1268

Цели работы: освоение методики снятия опытным путем механических характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором и изучение способов регулирования его частоты вращения.

Теоретические положения

Конструкции статоров асинхронных машин с фазным (ФР) и короткозамкнутым (КЗР) ротором идентичны. Обмотка статора имеет три фазные обмотки, магнитные оси которых сдвинуты относительно друг друга в пространстве на угол 120о.

Обмотка фазного ротора также состоит из трех фазных обмоток, выполненных медным изолированным проводом и уложенных в пазы стали ротора. Оси этих обмоток тоже сдвинуты относительно друг друга в пространстве на угол 120 о. Начала этих обмоток соединены накоротко и изолированы от вала. Концы обмоток соединены с медными контактными кольцами, посаженными на вал и изолированными от него.

На кольца с помощью щеткодержателей устанавливаются щетки. С помощью таких скользящих контактов можно с цепью обмотки ротора вводить добавочное сопротивление.

Использование фазной обмотки на роторе позволяет при введении в нее добавочного сопротивления изменять пусковые и механические характеристики двигателя. При этом величина критического момента Мкр остается неизменной, а критическое скольжение с ростом добавочного сопротивления увеличивается и может стать равным единице. Это свойство используется для улучшения пусковых характеристик АД, а также для регулирования частоты вращения двигателя.

Упрощенное выражение механической характеристики на ее рабочем участке может быть представлено формулой Клосса.

где М кр – критический момент на валу двигателя; Sкр – критическое скольжение.

Выражение позволяет, зная паспортные данные двигателя, рассчитать его механическую характеристику.

При отсутствии добавочного резистора в цепи обмотки ротора фазный ротор является короткозамкнутым и зависимость n =ƒ(M) представляет собой естественную механическую характеристику. При

52

введении в цепь обмотки ротора добавочного сопротивления получаем искусственную характеристику.

Рис.40. Естественная (1) и искусственные (2; 3) механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

Рис. 41. Электрическая схема установки для испытаний асинхронного двигателя с фазным ротором

53

6. Объяснить причины возникновения большого пускового тока асинхронного двигателя.

Лабораторная работа №11

Параллельная работа синхронного генератора с электрической сетью бесконечно большой мощности

Цели работы: приобрести практические навыки в сборке электрической схемы и включении с помощью синхронизирующих устройств синхронного генератора на параллельную работу с сетью; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах синхронного генератора, включенного на параллельную работу.

Программа работы

1.Ознакомиться с конструкцией синхронного генератора и приводного двигателя; записать их паспортные данные и данные измерительных приборов.

2.Собрать схему по рис. 42 и после проверки ее преподавателем произвести пуск генератора, проверить возможность регулировки параметров генератора.

3.Включить синхронный генератор на параллельную работу с сетью с помощью синхроноскопа.

4.Снять показания приборов и построить U – образные характеристики синхронного генератора.

5.Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.

Рис.42. Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью

55

Основные теоретические положения

Большинство синхронных генераторов работает параллельно с электрической сетью. Начальной стадией параллельной работы машины с сетью является момент включения ее в сеть. В зависимости от того, как выполняются операции при включении синхронной машины, подразделяют синхронизацию на два способа:

а) точная синхронизация; б) грубая синхронизация (самосинхронизация).

Для выполнения точной синхронизации необходимо создать следующие условия:

1)частота вращения ротора генератора должна быть равна синхронной, что можно выполнить с помощью первичного двигателя.

Вэтом случае частота ЭДС генератора равна частоте напряжения сети;

2)регулируя ток возбуждения генератора, добиться равенства ЭДС генератора и напряжения сети;

3)порядок чередования фаз фазных напряжений генератора и сети должен быть одинаковым:

4)напряжения сети и ЭДС генератора в момент подключения должны быть направлены встречно.

Приведение генератора в состояние, удовлетворяющее перечисленным условиям, называют синхронизацией. Соблюдение условий синхронизации проверяют с помощью синхроноскопа. Простейший

синхроноскоп ламповый, состоящий из трех ламп накаливания, которые могут быть включены по двум схемам: «на погасание» или «на

56

вращение света».

При использовании синхроноскопа по схеме «на погасание» каждая лампа включается между одноименными линейными проводами сети и генератора по схеме (рис.43).

При включении ламп синхроноскопа «на вращение света» (см. рис. 42), соблюдению условий синхронизации соответствует погасание лампы 1, включенной между линейными проводами А. Лампы 2 и 3 горят с одинаковой яркостью.

При несоблюдении условий синхронизации лампы вспыхивают поочередно, создавая эффект вращения света. По мере приближения к соблюдению условий синхронизации частота «вращения света» замедляется.

После пуска приводного двигателя генератор возбуждают настолько, чтобы его линейные напряжения были равны линейным напряжениям сети. Изменяя ток возбуждения приводного двигателя, добиваются условий синхронизации, ориентируясь на синхроноскоп. Когда все условия синхронизации выполнены, генератор подключают к сети.

