+Ел маш лаб 7

Лабораторна робота №7.

Дослідження трифазного синхронного двигуна

Мета роботи. Вивчити будову, принцип роботи та особливості трифазного синхронного двигуна, оволодіти методикою проведення дослідів та навчитись аналізувати властивості двигуна на основі результатів дослідів.

ЗАГАЛЬНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Синхронні двигуни порівняно з асинхронними мають такі переваги. 1. Частота обертання ротора не залежить від навантаження на валу, тобто синхронні двигуни мають абсолютно жорстку механічну характеристику.

2. Принцип дії асинхронних і синхронних двигунів оснований на отриманні обертового магнітного поля. В асинхронних двигунах це поле створюється за рахунок реактивного струму (реактивної потужності), що надходить до статора з мережі, тому коефіцієнт потужності cosφ<1 і залежить від навантаження на валу. У синхронних двигунах обертове магнітне поле створюється за рахунок живлення обмотки збудження обертового ротора постійним струмом і звільнюється обмотка статора від реактивного струму, тому незалежно від навантаження на валу можна досягти, cosφ=1.

3. Синхронні двигуни менш чутливі до зміни напруги живлення, ніж асинхронні двигуни, оскільки електромагнітний момент синхронних двигунів пропорційний напрузі у першому ступені, а в асинхронних – квадрату значення напруги живлення. Синхронні двигуни порівняно з асинхронними складніші за конструкцією складніші, дорожчі, менш надійні в експлуатації та мають гірші пускові властивості.

Висновок: Я вивчив будову, принцип роботи та особливості трифазного синхронного двигуна, оволодіти методикою проведення дослідів та навчитись аналізувати властивості двигуна на основі результатів дослідів.

Контрольні запитання

1. Назвіть особливості синхронного двигуна стосовно значення величини коефіцієнта потужності cosφ.

Синхронний двигун має більш високий коефіцієнт потужності cosφ, ніж асинхронний, тому що він має можливість регулювати кут між струмом і напругою за допомогою зміни струму збудження. Також, у синхронного двигуна немає втрат потужності на відновлення намагнічення ротора, як у випадку з асинхронним двигуном.

2. Порівняйте асинхронний і синхронний двигуни стосовно створення обертового магнітного поля.

Асинхронний двигун створює обертове магнітне поле за рахунок взаємодії статорних і роторних полів, які генеруються струмами, що протікають у відповідних обмотках. У синхронного двигуна обертове магнітне поле створюється за рахунок магнітного поля, яке створюється в обмотці збудження.

3. Чому обмотку збудження двигуна перед асинхронним пуском замикають на гасячий опір?

Обмотку збудження двигуна перед асинхронним пуском замикають на гасячий опір для того, щоб обмежити струм збудження і уникнути надмірної витрати електричної енергії на пусковий струм. Також це допомагає зменшити ризик пошкодження обмотки збудження внаслідок високого струму пуску. Після запуску двигуна обмотка збудження знову з'єднують з джерелом живлення.

4. Чому струм статора двигуна у разі зміни струму збудження змінюється за U - подібною кривою?

При зміні струму збудження у синхронному двигуні змінюється індуктивність поля ротора, яка змінює взаємодію з магнітним полем статора. Це призводить до зміни реактивного струму статора, який залежить від напруги та індуктивності, і таким чином змінюється і струм статора.

5. Чому корисний момент на валу двигуна М₂ прямо пропорційно залежить від навантаження Р₂?

Корисний момент на валу двигуна залежить від навантаження, тому що навантаження визначає силу, що діє на ротор, і тим самим визначає крутний момент, який може бути переданий на вал. При збільшенні навантаження збільшується крутний момент, необхідний для подолання сил опору, тертя та інших опорних сил, тому залежність між корисним моментом на валу і навантаженням є прямо пропорційною.

6. Наведіть пояснення залежностям І=f(P₂) і cosφ=f(P₂) двигуна за робочими характеристиками двигуна.

Залежність струму двигуна від потужності залежить від типу навантаження. У випадку навантаження, яке створює реактивну потужність, збільшення потужності призводить до збільшення реактивного струму, який може викликати перевантаження обмоток і зниження коефіцієнта потужності cosφ. У випадку навантаження, яке створює активну потужність, збільшення потужності призводить до збільшення активного струму, який забезпечує передачу електричної потужності і корисного моменту на вал. Коефіцієнт потужності cosφ залежить від відношення активної потужності до загальної потужності і може змінюватись від 0 до 1 в залежності від типу навантаження і режиму роботи двигуна.

7. Поясніть залежність η=f(P₂) двигуна.

Коефіцієнт корисної дії η (ККД) двигуна є відношенням вихідної потужності на валу до вхідної потужності, спожитої з мережі. При роботі двигуна відбуваються втрати потужності, зокрема, внутрішні втрати в машинах, електричні та механічні втрати, а також втрати потужності у вигляді реактивної потужності, яка не сприяє виконанню корисної роботи, а лише створює електромагнітне поле. Таким чином, ККД двигуна залежить від ступеня втрат, які відбуваються при роботі двигуна.

8. Як регулюють реактивну потужність синхронного двигуна у разі зміни навантаження на валу?

Регулювання реактивної потужності синхронного двигуна може бути досягнуто за допомогою компенсації реактивної потужності, тобто додаванням або відніманням реактивної потужності від вхідної потужності з мережі. За допомогою компенсаторів реактивної потужності можна регулювати кут зсуву між струмом і напругою, що дозволяє збільшувати або зменшувати реактивну потужність. Якщо потужність на валу двигуна зменшується, реактивна потужність також зменшується, що може призвести до нестабільної роботи двигуна. Тому для збереження стійкості роботи синхронного двигуна в таких випадках використовують регулятори реактивної потужності, які дозволяють компенсувати реактивну потужність і забезпечити стійку роботу двигуна в усіх умовах роботи.