Определение характеристик асинхронного двигателя переменного тока
1. Тест постоянного тока
Обратите внимание, что индукционная машина с короткозамкнутым ротором имеет доступ только к клеммам статора.
- Включите источник питания постоянного тока с низким энергопотреблением и ограничьте ток до 1,8 А.
- Выключите подачу.
- Подсоедините клеммы питания к двум клеммам асинхронного двигателя (с маркировкой A, B и C).
- Включите источник питания и запишите выходное напряжение и ток.
- Повторите то же самое для двух других комбинаций фаз.
- Обратите внимание, что измеряемое сопротивление относится к двум последовательно идущим фазам, таким образом, однофазное сопротивление составляет половину измерения.
2. Тест без нагрузки
Испытайте индукционную машину без нагрузки, чтобы найти параметры намагничивающей ветви для каждой фазы Xm} и RC. Для этого испытания убедитесь, что все клеммы динамометра нагрузки разъединены, где он не генерирует энергию и не поддерживает нагрузку.
- Убедитесь, что трехфазный источник выключен.
- Убедитесь, что VARIAC имеет значение 0%, а затем подключите VARIAC к трехфазной розетке и подключите установку (рис. 1).
- Убедитесь, что соединения цепи такими, как показано на рисунке 1, а затем включите трехфазный источник.
- Быстро увеличивайте выходной сигнал VARIAC до тех пор, пока каждый из цифровых измерителей мощности не покажет напряжение около 208 В.
- Запишите показания мощности, напряжения и тока с обоих измерителей.
- Измерьте скорость с помощью стробоскопа (настройте стробоскоп на разумную скорость) и обозначьте измерение как ωo.
- Запишите показания крутящего момента в Н·м или фунт-футах и обозначьте измерение как To на случай, если преобразователь крутящего момента или прибор для измерения крутящего момента не откалиброван должным образом. Это крутящий момент на холостом ходу.
- Установите VARIAC обратно на 0%, затем выключите трехфазный источник. Оставьте остальную часть цепи нетронутой.
Рисунок 1: Электрическая настройка для испытания на холостом ходу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
3. Тест заблокированного ротора
Испытайте индукционную машину с заблокированным ротором аналогично испытанию трансформатора на короткое замыкание. Используйте этот тест для определения пофазных последовательных сопротивлений и индуктивностей утечки. Для этого теста убедитесь, что все клеммы динамометра отключены.
- Убедитесь, что трехфазный источник выключен.
- Убедитесь, что VARIAC имеет значение 0%.
- Зафиксируйте ротор со стороны динамометра с помощью механического зажима или установки нулевого крутящего момента, если динамометр управляется цифровым управлением.
- Обратите внимание, что установка по-прежнему аналогична той, что показана на рисунке 1, за исключением того, что ротор заблокирован.
- Убедитесь, что соединения цепей такими, как показано на рисунке 2.
- Включите трехфазный источник и выключатель индукционной машины.
- Медленно и осторожно увеличивайте VARIAC до тех пор, пока не будет достигнут номинальный ток на одном или обоих цифровых измерителях мощности.
- Запишите показания мощности, напряжения и тока с обоих измерителей.
- Установите VARIAC обратно на 0%, затем выключите трехфазный источник. Оставьте остальную часть цепи нетронутой.
Рисунок 2: Настройка для нагрузочного теста.
4. Нагрузочный тест
Используйте этот тест для отслеживания линейной характеристики крутящего момента и скорости индукционной машины. Для этого теста в качестве генератора используется динамометр с шунтирующим полем (подробнее об этом рабочем состоянии будет рассказано далее в видео о машинах постоянного тока, но якорь является выходным портом генератора).
- Убедитесь, что трехфазный источник и переключатель индукционной машины выключены.
- Убедитесь, что VARIAC имеет значение 0%.
- Снимите стопорный зажим с вала ротора.
- Подключите цепь (рис. 2). Используйте RL=300Ω, но оставьте SD off off.
- Не используйте поле ряда.
- Проверьте цепь, затем включите трехфазный источник и выключатель индукционной машины.
- Быстро увеличивайте выходной сигнал VARIAC до тех пор, пока каждый из цифровых измерителей мощности не покажет напряжение около 208 В.
- Запишите показания мощности, напряжения и тока с обоих измерителей.
- Измерьте скорость и обозначьте ее как ω1. Чтобы измерить скорость, отрегулируйте ручку частоты «Coarse» на стробоскопе до тех пор, пока вал не станет казаться почти неподвижным, а затем выполните тонкую настройку частоты с помощью ручки «Fine».
