Лабораторная работа: Исследование асинхронного исполнительного двигателя с полным немагнитным ротором

Эти характеристики нелинейны, наиболее линейные участки лежат в области малых , то есть в начальной части графиков. Поэтому на практике стараются работать в зоне малых , для чего применяют двигатели, рассчитанные на повышенные частоты  переменного тока, так как

. (19)

Рисунок 6 - Регулировачные характеристики асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором

Регулировочные характеристики показывают также, что напряжение трогания двигателя, то есть минимальное , при котором ротор, имея определённую нагрузку на валу, трогается с места, пропорционально моменту нагрузки  в действительных величинах, а в относительных величинах равно моменту нагрузки , или , или  для соответствующих способов управления.

2)Характеристика нагрузочная, которая у двигателей называется механической, представляет собой зависимость вращающего момента от скорости вращения при постоянном сигнале управления:

 (20)

Из механических характеристик видно, что вращающий момент и скорость вращения достигают своих максимальных значений при единичном коэффициенте сигнала. Механические характеристики при всех способах управления носят нелинейный характер. Меньше всего нелинейность

Рисунок 7 - Механические характеристики асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором для разных способов управления

проявляется при фазовом управлении, а больше всего при амплитудно-фазовом. Однако при амплитудно-фазовом управлении двигатель развивает больший момент на средних скоростях вращения, так как в этом случае  возрастает с увеличением , а не остаётся постоянным как при других способах управления. При амплитудно-фазовом управлении наблюдается также наименьшая скорость холостого хода, так как при этом типе управления в магнитопроводе машины всегда имеется обратное вращающееся поле, кроме случая пускового режима при  и .

3)Характеристика рабочая – зависимость выходной мощности от скорости вращения вала двигателя при постоянном сигнале управления:

. (21)

Рисунок 8 - Зависимость механической мощности на валу от скорости вращения асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором при разных способах управления

Эти характеристики нетрудно получить из механических, так как

. (22)

Обычно максимальное значение  принимают за номинальное её значение и соответствующую скорость вращения также считают номинальной. Для разных способов управления эти величины различны, наибольшие они при амплитудно-фазовом управлении.

9. Динамические свойства АИД

В асинхронных исполнительных двигателях имеются значительные индуктивности и подвижные инерционные массы. Поэтому в этих двигателях наблюдаются и электромагнитные и механические переходные процессы. Однако первыми при практических расчётах обычно пренебрегают, так как их длительность в несколько раз меньше длительности вторых. Но даже в этом случае точные аналитические выражения для переходной характеристики и передаточной функции АИД получаются весьма громоздкими ввиду нелинейности механических и регулировочных характеристик. Поэтому при расчётах применяют линеаризацию (полную или на отрезке) этих кривых. На линейных участках динамические свойства АИД описываются следующей моделью:

; (23)

 ; (24)

. (25)

где

 - описывается (1);

 - угол поворота ротора;

- угловая скорость вращения ротора:

; (26)

-коэффициент передачи двигателя:

; (27)

- коэффициент управления по напряжению:

. (28)

Для регулировочной характеристики обычно применяют полную линеаризацию – рисунок 9, тогда

; (29)

- коэффициент внутреннего демпфирования, определяющий жёсткость рассматриваемого участка механической характеристики:

; (30)

Если используется линеаризация механической характеристики, то

; (31)

где - угол наклона линии, замещающей рассматриваемый участок характеристики, к оси скоростей – рисунок 9.

Рисунок 9 - Линеаризация механической (а) и регулировочной (б) характеристик асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором

Рекомендуется применять линеаризацию на участке номинальной работы с помощью секущей АС, что даёт параметры передаточной функции, близкие к номинальным, и тогда их можно вычислить по паспортным данным двигателя.

; (32)

; (33)

где -электромеханическая постоянная времени АИД, то есть время, в течение которого ротор ненагруженного двигателя, обладающего моментом инерции , разгоняется от неподвижного состояния до скорости идеального холостого хода , равной синхронной скорости - см. (1). Кроме того, при необходимости электромеханическую постоянную времени для амплитудного и амплитудно-фазового управления можно вычислить по приближённой формуле

; (34)

а для фазового управления

. (35)

Однако нужно учитывать, что формулы (34) и (35) дают несколько завышенные (до 15%) значения .

