Sb95755

11

Рис. 2.5. Схема включение преобразователя с двигателем переменного тока

Результаты измерения занести в табл. 2.1, построить графики U0 ψ1(iв) и Iг ψ2(iв) для различных значений сопротивления нагрузки Rн.

Таблица 2.1

iв, А

Rн =4,0 Ом U0, В Iг, А

ит. д.

2.Характеристики возбуждения U0 ψ1(iв) и Iг ψ2(iв) при работе ге-

нератора на индуктивное сопротивление. Индуктивность нагрузки xн изменяют следующим образом: вначале включают 26 витков катушки, затем 20, 16, 13, 9 и 4 витка, что соответствует сопротивлениям 3,5; 3,0; 2,5; 2,0; 1,5 и 0,5 Ом (с точностью ±10 %). При каждом значении xн снять 4…5 точек характеристик возбуждения.

Результаты измерений занести в табл. 2.2, построить графики U0 ψ1(iв) и Iг ψ2(iв) дляразличныхзначенийиндуктивногосопротивлениянагрузкиxн.

Таблица 2.2

iв, А xн =3,5 Ом U0, В

Iг, А

ит. д.

3.Характеристики возбуждения U0 ψ1(iв) и Iг ψ2(iв) при работе ге-

нератора на емкостное сопротивление.

Емкость нагрузки Сн устанавливается последовательно равной 2,0; 50,0;

150,0 и 230,0 мкФ. На каждой ступени снимают 4…5 точек характеристик возбуждения.

При проведении экспериментов с чисто емкостной нагрузкой нельзя нагружать генератор емкостью, близкой к резонансной. Поэтому предварительно необходимо определить резонансную емкость С0. Для этого необхо-

димо током возбуждения iв установить напряжение холостого хода, равное

номинальному напряжению генератора 220 В. Затем при том же токе возбуждения замкнуть клеммы генератора накоротко и измерить ток короткого замыкания генератора IКЗ. После этого определить реактивное сопротивление

генератора x0 и найти резонансную емкость [мкФ] генератора С0:

Таблица 2.3

iв, А Сн = 2,0 мкФ U0, В

Iг, А

и т. д.

Результаты измерений занести в табл. 2.3, построить графики U0 ψ1(iв)

иIг ψ2(iв) для различных значений Сн.

2.5.Снятие характеристик холостого хода и короткого замыкания

1.Для снятия характеристики холостого хода следует запустить генератор и при разомкнутых клеммах рабочей обмотки (Iг = 0) снять показания

вольтметра, регистрирующего напряжение на выходе генератора U0 = Eг при значениях тока возбуждения iв, указанных в табл. 2.4.

По данным табл. 2.4 построить график Eг ψ(iв) .

Таблица 2.4

2. Для снятия характеристики короткого замыкания при работающем генераторе, но выключенном контакторе нагрузки КПН (рис. 2.5) к клеммам генератора подключить первичную обмотку трансформатора тока, которая закорачивает цепь рабочей обмотки. Ток возбуждения генератора iв, установить равным нулю и снять первую точку. Затем, постепенно увеличивая ток возбуждения согласно табл. 2.5, снять значения тока генератора IКЗ в зависимости от тока возбуждения iв. Данные измерений занести в табл. 2.5, по-

строить график IКЗ ψ(iв) .

Таблица 2.5

При выполнении этого пункта программы работы рекомендуется сначала при выключенном контакторе нагрузки КПН установить нужное значение тока возбуждения iв, затем включить на короткое время контактор КПН и, записав ток Iг, быстро выключить его.

13

2.6. Построение характеристики насыщения стали зубцовой зоны

Построить характеристику холостого хода в координатах I0 ψ(iв) и,

пользуясь ею, получить характеристику насыщения стали зубцовой зоны.

Построение сравнительных характеристик. На одном графике построить характеристики возбуждения генератора U0 ψ(iв) при значениях активного,

индуктивного и емкостного сопротивлений, близких к модулю, а также характеристику холостого хода.

Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДУКЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА

В лабораторной работе снимаются и исследуются:

1. Внешние характеристики индукторного генератора, которые представляют собой зависимости напряжения на выходных клеммах генератора U0 от тока генератора Iг при неизменных токе возбуждения iв, коэффициенте

мощности нагрузки cos φн и скорости вращения n .

2. Эксплуатационные характеристики преобразователя с двигателем постоянного тока, которые представляют собой зависимости выходного напряжения генератора U0, тока якоря двигателя Iя.д. КПД η и частоты f от тока

нагрузки генератора Iг при неизменных напряжении сети UД, токах возбуждения двигателяiв.дигенератораiвкоэффициентамощностинагрузкиcos φн.

Лабораторная работа проводится на преобразователе типа МА-500.

