naudojamas trikampiu sujungtos statoriaus apvijos perjungimas į žvaigždę (30 – 40 % apkrautiems varikliams). Tuo fazinė įtampa sumažinama √3 kartų, o variklio kritinis ir paleidimo momentai sumažėja 3 kartus.Įjungiant kai kuriuos darbo mechanizmus, reikia palaipsniui didinti variklio momentą. Tada, įjungiant asinchroninį variklį, įvairiais būdais palaipsniui keičiama įtampa:a) įjungiant į statoriaus grandinę aktyvines ir reaktyvines varžas,b) naudojant įtampą pažeminančius transformatorius,c) perjungiant statoriaus apviją iš trikampio į žvaigždę paleidimo laikotarpiu,d) naudojant tiristorinius paleidiklius (įtampos reguliatorius) su automatinėmis srovės ribojimo sistemomis.
• Užduotis
1. Susipažinti su laboratorinio darbo aprašymu ir stendu.2. Asinchroniniam varikliui su trumpai jungtu rotoriumi gauti šias charakteristikas:a) natūralią, dirbant variklio ir generatorinio stabdymo režimu, kai tinklo įtampa U1=380 V,b) dvi dirbtines charakteristikas, dirbant variklio režimu kai U1= 300V ir U1=220V,
c) dvi charakteristikas, dirbant dinaminio stabdymo režimu, kai Id= 10A ir Id=5A.3. Gauti asinchroninio variklio greičio reguliavimo charakteristiką n=f(U1), dirbant su I =< IN , kai U1=50 – 400 V.4. Antrame punkte gautas charakteristikas nubraižyti vienoje koordinačių sistemoje, o trečiame – kitoje.5. Iš antrame punkte gautų mechaninių variklinio režimo charakteristikų grafikų rasti priklausomybes M=f(U1) ir M=f(U12), esant pastoviam slydimui, pvz., kai s=0,08, (galima surasti po 3 taškus s) ir jas nubraižyti vienoje koordinačių sistemoje.• Darbo eiga
Laboratorinio darbo schema skiriasi nuo strendo schemos tuo, kad stendo schemoje dar yra asinchroninis variklis su faziniu rotoriumi M3, sujungtu bendru velenu su M4. Atliekant šį laboratorinį darbą, M3 turi būti nuo tinklo atjungtas. Papildomai į bandomojo variklio M4 statoriaus grandinę reikia įsijungti komplektinį matavimo prietaisą K50.Agregatai paleidžiami tokia tvarka:a) nustatomos perjungiklių padėtys. SA5-1, SA6-1 visi likusieji – 0,b) įjungiamas stendo maitinimas = 220 V ir ~380 V,c) mašinai M1 nustatomas maksimalus žadinimas, o mašinai M2 – sumažinamas iki 0,d) jungikliu S3 paleidžiamas agregatas M5-M2,e) mašinos M2 žadinimas padidinamas iki maksimalaus,f) perjungiklis SA3 įjungiamas į 2 padėtį,g) perjungikliu SA2 M4 prijungiamas (2 padėtis) prie tinklo ir reostatu R2 nustatoma tuščia eiga (A1 rodo nulį).Pradžioje bandomas variklis, kai prie jo statoriaus prijungta pilna įtampa. Po to gaunamos charakteristikos, esant sumažintai statoriaus įtampai. Tuo tikslu nukraunamas bandomasis variklis, įjungiamas potencoreguliatorius, jo įtampa atreguliuojama lygi tinklo įtampai 380 V ir perjungiklis SA2 iš 2 padėties perjungiamas į 1. Kadangi, palyginus su bandomuoju varikliu, jis yra nedidelio galingumo, tai bandomąjį variklį apkrovus, krinta UU išėjimo įtampa. Todėl po kiekvieno AV2 apkrovimo pakeitimo, kai bandymai atliekami esant sumažintai įtampai, reikia UU valdymo mygtukais SB1-2 sureguliuoti užduotyje nurodytą įtampos U1 dydį ir tik po to užrašyti prietaisų parodymus.
