Методическая разработка учебного занятия Лабораторная работа «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник»

Коми Республикаса велöдан, наука да том йöз политика министерство

Министерство образования, науки и молодежной политики Республики Коми

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Сыктывкарский целлюлозно – бумажный техникум»

Методическая разработка учебного занятия

Лабораторная работа

«Исследование нагрузочных характеристик асинхронного

двигателя при переключении обмоток

со «звезды» на «треугольник»

по междисциплинарному курсу «Электрические машины и аппараты» профессионального модуля «Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования»

для специальности

среднего профессионального образования

13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

Автор:

преподаватель высшей категории

Ксёнз Т.Д.

Сыктывкар 2017

Аннотация

Цель методической разработки – раскрытие опыта организации и проведения лабораторной работы с применением реального исследовательского оборудования.

Данная методическая разработка лабораторной работы представляет собой план-конспект проведения лабораторной работы раздела 1 Электрические машины переменного тока по МДК.01.01. Электрические машины и аппараты для специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), включающий в себя основные этапы урока: организационный, вводный, основной, заключительный.

Методическая разработка предназначена для преподавателей, ведущих общепрофессиональные дисциплины и профессиональные модули по специальности СПО 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).

Пояснительная записка

ПМ.01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования

МДК.01.01. Электрические машины и аппараты

Тема 1.2 «Электрические машины переменного тока».

Лабораторная работа № 15 «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник».

Формируемые компетенции:

ПК 1.1 Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

ПК 1.3 Осуществлять диагностику и технический контроль при эксплуатации электрического и электромеханического оборудования.

ОК 1-ОК 3; ОК 6;ОК 7

Вид учебного занятия: лабораторная работа.

Тип учебного занятия: закрепление и совершенствование знаний и умений.

Организационная форма проведения занятия: групповая.

Дидактические цели учебного занятия:

Вторичное осмысление изучаемого материала путём воспроизведения и применения знаний; достижение прочности знаний.

Формирование практических умений работы по снятию нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник».

Формирование умений по проведению сравнительного анализа полученных результатов исследования характеристик асинхронного двигателя.

Развивающие цели учебного занятия:

Развитие умений сравнивать, обобщать, анализировать.

Развитие культуры безопасного проведения работ с использованием электрооборудования.

Воспитательные цели учебного занятия:

Формирование профессиональной направленности и целеустремленности, воспитание активности, самостоятельности, ответственности за результат труда.

Развитие коллективных отношений внутри группы, формирование самопознания.

Воспитание положительных мотиваций к своей профессии.

Методическое обеспечение занятия:

Методические указания к выполнению лабораторных работ для специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) (приложение А).

Входной тест (приложение Б).

Контрольные вопросы (приложение В).

Лабораторный комплекс: лабораторные стенды с источниками переменного напряжения 380В, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, комплектное цифровое управляющее устройство для серводвигателя/сервотормоза мощностью 3000Вт, аналогово-цифровой мультиметр для измерения мощности и косинуса φ, комплект безопасных соединительных проводов 4 мм2, комплект соединительных мостиков 19/4 мм.

Межпредметные связи

Внутрипредметные связи

План урока

Ход учебного занятия

I. Организационный этап

Приветствие, проверка присутствующих и отсутствующих на уроке, подготовка к уроку, настрой на работу.

II. Вводный этап

Сообщение темы. Тема урока «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник»». Для изучения этой темы вы сегодня будите выполнять лабораторную работу № 15 «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник».

Мотивация. Весьма обширны и многообразны квалификационные требования, предъявляемые к выпускникам колледжа. Так, для решения профессиональных задач технику-электрику необходимо:

выполнять работы по эксплуатации, техническому обслуживанию, организации ремонтов, техническому контролю электрооборудования;

участвовать в исследовательских работах, в проведении испытаний электрооборудования и во введении его в эксплуатацию;

изучать и анализировать технические данные, показатели и результаты работы, обобщать и систематизировать их.

