2801.Электрические машины

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 Исследование асинхронного трехфазного двигателя

с контактными кольцами при помощи круговой диаграммы

Цель работы. Построение рабочих характеристик асинхронного двигателя с контактными кольцами с использованием круговой диаграммы, построенной по данным опыта исследования холостого хода и короткого замыкания.

План работы

1.Ознакомиться с установкой, записать данные со щитка двигателя, аппаратуры и измерительных приборов.

2.Измерить сопротивление обмотки статора.

3.Провести опыт по исследованию холостого хода дви-

гателя и построить зависимости: I0 f (U0 ), P0 f (U0 ),

cos 0 f (U0 ).

4. Провести опыт по исследованию короткого замыкания и построить зависимости: IK f (UK ), PK f (UK ),cos K f (UK ).

5. Построить по данным опытов исследования холостого хода и короткого замыкания упрощенную круговую диаграмму.

6. Построить рабочие характеристики двигателя P1, I1, cos , , S, n, M f (P2 ).

Порядок выполнения работы

Свойство любой электрической машины определяется рабочими характеристиками (режим двигателя). Для асинхронного двигателя применяются два основных метода опытного определения рабочих характеристик: непосредственный и косвенный.

Непосредственным методом, т.е. путем изменения нагрузочного момента, определяются обычно характеристики двигателей малой мощности. Асинхронные двигатели с контактными кольцами выпускаются, как правило, больших мощностей; их харак-

61

теристики чаще определяются косвенным методом по опытам исследования холостого хода и короткого замыкания. Сущность этого метода состоит в том, что по данным опыта исследования холостого хода и короткого замыкания строят круговую диаграмму тока и из нее получают рабочие характеристики.

1. Опыт по исследованию холостого хода

В этом опыте определяются характеристики при работе двигателя без нагрузки на валу. Характеристики холостого хода представляют собой зависимости тока статора, потребляемой мощности и коэффициента мощности двигателя от приложенного к статору напряжения при постоянной частоте: I0 f (U0 ),

P0 f (U0 ), cos 0 f (U0 ).

Опыт осуществляется согласно принципиальной схеме

(рис. 6.1).

Рис. 6.1. Принципиальная схема опыта холостого хода и кроткого замыкания

62

Для проведения опыта на лабораторном стенде необходимо собрать схему, изображенную на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема соединения модулей стенда для опыта холостого хода и кроткого замыкания

На рис. 6.2 используются следующие функциональные узлы стендов: 1 – «Модуль питания стенда», 2 – «Модуль измерителя мощности», 3 – «Модуль силовой» на стенде «АДФР-ГПТ» и 4 – «Модуль питания», 5 – «Модуль Автотрансформатор» на стенде «Трансформаторы»

Опыт проводится в следующем порядке:

–собрать схему подключения, приведенную на рис. 6.2;

–на модуле силовом включить нижнюю кнопку «Сеть», установить переключатель SA3 добавочного сопротивления ротора асинхронной машины в положение «0» – обмотка ротора закорочена;

63

–включить автоматические выключатели QF1 модуля питания стенда «АДКР-ГПТ»;

–включить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда «Трансформаторы»;

–включить контактор SB1 модуля питания стенда «Трансформаторы»;

–включить контактор SB3 модуля автотрансформатора;

–включить модуль измерителя мощности, нажав кнопку «Сеть»;

–плавно изменяя положение ручки автотрансформатора, установить напряжение, равное 440 В. Записать показания измеряемых величин для первой точки в табл. 6.1;

– далее, изменяя напряжение автотрансформатора от 440 до 100 В, произвести замеры для 5–7 точек. Показания мощности, тока, напряжения снимаются с помощью модуля измерителя мощности и заносятся в табл. 6.1. Обязательно произвести замеры в точке 380 В.

2. Опыт по исследованию короткого замыкания

Характеристики короткого замыкания IK , PK , cos K f (UK )

определяются по схеме рис. 6.1 при заторможенном роторе. Для проведения опыта на лабораторном стенде необходимо собрать схему, изображеннуюнарис. 6.2.

При помощи тормозного устройства ротор закрепляется в неподвижном состоянии. Обмотка ротора закорачивается.

64

Во избежание перегрева обмоток машины опыт производится при пониженном напряжении с таким расчетом, чтобы максимальный ток не превышал 1,3IН. При проведении опыта необходимо стремиться к тому, чтобы температура обмоток за время опыта не изменялась значительно. С этой целью машину следует включать в сеть только на время, необходимое для отсчетов показаний приборов. Отсчеты в делениях следует производить быстро и опыт начинать с наибольшего значения тока короткого замыкания (порядка 6–7 А).

Опыт короткого замыкания проводится в следующем порядке:

–собрать схему подключения, приведенную на рис. 6.2;

–на модуле силовом включить нижнюю кнопку «Сеть», установить переключатель SA3 добавочного сопротивления ротора асинхронной машины в положение «0» – обмотка ротора закорочена;

–включить автоматические выключатели QF1 модуля питания стенда «АДКР-ГПТ»;

–включить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда «Трансформаторы»;

–включить контактор SB1 модуля питания стенда «Трансформаторы»;

–включить контактор SB3 модуля автотрансформатора;

–включить модуль измерителя мощности, нажав кнопку «Сеть»;

–плавно изменяя положение ручки автотрансформатора от ноля установить напряжение при котором ток короткого замы-

кания был бы равен 1,3IН (около 7 А). Записать показания измеряемых величин для первой точки в табл. 6.2;

–далее, изменяя напряжение автотрансформатора в сторону уменьшения напряжения и тока короткого замыкания, произвести замеры для 5–6 точек. Показания мощности, тока, напряжения снимаются с помощью модуля измерителя мощности

изаносятся в табл. 6.2.

