1268

цепи испытуемой машины ИМ. Зафиксировать бросок тока в момент включения тормозного резистора.

6.Уменьшая скорость вращения машин введением реостата Rп.нм в якорную цепь нагрузочной машины НМ, измеряем величины тока якоря испытуемой машины, работающей в режиме динамического торможения, соответствующие различным скоростям вращения. Результаты измерений занести в табл.16. Рассчитать величину тормозного момента, соответствующую различным токам якоря. Результаты расчета занести в табл.16. и построить электромеханическую и механическую характеристики испытуемой машины в режиме динамического торможения.

7.Для определения времени торможения необходимо снова включить машины в той же последовательности. После этого ключом К2 отключить нагрузочную машину НМ от сети. Теперь обе машины вращаются по инерции. Ключом К3 подключаем тормозное сопротивление Rдт к якорной цепи испытуемой машины ИМ и одновременно с этим запускаем секундомер для измерения времени торможения. Такую же процедуру проводим при использовании тормозного резистора с другим значением сопротивления.

Таблица 16

n, об/мин

Iа, А

М, Н/м

Для осуществления исследования рекуперативного торможения необходимо сначала полностью вывести из цепи возбуждения испытуемой машины реостат Rв.им (см. рис.26), в якорную цепь испытуемой машины полностью ввести пусковой резистор Rп.им, включить ключ К1 и, выводя из якорной цепи пусковой резистор Rп.им, вывести машину на номинальный режим работы. Уменьшая ток возбуждения испытуемой машины путем введения в цепь возбуждения сопротивления Rв.им, увеличить скорость вращения испытуемой машины. Это состояние соответствует началу эксперимента. Величину тока I1 и скорости n1 занести в табл. 17.

Для перевода испытуемого двигателя в режим рекуперативного торможения замкнуть рубильник Р, т.е. увеличить ток возбуждения. Измерить бросок тока I02 при замыкании рубильника Р и занести в табл. 17. По завершению тормозного процесса измерить новые установившиеся значения тока I2 и скорости n2 и занести их в табл. 17.

41

Таблица 17

Лабораторная работа №8

Определение коэффициента полезного действия машин постоянного тока

Цель работы: преобразование электрической энергии в машинах сопровождается потерями. Под КПД понимается отношение полезной

ет несколько методов определения КПД машин как непосредственно, так и косвенным путем. Знакомство с некоторыми из них наша задача.

Порядок выполнения работы

А. Метод холостого хода является косвенным методом и заключается в следующем:

1)предназначенную для испытаний машину запустить в режиме двигателя без нагрузки по схеме (см. рис. 21);

2)измерить на холостом ходу и занести в табл. 18: напряжение U, ток холостого хода Ia;

3)измерить сопротивление якорной цепи методом амперметравольтметра по схеме (см. рис. 12);

4)определить потери в стали Рс, которые являются постоянны-

ми потерями и равны потерям холостого хода.

Pс = Рo – (Iao)2 ra = UIao – (Iao)2 ra,

где Po = UIaо – мощность, потребляемая двигателем из сети на холостом ходу; Iao – ток двигателя на холостом ходу; (Iaо)2 ra – потери в меди на холостом ходу Ром.

Напряжение U и ток Ia0 измеряются непосредственно в опыте, а сопротивление цепи якоря ra определяется известным методом вольт- метра-амперметра (см. рис. 12).

42

При нагрузке двигателя потери в нем зависят от величины тока

якоря и определяются по формуле

P = Pc +(Ia)2ra =Рс + Рм.

Таким образом, зная Рс и задаваясь различными значениями тока якоря (Iа = 2, 4, 6, 8, 10), можно составить табл. 19 и для каждого значения тока якоря подсчитать потери, соответствующие этому току, после чего определить КПД двигателя для каждого значения тока по формуле

Таблица 19

Ia, A

(Ia)2r=Рм, Вт

η

По полученным данным строится кривая зависимости f (Ia ). Б. Метод взаимной нагрузки состоит в том, что две одинаковые электрические машины соединяются механически и работают одна на другую, причем одна двигателем, другая генератором. Мощность, необходимая для покрытия потерь в обеих машинах, поставляется из сети. В результате общие расходы энергии на испытание определяют-

ся только мощностью, идущей на покрытие потерь.

Схема соединения (рис. 32), применяемая при этом, по существу является схемой параллельной работы, и поэтому должны выполняться соответствующие условия включения: после сборки схемы и запуска двигателя Д включить рубильник Р2. Если напряжение сети и ЭДС генератора равны и правильно соблюдена полярность подключения, то показания вольтметра равны нулю. Теперь можно включить рубильник Р3. Постепенно увеличивая ток возбуждения генератора, нагрузить систему, отмечая всякий раз токи генератора и двигателя.

Если считать, что КПД обеих машин одинаковы, т. е. Г Д , общий КПД установки определяется:

общ Г Д Д 2.

Отсюда КПД одной машины равен

43

Лабораторная работа №9

Исследование свойств трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Цели работы: изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, научиться маркировать выводы фазных обмоток статора, овладеть приемами экспериментального исследования асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки, научиться собирать электрические схемы для проведения экспериментов.

Основные теоретические положения

Наибольшее распространение в качестве привода в современных электрических установках имеет асинхронная машина (АМ) переменного тока с короткозамкнутым ротором. Как и всякая электрическая машина она является обратимой, т.е. может работать в режиме генератора, двигателя и преобразователя частоты. Преимущественно эта машина используется в качестве двигателя. Основными элементами АМ являются статор и ротор. Обмотка статора может быть однофазной, двухфазной и трехфазной.

