Лабораторна робота № 2.3 визначення опорів фаз трифазного асинхронного двигуна струмам різних послідовностей
Мета роботи
Навчитися експериментально визначати опори фаз трифазного асинхронного двигуна проходженню струмів прямої, зворотної та нульової послідовностей.
Основні теоретичні відомості
В обертових трифазних електричних машинах магнітне поле, утворене системою струмів прямої послідовності, обертається в одному напрямі з ротором, а поле, утворене системою струмів зворотної послідовності, обертається у протилежному напрямі, внаслідок чого комплексний опір Z1 фази машини струмам прямої послідовності відрізняється від комплексного опору Z2 фази струмам зворотної послідовності. Струми нульової послідовності не утворюють обертового магнітного поля. Магнітні потоки струмів нульової послідовності одночасно у всіх фазах напрямлені до ротора або від нього і замикаються через повітря в торцевих частинах машини, тобто їх шляхи відрізняються від шляхів магнітних потоків, викликаних струмами прямої і зворотної послідовностей. Тому опір фаз для струмів нульової послідовності Z0 істотно відрізняється від опорів Z1 і Z2. Таким чином, для конструктивно симетричної машини маємо:
Z1
≠ Z2
≠ Z0.
Значення опорів фаз машини проходженню струмів прямої, зворотної і нульової послідовностей визначаються як відношення фазних напруг до фазних струмів відповідних послідовностей:
Z1
=
;
Z2
=
;
Z0
=
.
За відсутності нейтрального проводу струми нульової послідовності протікати не можуть і Z 0 = ∞.
Значення опорів Z1, Z2, Z0 трифазного асинхронного двигуна в роботі визначають дослідним шляхом двома методами.
1 Значення опору фаз двигуна для струмів прямої послідовності визначають як відношення фазної напруги до фазного струму при симетричному трифазному режимі, коли магнітне поле і ротор обертаються в одному напрямі:
Z1
=
.
Для визначення опору фаз двигуна струмам зворотної послідовності необхідно змінити напрям обертання ротора не змінюючи порядок чергування фаз системи напруг живлення двигуна, що досягається шляхом обертання ротора за допомогою стороннього двигуна в напрямі, протилежному до напряму обертання магнітного поля статора. При цьому значення опору фаз для струмів зворотної послідовності:
Z
2=
.
Режим нульової послідовності утворюється при живленні всіх трьох паралельно з'єднаних статорних обмоток від однофазного джерела пониженої напруги. При цьому опір для струмів нульової послідовності
Z0
.
2 Другий метод відрізняєтеся від першого тим, що струми і напруги різних послідовностей розраховують за експериментальними даними, а не вимірюються безпосередньо. Для цього здійснюють несиметричний режим роботи двигуна (наприклад, обрив лінійного проводу А) і вимірюють його фазні напруги і струми. Відтак, отримані несиметричні системи напруг і струмів розкладають на симетричні складові.
При розкладанні несиметричної системи фазних напруг A, B, C на симетричні складові графічним методом будують топографічну векторну діаграму лінійних АВ, ВС, СА і фазних A, B, C напруг двигуна (рисунок 3.1). В подальшому на векторі лінійної напруги BC слід побудувати два рівносторонні трикутники ВМС і BNC і з'єднати їх вершини з вершиною А трикутника лінійних напруг. При цьому відрізок NA= 3U1 , a відрізок MA = 3U2.
Симетричні складові фазних струмів доцільно визначити аналітично, враховуючи, що один фазний струм дорівнює нулю, а два інших рівні за модулем і зсунені за фазою на 180°. Тобто
İА = 0; İВ = – İС = İ.
Таким чином:
;
;
.
Тут
враховано, що фазовий оператор
.
Рисунок 3.1 – Розкладання несиметричної системи фазних напруг на симетричні складові
Опори Z 1 і Z 2 асинхронного двигуна визначаються за наведеними вище формулами. Їх значення залежать від швидкості обертання ротора двигуна. Чим більша швидкість, тим більший опір Z1 і менший Z2. При нерухомому роторі Z1=Z2.