- Запишите показания крутящего момента и обозначьте их как T1.
- Обратите внимание, что эта рабочая точка (ω1, T1) не то же самое, что отсутствие нагрузки, потому что обмотка возбуждения также действует как нагрузка параллельно якорю. Поскольку SD поворачивается позже, а RL уменьшается, нагрузка увеличивается, так как ток нагрузки увеличивается по мере уменьшения RL.
- Включите SD. Измерьте скорость и обозначьте ее как ω2.
- Запишите показания крутящего момента и обозначьте их как T2.
- Выключите SD. Измените RL на 200 Ω, затем включите SD.
- Измерьте скорость и обозначьте ее как ω3.
- Запишите показания крутящего момента и обозначьте их как T3.
- Включите SD. Измените RL на 100 Ω. Включите SD.
- Измерьте скорость и обозначьте ее как ω4.
- Запишите показания крутящего момента и обозначьте их как T4.
- Установите VARIAC на 0%, выключите трехфазный источник и разберите схему.
Источник: Али Бацци, факультет электротехники, Университет Коннектикута, Сторрс, Коннектикут.
Целью этого эксперимента является нахождение эквивалентн…
1. Тест постоянного тока
Обратите внимание, что индукционная машина с короткозамкнутым ротором имеет доступ только к клеммам статора.
- Включите источник питания постоянного тока с низким энергопотреблением и ограничьте ток до 1,8 А.
- Выключите подачу.
- Подсоедините клеммы питания к двум клеммам асинхронного двигателя (с маркировкой A, B и C).
- Включите источник питания и запишите выходное напряжение и ток.
- Повторите то же самое для двух других комбинаций фаз.
- Обратите внимание, что измеряемое сопротивление относится к двум последовательно идущим фазам, таким образом, однофазное сопротивление составляет половину измерения.
2. Тест без нагрузки
Испытайте индукционную машину без нагрузки, чтобы найти параметры намагничивающей ветви для каждой фазы Xm} и RC. Для этого испытания убедитесь, что все клеммы динамометра нагрузки разъединены, где он не генерирует энергию и не поддерживает нагрузку.
- Убедитесь, что трехфазный источник выключен.
- Убедитесь, что VARIAC имеет значение 0%, а затем подключите VARIAC к трехфазной розетке и подключите установку (рис. 1).
- Убедитесь, что соединения цепи такими, как показано на рисунке 1, а затем включите трехфазный источник.
- Быстро увеличивайте выходной сигнал VARIAC до тех пор, пока каждый из цифровых измерителей мощности не покажет напряжение около 208 В.
- Запишите показания мощности, напряжения и тока с обоих измерителей.
- Измерьте скорость с помощью стробоскопа (настройте стробоскоп на разумную скорость) и обозначьте измерение как ωo.
- Запишите показания крутящего момента в Н·м или фунт-футах и обозначьте измерение как To на случай, если преобразователь крутящего момента или прибор для измерения крутящего момента не откалиброван должным образом. Это крутящий момент на холостом ходу.
- Установите VARIAC обратно на 0%, затем выключите трехфазный источник. Оставьте остальную часть цепи нетронутой.
Рисунок 1: Электрическая настройка для испытания на холостом ходу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
3. Тест заблокированного ротора
Испытайте индукционную машину с заблокированным ротором аналогично испытанию трансформатора на короткое замыкание. Используйте этот тест для определения пофазных последовательных сопротивлений и индуктивностей утечки. Для этого теста убедитесь, что все клеммы динамометра отключены.
- Убедитесь, что трехфазный источник выключен.
- Убедитесь, что VARIAC имеет значение 0%.
- Зафиксируйте ротор со стороны динамометра с помощью механического зажима или установки нулевого крутящего момента, если динамометр управляется цифровым управлением.
- Обратите внимание, что установка по-прежнему аналогична той, что показана на рисунке 1, за исключением того, что ротор заблокирован.
- Убедитесь, что соединения цепей такими, как показано на рисунке 2.
- Включите трехфазный источник и выключатель индукционной машины.
- Медленно и осторожно увеличивайте VARIAC до тех пор, пока не будет достигнут номинальный ток на одном или обоих цифровых измерителях мощности.
- Запишите показания мощности, напряжения и тока с обоих измерителей.
- Установите VARIAC обратно на 0%, затем выключите трехфазный источник. Оставьте остальную часть цепи нетронутой.
Рисунок 2: Настройка для нагрузочного теста.
4. Нагрузочный тест
Используйте этот тест для отслеживания линейной характеристики крутящего момента и скорости индукционной машины. Для этого теста в качестве генератора используется динамометр с шунтирующим полем (подробнее об этом рабочем состоянии будет рассказано далее в видео о машинах постоянного тока, но якорь является выходным портом генератора).
