Методическое пособие 687

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. ИСПЫТАНИЕ АСИНХРОННЫХ МАШИН ПРИ НЕПОДВИЖНОМ РОТОРЕ

Цель работы

1.Изучить принцип работы и устройство асинхронной машины в режиме фазорегулятора и индукционного регулятора.

2.Испытать асинхронную машину в режиме фазорегулятора.

3.Испытать асинхронную машину в режиме индукционного регулятора.

Теоретические пояснения

Асинхронная машина главным образом применяется для работы в качестве двигателя. Однако в ряде случаев возникает потребность в особых режимах работы этой машины.

Асинхронная машина при неподвижном роторе, имеющая на статоре и роторе фазные обмотки, представляет собой трансформатор, у которого первичная и вторичная обмотки расположены на отдельных сердечниках, разделенных воздушным зазором.

91

обмотках электродвижущие силы (э.д.с.) E1 = U1 и E2 = U2. Отношение этих э.д.с. равно:

где w1 число витков первичной обмотки;

kоб1 – обмоточный коэффициент первичной обмотки; w2 – число витков вторичной обмотки;

kоб2 – обмоточный коэффициент вторичной обмотки.

При рассогласовании осей одноименных фаз первичной и вторичной обмоток на некоторый угол (в электрических градусах) вектор э.д.с. E2 оказывается сдвинутым по фазе относительно вектора E1 на тот же угол . Этот эффект используется для изменения фазы (фазорегулятор) или амплитуды (индукционный регулятор) напряжения на выходе регулятора. Торможение и поворот ротора осуществляются обычно с помощью самотормозящейся червячной передачи.

В режиме фазорегулятора обмотки статора и ротора включаются по схеме трансформатора, т.е. при повороте ротора изменяется только фаза вторичного напряжения. В режиме индукционного регулятора обмотки статора и ротора включаются по схеме автотрансформатора. В этом случае при повороте ротора изменяется амплитуда выходного напряжения и его фаза по отношению к первичному напряжению. Фазорегуляторы и индукционные регуляторы находят широкое применение в основном в лабораториях при исследовании приборов, аппаратов и электрических машин.

92

Порядок выполнения работы

1.Исследовать асинхронную машину в режиме фазорегулятора.

2.Для проведения опыта необходимо собрать схему, как показано на рис. 8.1.

Ст

Pт R Э500

Kф

В1

Рис. 8.1. Схема АД в режиме фазорегулятора

В качестве первичной обмотки фазорегулятора используется обмотка статора, а в качестве вторичной обмотка ротора. Обе обмотки включаются в звезду и электрически не соединены между собой. Торможение и поворот ротора осуществляются с помощью червячной передачи. Для изменения фазового угла между векторами

93

первичного U1 и вторичного U2 напряжений применяется универсальный фазоуказатель Э500.

Основными элементами фазоуказателя являются: статор Ст, состоящий из трехфазной обмотки, соединенной в звезду, проводники которой уложены в пазах цилиндрического магнитопровода; ротор Рт, выполненный в виде Г-образных лепестков из ферромагнитного материала; однофазная фиксирующая катушка КФ, кратковременно включающаяся нажатием кнопки B1 на линейное напряжение вторичной обмотки через добавочное сопротивление R.

3. Провести анализ изменения фазы вторичного напряжения U2 при повороте ротора фазорегулятора. Линейным пускателем Л1 подаём на стенд переменное напряжение U = 220 В. Выключателем S1 подключаем первичную обмотку к сети. По показаниям приборов убеждаемся в том, что фазорегулятор включен в сеть. При этом стрелка фазоуказателя под действием асинхронного момента начинает вращаться. Направление вращения зависит от порядка чередования фаз подводимых к прибору напряжений.

Для измерения угла сдвига фаз между векторами первичного и вторичного напряжений, нажатием кнопки B1 на фиксирующую катушку кратковременно на 40-50 с подается линейное напряжение. Возникающий пульсирующий момент останавливает подвижную часть прибора в таком положении, в котором совпадают по направления вращающееся магнитное поле и пульсирующий поток в момент прохождения потока через максимум. Отчет по шкале фазоуказателя соответствует углу сдвига фаз между векторами напряжений U1 и U2 .

94

Вращая маховик червячной передачи фазорегулятора, устанавливаем на нуле стрелку лимба отсчета угла поворота ротора. Стрелка фазоуказателя при нажатии кнопки B1 в этом случае должна быть в точке начала отсчета. Поворот ротора относительно статора ограничен в пределах угла = 120 геометрических градусов так как начала фаз обмотки ротора выведены на неподвижные клеммы.

Вращая ротор по направлению вращения часовой стрелки или встречно через каждые 45 электрических градусов угла рассогласований векторов напряжений U1 и

U2 определяем по лимбу отсчета величину угла поворота ротора фазорегулятора. Устанавливаем ротор в первоначальное положение и, вращая его в противоположную сторону, производим отсчет углов и в той же последовательности. Значения углов и записываем в таблицу 8.1.

Таблица 8.1

По данным табл. 8.1. определить число пар полюсов испытуемой асинхронной машины.

4.Исследовать асинхронную машину в режиме индукционного регулятора.