Сегодня мы выполним лабораторную работу № 15 «Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник», предназначенную для приобретения умений и навыков, которые вам пригодятся при проведении испытаний электрооборудования, с аналогами которого вам будущим специалистам придется иметь дело в своей профессиональной деятельности. В ходе выполнения этой работы вы отработаете умения и навыки выполнения анализа технических данных, показателей и результатов работы, научитесь обобщать и систематизировать их.

Постановка цели. Для вас цель сегодняшнего урока – это научиться проводить исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник». Вы должны научиться сегодня собирать схему пуска асинхронного двигателя переключением обмоток со «звезды» на «треугольник»; снимать нагрузочные характеристики при соединении обмоток статора асинхронного двигателя «звездой» и «треугольником»; строить нагрузочные характеристики асинхронного двигателя на основании экспериментальных данных; выполнять анализ полученных результатов и делать вывод.

Входной контроль. В настоящее время электропривод подавляющего большинства механизмов по техническим требованиям и в пределах реализуемой мощности машины может быть выполнен на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя. Примерами таких могут механизмов служить металлорежущие станки, водяные и воздушные насосы, вентиляционные и компрессорные установки, лифты и различные подъемники, эскалаторы и конвейеры. Широкое применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором объясняется тем, что они просты по конструкции, надежны в эксплуатации и имеют невысокую стоимость. В настоящее время вы уже имеете базовые знания для изучения по асинхронным машинам.

Посмотрите на схему межпредметных связей. Базовыми дисциплинами для сегодняшнего урока являются «Физика», «Электротехника и электроника» и «Материаловедение». И поясню, почему.

На уроках «Физики» вы познакомились с явлением электромагнетизма.

На уроках «Электротехники и электроники» вы изучили устройство и принцип работы электроизмерительных приборов, а также устройство и принцип работы асинхронных двигателей.

На уроках «Материаловедения» вы изучили классификацию, свойства, достоинства и недостатки, определили область применения диэлектриков, проводниковых, магнитных и конструкционных материалов.

В свою очередь, материал изучаемой темы «Электрические машины переменного тока» вам потребуется при изучении специальных дисциплин, таких как «Электрическое и электромеханическое оборудование», так как там вы проводите анализ работы электрических схем и область применения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в технологических процессах. Кроме того, в курсе «Основы технической эксплуатации и обслуживания электрического и электромеханического оборудования» вы будете составлять технологические карты по ремонту электрических машин, выявлять дефекты, рассчитывать мощность и выбирать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором по каталогу. Изучение раздела «Частотный электропривод» курса «Техническое регулирование и контроль качества электрического и электромеханического оборудования» невозможно без знания устройства, принципа работы, технических характеристик и правильного проведения эксплуатации электрических машин переменного тока.

Обратите внимание на схему внутрипредметных связей. В теме 1.2.3 мы изучали технические параметры, характеристики и особенности машин переменного тока, в теме 1.2.11 мы будет изучать однофазный и конденсаторный асинхронные двигатели, без которых невозможно выполнение лабораторной работы «Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазном конденсаторном режиме».

Обобщая вышесказанное, уточним, какие именно знания нужны для изучения сегодняшней темы: это устройство, принцип работы, способы регулирования частоты вращения.

Чтобы вспомнить и закрепить эти знания предлагаю вам ответить на вопросы входного теста (приложение Б).

Коррекция опорных знаний. Теперь проверим входной тест (правильные ответы выделены курсивом). Если у кого менее 3 правильных ответов поднимите руки. … Группа готова к выполнению лабораторной работы. Переходим к следующему этапу занятия.

III. Основной этап

Вводный инструктаж. Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы, давайте вспомним, для чего предназначено переключение обмоток со «звезды» на «треугольник»: для снижения пускового тока, который в 5 – 7 раз превышает рабочий ток двигателя. У двигателей сравнительно большой мощности пусковой ток настолько велик, что может вызвать перегорание предохранителей, отключение автомата и привести к значительному снижению напряжения. Уменьшение напряжения снижает накал ламп, уменьшает вращающий момент электродвигателей, может вызвать отключение контакторов и магнитных пускателей. Поэтому стремятся уменьшить пусковой ток, что достигается несколькими способами. Все они в итоге сводятся к понижению напряжения в цепи статора на период пуска. Для этого в цепь статора на период пуска вводят реостат, дроссель, автотрансформатор либо переключают обмотку со «звезды» в «треугольник».