Цели работы:

1.Исследовать влияние фазового угла нагрузки на вид внешних характеристик индукторного генератора средней частоты и резонансные явления при его работе на емкостную нагрузку.

2.Исследовать влияние нагрузки на эксплуатационные характеристики электромашинного преобразователя с приводом постоянного тока.

3.1. Внешние характеристики

Внешние характеристики являются важнейшими характеристиками любого преобразователя частоты. По внешним характеристикам генератора судят о его электромагнитных свойствах. Внешние характеристики показывают, как изменяется напряжение на зажимах генератора при изменении значения и фазы тока нагрузки.

14

При чисто индуктивной нагрузке (Lн, cos φн = 1) внешняя характеристика

представляет собой прямую, проходящую через точки холостого хода А и короткого замыкания В.

При чисто емкостной нагрузке (Cн, cos φн = 1) внешние характеристики

представляют собой прямые, уходящие вправо – вверх от точек А и В. Пока емкость нагрузки меньше резонансной емкости С0, увеличение ее приводит к росту напряжения генератора за счет подмагничивания его потоком реакции от емкостного тока нагрузки.

Врезонансномрежиме, когдавнутреннееиндуктивноесопротивлениегенератора равно емкостному сопротивлению нагрузки, напряжение идеализированного генератора становится бесконечно большим, фактически приближение к условию резонанса связано с риском чрезмерного повышения напряжения на рабочей обмотке генератора и возможностью повреждения изоляции машины, а также приводит к недопустимомувозрастаниютокаврабочейобмотке.

Когда нагрузочная емкость становится больше резонансной Cн > C0,

происходит «опрокидывание» фазы напряжения генератора, т.е. изменение ее скачком на 180°, и при дальнейшем увеличении емкости Cн напряжение

генератора уменьшается. Значение емкости нагрузки, равное бесконечности, соответствует емкостному сопротивлению нагрузки, равному нулю, т.е. короткому замыканию рабочей обмотки генератора.

Для чисто активной нагрузки (cos φн = 1) внешняя характеристика

представляет собой выпуклую кривую, нормальнуюк осям координат в точках А и В.

Для случая активно – индуктивной нагрузки внешние характеристики располагаютсянижеэтойкривой, адляактивно– емкостнойнагрузки– вышеее.

При активно – емкостной нагрузке с cos φн = 0,9 напряжение генератора

сравнительно мало отличается от напряжения холостого хода при изменении нагрузки в достаточно широких пределах. Поэтому при отсутствии регулирования токавозбуждениягенераторатакойрежимпредставляетпрактическийинтерес.

3.2. Эксплуатационные характеристики

Электромашинные преобразователи средней частоты используются для питания индукционных нагревательных установок. В процессе нагрева параметры системы “индуктор – нагреваемое тело” изменяются. Следовательно, в общем случае нагрузка преобразователя не остается постоянной. Изменение нагрузки приводит к изменению режима работы преобразователя. Характер этого изменения при отсутствии регулирования

16

можно выявить на основе эксплуатационных характеристик, представляющих собой зависимости выходного напряжения генератора U0, потребляемого

двигателем тока Iя.д, частоты f и коэффициента полезного действия η, от тока нагрузки Iг при постоянном напряжении питающей сети Uд, токах возбуждения двигателя iв.д и генератора iв, а также неизменном фазовом угле нагрузки φн:

U0 1 (Iв) ; Iя.д 2 (Iг) ; f 3 (Iг) ; 4 (Iг) , при Uд, Iв.д, iв, cos φн = const.

На рис. 3.3 представлены эксплуатационные характеристики преобразователя типа МА с приводом на постоянном токе, снятые при cosφн=1 и cos φн = 0 (индуктивная нагрузка).

Рис. 3.3. Эксплуатационные характеристики электромашинного преобразователя

При активной нагрузке выходное напряжение генератора с увеличением тока нагрузки Iг будет уменьшаться в основном за счет падения напряжения на внутреннем активном и реактивном сопротивлениях генератора. Реакция тока нагрузки в этом случае направлена по поперечной оси, поэтому здесь происходит лишь искажение формы кривой основного поля.

При индуктивном характере нагрузки поток реакции от тока нагрузки имеет продольную размагничивающую составляющую. Кроме того, имеет место внутреннее падение напряжения, и поэтому выходное напряжение генератораU0 приcos φн= 0 (инд.) будетизменятьсявбольшеймере, чемприcos φн= 1.

Частота вращения ротора преобразователя n с изменением тока нагрузки Iг не будет оставаться постоянной. С увеличением нагрузки скорость вращения как шунтовых двигателей постоянного тока, так и асинхронных двигателей переменного тока несколько снижается, а поскольку частота

17

генератора f пропорциональна скорости вращения n , зависимость частоты от тока нагрузки генератора f (Iг) будет иметь при постоянном значении

cosφн слегка падающий характер.