В трехфазной машине в пазы статора укладываются три фазные

44

обмотки. Оси обмоток сдвинуты в пространства относительно друг друга на 120 о. При питании их трехфазной симметричной системой напряжений они создают вращающееся магнитное поле.

Частота вращения поля статора n1 = 60f1 , об , где ƒ1 – частота

p мин

напряжения питающей сети, Гц; p число пар полюсов машины одной фазной обмотки. При стандартной промышленной частоте ƒ=50 Гц имеем ряд синхронных скоростей вращения табл. 20.

Принцип действия машины заключается в следующем: при включении обмотки статора АМ в трехфазную сеть создается вращающееся магнитное поле, индуктирующее в короткозамкнутых стержнях обмотки ротора ЭДС, под воздействием которой по стержням протекают токи. Токи, взаимодействуя с полем статора, создают вращающий момент, который вращает ротор в ту же сторону, что и поле статора, но с меньшей скоростью.

Степень отставания ротора от поля статора характеризуется величиной, которая называется скольжением S и определяется формулой

где nc – скорость вращения поля статора (синхронная скорость); nр скорость вращения ротора. Скольжение измеряется либо в относительных единицах, либо в процентах от синхронной скорости и может изменяться в пределах - s .

Если скорости ротора и поля статора равны, то стержни обмотки ротора не пересекают силовые линии магнитного поля и в стержнях не возникают ЭДС и токи. Соответственно не возникает и вращающий момент. При синхронной скорости вращения скольжение и вращающий момент равны нулю. Это возможно лишь в том случае, если к валу машины подводить механическую энергию, необходимую для преодоления механических, электрических и магнитных потерь.

Если подводимая к валу энергия больше необходимой для покрытия потерь, то ротор начнет обгонять поле статора, скольжение станет отрицательным, вращающий момент станет тоже отрицательным, т.е. тормозным, а машина перейдет в генераторный режим. За-

45

Зависимость вращающего момента от скольжения М = f(s) называется механической характеристикой машины и имеет вид, приведенный на рис.34.

Рис.34. Механическая характеристика асинхронной машины с короткозамкнутым ротором

На этой характеристике можно указать соответствующие определенному режиму машины точки: точку 0 (s = 0) – идеальный холо-

46

Расчет механической характеристики намного упрощается, если его вести в относительных единицах М* = М/Мкр. В этом случае уравнение механической характеристики имеет вид

Рис. 36. Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Свойства асинхронной машины характеризуются его рабочими характеристиками (рис. 36). Это зависимости от мощности, снимаемой с вала двигателя Р2, следующих величин: мощности, потребляемой из сети Р1=ƒ(Р2); фазного тока Iф = ƒ(Р2); cosφ=ƒ(Р2); величины момента, развиваемого двигателем М = ƒ(Р2); скольжения S=ƒ(Р2); КПД двигателя η =(Р2). Все эти зависимости снимаются при неизменных величинах частоты ƒ = const и напряжения питающей сети U

=const.

В лабораторных условиях они снимаются на установке, где двигатель нагружают с помощью нагрузочного генератора.

Программаработы

1.Ознакомиться с конструкцией двигателя и устройством для его нагрузки; записать паспортные данные двигателя, измерительных приборов и нагрузочного генератора.

2.Экспериментально проверить обозначения выводов обмоток

статора.

3.Собрать схему испытательной установки по рис.39. После проверки ее преподавателем произвести пробный пуск.

4.Снять данные и построить рабочие характеристики двигателя.

48

5. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.

Для снятия характеристик необходимо составить табл. 21.

Проверка правильности маркировки выводов обмотки ста-

тора. Для правильного соединения обмоток статора в «звезду» или «треугольник» необходимо точно определить начала и концы обмоток статора. Это делается следующим образом. Сначала определяют пару выводов, принадлежащую одной обмотке, затем пару выводов другойобмотки,затемпарутретьейобмотки.

Для определения одной из пар любой вывод из шести соединяют с клеммой сети. К другой клемме сети присоединяют вольтметр. Далее поочередно касаются свободной клеммы вольтметра каждым из оставшихся пяти выводов обмотки. При касании одним из выводов клеммы вольтметра последний покажет напряжение. Этот вывод при-

49

С подключают вольтметр. Если предварительная маркировка выводов обмоток А и В, соединенных последовательно, была правильной, то вольтметр, подключенный к третьей обмотке С, не покажет напряжения.

Для определения начала и конца обмотки С ее так же последовательно соединяют с одной из обмоток А или В, начала и концы которых уже определены. При правильном определении концов обмотки С вольтметр, подключенный к свободной обмотке, напряжения не покажет.

Схема испытательной установки представлена на рис.40. Нагрузкой для асинхронного двигателя является генератор постоянного тока смешанного возбуждения. Перед запуском асинхронного двигателя необходимо выключить возбуждение генератора, т.е. произвести запуск на холостом ходу.

После этого, увеличивая ток возбуждения генератора, создаем нагрузку на валу испытуемого двигателя. Через приблизительно равные интервалы тока двигателя I1 снимают показания приборов. Первые замеры по приборам делают в режиме холостого хода. Необходимо снять не менее пяти показаний, причем одно из них должно соответствовать номинальному режиму.

Рис.38. Определение начал и концов обмоток статора асинхронной машины

50