Перед пуском и в первый период пуска обмотки соединены в «звезду». Поэтому к каждой из них подводится напряжение в 1,73 раза меньшее номинального. Следовательно, ток будет значительно меньше, чем при включении обмоток на полное напряжение сети. В процессе пуска электрический двигатель увеличивает частоту вращения и ток снижается. Тогда обмотки переключают в схему «треугольник».

Предупреждения:
1. Переключение со «звезды» в «треугольник» допустимо лишь для асинхронных двигателей с легким режимом пуска, так как при соединении в «звезду» пусковой момент примерно вдвое меньше момента, который был бы при прямом пуске. Значит, этот способ снижения пускового тока не всегда пригоден, и если нужно снизить пусковой ток и одновременно добиться большого пускового момента, то подключают асинхронный двигатель с фазным ротором, а в цепь ротора вводят пусковой реостат.

2. Переключать со «звезды» в «треугольник» можно только те электрические двигатели, которые предназначены для работы при соединении в «треугольник», то есть имеющие, обмотки, рассчитанные на линейное напряжение сети. Если асинхронный двигатель не предназначен для работы при данном напряжении и соединении в «треугольник», то он сгорит.

Известно, что недогруженные электродвигатели работают с очень низким коэффициентом мощности cos φ. Поэтому рекомендуется недогруженные электродвигатели заменять менее мощными. Если выполнить замену нельзя, а запас мощности велик, то не исключено повышение cos φ переключением с «треугольника» в «звезду». Нужно при этом измерить ток в цепи статора и убедиться в том, что он при соединении в звезду не превышает при нагрузке номинального тока; в противном случае электродвигатель перегреется.

Перед тем как приступить к работе на лабораторных стендах ознакомьтесь с методическими указаниями по выполнению лабораторной работы (Приложение А).

Обратите внимание на рисунок 1, где представлена принципиальная схема подключения и пуска двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник». Вольтметр, подключенный в схему, показывает линейное или фазное напряжение? Перед вами пример практического применения знаний электротехники на уроке по дисциплине «Электрические машины и аппараты».

В таблице 1 представлено соотношение между линейными и фазными величинами.

Таблица 1 – Соотношение между линейными и фазными величинами

При снятии нагрузочных характеристик и заполнении таблицы № 2 будьте внимательны (Uл=Uф при соединении в «треугольник», поэтому показание вольтметра нужно умножить на 1,73, чтобы получить линейное напряжение).

Таблица № 1 - Нагрузочные характеристики АД при соединении обмоток «звездой»

Таблица № 2 - Нагрузочные характеристики АД при соединении обмоток «треугольником»

По окончанию выполнения лабораторной работы оформите полученные результаты и сделайте выводы.

Для самооценки успешности достижения цели учебного занятия ответьте на предложенные контрольные вопросы (приложение В).

Приступайте к выполнению работы.

Во время выполнения лабораторных работ на стендах: осуществление контроля за выполнением лабораторной работы; проведение по мере необходимости текущего инструктажа; осуществление контроля выполнения задания по контрольным вопросам.

IV. Заключительный этап

Подведение итогов. Давайте проверим ваши ответы на контрольные вопросы. Итак, я вижу, что с заданием вы справились. Если у вас возникли вопросы, то, пожалуйста, задайте их.

А сейчас я сделаю анализ вашей работы на уроке и выставлю оценки за урок…..

Проведение персонального и общего анализа работы студентов. Сообщение оценок. Анализ достижения цели урока.

Итак, целью сегодняшнего урока было освоение вами умений по проведению исследования нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник». Вы должны были научиться: собирать схему пуска асинхронного двигателя переключением обмоток со «звезды» на «треугольник»; снимать нагрузочные характеристики при соединении обмоток статора асинхронного двигателя «звездой» и «треугольником»; строить нагрузочные характеристики асинхронного двигателя на основании экспериментальных данных.

Мы с вами выполнили эту работу, и я считаю, что мы достигли поставленной цели.