Если установить номинальную частоту (номинальную скорость вращения) при номинальном токе нагрузки генератора, то кривая f (Iг) при cos φн = 0 будет проходить более полого, чем кривая, снятая при cos φн = 1. Это объясняется тем, что при одних и тех же значениях тока нагрузки Iг потребляемый якорем двигателятокIя.д будетприcos φн= 0 меньше, чемприcos φн= 1.

Характер изменения тока Iя.д в зависимости от Iг может быть установлен из следующих соображений. В любом режиме (при любом токе нагрузки Iг) мощность приводного двигателя PΣ равна сумме мощности, отдаваемой в нагрузку Pн U0Iг cos н, и мощности, идущей на покрытие всех видов потерь. В машине имеют место потери холостого хода P0 (которые складываются из потерь в стали, механических и вентиляционных потерь) и потери в обмотках Pм: P Pн P0 Pм.

Потери в стали, механические и вентиляционные потери (потери холостого хода) очень слабо зависят от тока нагрузки Iг и могут быть в первом приближении приняты постоянными.

Потери в рабочей обмотке генератора пропорциональны квадрату тока нагрузки Iг2rPOR и резко возрастают с увеличением последнего.

Поскольку мощность приводного двигателя постоянного тока определятся как P UдIя.д, а напряжение сети Uд принято неизменным, то,

следовательно, P Iя.д.

Таким образом, с ростом тока Iг будет расти мощность на грузки Pн и мощность потерь в обмотках Pм, что приводит к росту мощности приводного двигателя PΣ, а, следовательно, и тока Iя.д. При этом увеличение тока Iя.д происходит быстрее, чем по линейному закону, так как мощность потерь в обмотках пропорциональна квадрату тока нагрузки Iг2 , а мощность нагрузки растет пропорционально току Iг.

Коэффициент полезного действия η преобразователя, работающего на активную нагрузку, изменяется при переходе от половинной до номинальной нагрузки примерно от 0,4 до 0,7. Естественно, что с уменьшением cos φн, КПД

18

преобразователя ухудшается и при чисто индуктивной нагрузке (cos φн = 0) становится равным нулю.

3.3.Программа работы

1.Снять внешние характеристики индукторного генератора для двух значений тока возбуждения при следующих нагрузках:

активной Rн;

индуктивной Lн;

емкостной Cн;

активно-емкостной Pн – Cн.

2. Снять эксплуатационные характеристики преобразователя МА для активной (cos φн = 1) и индуктивной (cos φн = 0) нагрузок.

3.4.Снятие внешних характеристик индукторного генератора

1.Активная нагрузка Rн. При неподключенной нагрузке (холостой ход) включить преобразователь и установить ток возбуждения генератора iв1

таким, чтобы напряжение генератора было равно 80 В. Установить номинальную частоту вращения n = 8000 об/мин., соответствующую частоте f =

400 Гц.

Подключить к клеммам генератора реостат Rн и, поддерживая неизменными ток возбуждения iв1 и число оборотов n , путем изменения сопротивления реостата Rн снять 5 – 6 точек внешней характеристики от режима, близкого к холостому ходу, до режима короткого замыкания. Снять осциллограммы напряжения генератора при холостом ходе и одном из значений нагрузки.

Отключить нагрузку и возбудить генератор током iв2 до напряжения 115 В. Подключить нагрузочный реостат Rн и повторить опыт при той же частоте вращения n . Данные измерений занести в табл. 3.1.

По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить приблизительное значение индуктивного сопротивления генератора [Ом] и занеси в табл. 3.1:

хг ЕгIКЗ .

2. Индуктивная нагрузка Lн. При неподключенной нагрузка установить ток возбуждения генератора iв1 таким, чтобы напряжение генератора при холостом ходе было равно 80 В (как и в п. «1»), n = 8000 об/мин.

19

характеристики. Затем, поддерживая неизменными значения iв1 и n, снять еще четыре точки внешней характеристики генератора, отключив тумблер T1 и включая последовательно тумблеры T2, T2 T3, T2 T3 T4 и T2 T3 T4 T5. Данные опытов занести в табл. 3.2. Зарисовать осциллограмму напряжения генератора для любого значения индуктивности.

Установить ток возбуждения генератора iв2 таким, чтобы напряжение генератора при холостом ходе было равно 115 В. Повторить опыты в той же последовательности при неизменной скорости вращения n. Данные изменений завести в табл. 3.2.

3. Емкостная нагрузка Cн. Определить значение емкости, при которой следует ожидать резонанса. Резонансная емкость [мкФ] определяется как

При не подключенной емкости установить ток возбуждения генератора iв1 таким, чтобы при n = 8000 об/мин напряжение холостого хода было равно

80 В (как и в п. 1).

20