Обработка результатов эксперимента

1. Определить сопротивление фазы статора (методом амперметра – вольтметра или тестером), .

Сопротивление фазы при температуре 75 °С: где  = 0,004;  – температура окружающей среды.

2. По данным табл. 1 рассчитать зависимости:

Данные расчета свести в табл. 3.

Таблица 3

U0, В	I0, А	cos0, o. e.	P0, Вт	U02, B2

3. По данным табл. 3 построить зависимости в общих координат­ных осях

.

По опыту исследования холостого хода определить механические поте­ри и потери в стали методом разделения потерь (рис. 2). При этом кривая экстраполируется до пере-

сечения с осью орди­нат. Точка пересечения этой кривой с осью ординат соответствует механическим потерям, так как при U₁ = = 0 потери в стали P_МГ = 0. С целью более точного определения потерь P_МЕХ можно постро­ить кривую , которая близка к прямой и, следователь­но, более удобна для экстраполяции.

4. По данным табл. 2 рассчитать зависимости:

, , , .

Данные расчета свести в табл. 4.

Таблица 4

Uк, B	Iк, A	Pк, Вт	cos к, o. e.

5. По результатам вычислений табл. 4 построить зависимости в общих координатных осях

6. На основании данных опыта по исследованию короткого замыка­ния определить параметры двигателя, т.е. полное (Z_к), индуктив­ное (Х_к) и активное (r_к) сопротивление его при коротком замыка­нии. При этом взять такое значение U_к, при котором I_1к = I_1н.

7. Построить круговую диаграмму.

Для расчета и построения круговой диаграммы используются фаз­ные значения токов и напряжений. По данным исследования холостого хода и короткого замыкания строится круговая диаграмма. В основу построения диаграммы берется схема замещения асинхронной машины с вынесенным намагничивающим контуром на зажимы напряжения. При этом в Г-образной схеме замещения ток намагничивающего контура I₀" не зависит от скольжения. Ток намагничивающего контура I₀" представляет собой ток, потребляемый машиной при синхронной ско­рости вращения, т.е. при S = 0. Этот ток при U₁ = const может быть представлен в виде неизменного вектора. Ток I₂" представля­ет собой переменный вектор, который при U₁ = const и неизменных параметрах машины при изменении скольжения перемещается по окруж­ности. В соответствии с этим геометрическим местом конца вектора тока I₁ будет также окружность.

При построении круговой диаграммы двигателя предполагается, что от холостого хода до короткого замыкания на зажимах статора сохраняется номинальное напряжение. Однако исследование короткого замыкания проводится при пониженном напряжении, и поэтому резуль­таты измерений должны быть пересчитаны на номинальное напряжение. При пересчете тока короткого замыкания вводится поправка на насы­щение машины при номинальном напряжении. На рис. 3 построена кри­вая .

Предполагается, что начиная с точки a, соответствующей току короткого замыкания I_к при наибольшем напряжении, этoт ток растет с увеличением напряжения по прямой линии. Поэтому через точку а проводится касательная к кривой до пересечения с осью абсцисс. Тогда (из подобия треугольников) пусковой ток I_п, соответствующий номинальному напряжению:

Мощность короткого замыкания также пересчитывается на ток I_п, соответствующий номинальному напряжению:

, где Р_к, I_к соответствуют напряжению U_1к.

Коэффициент мощности также пересчитывается на номинальное напряжение

.

Для построения круговой диаграммы требуются следующие величины:

а) ток холостого хода I₀ и мощность P₀ , которые находятся по кривым холостого хода для номинального напряжения U₀ = U_н

б) ток короткого замыкания I_к и мощность P_к, полученные по опыту исследования короткого замыкания;

в) сопротивление одной фазы статора r₁, приведенное к 75 °С;

г) активное сопротивление короткого замыкания r_к, кото­рое находится из опыта короткого замыкания.

Для удобства построения диаграммы выбирается масштаб для тока m_i = [A/см]. Размер листа миллиметровой бумаги по длине должен соответствовать масштабу тока I_п. Масштаб мощности по диаграмме при выбранном масштабе тока m_p = 3u₁m_i (u₁ – фазное напряжение). Все токи и мощности откладываются на диаграмме в соответствии с принятыми масштабами. Построение диаграммы показано на рис. 4.