- Убедитесь, что трехфазный источник и переключатель индукционной машины выключены.
- Убедитесь, что VARIAC имеет значение 0%.
- Снимите стопорный зажим с вала ротора.
- Подключите цепь (рис. 2). Используйте RL=300Ω, но оставьте SD off off.
- Не используйте поле ряда.
- Проверьте цепь, затем включите трехфазный источник и выключатель индукционной машины.
- Быстро увеличивайте выходной сигнал VARIAC до тех пор, пока каждый из цифровых измерителей мощности не покажет напряжение около 208 В.
- Запишите показания мощности, напряжения и тока с обоих измерителей.
- Измерьте скорость и обозначьте ее как ω1. Чтобы измерить скорость, отрегулируйте ручку частоты «Coarse» на стробоскопе до тех пор, пока вал не станет казаться почти неподвижным, а затем выполните тонкую настройку частоты с помощью ручки «Fine».
- Запишите показания крутящего момента и обозначьте их как T1.
- Обратите внимание, что эта рабочая точка (ω1, T1) не то же самое, что отсутствие нагрузки, потому что обмотка возбуждения также действует как нагрузка параллельно якорю. Поскольку SD поворачивается позже, а RL уменьшается, нагрузка увеличивается, так как ток нагрузки увеличивается по мере уменьшения RL.
- Включите SD. Измерьте скорость и обозначьте ее как ω2.
- Запишите показания крутящего момента и обозначьте их как T2.
- Выключите SD. Измените RL на 200 Ω, затем включите SD.
- Измерьте скорость и обозначьте ее как ω3.
- Запишите показания крутящего момента и обозначьте их как T3.
- Включите SD. Измените RL на 100 Ω. Включите SD.
- Измерьте скорость и обозначьте ее как ω4.
- Запишите показания крутящего момента и обозначьте их как T4.
- Установите VARIAC на 0%, выключите трехфазный источник и разберите схему.
Асинхронные двигатели переменного тока являются рабочими лошадками современной промышленности, поскольку они просты, прочны и надежны. Асинхронный двигатель состоит только из двух основных частей. Первая представляет собой неподвижную часть, называемую статором, которая состоит из неподвижных катушек вокруг полости. В полости подвешен ротор, представляющий собой пару торцевых колец, увенчанных цилиндрическим расположением стержней. Ее часто называют беличьей клеткой. Электрические параметры этих двух компонентов предоставляют информацию об эффективности двигателя и взаимосвязи между крутящим моментом и скоростью. Это важно для определения наилучшего размера и типа двигателя для конкретной области применения. В этом видео будут представлены основы работы асинхронного двигателя и показано, как определить модель эквивалентной схемы для трехфазного асинхронного двигателя.
Трехфазный асинхронный двигатель переменного тока использует трехфазное питание, при этом каждая фаза подключена к отдельному набору катушек статора. Катушки расположены по схеме, которая генерирует одно магнитное поле для каждой фазы подаваемой мощности. Образующееся результирующее магнитное поле, называемое магнитным полем статора, вращается с постоянной угловой скоростью. Вращающийся магнитный поток индуцирует ток в роторе, подобно тому, как трансформатор передает энергию от первичной катушки к вторичной. Ток через стержни беличьей клетки, в свою очередь, создает собственное магнитное поле, называемое индуцированным магнитным полем ротора. Взаимодействие между этими двумя полями создает силу, действующую на ротор, которая заставляет его следовать за магнитным полем статора. Как железный пруток, следующий за магнитами вокруг него. Если ротор точно следует магнитному полю, как этот стержень, то двигатель синхронизирован. Однако в асинхронном двигателе ротор отстает от магнитного поля статора. Это запаздывание, называемое проскальзыванием, приводит к тому, что асинхронные двигатели работают асинхронно. Таким образом, асинхронный двигатель всегда будет вращаться медленнее, чем синхронная скорость. Крутящий момент увеличивается с уменьшением проскальзывания или по мере снижения частоты вращения двигателя от синхронного до определенного момента, называемого моментом пробоя. При добавлении груза скорость вращения уменьшается по мере увеличения скольжения, что приводит к снижению крутящего момента. Следующие эксперименты покажут, как измерять различные электрические параметры асинхронного двигателя, чтобы описать двигатель с помощью эквивалентной модели цепи.