65

По данным табл. 6.2 строятся характеристики короткого замыкания: IK , PK , cos K f (UK ) .

Обработка результатов испытания

1.Определить сопротивление фазы статора. Измерение сопротивления осуществляется c помощью мультиметра.

2.Рассчитать сопротивление фазы обмотки статора при 75 °С по формуле

R1(75 ) = R1[1 + 0,004(75 C – )],

где – температура окружающей среды во время опыта; R1 – измеренное сопротивление фазы статора.

3. Используя экспериментальные данные из табл. 6.1, рассчитать и построить в одних осях зависимости P0, I0, cosφ0 = = f (U1). Результаты расчетов свести в табл. 6.3.

где P0 = P0∑ – определяется измерителем мощности.

Таблица 6 . 3 Расчетные характеристики холостого хода

66

4. По данным табл. 6.3 построить зависимости холостого хода в общих координатных осях: I0 f (U0 ), P0 f (U0 ),

cos 0 f (U0 ) .

По опыту исследования холостого хода определить механические потери и потери в стали методом разделения потерь (рис. 6.3). При этом кривая P10 f (U1 ) экстраполируется до пе-

ресечения с осью ординат (рис. 6.3, a). Точка пересечения этой кривой с осью ординат соответствует механическим потерям, так как при U1 = 0 потери в стали ∆Pмг = 0. С целью более точного определения потерь ∆Pмех можно построить кривую

P10 f (U12 ) (рис. 6.3, б), которая близка к прямой и, следовательно, более удобна для экстраполяции.

Рис. 6.3. Метод разделения потерь холостого хода

5. По данным табл. 6.2 рассчитать зависимости короткого замыкания:

6. По результатам вычислений табл. 6.4 построить зависимости короткого замыкания в общих координатных осях:

Ik f (Uk ), Pk f (Uk ), cos k f (Uk ).

67

7. На основании данных опыта по исследованию короткого замыкания определить параметры короткого замыкания двигателя, т.е. полное (Zk), индуктивное (Хk) и активное (Rk) сопротивления его при коротком замыкании:

При этом взять такое значение Uk, при котором I1k = I1н. 8. Построить круговую диаграмму.

Для расчета и построения круговой диаграммы используются фазные значения токов и напряжений. По данным исследования холостого хода и короткого замыкания строится круговая диаграмма. В основу построения диаграммы берется схема замещения асинхронной машины с вынесенным намагничивающим контуром на зажимы напряжения. При этом в Г- образной схеме замещения ток намагничивающего контура I0" не зависит от скольжения. Ток намагничивающего контура I0" представляет собой ток, потребляемый машиной при синхронной скорости вращения, т.е. при S = 0. Этот ток при U1 = const может быть представлен в виде неизменного вектора. Ток I2" представляет собой переменный вектор, который при U1 = const и неизменных параметрах машины при изменении скольжения перемещается по окружности. В соответствии с этим геометрическим местом конца вектора тока I1 будет также окружность.

При построении круговой диаграммы двигателя предполагается, что от холостого хода до короткого замыкания на зажимах статора сохраняется номинальное напряжение. Однако исследование короткого замыкания проводится при пониженном напря-

68

жении, и поэтому результаты измерений должны быть пересчитаны на номинальное напряжение. При пересчете тока короткого замыкания вводится поправка на насыщение машины при номинальном напряжении. На рис. 6.4 приведена кривая Ik f (Uk ) .

Рис. 6.4. Кривая зависимости тока короткого замыкания от напряжения

Предполагается, что начиная с точки a, соответствующей току короткого замыкания Ik при наибольшем напряжении, этот ток растет сувеличением напряжения по прямой линии. Поэтому через точку а проводится касательная к кривой Ik f (Uk ) до пересече-

ния с осью абсцисс. Тогда (из подобия треугольников) пусковой ток Iп, соответствующий номинальному напряжению:

Iп Ik U1н 0b , . U1k 0b

где 0b – длина отрезка на рис. 6.4.

Мощность короткого замыкания также пересчитывается на ток Iп, соответствующий номинальному напряжению:

Pkн Pk Iп 2 ,Ik

где Рk, Ik соответствуют напряжению U1k.

Коэффициент мощности также пересчитывается на номинальное напряжение:

69

Для построения круговой диаграммы требуются следующие величины:

а) ток холостого хода I0н и мощность P0н, которые находятся по кривымхолостого хода для номинального напряжения U0 = Uн; б) ток короткого замыкания Ikн и мощность Pkн, полученные

по опыту исследования короткого замыкания;

в) сопротивлениеодной фазы статораR1, приведенноек75 °С; г) активное сопротивление короткого замыкания Rk, кото-

рое находится из опыта короткого замыкания.

Для удобства построения диаграммы выбирается масштаб для тока mi = [A/см]. Размер листа миллиметровой бумаги по длине должен соответствовать масштабу тока IП. Масштаб мощности по диаграмме при выбранном масштабе тока будет mp = = 3U1mi, где U1 – фазное напряжение. Все токи и мощности откладываются на диаграмме в соответствии с принятыми масштабами. Построение диаграммы показано на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Пример построения круговой диаграммы

70