И.И. Романенко Электрические машины и аппараты

20

2.2. Электромагнитные потери мощности в сердечнике статора

где Р1 = РА + РВ + РС –мощность, потребляемая из сети. Она определяется как сумма показаний ваттметра в фазах обмотки статора.

Потери ∆ Рст являются величиной неизменной для всех замеров и рассчитываются только по результатам первого замера.

2.3. Электрические потери мощности в обмотке статора

ское показаний амперметра в фазах обмотки статора; rф = 0,3 Ом – активное сопротивление фазы обмотки статора.

Потери ∆ Рэл1 являются величиной переменной и рассчитываются

где f1 = 50 Гц – частота тока в обмотке статора. 2.6. Электромагнитная мощность

Рэм = Р1 – (Рэл1 + Рст) . (3.6)

Данная мощность электромагнитным путем передается в обмотку ротора.

ГОСТ устанавливает средние расчетные добавочные потери мощности при номинальной нагрузке, равные 0,5 % потребляемой мощно-

21

Это потери на трение в подшипниках и преодоление сопротивления воздушного потока при вращении ротора. Они определяются по результатам второго замера (х.х. двигателя) и для остальных замеров яв-

Кроме ∆ Рмех, потери мощности расходуются на нагревание асинхронного двигателя. Чем меньше потери мощности, тем выше КПД двигателя. Кроме того, с уменьшением суммарных потерь снижается температура нагрева двигателя, а следовательно, повышается его срок эксплуатации.

где n2 = n1(1–S) – частота вращения ротора. 3.Домашнее задание

3.1. Изучить (по учебнику и конспекту лекций) устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с контактными кольцами, ознакомиться с его рабочими свойствами и назначением пускового реостата.

3.2.По описанию ознакомиться со стендом, паспортными данными двигателя, измерительным комплектом К–505.

3.3.Подготовить бланк отчета, в котором:

а) начертить (схематично) магнитную цепь асинхронного двигателя и эскиз фазного ротора;

б) начертить принципиальную схему двигателя с контактными кольцами, номинальное напряжение которого 220/380 В, указав соответственно схему соединения обмоток статора и ротора;

23

4.3.Разомкнуть цепь ротора, подать напряжение на обмотку статора. Снять показания с приборов и занести в табл. 3.1

4.4.Снять напряжение.

4.5.Замкнуть цепь ротора, подать напряжение на обмотку статора.

При этом постепенно вывести пусковой реостат из положения ″ стоп″ в

″ход″ .

4.6.Снять показания с приборов и занести в табл. 3.1. При этом генератор не должен быть возбужден (считать число полных колебаний за 30 с).

Таблица 3.1

24

4.7.Возбудить генератор и, изменяя нагрузку с помощью выключателей, установленных на цепи якоря, сделать еще 5 замеров.

4.8.Отключить нагрузку, снять возбуждение генератора, выключить асинхронный двигатель и после проверки преподавателем измеренных данных разобрать эл. схему.

5. Обработка результатов

5.1. Рабочие характеристики По измеренным данным рассчитать по формулам (3.1 – 3.14) (п.2)

рабочие характеристики и результаты расчета занести в табл. 3.1.

По данным табл. 3.1 построить рабочие характеристики Р1, I1, cosϕ 1, η , М2, S = f(Р2). Графики необходимо построить на одном рисунке, который должен иметь координатную сетку. Зависимые переменные Р1, I1, cosϕ 1, η , М2 и S необходимо откладывать по вертикальным осям (количество осей должно быть равно числу зависимых переменных), а независимую переменную Р2 – по горизонтальной оси.

5.2. Энергетическая диаграмма Учитывая Р1, Р2 и потери мощности, построить энергетическую

диаграмму. Она должна содержать следующие основные участки: статор, воздушный зазор и ротор.

6. Контрольные вопросы

1. Назначение пускового реостата.

2.Назвать преимущества и недостатки двигателя с фазным ротором.

3.Почему при введении активного сопротивления в цепь ротора пусковой ток уменьшается, а пусковой момент возрастает?

4.Где применяется асинхронный двигатель с фазным ротором?

5.Какие требования предъявляются к пуску асинхронного двигателя?

6.Схема соединения обмотки ротора.

7.Назначение щеточно-кольцевого устройства.

8.Способы регулирования частоты вращения двигателя.

9.Способы пуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

10.Способы выбора асинхронного двигателя с фазным ротором. 11.На что расходуются потери мощности?

12.Почему рабочие характеристики Р1, I1, cos(ϕ 1), η , М2 и S при Р2 = 0 не равны нулю?

13.Почему при увеличении Р2 растет скольжение?

25

14.Почему увеличивается частота тока в цепи ротора? Литература

[1,§ 15.1, 15.5 – 15.9; 2,§ 14.1 – 14.4, 14.8, 14.11 – 14.17; 3, § 10.1 – 10.3, 10.9, 10.10 – 10.14, 10.18].

Лабораторная работа №4

Генератор постоянного тока с параллельным и смешанным возбуждением

Цель работы: ознакомление с устройством машины постоянного тока, изучение основных рабочих свойств генераторов постоянного тока.

1. Описание установки В качестве генератора используется машина постоянного тока ти-

па П–21м. Необходимая часть стенда для проведения лабораторной работы содержит два амперметра, вольтметр, реостат для возбуждения Rв1, выключатели для нагрузки с клеммами Л1 и Л2. На стенд выведены обмотки возбуждения: последовательная с клеммами С1 и С2; параллельная с клеммами Ш1 и Ш2. Приводным двигателем служит трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Для его включения используется включатель типа АП–25. Клеммы начала обмотки статора обозначены на стенде С1, С2, С3. Обмотка соединена на звезду, поэтому подается напряжение 380 В.

