Контрольні запитання

1. Поясніть принцип дії і будову трансформатора.

2. Чому магнітопровод трансформатора збирається з тонких листів електротехнічної сталі?

3. Як проводиться дослід холостого ходу і з якою метою?

4. Як проводиться дослід короткого замикання і з якою метою?

5. Як експериментально визначаються параметри Г-подібної схеми заміщення ?

6. Як визначається коефіцієнт трансформації?

7. Як визначаються втрати потужності в трансформаторі?

8. Як розраховується ККД трансформатора за даними експерименту?

9. Як розраховується зміна вторинної напруги при різних навантаженнях трансформатора?

Лабораторна робота № 2

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТР0ДВИГУНА З К0Р0ТК03АМКНУТИМ РОТОРОМ

Мета роботи - ознайомитися з будовою трифазного асинхронного двигуна з короткозамкнутим ротором; навчитися здійснювати пуск і реверс асинхронного двигуна; досліджувати залежність швидкості обертання, ККД і коефіцієнта потужності двигуна від потужності навантаження на валу.

Основні теоретичні відомості

Трифазні асинхронні двигуни з короткозамкнутим ротором широко застосовуються в промисловості завдяки високій надійності й економічності, простоті й невисокій ціні.

Трифазний асинхронний двигун із короткозамкнутим ротором складається з нерухомого статора, в пазах якого розміщена обмотка, що підключається до мережі трифазного змінного струму, і ротора, що обертається, який має обмотку у вигляді білячої клітки.

Початок і кінець кожної фази обмотки статора виведені назовні, що дозволяє з'єднати обмотку трикутником або зіркою, застосовувати один і той же двигун на дві різні напруги мережі, відношення яких дорівнює .

На щитку машини, як правило, вказуються дві напруги, наприклад 220/127 або 380/220 В. Більшій із них відповідає з'єднання обмотки статора в зірку, меншій - у трикутник.

Початок обмоток окремих фаз статора прийнято позначати символами С1, С2, С3, а кінці їх - відповідно С4, C5, C6.

Схеми з'єднання обмоток на щитку машини показані на рис.2.1.

При підключенні трифазної обмотки статора до трифазної мережі утворюється обертове магнітне поле, яке наводить у замкнутій обмотці ротора змінні струми. Взаємодія індукованих струмів ротора з магнітним полем, що обертається, приводить ротор в обертання в тому ж напрямку, в якому обертається поле.

Для зміни напрямку обертання вала двигуна достатньо змінити порядок чергування фаз, тобто поміняти місцями будь-які два дроти живлення.

Ш

видкості обертання ротора і магнітного поля неоднакові. Ступінь відставання швидкості обертання ротора від швидкості обертання поля оцінюють ковзанням:

де , - частота обертання відповідно ротора (вала) і поля статора, об/хв.

При номінальній потужності на валу працюючого двигуна ковзання невелике і складає 0,02...0,08.

Швидкість обертання поля пов'язана з частотою мережі f, числом пар полюсів машини р:

.

Асинхронні двигуни випускаються з числом пар полюсів р = 1, 2, 3, 4, 5, 6.

При частоті мережі f = 50 Гц швидкість обертання магнітного поля статора може мати значення n₀ = 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 об/хв.

Частота, індукована в обмотці ротора: .

При частоті мережі f = 50 Гц і номінальному ковзанні на валу s = 0,02...0,08 частота струму в обмотках ротора f₂ = 1...4 Гц.

^{Величина ЕРС індукована в обмотці ротора, що обертається:}

E_2S=4.44 W₂ f Ф_m=E₂ s ,

де W₂ - число витків обмотки ротора; Ф_m - амплітуда головного магнітного потоку; Е₂ - ЕРС нерухомого ротора. Повний опір обмотки ротора

,

де R₂, X₂ - відповідно активний і реактивний опір обмотки нерухомого ротора.

Струм обмотки ротора, що обертається

.

З останнього виразу видно, що під час пуску двигуна (s = 1) струм ротора I₂ максимальний і в 5-8 разів перевищує номінальний струм двигуна, що є одним з істотних недоліків асинхронного двигуна.

Обертовий момент асинхронного двигуна

,

де c - постійна, залежить від конструкції двигуна; U - напруга обмоток статора.

З останнього виразу видно, що обертовий момент прямопропорційний квадрату напруги живлення, що також є істотним недоліком асинхронного двигуна.

З урахуванням формули механічна характеристика асинхронного

д вигуна з короткозамкнутим ротором, яка являє собою залежність швидкості обертання ротора від моменту на валу, показана на рис.2.2, де прийняті наступні позначення:

- швидкість обертання ротора двигуна відповідно без навантаження, при номінальному і максимально можливому навантаженні; - момент на валу двигуна відповідно номінальний, пусковий і максимальний.

Для асинхронних двигунів зазвичай

,

Під час роботи асинхронний двигун споживає не тільки активну потужність, що витрачається на покриття втрат в обмотках та магнітопроводі двигуна і створення обертового моменту, але й реактивну індуктивну енергію, яку запасає в магнітному полі машини.

Співвідношення між активною Р і реактивною Q потужностями характеризується коефіцієнтом потужності, який дорівнює косинусу кута зсуву фаз струму в обмотці статора щодо напруги:

.