Увеличение частоты питающей сети  и уменьшение числа пар полюсов приводит к росту , так как возрастает синхронная скорость . Для снижения  при проектировании АИД рекомендуются следующие меры:

1)снижение момента инерции ротора , как, например, у полого немагнитного ротора;

2)увеличение пускового момента за счёт совершенствования конструкции, уменьшения воздушного зазора.

Итак, асинхронный исполнительный двигатель с полым немагнитным ротором в динамическом отношении является инерционным звеном первого порядка (24), если за выходной сигнал принимается скорость вращения вала, или инерционным интегрирующим звеном (25) если выходным сигналом будет угол поворота вала двигателя.

10. Программа экспериментальных исследований АИД

1) Ознакомиться с конструкцией асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором, представленной в разобранном виде на стенде.

2) Ознакомиться с лабораторным макетом для проведения экспериментальных исследований. Определить назначение измерительной, регулирующей и коммутирующей аппаратуры макета.

3) Снять зависимость пускового момента от напряжения управления и от величины ёмкости в цепи обмотки возбуждения. Для этого:

3.1)Затормозить диск электромагнитного тормоза относительно его электромагнитов.

3.2)Переключателем S3 включить мкость С1 и тумблером S1 подать напряжение возбуждения – смотри Приложение Б. Записать значение .

3.3)Включить тумблер S2, и, задавая с помощью ЛАТР Т1 величины напряжения управления ,указанные в таблице 1,отсчитывать соответствующие величины пускового момента  и заносить их в таблицу 1.

3.4)Повторить п. 10.3.3. для емкостей С2 и С3. Переключение емкостей производится с помощью S3.

3.5)Растормозить диск электромагнитного тормоза. Вывести ЛАТР Т1 в ноль. Выключить S1 и S2, а переключателем S3 включить С2.

Таблица 1 - Данные эксперимента по пункту 3

		0	30	50	70	90	110	125
	C1
	C2
	C3

4)Снять рабочие и механические характеристики двигателя, для чего выполнить следующие действия:

4.1)Включить напряжение возбуждения (S1) и управления (S2) и с помощью ЛАТР Т1 задать В.

4.2)С помощью ЛАТР Т2 задавать значения М от 0 до 14 г*дм через 2 г*дм и заносить в таблицу 2 соответствующие показания измерительных приборов для .

4.3)С помощью ЛАТР Т1 задать  В и повторить п. 10.4.2., кроме точки гр*дм.

4.4)вести в ноль ЛАТР Т1 и ЛАТР Т2. Выключить S1 и S2.

Таблица 2 - Данные эксперимента по пункту 4

Экспериментальные величины

Расчётные величины

Гдм

об/мин

мА

мА

Вт

Вт

Вт

Вт

%

о.е.

о.е.

При  В, ;

5)Снять регулировочные характеристики АИД, для чего выполнить следующие действия:

5.1)Включить S1 и S2, подать  В и убедиться, что .

5.2)С помощью ЛАТР Т1 задавать значения , указанные в таблице 1, с помощью измерительных приборов отсчитывать показания  и заносить их в таблицу 3.

5.3)Установить  В, задать с помощь ЛАТР Т2  Н*см, повторить п. 10.5.2.

5.4)Вывести ЛАТР Т1 и ЛАТР Т2 в ноль. Выключить S1 и S2. Вынуть вилки ХР1 и ХР2 питания ЛАТРов из розеток.

Таблица 3 - Данные эксперимента по пункту 5

Экспериментальные величины						Расчётные величины
В	об/мин	мА	мА	Вт	Вт	Вт	Вт			о.е.	о.е.
При  г*дм
При  г*дм

11. Расчёты и построения

1) Построить зависимости пускового момента при трёх значениях С в одной системе координат (семейство характеристик). Определить , как максимальное значение пускового момента, и величину С0, при котором он достигнут. 2) Произвести необходимые расчёты и заполнить расчётную часть таблицы 2 и таблицы 3. Использовать формулы:

, Вт;

, Вт;

, %;

;

;

;

;

;

где  для исследуемого двигателя;

;

В.