Каждый из следующих тестов требует знания номинальных характеристик ротора, которые напечатаны на заводской табличке двигателя. Для номинального напряжения 208 вольт при частоте 60 герц запишите номинальную мощность как в лошадиных силах, так и в ваттах. Также запишите номинальный ток в амперах и номинальную скорость как в оборотах в минуту, так и в радианах в секунду. Номинальный крутящий момент может быть рассчитан и равен номинальной мощности, деленной на номинальную частоту вращения. Здесь вал асинхронного двигателя приводит в движение генератор постоянного тока. Электрическая нагрузка на генератор постоянного тока напрямую связана с поступающей в него механической мощностью. А в свою очередь, выступает в качестве механической нагрузки на асинхронный двигатель. Сначала установите ограничение тока источника постоянного тока на 1,8 ампера, затем выключите его. В этом испытании постоянным током измеряется сопротивление только обмотки статора, так как для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором доступны только клеммы статора. Подключите выход источника питания к клеммам статора А и В. Включите блок питания и запишите его выходное напряжение и ток. Повторите эту процедуру для других двухфазных комбинаций В и С, а также С и А. Для каждой из комбинаций фаз рассчитайте сопротивление, разделив выходное напряжение на выходной ток. В результате получается для двух последовательно идущих фаз, поэтому сопротивление на фазу, R1, равно половине этого значения. Сопротивление обмотки статора зависит от номинальной мощности двигателя и составляет шесть Ом для данного двигателя.
Испытайте асинхронный двигатель на холостом ходу, чтобы получить измерения, необходимые для дальнейших расчетов. Во-первых, отсоедините все клеммы генератора постоянного тока, или динамометра, чтобы он не вырабатывал энергию и не создавал механической нагрузки на асинхронный двигатель. При выключенном трехфазном источнике питания соберите устройство. Установите вариак на 0% мощности и подключите его к трехфазной розетке. Включите трехфазное питание и быстро увеличивайте вариакальную мощность до тех пор, пока каждый из цифровых измерителей мощности не покажет около 208 вольт. Запишите измерения мощности, напряжения и тока с обоих измерителей. Сумма мощности, измеренная двумя цифровыми измерителями мощности, представляет собой мощность, потребляемую тремя фазами, действующими одновременно. 1/3 от этого составляет мощность в одной фазе. Запишите крутящий момент двигателя и обозначьте его t-ноль, крутящий момент холостого хода. Если прибор для измерения крутящего момента не откалиброван должным образом, t-ноль может не обязательно равняться нулю. Затем используйте стробоскоп для измерения скорости вращения двигателя без нагрузки, которая близка к его синхронной скорости 1800 об/мин. Отрегулируйте курс и найдите ручки частоты, пока вал не станет неподвижным. Частота вращения двигателя обычно находится между номинальной частотой вращения на заводской табличке и синхронной скоростью. Преобразуйте частоту стробоскопического света из оборотов в угловую скорость вращения без нагрузки, омега ноль. Установите вариаку обратно на 0% мощности, затем выключите трехфазное питание. Остальную часть аппарата оставьте нетронутой.
Испытание заблокированного ротора измеряет электрические параметры, когда двигатель неподвижен и не может вращаться. В этом состоянии возникает наибольшая разница в движении между ротором и полем статора. Для этого теста используйте настройку теста холостого хода и отсоедините все клеммы генератора постоянного тока или динамометра. При выключенном трехфазном питании и частоте вариака на 0% мощности зафиксируйте ротор со стороны двигателя постоянного тока с помощью механического зажима. За исключением заблокированного ротора, устройство такое же, как и для испытания на холостом ходу. Включите трехфазное питание и асинхронный двигатель. Медленно увеличивайте переменный выходной ток до номинального тока на цифровых измерителях мощности. Запишите мощность, напряжение и ток с обоих измерителей. Чтобы закончить, установите вариак обратно на 0%, затем выключите трехфазное питание.
По сути, обмотка статора выполняет ту же функцию, что и первичная катушка трансформатора, а ротор эквивалентен вторичной обмотке. Таким образом, двигатель может быть смоделирован с использованием эквивалентной схемы, аналогичной схеме трансформатора. Тем не менее, схема упрощена для удаления идеальной части трансформатора и ссылается на компоненты ротора как на отражение статора. Пофазный эквивалент цепи включает сопротивление обмотки статора R1, рассчитанное по результатам испытания постоянным током. Статор также проявляет противодействие изменениям тока и напряжения, называемое реактивным сопротивлением X1. Параметры ротора отражаются от статора, включая отраженное сопротивление, простое R2 и отраженное реактивное сопротивление ротора, простое X2. Взаимное намагничивающее реактивное сопротивление, параметр XM является эквивалентом магнитного потока в воздушном зазоре между ротором и статором. Наконец, потеря мощности происходит между статором и ротором и моделируется как эквивалентное сопротивление потерям в ядре, RC. Все эти значения могут быть рассчитаны на основе продемонстрированных тестов и подробно описаны в протоколе испытаний.
