Методичка по подготовке к лабораторным работам

Рис. 26

Пунктиром обозначена схема замещения идеализированного трансформатора в режиме холостого хода,

g- и b активная и реактивные части проводимости катушки. Żоб1·Ì1, Żоб2· Ì2 – представляют полное внутреннее падение

напряжения на первичной и вторичной обмотках соответственно.

Вопрос 5: Как проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания?

Ответ 5: Для проведения опыта холостого хода 1. Собрать схему согласно рис.27:

41

2.Замкнуть вторичную обмотку на амперметр (рис.28); подключить к первичной обмотке вольтметр с меньшим пределом измерений (50 или 75 В).

3.Включить питание и установить на первичной обмотке напряжение U1к так, чтобы ток I2 имел номинальное значение 4 А,

соответствующее данному трансформатору. Измерить I1к , U1к , Pк ном , I2ном и занести результаты в табл.2.

4.Снизить автотрансформатором напряжение U1 до нуля, отключить питание.

5.По данным опыта вычислить cos к и сопротивления: полное

Вопрос 6: Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки. Ответ 6: Если пренебречь током холостого хода то упрощенная схема замещения трансформатора в режиме нагрузки может быть представлена схемой (рис.29)

43

В трансформаторах малой мощности рассеяние незначительно и внутреннее сопротивление обмоток чисто активное. В этом случае изменение напряжения:

ΔU= RK ·I1ном/ U1ном ·100%.

Вопрос 7: Как определяется КПД силовых трансформаторов? Ответ 7. Потери в трансформаторе по природе аналогичны потерям в катушке с сердечником.

Это тепловые потери за счет нагрева проводов обмотки, потери на гистерезис и на вихревые токи.

КПД силовых трансформаторов η= Р2/Р1 , где Р2=U2I2 cos φ2

В нашем опыте сопротивление нагрузки чисто активное, поэтому cos φ2=1.

Однако, т.к. Р1 иР2 близки при таком расчете допускается большая ошибка.

В номинальном режиме более точное измерение достигается путем измерения непосредственно потерь. Мощность Р1=Р2+Рм+РЭ, где Рм и РЭ магнитные и электрические потери соответственно.

При номинальных значениях первичных напряжения U1ном и тока I1ном магнитные потери в магнитопроводе и электрические потери в проводах равны практически активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно:

η= Р2/ (Р2 + РМ+РЭ)

Рм = Р0 - измеряется в опыте холостого хода, РЭ – РКЗ - измеряется в опыте короткого замыкания.

В общем случае необходимо включить в цепь нагрузки ваттметр.

КПД трансформатора зависит от коэффициента мощности cosφ2 и коэффициента загрузки Кз = I2/I2ном.

КПД силовых трансформаторов составляет обычно 70 - 99%.

η %

97Cosφ=0,8

Cosφ=0,5

Кз

Рис. 31

45

Вопрос 8. Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.

Ответ 8:

Автотрансформатор представляет собой трансформатор, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения. На общий магнитопровод наматывают катушки с отводом от части витков. Принципиальная схема автотрансформатора представлена на рис.32.

В автотрансформаторе цепи первичной и вторичной обмоток имеют не только магнитную, но и электрическую связь.

Для автотрансформатора так же справедливо соотношение:

U1 E1 W1 n U2 E2 W2

Рис. 32 При включении нагрузки во вторичной цепи в цепи возникает

ток I2 .Магнитный поток сердечника Фm так же постоянен и равен потоку холостого хода.

Уравнение для МДС имеет вид: w1 ·I1x=(w1-w2)·I1+w2·I12

I1 -ток первичной цепи(участок А-а) с числом витков =(w1-w2), I12 – ток через обмотку w2 (участок а-х)

Т.к I1x мало, то: I12 ≈ (w1/ w2 -1)·I1.

постоянном U1 изменяя w2 можно изменять U2 .

46

Обычно автотрансформаторы изготавливают с несколькими отводами или с устройством плавного регулирования положения отвода (ЛАТР).

При одинаковых мощностях автотрансформатор имеет меньшие габариты и вес по сравнению с обычными трансформаторами.

Автотрансформаторы используют в качестве регуляторов напряжения при пуске мощных асинхронных и синхронных двигателей, в сварочных аппаратах.

Однако, исходя из требований ТБ ,наличие электрической связи является недостатком.

47

Тема № 5: ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.

Цели работы: 1.Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

2.Ознакомиться с методом непосредственного пуска двигателя

иизмерить пусковой ток;

3.Снять рабочие характеристики двигателя и на их основе дать оценку двигателя.

Работа выполняется на универсальном стенде, в котором смонтированы лабораторный автотрансформатор, выпрямитель, ламповая нагрузка, коммутационная аппаратура и необходимые приборы. Электрическая цепь стенда представлена на рис.33.

Трехфазный асинхронный двигатель М расположен за стендом. В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения G, соединенный с двигателем муфтой. Генератор нагружается ламповым реостатом EL1 – EL7. Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется лабораторным автотрансформатором Т, во вторичную цепь которого включен мостовой выпрямитель.

На стенде установлены приборы переменного тока РА1, РА2, РW для измерения фазного I1ф , пускового

тока I1ф пуск , мощности Р1ф, а также приборы

постоянного тока РV2, РА4, РА3 для измерения напряжения UГ , тока IГ и тока возбуждения IВ генератора, причем показания амперметра

РА3 не используются.

Рис. 33

48

Частота вращения ротора двигателя измеряется дистанционным тахометром, не показанным на схеме. Тахометр имеет поправочный коэффициент 2/3, на который умножаются его показания. Цена деления тахометра составляет 20 об/мин.

Контрольные вопросы

Вопрос 1. Объясните устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

Ротор представляет собой цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах сердечника ротора располагаются алюминиевые или медные стержни короткозамкнутой обмотки, торцевые концы которых замыкаются накоротко кольцами из того же материала, что и стержни. Если мысленно извлечь обмотку ротора из пакета ротора, то она будет иметь вид, показанный на рис. 34. Этот тип обмотки называется "беличья клетка".

Рис. 34

Статор имеет цилиндрическую форму. Он состоит из чугунного или алюминиевого корпуса, сердечника, набранного из тонких листов

49

электротехнической стали. На внутренней поверхности сердечника вырублены пазы, в которые укладывается трехфазная обмотка.

Принцип действия асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, которые наводятся этим полем в проводниках ротора. Магнитное поле, пересекая активные проводники обмотки ротора индуцирует в них ЭДС согласно закону электромагнитной индукции. В замкнутых проводниках ротора возникает ток. На проводники ротора в магнитном поле действует сила, направление которой определяется правилом левой руки. Эта сила создает вращающий момент ротора. Ротор начинает вращаться с частотой n2 несколько меньшей n1. При увеличении нагрузки скорость вращения ротора уменьшается. Степень отставания характеризуется параметром скольжение s. s=n1-n2/n1.

Вопрос 2. Какими достоинствами и недостатками обладает трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

Ответ 2:

Достоинства:

а) простота конструкции и обслуживания, б) низкая стоимость,

в) надежность в эксплуатации, экономичность, г) легко осуществлять реверс, д) возможность использования во взрывоопасных

производствах. ( нет искрения). Недостатки:

а) Потребление реактивного намагничивающего тока, что снижает коэффициент мощности сети,

б) Плохие пусковые характеристики. Пусковой ток превышает номинальный 6-8 раз,

в) Неудовлетворительные регулировочные характеристики.

Вопрос 3. Дать характеристику магнитного поля асинхронного двигателя.

Ответ 3. Принцип получения вращающегося магнитного поля.

50