5.Для проведения исследований необходимо собрать схему, как показано на рис. 8.2. В качестве первичной

95

обмотки индукционного регулятора (ИР) используется обмотка ротора соединенная в звезду. Начала фаз обмотки выводятся с помощью гибких проводников на зажимы выключателя S1. В испытуемых ИР угол поворота ротора ограничен в пределах геометрического угла, равного ±120°. Начала фаз обмоток ротора и статора соединены вместе, а к свободным концам обмотки статора подключается нагрузка.

V2

C2 C5

Рис. 8.2. Схема АД в режиме индукционного регулятора

6. Определить зависимость напряжения на выходе индукционного регулятора от угла поворота ротора. Линейным пускателем Л1 подаем на стенд переменное напряжение U = 220 В. Выключателем S1 подключаем ИР к сети. Вращая маховик червячной передачи, по показаниям вольтметра убеждаемся в том, что напряжение на выходе индукционного регулятора зависит от поворота обмотки ротора относительно обмотки статора.

96

Устанавливаем напряжение U2 минимальным. Это имеет место при совпадении осей фаз обмоток статора и ротора, когда векторы напряжения U1 и э.д.с. Е2 направлены встречно.

Для снятия зависимости U2( ), где = p; р число пар полюсов ИР, необходимо произвести несколько замеров величин напряжения U2 при различных значениях угла поворота ротора, как показано в табл. 8.2.

Таблица 8.2

, эл.град.

U2, В

По данным табл. 8.2 построить на миллиметровой бумаге векторные диаграммы напряжения U2 U1 E2 для различных значений угла . Объяснить вид полученных диаграмм.

В заключении отчёта необходимо сформулировать выводы в виде ответов на следующие вопросы:

1.Чем объяснить, что при вращении ротора фазорегулятора изменяется фаза вторичного напряжения?

2.В каком случае векторы первичного U1 и вторичного

U2 напряжений совпадают по фазе, а в каком случае находятся в противофазе?

3.Почему в индукционном регуляторе при изменении амплитуды выходного напряжения одновременно изменяется

иего фаза?

4.От чего зависит электромагнитный момент в фазорегуляторе и в индукционном регуляторе?

97

5. Можно ли выполнить ИР у которого U1 и U2

совладеют по фазе, а электромагнитный момент на валу равен нулю? Если можно, тo как это осуществить?

Контрольные вопросы для домашней подготовки

1.Принцип действия и конструкция фазорегулятора.

2.Принцип действия и конструкция индукционного регулятора.

3.Уравнения напряжений асинхронной машины при неподвижном роторе.

4.В каких режимах мажет работать асинхронная машина? Как перевести асинхронную машину из одного режима работы в другой?

5.Схемы замещения асинхронной машины при неподвижном роторе.

6.Векторная диаграмма асинхронной машины в режиме короткого замыкания.

7.Чем обусловлена активная составляющая тока холостого хода асинхронной машины?

8.Область применения индукционного регулятора. Его достоинства и недостатки.

9.На какие параметры асинхронной машины влияет величина воздушного зазора?

10.Что общего имеется в конструкции асинхронной машины и трансформатора?

98

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9. ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПРИ РАБОТЕ НА АВТОНОМНУЮ НАГРУЗКУ

Цель работы

1.Изучить принцип работы и устройство синхронного генератора.

2.Получить экспериментально и проанализировать основные характеристики.

Теоретические пояснения

Свойства синхронного генератора описываются его характеристиками, к которым относятся: характеристика холостого хода, нагрузочные характеристики, внешние характеристики, регулировочные характеристики, характеристики короткого замыкания.

Характеристикой холостого хода называется зависимость напряжения U0 на зажимах обмотки якоря генератора, работающего без нагрузки (вхолостую), от тока в обмотке возбуждения iв при постоянной частоте вращения ротора:

U0 iв при I 0 , n1 nн const

Нагрузочными характеристиками называются зависимости напряжения U на зажимах обмотки якоря от тока в обмотке возбуждения iв при постоянной величине тока и характера нагрузки:

U iв при I const , cos const, n1 nн const

99

Внешними характеристиками называются зависимости,

показывающие, как изменяется напряжение на зажимах обмотки якоря генератора при изменении нагрузки, если частота вращения, характер нагрузки и ток в обмотке возбуждения остаются постоянными:

U I при iв const , cos const, n1 nн const

Регулировочными характеристиками называются зависимости, показывающие, как следует изменять ток в обмотке возбуждения при изменении нагрузки, чтобы при постоянной частоте вращения и характере нагрузки напряжение на зажимах обмотки якоря оставалось постоянным:

iв I при U Uн const, n1 nн const

Характеристиками короткого замыкания называются зависимости тока в обмотке якоря от тока в обмотке возбуждения при замкнутой накоротко обмотке якоря:

Iк iв при U 0 , n1 nн const

Различают характеристики трех-, двух- и однофазного короткого замыкания.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему синхронного генератора (рис. 9.1).

Части схемы, обведенные штриховой линией, на стенде собраны. Синхронный генератор механически соединен с возбудителем М2. Возбудителем является генератор постоянного тока независимого возбуждения. В качестве первичного двигателя используется двигатель постоянного тока параллельного возбуждения.

100