электротехника и электроника

3.Соберите схему для испытания асинхронного двигателя (см. рис. 10.1) и дайте проверить ее преподавателю.

4.Осуществить запуск электродвигателя, нажав кнопку «ПУСК». При выключенных тумблерах Т1 и Т2 (режим холостого хода) снять показания приборов, включенных в цепь двигателя и записать их в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Результаты исследований

Примечание. В табл. 10.2. I1, U1 - линейные ток и напряжение; Pф - активная мощность одной фазы (показания ваттметра); m - число делений тормоза моментомера.

5.Исследуйте работу двигателя при различной нагрузке. При включении тумблеров Т1 и Т2 электромагнитный тормоз развивает тормозной момент, противодействующий моменту электродвигателя, чем и осуществляет его нагрузку. Плавно с помощью автотрансформатора изменить режим работы тормоза моментомера (от 1 до 7 делений). Данный опыт записать в табл. 10.2.

Измерьте критический момент двигателя Mkp, для этого продолжайте плавно увеличивать нагрузку до тех пор, пока двигатель не остановиться. Максимальное число делений, на которое отклониться стрелка моментомера и будет соответствовать критическому моменту. Запишите величину критического момента в ньютонах под табл. 10.2, в виде примечания.

6.Исследуйте работу двигателя при различной нагрузке с включенной пусковой обмоткой (тумблер Т3 замкнут) по методике, описанной в п. 5. Данные опытов записать в табл. 10.3.

109

Таблица 10.3 Результаты исследований двигателя с включенной

пусковой обмоткой

Измерьте критический момент двигателя Mkp, величину которого запишите в виде примечания под табл. 10.3. Измерьте пусковой момент двигателя MП. Для этого совместите отверстие в алюминиевом диске с одним из отверстий в полюсных наконечниках и вставьте в них проволочный штифт. Придерживая одной рукой диск электромагнитного тормоза с обмоткой возбуждения от резких поворотов, включите второй рукой двигатель нажатием кнопки ПУСК. Показания стрелки моментомера после успокоения ее колебаний и будут соответствовать величине пускового момента. Величину пускового момента MП запишите в виде примечания под табл. 10.3.

7. Произведите обработку результатов измерений, используя следующие расчетные формулы:

а) активная мощность, потребляемая электродвигателем

в) полезная мощность двигателя, развиваемая на валу

г) частота вращения поля статора

60 f n1 p ;

где f=50 Гц - частота сети; p=2 - число пар полюсов обмотки статора;

110

е) коэффициент полезного действия

PP2 100% ; 1

ж) коэффициент мощности

7.Покажите руководителю результаты опытов и расчетов. По указанию руководителя, если не требуется повторение опытов, разберите схему, приведите в порядок рабочее место.

8.Составьте отчет по работе. Отчет должен содержать следующие основные разделы:

- цели работы; - схему испытаний (рис. 10.1);

- технические характеристики приборов (табл. 10.1); - таблицу измерений; - расчетные формулы и таблицу расчетных данных;

- рабочие характеристики двигателя:

- выводы.

111

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Объясните устройство и принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным роторами.

2.Какие электродвижущие силы индуктируются в обмотках статора и ротора?

3.Объясните, что такое намагничивающие силы обмоток статора и ротора?

4.Постройте векторную диаграмму асинхронного двигателя при нагрузке.

5.Постройте рабочие и механическую характеристики асинхронного двигателя и дайте пояснения к ним.

6.Начертите и объясните схему замещения асинхронного двигателя.

7.Постройте энергетическую диаграмму асинхронного

двигателя.

8.Какие существуют методы пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами?

9.Как регулируется частота вращения асинхронного двигателя?

10.Как осуществляется электрическое торможение асинхронных двигателей.

11.Как изменить направление вращения асинхронного

двигателя?

112

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

Испытание синхронного двигателя

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1.Изучение устройства, принципа действия и назначения синхронного двигателя (генератора).

2.Изучение последовательности операций и осуществление пуска синхронного двигателя асинхронным методом.

3.Снятие U-образной характеристики синхронного двигателя.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ

Синхронной машиной называется электрическая машина переменного тока, у которой в установившемся режиме скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля статора

где f - частота переменного тока, Гц; p - число пар полюсов машины. Испытуемая машина состоит из статора (якоря) и ротора

(индуктора). Статор представляет собой укрепленный в станине магнитопровод, в пазы которого уложена трехфазная обмотка. Ротор - посаженная на вращающийся в подшипниках вал стальная поковка с сердечниками электромагнитов, на которые надеты катушки обмотки возбуждения, закрепленные полюсными наконечниками. В задний подшипниковый щит машины встроен неподвижный индуктор возбудителя (специальный генератор постоянного тока), якорь которого насажен на вал синхронной машины и вращается вместе с ним.

Обмотки трех фаз статора сдвинуты друг относительно друга в пространстве на угол 120°. Их начала соединены между собой, а концы выведены на зажимы коробки и подключаются к трехфазной сети.

Катушки обмотки возбуждения соединены между собой так, что полюсы индуктора имеют чередующуюся полярность и питаются

113

постоянным током от якоря возбудителя через вращающиеся кольца и наложенные на них щетки. Контактные кольца закреплены на изолирующих втулках, напрессованных на вал машины. Помимо обмотки возбуждения на роторе имеется еще короткозамкнутая обмотка в виде "беличьей клетки", используемая при асинхронном пуске электродвигателя.

