Методичка по электротехнике (лаб роб) 2

7.3.Порядок проведения опытов

I.Ознакомиться с лабораторной установкой и записать технические данные измерительных приборов, аппаратов и прочего оборудования в табл.

7.1.

2.Собрать схему.

3.Разомкнуть все ключи KI-K9, поставить ручку автотрансформатора ЛАТР в нулевое положение и после разрешения преподавателя подать напряжение в схему включением автоматического выключателя АВ.

4.Провести опыт холостого хода трансформатора Т. Для этого ав-

тотрансформатором ЛАТР установить номинальное напряжение U1H вольтметром V1 и записать показание приборов в строку холостого хода табл. 7.2.

5.Испытать трансформатор при нагрузке поочередно замыкая ключи KIK8. Результаты измерений записывать в строки 1-6 табл. 7.2.

6.Выполнить опытный режим короткого замыкания трансформатора. Сначала ручку автотрансформатора ЛАТР поставить в нулевое положение.

Убедившись в отсутствии напряжения U1 (по вольтметру V1 ), включить ключ К9. После этого автотрансформатором ЛАТР выставить такое

напряжение U1K, чтобы ток I1 был равен номинальному I1H. Показания приборов записать в строку "короткое замыкание" табл. 7.2.

7.Проверить правильность выполнения опытов. При этом сумма мощ-

ностей при холостом ходе Р0 (потери в стали) и при коротком замыкании PK (потери в проводниках) должны быть равны разности номинальных

мощностей P1H - P2H , где P1H - показание ваттметра W, P2H=U2H I2H – определяется по показаниям вольтметра V2 и амперметра V2, когда включена

активная нагрузка.

8. Выключить АВ и разобрать схему.

7.4.Обработка результатов опытов

1.Вычислить коэффициент трансформации К (7.16).

2.Определить процентное значение тока холостого хода

3.Рассчитать для всех опытов полную мощность S1 = U1∙I1, коэффициент мощности cos φ1=P1/S1, активную мощность нагрузки Р2 = U2 12 , КПД η=P2/P1, значение падения напряжения ΔU2=(U2H- U2)/U2H и коэффициент загрузки β=I2/I2H≈ I1/I1H. Результаты занести в табл. 7.2.

4.Построить внешние характеристики U2(I2) (см. рис. 7.3). В случае активного характера нагрузки (φ2 = 0) входная характеристика строится по данным опытов холостого хода 6 табл. 7.2. При индуrтивном характере

нагрузки (φ2>0, включено только LH) при емкостном (φ2<0, включено только CH) такие характеристики построить приближенным методом:

62

соединить точки U2 при этих нагрузках c U20.

5.Построить в одной координатной системе характеристики трансформатора U2(β), I1(β), cosφ1(β), η(β) при активной нагрузке.

6.Рассчитать параметры трансформатора и его схему замещения (см. рис. 7,4). Результаты расчетов (в омах) занести в табл. 7.3.

7.5.Контрольные вопросы

1.Что называют трансформатором?

2.Назначение и область использования трансформатора,

3.Устройство однофазного трансформатора.

4.Виды трансформаторов.

5.Принцип работы трансформатора.

6.Что называется коэффициентом трансформации?

7.Какой вид имеют уравнения баланса ЭДС и напряжений для первичной

ивторичной цепей?

8.Как получить уравнение МДС и токов однофазного трансформатора?

9.Как определить номинальные токи первичной и вторичной обмоток однофазного трансформатора, если известны его номинальные мощность и напряжения?

10.Какой вид имеет схема замещения однофазного трансформатора?

11.Какие величины и параметры определяются при выполнении опытов холостого хода и короткого замыкания?

12.Почему с изменением тока нагрузки изменяется напряжение на зажимах вторичной обмотки?

13.Что показывают коэффициент мощности и КПД?

14. Какой вид имеют характеристики I1(β), cosφ1(β), η(β)?

Лабораторная работа № 8 ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Цель работы:

1. Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

63

медно-графитными щетками.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя бывает двух видов с коротко замкнутой (рис. 8.5) и фазной обмоткой (рис. 8.6) и состоит из следующих деталей:

Рис 8.5

Рис.8.6

Рис. 8.7

Рис.8.8.

1)вала, концы которого закреплены в подшипниках крышек;

2)сердечника, выполненного так же, как сердечник статора, но пазы расположены по внешней поверхности (рис.8.7);

Рис. 8.5 3) обмотки, которая может быть короткозамкнутой и фазной.

Короткозамкнутая обмотка ротора может выполняться из медных стержней, уложенных в пазы сердечника и замкнутых накоротко с двух сторон медными кольцами. Она напоминает "беличье колесо" (рис. 8.8). В

66

современных асинхронных двигателях такая обмотка выполняется заливкой пазов сердечника ротора расплавленным алюминием, что существенно снижает стоимость ротора. Фазная обмотка выполняется точно так же, как и обмотка статора. Между собой фазы обмотки ротора соединяют по схеме "звезда". Свободные выводы обмотки ротора подсоединяют к трем медным или стальным контактным кольцам, которые насажаны на вал и изолированы как от него, так и друг от друга. По кольцам скользят три неподвижных щетки, укрепленные на крышке. Контактные кольца через щетки могут быть соединены с трехфазным реостатом. Для охлаждения двигателя на его вал насаживают крыльчатку вентилятора. На рис. 8.9 приведен общий вид трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, а на рис. 8.10 - с фазным.