Atliekant bandymus su M4 varikliu ir keičiant apkrovimą, reikia atidžiai sekti komplekte K50 esančio ampermetro parodymus. Jo parodymai neturi viršyti 16 A. Esant dideliam apkrovimui, kai bandoma variklio statoriaus srovė yra didesnė už vardinę (IN=9,7 A), reikia stengtis greitai užrašyti prietaisų parodymus ir, juos užrašius, variklį tuoj pat nukrauti.Rin = 0,5ΩIr Mt.e. = 1,2 + 0,8 Jž(M/1000) N•m,čia Rin – mašinos M1 inkaro grandinės varža, Ω,Iž – mašinos M1 žadinimo srovė, A, n – jos greitis, r/min. Esant bet kuriam režimui, išskyrus rekuperacinio stabdymo, Mem galima apskaičiuoti ir paprasčiau: Mem = kM ۰ Iin ; mūsų stendui kM = 1,59 (N•m/A)
• A t a s k a i t a
• Darbo schema:
• Matavimo ir skaičiavimo rezultatų lentelė Matavimai Skaičiavimain Uin Iin Iž Uin · Iin Iin2 · Rin Pem Mem Mt.e M
V A A W W W N•m N•m N•m1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Variklio režimas ( natūrali charakteristika U1 = 380 V)1470 210 0 0,7 0 0 0 0 2,02 2,021440 200 5 0,7 1000 12,5 1012,5 6,71 2 8,711410 190 10 0,7 1900 50 1950 13,2 1,99 15,191380 180 15 0,7 2700 112,5 2812,5 19,5 1,97 21,471380 170 20 0,7 3400 200 3600 24,9 1,97 26,87Generatorinis režimas ( natūrali charakteristika U1 = 380 V)1470 220 5 0,7 1100 12,5 1087,5 7,1 2,02 -5,081500 225 10 0,7 2250 50 2200 14 2,04 -11,961515 230 15 0,7 3450 112,5 3337,5 21 2,05 -18,951530 235 20 0,7 4700 200 4500 28 2,06 -25,94Variklio režimas (dirbtinė charakteristika U1 = 300 V)1440 210 0 0,7 0 0 0 0 2,01 2,011410 200 5 0,7 1000 12,5 1012,5 6,9 1,99 8,891380 185 10 0,7 1850 50 1900 13,1 1,97 15,071350 170 15 0,7 2550 112,5 2662,5 18,8 1,96 20,761290 160 20 0,7 3200 200 3400 25,2 1,92 27,12Variklio režimas (dirbtinė charakteristika U1 = 220 V)1440 210 0 0,7 0 0 0 0 2 21380 190 5 0,7 950 12,5 962,5 6,7 1,97 8,671260 170 10 0,7 1700 50 1750 13,3 1,9 15,21110 145 13 0,7 1885 84,5 1969,5 16,9 1,82 18,72900 115 14 0,7 1610 98 1708 18,1 1,7 19,8690 85 13 0,7 1105 84,5 1189,5 16,5 1,59 18,09Dinaminio stabdymo režimas, kai Id = 10 A1380 205 3,5 0,7 717,5 6,125 711,375 4,92 1,97 -2,951200 180 3,5 0,7 630 6,125 623,875 4,97 1,87 -3,1900 130 3,5 0,7 455 6,125 448,875 4,76 1,7 -3,06600 90 4 0,7 360 8 352 5,6 1,54 -4,06450 65 5 0,7 325 12,5 312,5 6,63 1,45 -5,18300 50 6 0,7 300 18 282 8,98 1,37 -7,61150 30 9 0,7 270 40,5 229,5 14,6 1,28 -13,360 15 18 0,7 270 162 108 17,2 1,23 -1630 8 10 0,7 80 50 30 9,55 1,22 -8,33
tęsinys: Uin Iin Iž Uin · Iin Iin2 · Rin Pem Mem Mt.e M
V A A W W W N•m N•m N•mDinaminio stabdymo režimas, kai Id = 5 A1440 210 2 0,7 420 2 418 2,77 2 -0,771080 165 2 0,7 330 2 328 2,9 1,8 -1,1840 125 2 0,7 250 2 248 2,82 1,67 -1,15600 90 2 0,7 180 2 178 2,83 1,54 -1,29360 55 2 0,7 110 2 108 2,87 1,4 -1,47240 35 3 0,7 105 4,5 100,5 4 1,33 -2,67120 20 4 0,7 80 8 72 5,73 1,27 -4,4630 10 6 0,7 60 18 42 13,4 1,22 -12,2Greičio reguliavimo charakteristika n=f(U1), dirbant su I < IN , kai U1 = 200 ~ 4001410 400 12 0,7 1380 360 12 0,7 1350 300 12 0,7 1290 260 12 0,7 1140 220 12 0,7
• Naudotų mašinų ir prietaisų nominalūs duomenys
U P I n n.v.k. Rin V kW A % ΩM 3 ~380 5.5 12 1420 85 –M 4 ~380 4.5 9.7 1440 85.5 –M 5 ~380 10.0 21.5 1420 83.5 –M 1 =220 6.8 29.6 1460 0.5M 2 =220 6.8 29.6 1460 0.5
• Pagrindinės skaičiavime naudotos formulės:
• Grafikai
Greičio reguliavimo charakteristika