Методичка элетротехника 2013

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Pк I12R1 + I22R2, где R1 и R2 — активные сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Мощность короткого замыкания Pк при I1ном так же, как и мощность холостого хода P0 при U1ном, имеет важное эксплуатационное значение. Мощность Pк для трансформаторов небольшой мощности составляет 2...3 % от мощности Sном.

Соотношение мощностей P0 и Pк в силовых трансформаторах обычно равно P0 / Pк = 0,2...0,4.

7.3.3. Определение характеристик трансформатора косвенным методом

При заданных значениях cos 2 внешнюю характеристику трансформатора U2 = f( ) и изменение напряжения u в зависимости от коэффициента нагрузки рассчитывают по формулам

u β uкаcos 2 uкрsin 2 ,

где uк а и uк р — берут из опыта короткого замыкания, а напряжение U20 — из опыта холостого хода при U1 = U1ном.

Таблица 7.4

Расчет характеристик трансформатора по данным опытов холостого хода и короткого замыкания

при U1 = U1ном = … В и cos 2 = …

Для определения КПД трансформатора необходимо знать суммарную мощность потерь Pп в нем. Из опыта холостого хода

93

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

известно, что мощность потерь в стали магнитопровода Pпм напряжении U1 = U1ном = const потери в стали Pпм P0 = const для любых режимов работы трансформатора. Мощность потерь в обмотках трансформатора, т. е. мощность электрических потерь Pпэ, определяют в опыте короткого замыкания. При токе I1 = I1ном мощность этих потерь равна Pпэ Pк. Поскольку электрические потери пропорциональны квадрату тока, то при любой нагрузке трансформатора их определяют как

Pпэ 2Pк.

Мощность потерь в трансформаторе при U1ном будет равна

Pп = Pпм + Pпэ = P0 + 2Pк.

Мощность электроприемника

P2 = U2I2cos 2 U2номI2номcos 2 = Sномcos 2.

КПД трансформатора определяют по формуле

Изменение напряжения u, внешнюю характеристику U2 = f ( ) и КПД трансформатора рассчитывают при тех же значениях коэффициента нагрузки , которые были получены в опыте непосредственной нагрузки (см. табл. 7.1).

Результаты расчета заносят в табл. 7.4.

По данным табл. 7.4 на рис. 7.2 строят зависимости U2 = f ( ) ) и

= f ( ) с целью сравнения методов испытания трансформатора.

7.4.ПРОГРАММА РАБОТЫ

1.Ознакомьтесь с паспортными данными трансформатора и запишите их.

2.Соберите электрическую цепь согласно схеме, представленной на рис. 7.1, для проведения опыта непосредственной нагрузки.

3.Проведите испытание трансформатора методом непосредственной нагрузки, как указано в п. 7.2..

94

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Результаты измерений запишите в табл. 7.1. Вычислите все величины, указанные в табл. 7.1, и постройте внешнюю характеристику трансформатора U2 = f ( ) и зависимость = f( ), как показано на рис. 7.2.

4. Проведите испытание трансформатора косвенным методом 4.1. Проведите опыт холостого хода (см. п. 7.3.1).

Результаты измерений запишите в табл. 7.2. Вычислите все величины, указанные в табл. 7.2, а также коэффициент трансформации n трансформатора. Определите ток I0 и мощность потерь P0 холостого хода при U1ном. Постройте характеристики холостого хода трансформатора, как показано на рис. 7.3, если они снимались.

4.2.Соберите электрическую цепь согласно схеме рис. 7.4 для проведения опыта испытательного короткого замыкания.

4.3.Проведите опыт испытательного короткого замыкания, как указано в п. 7.3.2.

Внимание! Перед включением выключателя QF убедитесь в том, что движок автотрансформатора Т1 установлен в положение, при котором U1 = 0.

Данные измерений запишите в табл. 7.3. Вычислите параметры трансформатора Zк, Rк, Хк для всех значений тока Iк и их средние значения. Определите при I1 = I1ном напряжение короткого замыкания uк, его активную uка и реактивную uкp составляющие в процентах от U1ном, а также мощность короткого замыкания Pк.