Синхронные машины могут работать как в генераторном так и в двигательном режимах. В основном синхронные машины используются на электростанциях в качестве генераторов, но они находят свое применение и в качестве двигателей, так как обладают весьма ценными качествами: частота вращения не зависит от нагрузки; возможность работы с близким к единице коэффициентом мощности и опережающем токе; меньшая чувствительность к колебаниям сетевого напряжения.

После подключения обмотки статора к трехфазной сети в фазах протекают сдвинутые на треть периода переменные токи. Как известно, эти токи создают постоянный по величине вращающийся магнитный поток статора ФЯ. Поток ФЯ замыкается через магнитопровод статора, два воздушных зазора, полюсные наконечники и сердечники индуктора. Частота его вращения определяется выражением (1). Если теперь привести ротор во вращение с такой же частотой, а затем подключить обмотку возбуждения индуктора к источнику постоянного тока, то созданный в ней поток возбуждения ФВ, будет вращаться с той же частотой, что и поле статора. Складываясь с потоком якоря (статора), поток возбуждения образует результирующий вращающийся поток машины

который стремится пройти через магнитную систему двигателя по кратчайшему пути. Поэтому ротор, увлекаемый вращающимся полем статора, вращается вместе с ним с той же частотой вращения, т. е. синхронно.

Теперь машина может работать в двигательном режиме. Для этого достаточно к ротору приложить тормозной момент. При этом ротор, а следовательно и поток ротора ФВ, несколько отстанет от результирующего потока Ф0 на некоторый пространственный угол , продолжая вращаться с ним синхронно. За счет "растягивания" суммарного магнитного потока образуется момент, компенсирующий

114

тормозной момент на валу машины. Таким образом, электромагнитная энергия поля, образующаяся за счет мощности потребляемой машиной из сети, превращается в механическую энергию ротора.

Синхронный двигатель нельзя пустить непосредственным включением в сеть. Ротор, вследствие большой инерционности, не может сразу развить частот вращения для синхронного вращения с полем статора. Поэтому применяются специальные способы пуска, из которых наибольшее распространение получил асинхронный пуск, сущность которого состоит в том, что с помощью специальной короткозамкнутой пусковой обмотки двигатель раскручивается в асинхронном режиме до под синхронной частоты вращения

а затем обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока и ротор втягивается в синхронизм. В целях увеличения пускового момента и уменьшения опасного для изоляции напряжения на обмотке возбуждения при пуске она замыкается на сопротивление, равное 8-10 кратному сопротивлению обмотки возбуждения.

Вращающийся поток статора и вращающийся вместе с ротором поток возбуждения синхронной машины наводят в обмотке статора ЭДС, частота которой равна частоте напряжения сети. ЭДС EЯ, наведенную в обмотке статора потоком ФЯ можно рассматривать как ЭДС самоиндукции, а потому пропорциональную току IЯ и некоторому индуктивному сопротивлению XC, которое называется синхронным сопротивлением, т. е.

(здесь знак минус - по правилу Ленца). По фазе эта ЭДС опережает ток статора на угол / 2 .

ЭДС E0, наведенная в обмотке статора потоком ФВ (основным потоком машины), по закону электромагнитной индукции пропорциональна скорости изменения потокосцепления и определяется по уравнению

E0 4.44k0W1 fФB .

115

Величина потока возбуждения зависит от тока возбуждения и эта зависимость определяется магнитными свойствами материалов магнитопровода. Поэтому зависимость Е0=f(IB) является сложной функцией, которую определяют опытным путем. Она называется характеристикой холостого хода машины и позволяет определить Е0 при заданном значении IB. По фазе ЭДС Е0 отстает от потока ФВ на угол / 2 .

По второму закону Кирхгофа для фазы обмотки статора может быть написано следующее уравнение

U E0 E я I я r я ,

где U - фазное напряжение сети; E0 - ЭДС, наведенная потоком возбуждения; EЯ - ЭДС, наведенная потоком якоря; Iя -ток в фазе статора (якоря); rя - сопротивление одной фазы статора.

На основании уравнений (2) и (3) построена упрощенная векторная диаграмма синхронного двигателя (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Упрощенная векторная диаграмма синхронного двигателя

116

Регулируя ток возбуждения синхронного двигателя, можно добиться, что ток, потребляемый из сети, не только будет отставать по фазе от напряжения, но может с ним совпадать или даже опережать его при неизменной активной мощности, потребляемой из сети. Пусть

Из этого выражения вытекает, что с увеличением тока возбуждения, будет увеличиваться E0 в соответствии с характеристикой холостого хода, и для данной машины при постоянном напряжении сети sin, а, следовательно, и угол θ будут уменьшаться

построить векторную диаграмму синхронного двигателя при различных значениях IB и соответствующих ему значениях E0, то можно графически построить зависимость Iя=f(IB), которая имеет характер, показанный на рис. 11.2 и называется поэтому U-образной характеристикой. Эта же кривая может быть получена при испытании синхронного двигателя. Для этого необходимо при неизменной мощности на валу двигателя и различных значениях тока возбуждения измерять величину тока, потребляемого двигателем из сети. По мере увеличения тока возбуждения от минимального значения до максимального, в пределах устойчивой работы двигателя, ток статора будет сначала уменьшаться до минимального значения (при cos 1),

а затем будет расти.

117