2.3. Определение коэффициента трансформации

Для определения коэффициента трансформации необходимо отсоединить обмотку ротора от пусковых сопротивлений. Затем к обмотке статора подводится пониженное напряжение U₁=0,5U_н и измеряются все линейные напряжения на обмотках статора и ротора. Если напряжения несимметричны (отличаются более, чем на 5% друг от друга), то необходимо определить их средние значения. Если напряжения симметричны, то в дальнейшем производятся измерения только одного линейного напряжения обмотки статора и одного - обмотки ротора.

После проверки симметрии измеряют напряжения на обмотках статора U_сл и ротора U_рл для 3-4 значений напряжения U_сл=(0,50,8)U_н. Коэффициент трансформации по линейным напряжениям рассчитывается как [4]

. (2.1)

Строго говоря, коэффициент трансформации необходимо определять через отношение фазных напряжений. При разомкнутом роторе и пониженном напряжении на статоре ток в обмотке статора мал и согласно первому уравнению системы (1.11) U_сф  Е_сф. Как уже отмечалось, обмотка ротора соединяется в звезду и поэтому при разомкнутом роторе U_рф=Е_рф . Обмотка статора собрана треугольником, т.е. U_сл= U_сф Е_сф. Следовательно, коэффициент трансформации :

k_uф=k_е= (2.2)

где k_е – коэффициент трансформации по ЭДС ; W₁,W₂ – число витков в обмотках статора и ротора соответственно; k_об1, k_об2- обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора, соответственно.

Таким образом, коэффициент k_uф=k_е связывает между собой обмоточные параметры статора и ротора и определяется как в трансформаторе.

2.4. Опыт холостого хода

Режим холостого хода – вращение асинхронного двигателя без нагрузки, когда полезный момент на валу двигателя равен нулю: М₂=0 [1,6].

Опыт холостого хода проводится для определения характеристик холостого хода, которые представляют собой зависимости I_o, P_o, cos _o=f (U₁).

Пуск АДФР осуществляется следующим образом. Замыкается выключатель В₂. Далее необходимо убедиться в том, что ротор индукционного регу- лятора установлен в положение, обеспечивающее U_min, о чём свидетельствует ярко горящая левая сигнальная лампочка. Затем напряжение, подводимое от ИP к обмотке статора АДФР, плавно увеличивают до номинального значения (U_н). Пуск производится включением выключателя В₃. Как только пусковые токи в обмотке статора уменьшаются до значений I₁ I₀, необходимо зашунтировать пусковые сопротивления с помощью выключателя В₄ (загораются сигнальные лампочки при В₄ ) . На этом операция пуска завершается.

После завершения пуска двигателя увеличивают напряжения на зажимах обмоток статора до значения U₁  1,3 U_н, затем постепенно уменьшают его до величин U₁  0,4U_н. Учитывая характер получаемых зависимостей, целесообразно изменять напряжения U₁ 1,3U_н до U₁ 0,8U_н, через интервалы U  5%U_н, затем (при U₁  0,8U_н) через U  10%U_н, с тем чтобы получить 810 точек. При этом в каждой точке измеряются линейные напряжения (U₀₁, U₀₂, U₀₃), линейные токи в трех фазах (I₀₁, I₀₂, I₀₃) и показания ваттметров ₁, ₂ для последующего расчета мощности по методу двух ваттметров. Данные измерений в делениях записываются в протокол испытаний (табл.2.1).

Таблица 2.1.

Опытные данные АД в режиме холостого хода.

№ п/п	U01	U02	U03	I01	I02	I03	1	2
	Дел.	дел.	дел.	дел.	Дел.	дел.	дел.	Дел.
	Сv= В/дел.			СA= А/дел.			СW= Вт/дел.

По результатам опыта необходимо сделать следующие вычисления.

Среднее значение напряжения

U₁ = 1/3 (U₀₁ + U₀₂ + U₀₃) С_v,

где С_v - постоянная вольтметра в В/дел.

Среднее значение тока холостого хода I_o можно рассчитать по формуле:

I₀= 1/3 (I₀₁+ I₀₂ + I₀₃) C_A, (2.3)

где С_А=I / N –постоянная амперметра в А/дел.,

здесь I-предел по току, установленный на первичной обмотке ТТ,

N- число делений всей шкалы амперметра.

