лабор_роботи

Опис лабораторної установки

Об’єктом дослідження є однофазний трансформатор TV2 (рисунок 1.5), який під’єднаний до мережі змінного струму через автоматичний вимикач SF1 і лабораторний автотрансформатор (ЛАТР) TV1. Для визначення параметрів трансформатора використовують вимірювальні прилади: у первинному колі – амперметр РА1, ватметр PW1, вольтметр PV1 та у вторинному – вольтметр PV2, амперметр PA2. В якості навантаження використовують реостат Rнав (cos φ2=1, тобто навантаження активне).

напругу U1Н, яку вимірюють з допомогою вольтметра PV1. Покази приладів записати в таблицю 1.1.

3 Дослідити трансформатор в режимі активного навантаження. Реостат Rнав встановити в положення максимального опору і замкнути вимикач SA1. З допомогою автотрансформатора TV1 (ЛАТРа) подати на первинну обмотку (А-Х) номінальну напругу U1Н. Змінювати опір Rнав до значення I1=1,4·I1Н (6÷8 дослідів). Покази приладів записати в таблицю 1.1.

4 Дослідити трансформатор TV2 в режимі короткого замикання. З допомогою ЛАТРа (TV1) встановити напругу в первинній обмотці трансформатора, що дорівнює нулю (U1=0). Розімкнути автоматичний вимикач SА1. Вилучити опір навантаження Rн=0 і замкнути вимикач SA1. Ввімкнути автоматичний вимикач SF1 і з допомогою ЛАТРа (TV1) подати на первинну обмотку (А-Х) трансформатора TV2 незначну напругу U1=(4-6)% U1Н, при якій струм в цій обмотці буде номінальним (I1= I1Н). Покази приладів записати в таблицю

1.1.

12

Таблиця 1.1 – Результати досліджень і обчислень

Обробка результатів дослідів

1 За дослідними даними визначити:

-коефіцієнт трансформації, k;

-коефіцієнт навантаження, β;

-коефіцієнт корисної дії, η;

-коефіцієнт потужності первинної обмотки, cos φ1;

-коефіцієнт потужності навантаження, cos φ2;

-потужність навантаження, P2;

-зміну вторинної напруги, ΔU2%;

-параметри Т-подібної заступної схеми трансформатора.

13

2 Побудувати зовнішню характеристику трансформатора

U2=f(I2).

3 Побудувати характеристики, що визначають експлуатаційні властивості трансформатора:

I1=f1(I2); cos φ1=f3(I2); η= f4(I2).

4 Зробити висновок з проведеної роботи.

Контрольні запитання

1 Визначення трансфоорматора.

2 Класифікація трансформаторів.

3 Будова однофазного трансформатора.

4 Поясніть принцип дії трансформатора.

5 Що називається коефіцієнтом трансформації і як його визначити?

6 Чи зміниться струм у первинній обмотці трансформатора, якщо відбулася зміна струму у вторинній обмотці?

7 Як здійснити дослід неробочого ходу трансформатора?

8 Які параметри трансформатора визначаються з неробочого режиму?

9 Як здійснити дослід короткого замикання трансформатора?

10 Які параметри трансформатора визначають з досліду короткого замикання?

11 Які втрати потужності мають місце в трансформаторі та від чого вони залежать?

12 За якими формулами визначають параметри заступної схеми трансформатора?

13 Зовнішня характеристика трансформатора.

14 Приведіть характеристики, що визначають експлуатаційні властивості трансформатора.

14

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА З КОРОТКОЗАМКНУТИМ РОТОРОМ

Мета роботи

1 Вивчити будову і принцип дії трифазного асинхронного двигуна з короткозамкнутим ротором.

2 Дослідити трифазний асинхронний двигун в неробочому режимі.

3 Дослідити трифазний асинхронний двигун в режимі активного навантаження.

4 На основі дослідних даних визначити момент і потужність на валу двигуна, коефіцієнт потужності, ковзання та коефіцієнт корисної дії.

5 За даними дослідів побудувати механічну і робочі характеристики двигуна.

Основні теоретичні відомості

Асинхронною машиною називають машину змінного струму, в якої частота обертання магнітного поля статора не співпадає з частотою обертання ротора. Асинхронні машини використовують в основному для перетворення електричної енергії в механічну, тобто в якості двигунів. Вони також можуть працювати в режимах електромагнітних гальм, генераторів, перетворювачів частоти, трансформаторів та інших пристроїв.

Асинхронний двигун складається з двох основних частин: нерухомої - статора і ротора, який обертається. Статор – порожнинний циліндр набраний з листів електротехнічної

15

сталі завтовшки 0,3÷0,5 мм ізольованих між собою шаром спеціального лаку. На внутрішній поверхні статора є пази, в які вкладається обмотка статора.

