Контрольные вопросы

1. Назначение устройство и принцип действия трансформатора.

2. Как подразделяется трансформаторы в зависимости от конструкции магнитопровода?

3. Какими техническими данными характеризуется трансформатор?

4. Почему магнитный поток в сердечнике трансформатора практически не изменяется при изменении нагрузки трансформатора?

5. Почему при изменении нагрузки трансформатора изменяется ток в первичной обмотке? Что такое саморегулирование трансформатора?

6. От чего зависят потери в стали магнитопровода трансформатора?

7. Почему в испытательном режиме короткого замыкания нагреваются обмотки трансформатора, а сталь холодная?

8. Постройте векторную диаграмму работы трансформатора в режиме нагрузки и объясните её.

9. При каких условиях возможна параллельная работа трансформаторов?

10. Опишите устройство и принцип действия автотрансформатора.

11. Для чего применяются измерительные трансформаторы?

Лабораторная работа № 9

Испытание трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя малой мощности

Цель работы: Изучение устройства и пуск в ход трехфазного асинхронного двигателя. Снятие рабочих характеристик двигателя.

Оборудование: двигатель с механическим тормозом на подставке, двигатель в разобранном виде, ваттметр, амперметр, вольтметр, ньютонометр, тахометр.

Введение

Асихронные двигатели получили широкое применение благодаря простоте конструкции, высокому коэффициенту мощности, надежности в работе, высокому КПД. По конструктивному исполнению асинхронные двигатели бывают короткозамкнутыми и с фазной обмоткой.

Работа трёхфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя основана на использовании вращающегося магнитного поля, создаваемого трехфазным током, протекающим по обмотке статора. Магнитный поток вращающегося поля пересекает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ЭДС . По обмотке ротора протекает ток I_р

При взаимодействии вращающегося магнитного поля с током в обмотке ротора образуется вращающий момент М_вр заставляющий перемещаться роторные витки в направлении вращения магнитного потока. Скорость вращения магнитного поля относительно ротора оценивается скольжением асинхронной машины s.

Вращающий момент двигателя может быть выражен как через электро-магнитную мощность P_эм, так и через механическую мощность Р_мех:

, ,

где: и – угловые скорости вращения магнитного потока и ротора, соответственно, которые определяются как:

,

где: n_ст и n_р – частоты вращения магнитного потока и ротора, соответственно.

Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален магнитному потоку и активной составляющей тока ротора:

,

где: k– постоянная величина для данного двигателя и зависит от конструкции двигателя.

Одновременно можно утверждать, что М_вр, являясь функцией скольжения s, прямо пропорционален квадрату приложенного напряжения U и зависит от сопротивления и конструкции обмоток двигателя, а так же от частоты тока f. Вообще, М_вр имеет сложную зависимость от s и на каждом этапе работы двигателя имеет определенное значение.

В общем случае для М_вр маломощных машин можно записать:

где: F – сумма элементарных сил, действующих на обмотки ротора; N и R – число проводников ротора и его радиус, соответственно.

Зависимость скорости вращения ротора от вращающего момента называется механической характеристикой двигателя. Механическая характеристика является основной характеристикой любого двигателя и определяет его эксплуатационные возможности. На рисунке 9.1 представлен типичный вид механической характеристики. Незначительный наклон механической характеристики от n₀ до n_н означает, что асинхронные короткозамкнутые двигатели обладают жёсткой механической характеристикой, то есть скорость вращения ротора мало изменяется при изменении нагрузки на валу ротора. Точка К соответствует положению неустойчивого равновесия, когда при значительной нагрузке момент двигателя уже не растет, а падает, в результате чего двигатель может останавливается.

При устойчивой работе всегда имеем:

где: М_тор – тормозной момент или момент статического сопротивления нагрузки. Так как М_вр определить практически затруднительно, то всегда определяют М_тор.

Из механики известно, что механическая мощность Р_мех, развиваемая вращающимся ротором, может быть выражена через угловую скорость вращения ротора _р и тормозной момент М_тор:

,

Рис. 9.1. Механическая характеристика трёхфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя

где: F_тр – сила действующая на вращающийся ротор и создающая тормозной момент, R – радиус шкива двигателя. Фиксируя величину F_тр и зная скорость вращения ротора n_р можно определить М_тор.

При работе асинхронного двигателя электрическая мощность Р_эл, поступающая в обмотку статора, превращается в механическую мощность на валу ротора Р_мех. С учетом потерь, процесс преобразования может быть представлен энергетической диаграммой, представленной на рисунке 9.2.

Рис.9.2. Энергетическая диаграмма трёхфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя

На диаграмме обозначены: P_МР и P_МСТ – потери в обмотках ротора и статора, соответственно; P_ССТ – потери в стали статора; P_ТР и P_G -– механические потери; P_ЭЛ – электрическая мощность передаваемая двигателю; Р_ЭМ – электромагнитная мощность, передаваемая от статора к ротору, P_МЕХ – механическая мощность, развиваемая двигателем; P_ПОЛ – полезная механическая мощность отдаваемая двигателем.

Учитывая все потери, имеющие место в двигателе, можно записать:

,

где Р – мощность потерь.

КПД асинхронного короткозамкнутого двигателя определяется:

.

Асинхронные двигатели являются основными потребителями электроэнергии, поэтому очень важно при работе двигатель имел возможно более высокий коэффициент мощности, что бывает при номинальной нагрузке. Типичная зависимость коэффициента мощности от относительной мощности приведена на рис. 9.3. Как видно из этого рисунка, наибольшее значение , порядка 0,8-0,9, имеет место в области нагрузок, близких к номинальной.

При пуске в ход двигатель находится в условиях, существенно отличающихся от условий нормальной работы. Пусковой момент М_пус при этом значительно превышает момент статических сопротивлений М_тор. Поэтому в момент запуска двигателя пусковой ток I_пус значительно превышает номинальное значение тока. В маломощных сетях это ток может вызвать нежелательное для работы других приёмников энергии временное понижение напряжения.

Рис. 9.3. Зависимость коэффициента мощности от мощности на валу двигателя.