После подключения генератора к сети токи в его обмотках равны нулю, так как ЭДС генератора и напряжения сети уравновешивают друг друга. При изменении тока возбуждения генератора будет изменяться и ток статора, однако активную мощность в сеть генератор отдавать не будет. В сеть будет отдаваться только реактивная мощность.

Для того чтобы генератор отдавал в сеть активную мощность, необходимо увеличить вращающий момент приводного двигателя.

Зависимости тока статора от тока возбуждения генератора при неизменной активной мощности Р2 называются U-образными характеристиками генератора. Их снимают для трех значений активной мощности генератора: Р2 = 0 (режим холостого хода), Р2 = 0,25 Р2ном,

Р2 = 0,5 Р2ном.

Включив генератор на параллельную работу с сетью, увеличивают ток возбуждения генератора Iв до тех пор, пока ток в цепи статора генератора не достигнет номинального значения I1ном. При этом приблизительно через одинаковые интервалы тока возбуждения Iв измеряют величину тока статора I1, их значения заносят в табл. 23. Затем плавно уменьшают ток возбуждения Iв до тех пор, пока ток статора I1, пройдя через минимум, не возрастет опять до номинального значения. После этого уменьшают ток возбуждения до тех пор, пока ток статора не примет минимальное значение.

57

Затем увеличивая вращающий момент приводного двигателя, доводят активную нагрузку генератора до значения Р2 = 0,25Р2ном. Данные для построения U – образной характеристики для этой нагрузки снимают вышеприведенным способом. После этого увеличивают активную мощность до значения Р2 = 0,5Р2ном и снимают данные для построения третьей U – образной характеристики. Все данные заносят в табл. 23.

Семейство U - образных характеристик, снятых таким способом, имеет вид, приведенный на рис. 44.

На построенном графике следует указать зоны работы генератора с опережающим и отстающим токами статора. Точки на графиках, соответствующие минимальному току статора, соединяют пунктирной линией (рис.44). Коэффициент мощности генератора при различных значениях тока статора I1 определяется по формуле

Cosφ=P2 /(3U1I1).

По результатам эксперимента построить U – образные характеристики синхронного генератора и объяснить влияние величины тока возбуждения генератора на сдвиг по фазе тока статора относительно напряжения сети, уточнив при этом характер реактивной составляющей тока статора при перевозбуждении и недовозбуждении.

Контрольные вопросы

1.Какие условия необходимо соблюсти, прежде чем включить синхронный генератор на параллельную работу с сетью?

2.Каким прибором контролируется соблюдение условий синхронизации?

3.Как создать активную нагрузку синхронного генератора, работающего параллельно с сетью?

4.Изложите порядок действий при снятии данных для построения U –образных характеристик синхронного генератора?

5.Как определить, при какой величине тока возбуждения синхронный генератор, работающий параллельно с сетью, будет иметь cosφ =1?

58

6. Потребуется ли изменить величину тока возбуждения генератора для сохранения cosφ = 1 при изменении нагрузки?

Библиографическийсписок

1.Кацман М. М. Электрические машины. М.: Высшая школа, 2003. – 469 с.

2.Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу. – М.: Высшая школа, 2001.

3.Кацман М.М. Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу. М.: Академия, 2004. – 251 с.

4.Костенко Г.Н., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Л., 1972. Ч.1. – 544 с.; 1973. Ч.2. – 648 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………….3

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ …………….............5

Лабораторная работа № 1. Испытание генератора независимого возбуж-

дения …………………………………………………..................................................6

Лабораторная работа № 2. Генераторы параллельного (шунтового) и

смешанного возбуждения ……………......................................................................11

Лабораторная работа № 3. Испытания генератора постоянного тока методом холостого хода и короткого замыкания………………………….................17 Лабораторная работа № 4. Параллельная работа генераторов постоянно-

го тока……………………………………………………………………...................21

Лабораторная работа №5. Испытание двигателя параллельного возбуж-

дения………………………………………….............................................................26

Лабораторная работа № 6. Испытания двигателя последовательного воз-

буждения …………………………………………………………………………….33

Лабораторная работа № 7. Электрическое торможение двигателей по-

стоянного тока……………………………………………………………………….35

Лабораторная работа № 8. Определение коэффициента полезного дейст-

вия машин постоянного тока………………………………………….....................42

Лабораторная работа № 9. Исследование свойств асинхронного двигате-

ля с короткозамкнутым ротором……………………...............................................44

Лабораторная работа № 10. Исследование трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором……………………………………….….....................51

Лабораторная работа № 11. Параллельная работа синхронного генератора с электрической сетью бесконечно большой мощности………………………55

Библиографический список…………………………………………………………59

59

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

методические указания

к лабораторным работам

для студентов

всех специальностей 1 – 3 курсов

Омск – 2010

60