Электротехника и электроника электротехника на оборудовании National Instruments. Лабораторный практикум

скольку нагрузка отсутствует. В основном это потери в стали, так как потерями в первичной обмотке можно пренебречь из-за малого тока холостого хода. Поэтому мощность потерь Р0, определяемая по ваттметру, будет представлять собой мощность потерь в стали:

P0 = Pc.

Полная проводимость ветви холостого хода согласно закону Ома и схеме замещения равна

Активное сопротивление ветви холостого хода определяют по закону Джоуля – Ленца:

Индуктивное сопротивление ветви холостого хода находят из треугольника проводимостей:

Коэффициент мощности при холостом ходе:

5.2.4. Опыт короткого замыкания. Это режим работы трансфор-

матора при пониженном напряжении первичной катушки и при замкнутой вторичной обмотке накоротко, т.е. при u2(t) = 0. При этом к первичной обмотке трансформатора подводится напряжение Uк, которое называется «напряжением короткого замыкания». Оно выбирается так, чтобы в обмотках были номинальные токи I1ном и I2ном. Его обычно выражают в процентах от номинального напряжения:

51

Рис. 5.3

Опыт короткого замыкания проводится для определения:

1) напряжения короткого замыкания Uк;

2) мощности потерь при коротком замыкании Рк; 3) параметров R1, x1s, R′2, х′2s схемы замещения.

Мощность потерь короткого замыкания определяют по показаниям ваттметра. Потери в опыте короткого замыкания – это в основном потери в обмотках, поскольку из-за пониженного напряжения в опыте короткого замыкания магнитный поток Ф и пропорциональные потоку потери в стали будут весьма малы и ими можно пренебречь. Таким образом, мощность потерь короткого замыкания равна мощности потерь в обмотках (в меди) при номинальной нагрузке, т.е. Pк = Рм.ном. Коэффициент мощности cosϕк определяется по формуле

Чтобы определить параметры R1, x1s, R′2, и х′2s, нужно вычислить полное сопротивление короткого замыкания

затем активное сопротивление короткого замыкания

52

Активное сопротивление R1 первичной обмотки и приведенное активное сопротивление R′2 вторичной обмотки:

Индуктивные сопротивления x1s и х′2s:

5.2.5. Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость напряжения на вторичной обмотке U2 от нагрузки (тока I2) при постоянном ее характере (j2) и номинальном напряжении U1ном:

где DU2 – изменение вторичного напряжения, являющееся функцией нагрузки трансформатора.

При номинальном токе и активной нагрузке изменение вторичного напряжения, %, приближенно равно напряжению короткого замыкания, %:

Поэтому приближенно внешнюю характеристику можно представить прямой, проходящей через две точки с координатами по I2 и U2:

(0, U2хх) и (I2ном, U2хх – DU2).

Абсолютное изменение вторичного напряжения, %:

Таким образом, график внешней характеристики представляет прямую линию (рис. 5.4).

53

5.2.6. Коэффициент полезного действия трансформатора, %, определяется по формуле

График зависимости η= f (I2) или η= f (β) показан на рис. 5.4.

5.3.Программа работы

5.3.1.Изучить конструкцию трансформатора.

5.3.2.Провести опыт холостого хода.

54

5.3.3.Снять внешнюю характеристику.

5.3.4.Провести опыт короткого замыкания.

5.3.5.Рассчитать КПД трансформатора при различной резистивной нагрузке.

5.4.Порядок выполнения работы

5.4.1.Изучить конструкцию испытуемого броневого трансформатора с пластинчатым, стержневым и ленточным магнитопроводом. Уяснить порядок сборки магнитопровода.

5.4.2.Записать паспортные данные. Собрать электрическую схему для испытания трансформатора (рис. 5.5). Установить пределы изме-

рения напряжения и тока комплекта К-540: V1 – 300 В; A1 – 1 А. Взять амперметр А2 с пределом измерения 2 А. Напряжение на вторичной обмотке измерять цифровым вольтметром В7-38. Предъявить собранную схему для проверки преподавателю.

Рис. 5.5

5.4.3. Проделать опыт холостого хода. Вторичная обмотка должна быть разомкнута, с помощью автотрансформатора (ЛАТРа) на первичную обмотку следует подать номинальное напряжение U1ном, контролируя его по вольтметру V1, и произвести измерения напряжения на вторичной обмотке U2хх, тока I0 и мощности Р0 холостого хода. Результаты измерений занести в табл. 5.1.

Таблица 5.1

55

5.4.5.Провести опыт короткого замыкания. Для этого: ЛАТР выве-

сти в нулевое положение (U1 = 0), установить предел измерения вольтметра V1 = 30 В, перемычкой замкнуть накоротко зажимы а, х вторичной обмотки трансформатора. Затем с помощью автотрансформатора (ЛАТРа) на первичную обмотку следует подать напряжение, при ко-

тором Iк = I1ном (предварительно нужно вычислить номинальный ток). Затем произвести измерения напряжения короткого замыкания Uк, тока Iк и мощности короткого замыкания Pк. Результаты измерений записать в табл. 5.3.

После проведения опыта короткого замыкания отключить трансформатор. Предъявить данные всех опытов преподавателю и только после его разрешения снять напряжение со стенда и разобрать схему.

5.4.6.Вычислить КПД по формуле (5.18) для номинальной нагрузки и сравнить с опытными данными. При расчете номинальная мощность определяется по паспортным данным трансформатора:

56

а остальные параметры – из данных опытов холостого хода и короткого замыкания.