Послідовність виконання роботи
Опори фаз асинхронного двигуна для струмів нульової, прямої і зворотної послідовностей визначають при промисловій частоті f = 50Гц.
1 Для визначення опору струмами нульової послідовності асинхронного двигуна АД-1 складають коло за схемою, зображеною на рисунку 3.2.
Досліди проводять при напрузі, яка не перевищує 100 В, і встановлюється за допомогою лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) при нерухомому роторі (n = 0) і обертанні ротора з швидкістю n = 3000 об/хв за допомогою асинхронного двигуна АД – 2 .
Рисунок 3.2 – Електрична схема кола для визначення опору нульової послідовності фаз асинхронного двигуна
Таблиця 3.1 – Результати вимірювань і обчислень
Режим роботи двигуна |
n = 0 |
n = 3000 об/хв |
||||
Послідовність чергування фаз |
UФ, В |
ІФ, А |
Z, Ом |
UФ, В |
ІФ, А |
Z, Ом |
Нульова послідовність |
|
|
|
|
|
|
Пряма послідовність |
|
|
|
|
|
|
Зворотна послідовність |
|
|
|
|
|
|
2 Визначення опору фаз двигуна АД – 1 струмам прямої послідовності проводять за схемою, наведеною на рисунку 3.3, при обертанні його ротора в напрямі обертання магнітного поля статора.
Рисунок 3.3 – Електрична схема кола для визначення опорів фаз асинхронного двигуна для струмів прямої та зворотньої послідовностей
3 Визначення опору для струмів зворотної послідовності проводиться за тією ж схемою (рисунок 3.3), але при обертанні ротора двигуна в протилежному до магнітного поля статора АД – 1 напрямі за допомогою двигуна АД – 2.
Результати вимірювань записати в таблицю 3.1.
4 Для визначення опорів для струмів прямої і зворотної послідовності за другим методом створюють несиметричний режим роботи асинхронного двигуна АД – 1 – обрив лінійного проводу А, розімкнувши ключ К. Вимірюють фазні і лінійні напруги, а також струм ІВ. Дослід проводять при n = 0 і n = 3000 об/хв.
Результати вимірювань записати в таблицю 3.2.
Таблиця 3.2 – Результати вимірювань
N, об/хв |
UAB, В |
UBC, В |
UCA, В |
UA, В |
UB, В |
UC, В |
ІB, А |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
|
|
|
|
|
Опрацювання результатів досліджень
1 3а даними досліджень обчислити значення опорів для струмів нульової, прямої і зворотної послідовностей.
Результати вимірювань записати в таблицю 3.1.
2 Побудувати топографічні векторні діаграми напруг двигуна за даними досліду п.4 і графічно розкласти несиметричні системи фазних напруг на симетричні складові.
3
Аналітично визначити симетричні складові
струмів, враховуючи, що струм IA
= 0, a
.
4 Обчислити значення опорів для струмів прямої і зворотної послідовностей за симетричними складовими напруг і струмів.
Результати обчислень за п. 2, 3, 4 записати в таблицю 3.3.
Таблиця 3.3 – Результати вимірювань і обчислень
N, об/хв |
Пряма послідовність |
Зворотна послідовність |
|||||
U1,В |
I1,А |
Z1,Ом |
U2,В |
I2,А |
Z2,Ом |
||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
|
|
|
|
|
5 Порівняти значення опорів Z1 і Z2, отримані в п.1 і п.4.
6 Зробити висновки з виконаної роботи.
Контрольні запитання
1 Чому в двигуна, ротор якого обертається, Z1 ≠ Z2 ≠ Z0 ?
2 Чому при обертанні ротора Z1 > Z2 ?
3 Як експериментально визначають опори двигуна струмам прямої, зворотної та нульової послідовностей?
4 Як графічно розкласти несиметричну систему напруг двигуна на симетричні складові?
5 Як аналітично визначити симетричні складові фазних струмів двигуна?
6 Чому при обриві одного лінійного проводу ротор трифазного двигуна продовжує обертатись, але після зупинки обертання ротора не відновлюється?