4.4.Рассчитайте косвенным методом, как указано в п. 7.3.3, внеш-

нюю характеристику U2 = f ( ) трансформатора, изменение напряженияu и зависимость = f ( ) при коэффициентах нагрузки , которые имели при испытании трансформатора методом непосредственной нагрузки. Результаты расчета запишите в табл. 7.4. Постройте характеристики U2 = f ( ) и = f ( ) ( см . рис. 7.2).

5.Запишите технические данные измерительных приборов.

6.Выполните анализ полученных результатов.

95

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Оцените значения тока I0 и мощности Р0 холостого хода в процентах от I1ном и Sном соответственно; значения напряжения uк и мощности Рк короткого замыкания в процентах от U1ном и Sном; соотношение Р0/Рк мощностей энергии, потребляемой в режимах холостого хода и испытательного короткого замыкания; значения номинального изменения напряжения u (при = 1), определенные косвенным методом и методом непосредственной нагрузки. Сравните значения КПД ном трансформатора при номинальной нагрузке ( = 1) и максимальные значения КПД max,определенные обоими методами.

7.5.Контрольные вопросы

1.Какими основными величинами характеризуется трансформатор? Как определить номинальные токи первичной и вторичной обмоток трансформатора по известным Sном, U1ном, U2ном?

2.С какой целью и как проводят опыты непосредственной нагрузки, холостого хода и испытательного короткого замыкания?

3.Как правильно выбрать номинальный первичный ток I1ном,ТА трансформатора тока при проведении испытаний трансформатора методом непосредственной нагрузки и косвенным методом?

4.Каковы примерные соотношения между величинами I0 и I1ном,

uк и U1ном, Р0 и Sном, Pк и Sном?

5. Как опытным путем определить мощность потерь в стали магнитопровода и в обмотках трансформатора?

96

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Работа 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

8.1. ВВЕДЕНИЕ

Цель работы — познакомиться с устройством, освоить способы пуска и методику опытного определения основных эксплуатационных характеристик трехфазных асинхронных двигателей (АД).

Основными уравнениями, характеризующими работу АД в установившемся режиме, являются уравнения для тока в обмотке ротора

и для вращающего момента

где E2s , E2 — ЭДС в обмотке вращающегося и неподвижного ротора соответственно; R2 — активное сопротивление обмотки ротора; X2s, X2 — индуктивные сопротивления обмотки вращающегося и неподвижного ротора соответственно; s — скольжение; см постоянная, определяемая параметрами АД; Фm — максимальное значение результирующего магнитного потока; I2cos 2 — активная составляющая тока в обмотке ротора.

Скольжение s — величина, равная относительной разности частот вращения магнитного поля и ротора:

где n1 — частота вращения магнитного поля; n2 — частота вращения ротора.

Частота вращения n1 магнитного потока зависит от частоты f1 напряжения сети и числа пар полюсов р двигателя :

97

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При промышленной частоте f1 = 50 Гц частота вращения магнитного потока относительно статора может принимать значения n1 = 3000, 1500, 1000, 750 об. / мин. и т. д. Частота вращения n2 ротора АД всегда меньше n1, поэтому в двигательном режиме всегда 0 < s 1.

Принципиальная электрическая схема для проведения испытаний

АД приведена на рис. 8.1.

Тормозной момент на валу АД (нагрузку) создают с помощью электромагнитного тормоза (ЭМТ), изменяя ток в его обмотке возбуждения (ОВ).

Напряжение сети U1, ток I1 статора, активную P1 и реактивную Q1 мощности измеряют с помощью измерительного комплекта К-506. Показания измерительных приборов рекомендуется записывать в делениях, цены делений указаны на лицевой панели комплекта К-506.

98

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Частоту вращения n2 ротора измеряют цифровым тахометром.