5.5.Содержание отчета

Вотчете приводятся:

1)паспортные данные трансформатора и технические данные используемых измерительных приборов;

2)схема проведения опытов (см. рис. 5.5);

3)табл. 5.1–5.3 с результатами расчетов;

4)графики внешней характеристики и зависимости КПД от тока нагрузки. Сравнение экспериментальных и расчетных данных.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение трансформатора.

2.Как проводится опыт холостого хода?

3.Как проводится опыт короткого замыкания?

4.Почему в опыте холостого хода пренебрегают потерями в обмотках, а в опыте короткого замыкания – потерями в стали?

5.Для чего магнитопровод трансформатора изготавливают из листов стали, изолированных друг от друга?

6.Чем отличается стержневой трансформатор от броневого?

7.Чтопредставляетсобойвнешняяхарактеристикатрансформатора?

8.С какой целью проводится опыт короткого замыкания?

9.Что представляет собой разность P1 – Р2?

57

Лабораторная работа 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

6.1. Цель работы

Изучить конструкцию и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя; снять рабочие характеристики и по ним оценить свойства двигателя; сделать выводы о преимуществах и недостатках трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

6.2.Содержание работы

6.2.1.Ознакомиться с конструкцией трехфазного асинхронного двигателя (АД) и устройствами, предназначенными для его испытания.

6.2.2.Записать паспортные данные двигателя, измерительных приборов и регулировочных­ устройств.

6.2.3.Произвести пуск двигателя.

6.2.4.Снять экспериментальные данные для построения рабочих характеристик.

6.2.5.Составить отчет и сделать заключения о проделанной рабо-

те.

6.3.Основные теоретические положения

6.3.1. Общие сведения

Асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электрическими машинами. Они являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. В настоящее время АД потребляют около половины всей вырабатываемой в мире электроэнергии и находят широкое применение в качестве электропривода подавляющего большинства механизмов. Это объясняется простотой конструкции, надежностью и высоким значением коэффициента полезного действия (КПД) этих электрических машин.

Однако эти двигатели не лишены недостатков. У них низкий коэффициент мощности, неудовлетворительные регулировочные характеристики, особенно при необходимости плавного регулирования

58

частоты вращения в широких диапазонах. У двигателей с короткозамкнутым ротором плохие пусковые характеристики. Что касается коэффициента мощности (соsj), то АД уступает синхронному, а в отношении регулировочных характеристик – двигателю постоянного тока.

6.3.2. Конструкция асинхронного двигателя

Основными частями двигателя являются статор и ротор. Их сердечники собираются из листовой электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм, предварительно покрытых с обеих сторон изолирующим лаком. Это предотвращает образование больших вихревых токов в стали сердечников. Листы для набора пакетов статора и ротора штампуются, при этом получается необходимая форма листа со всеми отверстиями. Отверстия на внутренней окружности листов для статора и на внешней окружности листов для ротора после их сборки образуют пазы статора и ротора, в которые закладывают проводники обмоток.

Сердечник статора помещают в корпус, а сердечник ротора закрепляют на валу двигателя. Вал вращается в подшипниках, закрепленных в боковых подшипниковых щитах. Подшипниковые щиты присоединяют к корпусу статора с помощью болтов или шпилек. Подшипниковые щиты и корпус статора обычно выполняют литыми из чугуна или стали.

Между статором и ротором имеется воздушный зазор. Его делают по возможности небольшим, исходя из того, чтобы ротор при вращении не задевал статор.

Взависимости от конструкции ротора различают АД с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором (с контактными кольцами).

Простейшим видом обмотки ротора является короткозамкнутая обмотка в виде «беличьей клетки». Такая обмотка выполняется путем заливки пазов ротора расплавленным алюминием.

Вдвигателях с фазной обмоткой ротора в пазы укладывают трехфазную обмотку и соединяют ее в звезду. Выводы обмотки присоединяют к трем контактным кольцам, которые жестко крепятся на валу. Контактные кольца изолированы от вала и друг от друга. На контактные кольца наложены щетки (угольные или графитные). Кольца

ищетки образуют скользящий электрический контакт и служат для включения в цепь ротора пускового или регулировочного реостата.

59

Статорные обмотки выполняют обычно из проводников круглого или прямоугольного сечения.

Для улучшения отвода тепла сердечники статора и ротора выполняют с осевыми каналами, где циркулирует воздух. Движение воздуха осуществляется вентилятором, лопасти которого в большинстве случаев отливаются одновременно с заливкой пазов ротора алюминием.

Основным исполнением АД средней мощности является защищенное и закрытое. Машины в защищенном исполнении предохранены от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также от попадания внутрь посторонних предметов. В машинах закрытого исполнения отсутствует интенсивное сообщение между их внутренним пространством и окружающей средой.

Асинхронные двигатели обычно используются для работы при горизонтальном или вертикальном расположении вала. Крепление машины осуществляются с помощью лап на ее корпусе или фланцев, расположенных на подшипниковых щитах.

6.3.3.Принцип действия асинхронного двигателя

Воснове работы АД лежит закон электромагнитных сил (закон Ампера) о взаимодействии тока в проводнике с магнитным полем F = B I l sin a, проявляющийся следующим образом. Если статорную обмотку подключить к трехфазному источнику напряжения, то

вобмотках статора возникнет ток, создающий в воздушном зазоре между статором и ротором вращающееся магнитное поле, частота вращения которого, об/мин (1 об/мин =1,67×10–2 с–1 ), определяется формулой

где f1 – частота тока сети, Гц; p – число пар полюсов машины (зависит от способа укладки витков фазных обмоток статора в пазы сердечника).

Вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС. Под действием ЭДС в обмотке ротора возникает ток. При взаимодействии тока ротора и вращающегося магнитного поля статора создается вращающий момент, который и приводит во вращение ротор в сторону вращения поля. Частота вра-

60