Асинхронные двигатели переменного тока широко используются в различных областях применения благодаря своей простоте, прочности и надежности. Асинхронный двигатель часто выбирают на основе его линейной скорости крутящего момента при изменяющейся механической нагрузке. Испытание под нагрузкой отслеживает линейную характеристику крутящего момента при изменении механической нагрузки. Для этого испытания генератор постоянного тока, или динамометр, подключается к асинхронному двигателю таким образом, чтобы он обеспечивал контролируемую нагрузку на ротор. Аппарат собирается с сопротивлением нагрузке, R-L, 300, 200 или 100 Ом. Измерения мощности, напряжения и тока записываются с подключенных счетчиков. Затем измеряются показания крутящего момента и скорость вращения с сопротивлением нагрузке и без него. График характеристик крутящего момента и скорости асинхронного двигателя будет похож на эти кривые для четырех классов двигателей NEMA. Электронный микроскоп требует вакуумной камеры для хранения образца и использует вакуумный насос, который может иметь небольшой асинхронный двигатель. Вакуум в камере обеспечивает передачу электронов к образцу, а также от образца к аппарату визуализации. Наконец, токарные станки и другое оборудование для механических цехов могут использовать более мощные трехфазные асинхронные двигатели. Благодаря своей простоте и отсутствию механической коммутации, асинхронные двигатели могут выдерживать интенсивное использование с меньшей вероятностью отказа. Эта прочность является явным преимуществом при изготовлении металлических деталей.
Вы только что посмотрели введение Юпитера в асинхронные двигатели переменного тока. Теперь вы должны понять основной принцип работы и то, как проводить тесты для определения их эквивалентных параметров схемы.
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What are the main structural components of an AC induction motor?
An AC induction motor has two main parts: the stator, a stationary component consisting of coils arranged around a cavity, and the rotor, a cylindrical arrangement of bars capped by end rings, commonly called a squirrel cage. These components' electrical parameters determine motor efficiency and the torque-speed relationship, which is essential for selecting the appropriate motor for an application.
Q2: How does slip affect induction motor operation and torque?
Slip is the lag between the rotor and the rotating stator magnetic field, making induction motors asynchronous. The rotor always turns slower than synchronous speed. Torque increases as slip decreases until reaching breakdown torque. When mechanical load is added, motor speed decreases, slip increases, and torque decreases accordingly.
Q3: What is the purpose of the DC test in induction motor characterization?
The DC test measures the resistance of the stator winding by applying DC voltage across stator terminal pairs and recording voltage and current. Since only stator terminals are accessible in a squirrel cage motor, this test isolates stator resistance. The per-phase resistance is calculated by dividing the measured resistance by two, since two phases are in series.
Q4: Why is the no-load test important for induction motor characterization?
The no-load test measures electrical parameters when the motor operates without mechanical load, providing data close to synchronous speed. This test records power, voltage, and current measurements and establishes the no-load torque baseline. These measurements are essential for calculating equivalent circuit parameters and understanding motor behavior under minimal load conditions.
Q5: What does the locked rotor test reveal about an induction motor?
The locked rotor test measures electrical parameters when the rotor is mechanically fixed and unable to rotate, creating the maximum difference in motion between rotor and stator field. Power, voltage, and current are recorded at rated current levels. This test provides critical data for determining rotor parameters in the equivalent circuit model.
Q6: How is an induction motor modeled using an equivalent circuit?
The induction motor equivalent circuit resembles a transformer model, including stator winding resistance, stator reactance, reflected rotor resistance and reactance, mutual magnetizing reactance representing air gap magnetic flux, and core loss equivalent resistance. All parameters are calculated from DC, no-load, and locked rotor tests, creating a per-phase model that simplifies motor analysis and performance calculations.
Q7: What does the load test demonstrate about induction motor performance?
The load test traces the linear torque-speed characteristic as mechanical load changes, using a DC generator or dynamometer to provide controlled loading. Torque and rotation speed are measured with varying load resistances. This test reveals how the motor responds to changing loads and produces characteristic curves showing the relationship between torque and speed under different operating conditions.
Главы в этом видео
0:06
Overview
1:02
Principles of the AC Induction Motor
2:50
DC Test
4:37
No-Load Test
6:31
Locked-Rotor Test
7:38
Representative Results
9:04
Applications
10:55
Summary