8.2.ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вмомент пуска АД (в момент подключения обмотки статора к сети) частота вращения ротора n2 = 0. Частота вращения n1 магнитного потока относительно статора, определяемая формулой (8.4), устанавливается мгновенно, так как магнитное поле практически не обладает инерцией. В соответствии с (8.3) при пуске скольжение s = 1 и в соответствии с (8.1) ток в обмотке ротора достигает максимального значения:

Магнитный поток, создаваемый обмоткой ротора, пропорционален току I2 в этой обмотке и при пуске также достигает максимального значения. Магнитный поток ротора является размагничивающим по отношению к магнитному потоку статора, поэтому результирующий магнитный поток уменьшается. Однако результирующий магнитный поток при напряжении сети U1 = const должен оставаться примерно постоянным. По этой причине резко возрастает ток I1 в обмотке статора до значения, при котором увеличение магнитного потока статора компенсирует размагничивающее действие потока ротора. Поэтому пусковой ток I1пуск может достигать значений

I1пуск = (5. . . 7)I1ном.

Прямой пуск АД (непосредственное подключение обмотки статора к сети с номинальным напряжением) возможен при достаточно мощном источнике питания, когда потеря напряжения в сети, вызванная пусковым током АД, не превышает 15 %.

При пуске двигателей средней и большой мощности при недостаточно мощных электрических сетях необходимо снижать пусковые токи. Существует много способов снижения I1пуск. Один из них — пуск при пониженном напряжении, подведенном к обмоткам статора. При пуске АД обмотку статора соединяют звездой, при этом напряжение,

99

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

подаваемое на фазные обмотки, уменьшается в 3 раза, что приводит к уменьшению фазных токов также в 3 раза, а линейных токов — в 3 раза. По окончании процесса пуска обмотку статора соединяют треугольником. Соединение обмоток статора звездой или треугольником осуществляют переключателем S1 (см. рис. 8.1). Основным недостатком этого способа пуска является то, что наряду со снижением пускового тока в 3 раза уменьшается и пусковой (вращающий) момент также в 3 раза, так как он пропорционален квадрату напряжения, подведенного к фазным обмоткам статора.

По этой причине пуск осуществляют при холостом ходе двигателя, т. е., при отсутствии полезного тормозного момента на валу (ЭМТ выключен). Измерительный комплект К506 при пуске двигателя должен быть выключен с целью защиты его от пускового тока. В процессе пуска контролируют частоту вращения n2 ротора и ток статора I1 (по амперметру, установленному на лицевой панели стенда). Когда ток I1 статора и частота вращения n2 ротора примут установившиеся значения, обмотку статора соединяют треугольником, а затем включают измерительный комплект К-506.

Если требуется изменить направление вращения двигателя, то следует изменить направление вращения магнитного потока, т. е. порядок следования фаз.

8.3. СНЯТИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

Основная задача испытания АД — получение его рабочих характеристик, представляющих зависимости частоты вращения n2, скольжения s, вращающего момента М2, тока статора I1, мощности Р1 электроэнергии, потребляемой двигателем из сети, КПД и коэффициента мощности cos от полезной мощности P2 двигателя при неизменных значениях напряжения U1 и частоты f1 в сети. Вид характеристик в относительных единицах показан на рис. 8.2.

100

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Перед снятием рабочих характеристик АД необходимо определить номинальный момент двигателя:

где P2ном — номинальная мощность двигателя, Вт; 2ном = n2ном / 30 — угловая частота, с-1; n2ном — номинальная частота вращения ротора, об/мин. Значения P2ном и n2ном указаны на стенде и в паспорте АД, значение М2ном получают в Н м.

При снятии рабочих характеристик АД тормозной момент на валу двигателя изменяют от M2 = 0 (холостой ход) до М2 = М 2ном так, чтобы в этом интервале получить 5…6 точек для построения характеристик. Для получения холостого хода АД электромагнитный тормоз ЭМТ должен быть отключен. При снятии характеристик при М2 0 включают ЭМТ и, изменяя ток в обмотке возбуждения ЭМТ, устанавливают необходимое значение тормозного момента М2. При каждом значении момента измеряют линейные токи IA, IB, IC, активную P1 и реактивную Q1 мощности, частоту вращения n2 ротора. Напряжение сети U1 измеряют один раз при М2 = 0,5М2ном. Результаты измерений заносят в табл. 8.1.

101

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 8.1

Опытные данные для определения рабочих характеристик асинхронного двигателя при U1 = … В и f1 = 50 Гц

Расчетные величины для построения рабочих характеристик определяют по формулам

102