Обмотки статора трифазного асинхронного двигуна складаються з окремих секцій та розташовані в пазах осердя статора і зміщені між собою в просторі на кут 120°. Кожна фаза містить одну або декілька паралельно чи послідовно з’єднаних обмоток, кількість яких дорівнює кількості пар полюсів p двигуна. Початки і кінці фаз обмотки виведені на клемний щиток двигуна, що дозволяє з’єднати їх між собою трикутником або зіркою. Це дає можливість вмикати двигун

на дві напруги, які відрізняються в 3 разів.

Ротор двигуна - циліндр, з тонких ізольованих між собою шаром спеціального лаку дисків електротехнічної сталі, який запресований на вал двигуна. Обмотка ротора буває двох типів, у відповідності за якими розрізняють двигуни з короткозамкнутим і фазним ротором.

Двигуни з короткозамкнутим ротором мають обмотку, яка постійно замкнута накоротко. Її виготовляють шляхом заливання в пази ротора сплаву алюмінію. Утворені стержні замикаються з торців кільцями, які відливаються одночасно з стержнями.

Три обмотки фазного ротора виготовляється аналогічно до обмоток статора. Вони завжди з’єднані зіркою, а початки їх фаз під’єднані до трьох контактних кілець. З допомогою цих кілець і щіток, що до них прилягають, в коло ротора під’єднують реостат, який дозволяє покращити пускові та регулювальні характеристики двигуна.

Принцип дії асинхронного двигуна базується на взаємодії обертового магнітного поля статора із струмами, які індукуються в колі ротора. Обертове магнітне поле виникає при під’єднанні трьох обмоток фаз статора, зміщених в

16

просторі на 120°, до трифазної мережі. Внаслідок цього струми в обмотках статора зміщені за фазою один відносно одного на кут 120°. Магнітне поле обертається з частотою n0 (хв-1), яка визначається за формулою:

n0 60 f1 p

де f1 - частота струму в обмотці статора, Гц;

p - кількість пар полюсів магнітного поля двигуна.

Магнітне поле статора при обертанні перетинає провідники ротора та індукує в них змінну ЕРС, під впливом якої в колі ротора виникає індукований струм. В результаті взаємодії струму ротора з обертовим магнітним полем виникають електромагнітні сили, які діють на ротор. При цьому на валу двигуна створюється момент, який пропорційний до магнітного потоку Ф, струму ротора І2 і косинуса кута Ψ2 зсуву фаз між струмом і ЕРС ротора:

M=cФI2cos Ψ2,

де с – конструктивна стала ротора двигуна.

Під дією цього моменту ротор обертається в напрямі магнітного поля, але з меншою частотою, тобто ротор двигуна обертається асинхронно відносно до поля статора. Різниця частот обертового магнітного поля n0 і ротора n, віднесена до частоти обертання поля, називається ковзанням:

s n0 n . n0

17

Частота f2 струму, що індукується в обмотці ротора, визначається за формулою:

f2 60pn f1s .

Частота обертання ротора при неробочому режимі двигуна мало відрізняється від частоти обертання магнітного поля і тому ковзання близьке до нуля. При збільшенні моменту на валу двигуна частота обертання ротора зменшується, а ковзання збільшується. Залежність частоти обертання ротора від моменту або моменту від ковзання: n=f1(M) або M=f2(s) називають механічною характеристикою двигуна (рисунок 2.1)

n

Рисунок 2.1 – Механічна характеристика асинхронного двигуна:

а) n=f1(M); б) M=f2(s).

18

Короткочасне перевантаження двигуна визначається максимальним (критичним) моментом Ммакс (Мкр), який виникає при критичному ковзанні sкр. Цей момент є більший від номінального моменту Мн в 1,7÷2,8 разів і визначає перевантажувальну властивість двигуна: λ=Ммакс/Мн.

Механічні характеристики асинхронного двигуна описують рівнянням моменту:

де U1ф – фазна напруга, яка подається на обмотку статора двигуна;

R1, X1 – активний та індуктивний опори фази обмотки статора;

R/2, X/2 – активний та індуктивний опори фази обмотки ротора, приведені до обмотки статора.

Згідно з цим рівнянням, при незмінних значеннях опорів обмоток статора і ротора, момент двигуна пропорційний до квадрату напруги. При зменшенні напруги момент двигуна знижується, зменшується і максимальний момент, а критичне ковзання sкр залишається сталим.

В розрахунках користуються більш простим рівнянням, яке дозволяє побудувати механічну характеристику за паспортними даними двигуна:

19

де sкр sн ( 2 1) - критичне ковзання;

sн - номінальне ковзання, яке визначається при

номінальній частоті обертання ротора двигуна.

Зміна напряму обертання (реверсу) ротора асинхронного двигуна досягається зміною черговості фаз обмоток статора, що під’єднуються до трифазної мережі.

Механічна характеристика наглядно показує властивості асинхронного двигуна як частини електроприводу. Для більш повного виявлення властивостей самого двигуна служать його робочі характеристики (рисунок 2.2), тобто залежності параметрів n, М, I1, P1, η, cos φ від потужності P2 на валу двигуна.

P1 М

P2

Рисунок 2.2 – Робочі характеристики асинхронного двигуна.

20