По способу возбуждения испытываемая машина относится к генераторам постоянного тока с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения основан на наличии остаточного намагничивания наконечников основных полюсов, совпадения по направлению магнитного потока от остаточного намагничивания с основным магнитным потоком, определенной величине сопротивления цепи возбуждения (сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического) и определенной частоте вращения якоря (частота вращения должна быть больше критической). Если выполняются данные условия, то генератор возбуждается, т.е. на его клеммах появляется напряжение. Несоблюдение любого из этих условий приводит к невозбуждению генератора (отсутствие напряжения).

26

2.Основные электрические величины генератора постоянного тока

2.1. Электродвижущая сила Выходной электрической величиной генератора постоянного тока

является ЭДС обмотки якоря, от величины которой зависит напряжение на зажимах Я1 и Я2 генератора. Величина ЭДС в каждом проводнике обмотки якоря определяется по закону эл. магнитной индукции:

где В – магнитная индукция в зазоре между основными полюсами и якорем. Она является дифференциальной характеристикой магнитного поля основных полюсов.

где Се = 60PNa – постоянная для каждого генератора величина, которая

зависит от числа пар полюсов Р, количества активных проводников N и числа пар параллельных ветвей (а) обмотки якоря; Ф – магнитный поток в зазоре; n – частота вращения якоря.

где Ia – ток в обмотке якоря; Ra – сопротивление цепи якоря, которое зависит от собственного сопротивления обмотки якоря и щеточноколлекторного устройства. Выражение (4.3) является основным уравнением генератора.

где Rв = R′в + Rp – сопротивление цепи возбуждения, которое зависит

27

ление, связанное с влиянием Fa на F0 , называется реакцией якоря. За счет Fad результирующие магнитное поле уменьшается, что приводит к

уменьшению ЭДС обмотки якоря, а соответственно и напряжения Ua. Поперечная составляющая Fag искажает магнитное поле, что может

привести к искрению между щетками и коллектором. Для устранения этого явления в машинах постоянного тока устанавливаются дополнительные полюса, н.с. которых компенсирует Fag .

3. Домашнее задание 3.1. Ознакомиться (по учебнику и конспекту лекций) с принципом

работы и устройством машины постоянного тока, внешними и регулировочными характеристиками и особенностями генераторов различных способов возбуждения. Попытаться ответить (устно) на вопросы к работе.

3.2. Подготовить бланк отчета, в котором:

а) начертить (схематично) поперечный разрез 2-х полюсной машины постоянного тока, указав ее основные части;

б) написать выражение для ЭДС и напряжения на якоре; в) начертить принципиальные схемы генераторов параллельного и

смешанного возбуждения, указав включение всех приборов; г) записать номинальные данные генератора;

д) заготовить таблицы для записи результатов опытов, указать их содержание и условия выполнения опытов (например, регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения Iв = f(Iа) при

Uа = const, n = const).

4. Лабораторное занятие 4.1.Ознакомиться со стендом. Записать паспортные данные гене-

ратора по табличке, укрепленной на корпусе.

4.2.Собрать схему генератора с параллельным возбуждением. 4.3.Собрать схему приводного двигателя и после проверки препо-

давателем произвести его пуск.

4.4.Возбудить испытуемый генератор и установить на нем при помощи регулировочного реостата Rв1 номинальное напряжение при холостом ходе (или заданное преподавателем).

4.5.Постепенно загрузить генератор до номинальной нагрузки, измеряя при этом ток якоря, ток возбуждения и напряжение на зажимах якоря. Замеры занести в табл. 4.1.

4.6.Полностью разгрузить генератор и регулировочным реостатом снова восстановить номинальное напряжение (или заданное преподавателем), получив первую точку регулировочной характеристики.

4.7.Постепенно увеличивать нагрузку, поддерживая при помощи регулировочного реостата постоянное напряжение на якоре, произвести еще 5 замеров (данные занести в табл. 4.1).

4.8.Выключить приводной двигатель и собрать схему генератора смешанного возбуждения согласного включения двух обмоток с клем-

мами С1, С2 и Ш1, Ш2.

4.9. Произвести пуск приводного двигателя и снова проделать опыт с п. 4.4 по п. 4.7.

29

4.10. Выключить приводной двигатель и поменять местами клеммы подключения сериесной обмотки возбуждения С1 и С2. Проделать снова опыт с п. 4.4 по п. 4.7.

4.11. Выключить приводной двигатель и после проверки преподавателем полученных данных разобрать схему.

Л2

Л1

0-1

С3С2

Rв1

Рис. 4.1

5. Обработка результатов

5.1. Внешние характеристики

По данным табл. 1 построить на одном рисунке три внешних характеристики для генератора с параллельным и смешанным возбуждением встречного и согласованного включения обмоток возбуждения. Для генератора смешанного встречного включения обмоток возбуждения внешняя характеристика носит более ″ мягкий″ характер, т.е. напряжение уменьшается с ростом нагрузки более значительно, чем с параллельным и согласованным включением. Поэтому внешняя характеристика – это зависимость напряжения от тока нагрузки Uа = f(Iн) при неизменном сопротивлении регулировочного реостата в цепи возбуждения и неизменной частоте вращения приводного двигателя.