При подключении обмоток статора к сети трехфазного переменного тока по фазам обмотки начинают протекать токи, которые образуют в статоре вращающееся магнитное поле. Поле статора вращается в направлении порядка следования фаз со скоростью

(8.1)

где f - частота токов статора; р - число пар полюсов.

Эту скорость принято называть синхронной. Значения синхронных скоростей для f = 50 Гц приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

67

Поле статора, вращаясь, пересекает обмотку статора и ротора и наводит в них ЭДС. Если обмотка ротора не замкнута через кольца и щетки, то ротор будет оставаться неподвижным, а асинхронный двигатель - уподобляться трехфазному трансформатору, отличающемуся от обычного трансформатора только в конструктивном отношении (наличие зазора, распределенная обмотка на статоре и роторе и т.д.).

Коэффициент трансформации асинхронного двигателя

где Е1 и Е2 - ЭДС обмотки соответственно статора и ротора; К1 и К2 - обмоточные коэффициенты обмотки соответственно статора и ротора.

Если обмотку ротора замкнуть накоротко или через трехфазный реостат, то наведенная ЭДС создаст в ней ток. Ток обмотки ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, приведет ротор во вращение в том же направлении, в котором вращается поле статора. Скорость вращения ротора n2 будет меньше синхронной. Разность между скоростью поля статора и скоростью ротора оценивается скольжением

Согласно (8.3), скольжение в режиме двигателя может меняться в пределах от единицы до нуля. При холостом ходе скольжения составляет доли процентов, при номинальной нагрузке - 2...8%. Из (8.3) нетрудно определить скорость вращения ротора

n2 n1 1 S (8.4)

При номинальной нагрузке для P=2 n2=1420 об/мин, а при р = 3, n2=950 об/мин.

Блок-схема трехфазного асинхронного электродвигателя показана на рио«

8.11.

Рис. 8.11

68

В процессе работы электродвигателя часто возникает необходимость в изменении его направления вращения или так называемом реверсировании. Для асинхронного электродвигателя эта задача решается весьма просто. Направление вращения магнитного поля статора определяется последовательностью фаз .трехфазной сети, питающей обмотки статора. Изменение последовательности фаз меняет направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора. Таким образом, для реверсирования асинхронного двигателя практически достаточно поменять местами два соединительных провода, связывающих двигатель с сетью.

Судить о рабочих свойствах асинхронного двигателя можно по его характеристикам:

1)зависимости момента от скольжения M=f(S);

2)механической характеристики n2=f(M);

3)рабочим характеристикам, т.е. зависимостям S, n2, M, I1, cos φ1, η

полезной мощности на валу двигателя P2.

Рассмотрим прежде всего характер зависимости M=f(S). С этой целью выведем уравнение момента и проанализируем его при различных значениях S (в диапазоне от S = 0 до S = I).

Известно, что на проводник с током, находящийся а магнитном поле, действует сила fпр определяемая по формуле:

где B - индукция магнитного поля под полюсом; i2 - ток в проводнике обмотки ротора; l - длина проводника.

Если этот проводник расположить вдоль образующей цилиндрической поверхности ротора, то при наличии силы -fпр возникает момент

где D - диаметр ротора.

Поскольку ротор асинхронного двигателя состоит не из одного, а из N проводников, распределенных по его окружности, то можно говорить о некотором среднем моменте Мд, возникающем из-за воздействия вращающегося магнитного поля на ток всех проводников ротора:

где α - пространственный угол окружности ротора.

Чтобы перейти от (8.7) в интегральной форме к практическим удобным расчетным соотношениям, учтем, что магнитная индукция от проводника к проводнику и ток в проводниках меняется синусоидально, т.е.

где Bm ,I2m, - амплитудные значения соответственно магнитной индукции и тока ротора; ψ2 - угол сдвига фаз между ЭДС и током ротора.

Примем также во внимание, что

69

где ф - магнитный поток одного полюса; Вср - среднее значение магнитной индукций под полюсом; τ - полюсное деление; P - число пар полюсов; C =const ; m2 - число фаз обмотки ротора; W2 - количество витков фазы обмотки ротора.

После подстановки (8.8)-(8.13) и (8.6) в (8.7) и несложных математических преобразований получим

где E1 – ЭДС фазы обмотки статора; W1- количество витков фазы обмотки статора, R2 и Х2 - соответственно активное и индуктивное сопротивление обмотки ротора.

Используя эти соотношения, получим из (8.14) следующее выражение для вращающегося момента:

70