При зміні навантаження на валу двигуна реактивна потужність практично залишається постійною, отже, коефіцієнт потужності збільшується із збільшенням активної потужності двигуна (рис.2.3).

З міну сosφ від навантаження можна прослідкувати за виміряними даними, розрахованими за формулою

.

Для збільшення коефіцієнта потужності потрібно прагнути використовувати двигун у режимі, близькому до номінального, коли його сosφ найбільший.

Коефіцієнт потужності асинхронного двигуна можна збільшити штучно.

С уть способу полягає в штучній компенсації реактивної індуктивної потужності двигуна ємністю конденсаторної батареї. Для цього до зажимів двигуна підключається батарея конденсаторів, з'єднаних зазвичай трикутником. Тоді загальна реактивна потужність:

,

де Q_ДВ - індуктивна реактивна потужність двигуна; Q_С - ємнісна реактивна потужність батареї конденсаторів. Зміну кута φ можна прослідкувати по векторній діаграмі, зображеній на рис.2.4, де показані струми однієї фази двигуна І_ДВ, конденсатора І_С і сумарний І.

^{Опис лабораторної установки}

Лабораторна установка являє собою трифазний асинхронний двигун, з валом якого жорстко сполучений якір тахогенератора (ТГ), диск електромагнітного гальма (ЕМГ) і пульт управління з вимірювальними приладами. Електрична схема установки зображена на рис.2.5.

Перемикач П₁ служить для подачі трифазної напруги живлення двигуна, перемикач П₂ - для подачі постійної напруги обмотки електромагнітного гальма. Перемикачем П₃ здійснюється реверс двигуна зміною фаз живлення обмоток. Перемикач П₄ використовують для підключення паралельно обмоткам статора двигуна батареї конденсаторів.

Прилади W, V і А вимірюють відповідно споживану активну потужність двигуна, лінійні напругу і струм двигуна. Амперметр А_С служить для вимірювання лінійного струму І_С конденсаторної батареї.

Прилад n є вольтметром, підключеним до вихідних клем тахогенератора, шкала якого проградуйована в обертах за хвилину.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитись з будовою лабораторної установки. Записати паспортні дані досліджуваного двигуна (n_н, Р_н, U, І, соsφ) і за ними визначити частоту обертання магнітного поля n₀, число пар полюсів р, величину номінального моменту на валу М_ном , споживану активну потужність Р₁. Результати записати в табл.2.1.

Таблиця 2.1

Режим		Виміряно					Розраховано
		М, Нм	Р1, Вт	І, А	U, В	n, об/хв	P2, Вт	η	cosφ	s
Номінальний (паспортний)
Змінне навантаження	М1
	М2
	М3
	М4
	М5
З компенсацією ІС =

2. Провести пуск асинхронного двигуна. Для цього, не включаючи електромагнітне гальмо і батарею конденсаторів (перемикачі П₂ та П₄ відключені, а перемикач П₁ встановлений у положення "Вправо"), перемикачем П₁ подати трифазну напругу на обмотки двигуна. Виміряти (орієнтовно) величину пускового струму І_пуск і напрям обертання двигуна. Вимкнути установку. Результати вимірювань в усталеному режимі записати в табл.2.1. Обчислити кратність пускового струму: І_пуск/І_ном.

3. Провести реверс двигуна. Для цього перемикач П₃ встановити в положення "Вліво", змінивши тим самим живлення двох фаз двигуна. Перемикачем П₁ подати напругу живлення. Відмітити напрям обертання.

4. Провести випробування двигуна в робочому режимі, для чого, не включаючи конденсаторної батареї, запустити двигун і перемикачем П₂ включити електромагнітне гальмо. Поступово збільшуючи струм в обмотках гальма, реостатом R послідовно встановити декілька значень гальмівного моменту на валу двигуна (орієнтовно M₁=0,2 M_НОМ; M₂=0,4 M_НОМ; M₃=0,6 M_НОМ; M₄=0,8 M_НОМ; від нульового до номінального). Показання приладів для кожного значення гальмівного моменту занести в табл.2.1.

5. Провести випробування двигуна в робочому режимі з підключеною компенсуючою конденсаторною батареєю, для чого встановити (за вказівкою викладача) один із раніше виміряних режимів і перемикачем П₄ підключити конденсаторну батарею. Записати значення струму І_С. Покази приладів занести в табл.2.1. Порівняти значення споживаного струму і сosφ при одному і тому ж навантаженні на валу з конденсаторною батареєю і без неї. Відключити двигун.

Обробка результатів вимірювань

1. Обчислити параметри, наведені в табл.2.1:

Тут n - швидкість обертання ротора, об/хв; n₀ - швидкість обертання поля, об/хв; f- частота мережі 50 Гц; р - число пар полюсів двигуна; Р₁ - активна потужність, споживана двигуном з мережі, Вт; Р₂- активна потужність на валу двигуна, Вт; М - момент на валу двигуна, Н*м; І - лінійний струм двигуна, А; U - лінійна напруга двигуна, В.

2. За даними табл.2.1 побудувати (в масштабі) графіки залежностей: η=f(Р₂), cos₁=f(Р₂).

3. Побудувати (в масштабі) для однієї фази векторну діаграму напруги і струмів фази з конденсаторною батареєю і без неї. Зробити висновок.