3)Построить семейство механических характеристик  для  и .

4)Построить три семейства рабочих характеристик:, ,  в размерных единицах для  и на трёх рисунках и определить номинальную скорость вращения  согласно рекомендациям пункта 8.3.

5)Построить семейство регулировочных характеристик  для двух значений ; используя величину , полученную в п. 11.4., определить .

6)Используя паспортные данные из Приложения А и формулы (27), (29), (32), (33) рассчитать динамические параметры двигателя и записать его передаточные функции (24), когда выходным сигналом является угловая скорость вращения, и (25), когда выходным сигналом является угол поворота ротора. При расчётах нужно быть внимательным к размерности величин: следует брать в Н*м;  в об/мин; в кг*м2.

7)Эти же динамические параметры рассчитать по экспериментально найденным  и сравнить с величинами из пункта 11.6.

12. Содержание отчёта

1)Цель работы.

2)Схема электрическая принципиальная лабораторного макета.

3)Таблицы экспериментальных данных и расчётных величин.

4)Расчёты.

5)Рисунки семейств характеристик, указанных в п.п.11.1, 11.3, 11.4 и 11.5.

6)Выводы по работе.

13. Контрольные вопросы

)Назначение асинхронного исполнительного двигателя?

2)Достоинства и недостатки асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором?

3)Как устроен асинхронный исполнительный двигатель с полым немагнитным ротором?

4)При каких условиях в двухфазном асинхронном исполнительном двигателе создается вращающееся магнитное поле?

5)По какому пути замыкаются силовые линии магнитного поля статора?

6)Когда вращающееся магнитное поле статора будет круговым, когда эллиптическим? Чем определяется степень эллиптичности поля?

7)Как возникает магнитное поле полого немагнитного ротора?

8)Почему скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения поля статора?

9)Как возникает механический вращающий момент в асинхронном исполнительном двигателе?

10)Какие существуют способы управления асинхронным исполнительным двигателем?

11)Что такое самоход асинхронного исполнительного двигателя? Виды самохода и его причины?

12)Виды статических характеристик асинхронного исполнительного двигателя с полым немагнитным ротором?

13)Чем вызваны переходные процессы в асинхронном исполнительном двигателе? Какой инерционностью при анализе динамики двигателя пренебрегают и почему?

14)Что представляет собой асинхронный исполнительный двигатель с полым немагнитным ротором в динамическом отношении когда его выходным сигналом является угол поворота вала или когда скорость вращения вала?

15)Как называются динамические параметры асинхронного исполнительного двигателя? Их связь между собой?

Приложении е А

Технические характеристики двигателя АДП-262

В лабораторной работе исследуется асинхронный исполнительный двигатель с полым немагнитным ротором типа АДП-262, имеющий следующие технические характеристики:

- номинальная частота 50 Гц;

- номинальная полезная мощность 9,5 Вт;

- потребляемая мощность 47,5 Вт;

- номинальная скорость вращения 1850 об/мин;

- скорость вращения холостого хода 2650 об/мин;

- номинальный вращающий момент 5,0 Н*см;

- пусковой момент 9,0 Н*см;

- обмотка возбуждения (сетевая):

- номинальное напряжение 110 В;

- номинальный ток        0,23 А;

- номинальная мощность возбуждения 23 Вт;

- ёмкость в цепи обмотки 2,5 мкФ;

- активное сопротивление обмотки 190 Ом;

- обмотка управления:

- максимальное напряжение 125 В;

- напряжение трогания 2 В;

- номинальный ток управления       0,58 А;

- ток управления при пуске 0,6 А;

- номинальная мощность управления       26 Вт;

- активное сопротивление обмотки 38 Ом;

- момент трогания ненагруженного ротора 0,08 Н*см;

- момент инерции ротора 166*10-7 кг*м2;

- электромеханическая постоянная времени 0,055 с;

- к.п.д. 20%;

- вес двигателя 1,6 кг;

- габариты Ф70*122 мм.

Приложение Б

Схема электрическая принципиальная лабораторного макета