Рефлексия. Мне хотелось бы услышать ваше мнение о содержании урока. Я предлагаю вам закончить следующие предложения "Сегодня я узнал ...", "Теперь я знаю как ...", «Мне было интересно…».

Спасибо большое за ответы.

Домашнее задание. А теперь запишите домашнее задание: повторить тему «Технические параметры, характеристики и особенности машин переменного тока», а именно

- механические и рабочие характеристики АД;

- номинальный, максимальный и пусковой моменты АД;

- критическое скольжение и перегрузочная способность.

Знание этого материала нам будет необходимо при выполнении следующей лабораторной работы «Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в однофазном конденсаторном режиме». Найти этот материал вы можете в конспекте и в учебнике Беспалов, В.Я., Электрические машины. / В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котеленец. – М.: Издательский центр «Академия», 2008.–320с. Тема «Электрические машины переменного тока».

Список использованных источников

Акимова, Н.А. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования: учебное пособие для студ. сред. проф. Образования / Н.А. Акимова, Н.Ф. Котеленец, Н.И. Сентюрихин, под общ. ред. Н.Ф. Котеленца. – 5-е изд. перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 304 с.

Беспалов, В.Я., Электрические машины. / В.Я. Беспалов, Н.Ф. Котеленец. – М.: Издательский центр «Академия», 2008.–320с.

Кацман, М.М. Электрические машины. / М.М. Кацман. – М.: Издательский центр «Академия», 2006 – 496 с.

Приложение А

Методические указания по выполнению

лабораторной работы № 15

по дисциплине «Электрические машины и аппараты»

для специальности

среднего профессионального образования

13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

Сыктывкар 2017

Лабораторная работа № 15 для специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

Составитель:

Ксёнз Т.Д. – преподаватель ГПОУ «СЦБТ»

Лабораторная работа № 15

Исследование нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник»

Цель работы: формирование умений по проведению исследования нагрузочных характеристик асинхронного двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник».

Задачи работы:

Научиться собирать схему пуска асинхронного двигателя переключением обмоток со «звезды» на «треугольник».

Научиться снимать нагрузочные характеристики при соединении обмоток статора асинхронного двигателя «звездой» и «треугольником».

Научиться строить нагрузочные характеристики асинхронного двигателя на основании экспериментальных данных.

Приборы и оборудование:

Общие указания по обслуживанию оборудования:

убедитесь в том, что опорные винты на ножках двигателя и соединительная муфта на валу двигателя прочно закреплены;

убедитесь в том, что защитные приспособления для выступающих концов валов и муфты установлены;

учтите, что длительная работа машины или её работа под нагрузкой приводит к её существенному нагреву;

экспериментальный режим – неподвижное состояние двигателя, при включённом питании, допускается только на очень короткое время;

все машины имеют тепловое реле, которое срабатывает при превышении максимально допустимой рабочей температуры; коммутирующие контакты реле выведены на клемный щиток; эти контакты должны быть всегда соединены с соответствующими штекерами на блоках питания или управления;

все параметры, измеряемые в экспериментах, определяются с помощью лабораторных приборов как правило с точностью измерения 1,5 %; эти приборы обычно запитаны от сети переменного тока 230/400 В; измерения производятся на серийно выпускаемых машинах (результаты могут отличаться друг от друга на величину ± 15 %).

Техника безопасности при выполнении лабораторной работы

В эксперименте используется высокое напряжение опасное для жизни, поэтому применяйте для соединения только безопасные провода, входящие в комплект стенда, и внимательно следите за тем, чтобы не было короткого замыкания.

Все приборы, у которых предусмотрена необходимость заземления, должны быть безусловно заземлены с помощью прилагаемых проводов.

Самым аккуратным образом проверьте и перепроверьте соединения используемых модулей и только после этого включайте напряжение питания.

Для защиты вращающихся частей двигателей всегда используйте предусмотренные защитные приспособления.

Все локальные правила и инструкции по эксплуатации электротехнического оборудования должны соблюдаться.

Порядок выполнения работы

Пуск асинхронного двигателя при соединении обмоток статора «звездой»

Соберите установку согласно принципиальной и монтажной схем (рис. 1, рис. 2).

