15. Что такое холостой ход и короткое замыкание асинхронного двигателя? Укажите цели и опишите опыты холостого хода и короткого замыкания асинхронного двигателя.

Холостым ходом АД называется режим его работы без нагрузки на валу.

Опыт холостого хода. Цель опыта — опреде­ление тока холостого хода I_о, коэффициента мощности холостого хода cos _о, потерь в стали P_с, механических потерь P_мех, сопротивлений намагничивающий ветви схемы замещения.

Питание асинхронного двигателя при опыте х.х. осуществля­ется через индукционный регулятор напряжения или регулировочный автотрансформатор, позволяющие изменять напряжение в широких пределах. При этом вал двигателя должен быть свободным от механической нагрузки.

Опыт начинают с повышенного на­пряжения питания U₁ = 1,15U_1ном затем постепенно понижают напряжение до 0,4U1ном так, чтобы снять показания при­боров в 5—7 точках. При этом один из замеров должен соответствовать номи­нальному напряжению U_1ном. Линейные напряжения и токи пересчитывают на фазные U и I.

По результатам измерений и вычислений строят характери­стики х.х. I_о, P_о, P_о^' и cos _о = f(U₁).

Для АД с фазным ротором в опыте холо­стого хода определяют коэффициент трансформации напряжений между обмотками статора и ротора.

Коротким замыканием АД называется режим его работы при заторможенном роторе (п=0) и замкнутой накоротко вторичной обмотке.

Опыт короткого замыкания. Цель опыта — определение напряжения короткого замыка­ния U_к, потерь короткого замыкания Р_к, сопротивлений об­моток статора и ротора в схеме замещения.

Схема соединений асинхронного двигателя при опыте к.з. ос­тается, как и в опыте х.х. Но при этом измеритель­ные приборы должны быть выбраны в соответствии с пределами измерения тока, напряжения и мощности. Ротор двигателя следует жестко закрепить, предварительно установив его в положение, со­ответствующее среднему току к.з. Предельное значение тока статора при опыте к.з. устанавли­вают исходя из допустимой токовой нагрузки питающей сети и возможности провести опыт в минимальный срок, чтобы не вы­звать опасного перегрева двигателя. Определив диапазон изменения тока статора при опыте к.з., опыт начинают с предельного значения этого тока, установив на индукционном регуляторе соответствующее напряжение к.з. U_к. Затем постепенно снижают это напряжение до значения, при кото­ром ток I_к достигнет нижнего предела установленного диапазона его значений. При этом снимают показания приборов для 5—7 то­чек, одна из которых должна соответствовать номинальному току статора (I_к = I_ном) Продолжительность опыта должна быть мини­мально возможной. Линейные напряжения и токи пересчитывают на фазные U_к и I_К

Измеренные и вычисленные величины заносят в таблицу, а за­тем строят характеристики к.з.: I_к; Р_к и cos _к = f(U_к).

16. Перечислите и опишите режимы работы асинхронной машины. Укажите диапазон изменения скольжения асинхронной машины в различных режимах ее работы.

В соответствии с принципом обратимости электрических машин, асинхронные машины могут работать как в двигательном так и в генераторном режимах. Кроме того, возможен еще режим торможения противовключением.

Двигательный режим

При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока, возникает вращающееся магнитное поле, которое сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стержнях обмотки ротора появляются токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем на роторе, возникают электромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под действием которого, ротор АД приходит во вращение с частотой n₂< n₁ в сторону вращения поля статора. Если вал АД механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма, то вращающий момент двигателя приведет механизм во вращение. Следовательно, поступающая из сети в двигатель мощность Р₁, преобразуется в механическую мощность Р₂ .

Весьма важным параметром АД является скольжение – величина, характеризующая разность частот вращения ротора и поля статора:

_{S =} n₁ – n₂ / n₁

Вполне очевидно, что с увеличением нагрузочного момента на валу АД частота вращения ротора n₂ уменьшается. Следовательно, скольжение АД зависит от механической нагрузки на валу двигателя и может изменяться в диапазоне 0 < S ≤ 1

П ри включении АД в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен ( n₂ = 0 ) при этом S=1. В режиме работы двигателя без нагрузки на валу ( режим Х.Х. ) ротор вращается с частотой лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n₁ и скольжение весьма мало отличается от нуля S ~ 0. Определение асинхронной частоты вращение производится по : n₂ = n₁ ( 1- S )

Рис. 1 Диапазон изменения скольжения АМ в различных режимах ее работы

Генераторный режим

Если обмотку статора включить в сеть, а ротор АД вращать в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n₂ > n_1, то направление движения ротора относительно поля статора изменится на обратное, так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным ,ЭДС наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т.е будет направлен встречно магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя. В этом случае, механическая мощность приводного двигателя будет преобразована в электрическую активную мощность переменного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающее магнитное поле в нем создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор, и куда отдает активную мощность

Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне - ∞ < S < 0.

Режим торможения противовключением

Если у работающего трехфазного АД поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор АД под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем направлении. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т.е. на его торможение. В режиме торможения частота вращения ротора является отрицательной, поэтому скольжение изменяется в диапазоне 1 < S < +∞

Из существующих режимов работы, наибольшее практическое применение получил двигательный режим АД.