Мощность, потребляемая асинхронным двигателем в режиме холостого хода Р₀ рассчитывается по формуле:

P₀=(₁ ₂) C_w, (2.4)

где ₁ и ₂ – показания ваттметров в делениях,

- постоянная ваттметров,

здесь U- предел по напряжению, установленный на ваттметрах;

I - предел по току, установленный на первичной обмотке ТТ;

N – число делений всей шкалы ваттметра.

При холостом ходе двигатель не совершает полезной работы, и вся подведенная к нему мощность P₀ расходуется на потери :

• электрические потери в обмотке статора, равные

р_эл10 = 3 I_оф²  r₁ = I_ол²  r₁, (2.5)

где r₁ – сопротивление фазы обмотки статора постоянному току;

- р_мг – магнитные потери в сердечнике статора;

- р_мх – механические и добавочные потери холостого хода.

Электрическими и магнитными потерями ротора пренебрегают [6].

Таким образом,

Р₀= р_эл10 + р_мг + р_мх. (2.6)

Коэффициент мощности холостого хода определяется по формуле:

. (2.7)

Наиболее точные результаты расчета cos ₀ получаются согласно зависимости cos ₀=f (₁/₂) (табл. 1.1). По результатам опыта холостого хода можно произвести разделение потерь АД. Для этого, вычитая из мощности Р_0. электрические потери в первичной обмотке р_эл10 для каждого значения U₁, определяется сумма магнитных р_мг и механических р_мх потерь :

Р₀^ = P₀ - I_о²  r₁ = p_мг + р_мх . (2.8)

Расчетные данные опыта холостого хода заносят в табл. 2.2 и на её основе строят зависимости I₀, P₀, cos ₀=f (U₁) (рис.2.3) и P^₀=f (U₁²) (рис.2.4).

Таблица 2.2

Расчетные данные опыта холостого хода асинхронного двигателя.

№ п/п	U1	I0	pэл1о	Р0	Р0	U12	cos 0
	B	A	Вт	Вт	Вт	В2	по табл.	вычисл.

Рис. 2.3 Характеристики холостого хода АД.

Рис. 2.4 Разделение потерь холостого хода АД.

Вид зависимостей, представленных на рис.2.3, можно объяснить следующим образом. Зависимость I₀=f (U₁) имеет вид кривой намагничивания. В начальной части (при малых напряжениях), когда магнитная система ненасыщена, она имеет прямолинейный характер, по мере насыщения (при U₁>0,4U_н) магнитной цепи кривая I₀=f (U₁) приобретает вид, приближающийся к параболическому. Зависимость P₀=f (U₁) имеет практически параболический характер, т.к. потери р_мг B² Ф² Е₁²  U₁² и электрические потери р_эл10  I₀², тогда как механические потери при n=const постоянны (р_мх= const).

Зависимость cos ₀=f (U₁) определяется соотношением составляющих тока холостого хода I_o и I_oа. При малых напряжениях cos ₀ достаточно высок, т.к. преобладает активная составляющая тока I_oа =I₀cos _0, необходимая для создания мощности, которая покрывает механические потери р_мх. При увеличении напряжения растет индуктивная составляющая тока I_o =I₀sin₀ в связи с увеличением магнитного потока, поэтому cos ₀ уменьшается, достигая величины (0,09  0,18) при номинальном напряжении.

Поскольку р_мг  U₁², то зависимость Р₀^=f (U₁²) (рис.2.4) должна быть линейной, отсекающей на оси ординат при U₁²= 0 потери р_мх= const. Тогда разность между линией Р₀^=f (U₁²) и линией р_мх=const дает потери р_мг , соответствующие данному напряжению.

Следует отметить, что при значениях U₁>U_н зависимость Р₀^=f (U₁²) может несколько отклоняться от прямолинейной. Это связано с тем, что при больших U₁ получаются низкие значения cos ₀ и обычные ваттметры, рассчитанные на измерения в цепях с cos ₀  0,3 и выше, показывают несколько завышенные значения мощности. Для снижения этой погрешности при проведении опыта холостого хода целесообразно пользоваться так называемыми низкокосинусными ваттметрами [3].

Характеристики холостого хода, представленные на рис. 2.3, позволяют определить значения I_он, Р_он и cos _он , соответствующие номинальному напряжению U_н, а по рис.2.4 механические р_мх и магнитные р_мг потери при U_н².