Включите напряжение питания на асинхронный двигатель, обмотки которого соединены «звездой».

Присоедините тормоз и нагрузите двигатель тормозным моментом в соответствии с табличными данными (таблица 1).

Измерьте и запишите данные (М, n, Uстатора, Iстатора) в таблицу 1.

На основании данных постройте нагрузочные характеристики асинхронного двигателя при соединении обмоток статора «звездой».

Следите за правильным подключением измерителей тока и напряжения

Внимание!

Пуск асинхронного двигателя при соединении обмоток статора «треугольником»

Включите напряжение питания на асинхронный двигатель, обмотки которого соединены «треугольником».

Нагрузите двигатель тормозным моментом в соответствии с табличными данными.

Измерьте и запишите данные (М, n, Uстатора, Iстатора) в таблицу № 2.

На основании нагрузочных данных постройте нагрузочные характеристики асинхронного двигателя (при соединении обмоток статора «треугольником»).

Следите за правильным подключением измерителей тока и напряжения

Внимание!

Определите, какие из приведённых ответов верны?

Максимальный момент двигателя одинаков при обеих схемах присоединения.

При соединении «звездой» фазный ток меньше.

Присоединение треугольником даёт лучшее соотношение числа оборотов/момент, чем при присоединении «звездой».

Пусковой ток при присоединении «звездой» значительно меньше, чем при присоединении «треугольником».

Переключатель «звезда/треугольник» не имеет практического значения.

Переключатель «звезда/треугольник» обеспечивает «мягкий» пуск двигателя.

На практике асинхронные двигатели подключаются только «звездой».

Вывод. По полученным измерениям тока и напряжения сделайте вывод о различии работы асинхронного двигателя по схеме «звезда» и «треугольник».

Рисунок 1 - Принципиальная схема подключения и пуска двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник»

Рисунок 2 - Монтажная схема подключения и пуска двигателя при переключении обмоток со «звезды» на «треугольник»

Таблица № 1 - Нагрузочные характеристики АД при соединении обмоток «звездой»

Таблица № 2 - Нагрузочные характеристики АД при соединении обмоток «треугольником»

Приложение Б

Входной тест

Вариант № 1

1. Выберите правильный ответ: двигатели, какого тока имеют преимущества в возможности широкой регулировки частоты вращения и большом вращающем моменте, развиваемом при пуске:

а) переменного тока;

б) постоянного тока

Р=1

2. Выберите правильный ответ: в трехфазную сеть с линейным напряжением 380В включают трехфазный двигатель, каждая из обмоток которого рассчитана на 220В. Как следует соединить обмотки двигателя?

а) двигатель нельзя включать в эту сеть;

б) треугольником;

в) звездой

Р=1

3. Дополните предложение: на электрической схеме показан … способ пуска асинхронного двигателя

Р=1

4. Определите по рисункам основные части асинхронного двигателя:

Р=2

Вариант № 2

1. Выберите правильный ответ: машину, в которой происходит преобразование механической энергии в электрическую, называют:

а) генератором;

б) электрическим двигателем;

в) тахогенератором

Р=1

2. Выберите правильный ответ: где сопротивление катушки больше, при включении её в сеть постоянного или переменного напряжения?

а) на переменном напряжении;

б) на постоянном напряжении

в) одинаково

Р=1

3. Дополните предложение: на электрической схеме показан … способ пуска асинхронного двигателя

Р=1

4. Определите по рисункам основные части асинхронного двигателя:

Р=2

Приложение В

Контрольные вопросы:

Максимальный момент двигателя одинаков при двух схемах присоединения – нет.

При присоединении звездой фазный ток меньше – да.

Присоединение треугольником даёт лучшее соотношение числа оборотов/момент, чем при присоединении звездой – да.

Пусковой ток при присоединении звездой значительно меньше, чем при присоединении треугольником – да.

Переключатель звезда/треугольник не имеет практического значения – нет.

Переключатель звезда/треугольник обеспечивает "мягкий" запуск двигателя – да.

На практике асинхронные двигатели подключаются только звездой - нет.