Рис. 4

Построение точек холостого хода, короткого замыкания и цент­ра окружности (рис. 4). Для номинального напряжения находят по кривой ток I₀ и cos ₀. Его составляющие I₀ cos₀ и I₀ sin₀ откладывают по отношению к вектору напряжения U₁. Так получают вектор тока I₀ и точку холостого хода О, лежащую на окружности. Через точку О параллельно оси О₁Б проводят линию ОА. Точку короткого замыкания С_к находят по составляющим тока короткого замыкания О₁Е" = I_п sin_кн, C_кЕ" = I_п cos_кн. Соединив точки О и С_к, получают хорду окружности ОС_к. Перпендикуляр, восстановленный в середине хор­ды ОС_к, пересечет линию ОА в точке О_к, которая будет цент­ром искомой окружности с радиусом ОО_к.

Построение линий P₁, P₂, P_ЭМ и момента. На диаграмме отрезок С_КА" делят в отношении r₁ и r_к:

, где – активное сопротивление короткого замыкания, равное сум­ме r₁ и . Его находят из опыта исследования короткого замы­кания.

При соединении обмотки статора в звезду

сопротивление r₁ определялось раньше.

Линия ОВ, проведенная через точку B", будет линией электромагнитной мощности (P_ЭМ = 0) и моментов (М = 0). Линия ОС_К - линия полезной мощности (Р₂ = 0) при n₀  n₁, линия О₁Б – линия подведенной мощности (Р₁ = 0). Если из точки О₁ радиусом O₁D, равным току I₁, сделать засечку на окружности и из точки D опустить перпендикуляр на ось то соответст­венно получим: , , .

Определение скольжения. Скольжение находят следующим образом. Любую точку Т круговой диаграммы соединяют с точкой B (S = ), точкой О (S = 0) и точкой С_к (S= 1). Параллельно прямой ТВ проводят шкалу скольжения Q₁T₂. Точка Q₁ пересечения шкалы скольжения с прямой ОТ соответствует скольжению S = 0. Точка T₂ пересечения прямой ТС_к со шкалой скольжения соответствует скольжению S = 1. Точка T₁ пересечения прямой DТ со шкалой скольжения Q₁T₂ дает значение скольжения S, соответствующее заданному току I₁.

.

Определение коэффициента мощности. Произвольным радиусом O₁M проводят четверть окружности. Получают точку К. Проекти­руя точку К на вектор первичного напряжения U₁, находят точку h.

.

Вращающий момент (Нм) находят по электромагнитной мощности:

.

, .

Определение максимального момента ( ) и крити­ческого скольжения ( ).

Если из центра О_к опустить перпендикуляр на линию моментов и продолжить его до пересечения с окружностью в точке , то отрезок к, перпендикулярный оси О₁Б, будет соответствовать наибольшему моменту :

, где отрезок соответствует номинальному току статора I_1н. Соединив точку с Т, получают на шкале скольжения критическое скольжение .

Определение коэффициента полезного действия.

КПД двигателя рассчитывают по формуле

.

При расчете КПД по этой формуле получают большие погрешности, поэтому в работе КПД двигателя определяют:

а) косвенным методом (аналитическим):

где Р₁ – подведенная мощность, Вт (P₁ = P_A  P_C).

Сумма потерь в двигателе:

, где Р_МЕХ – механические потери; Р_МГ – потери в стали; Р_ЭЛ1 – электрические потери в обмотке статора; Р_ЭЛ2 – электрические по­тери в обмотке ротора; Р_ДОБ – добавочные потери.

Механические потери и потери в стали для определя­ют из рис. 2.

_{Электрические потери в обмотке статора:}

а в обмотке ротора , где S – скольжение, соответствует заданному значению тока I₁.

б) по шкале КПД.

Шкала КПД строится следующим образом. Линия ОС_к продолжается до пересечения с линией О₁Б до точки Р. Через точку Н про­водим линию HQ параллельно вектору напряжения u₁. Шкала КПД PQ проводится параллельно линии О₁Б, желательно чтобы отрезок PQ шкалы был равен целому числу сантиметров. Соединив точку D с точкой Н, получим точку R и значение КПД. КПД .

В лабораторной работе рекомендуется использовать первый (аналитический) способ определения КПД.

8. Построить рабочие характеристики:

Задают различные значения тока статора I = (0,5; 0,75; 1,0; 1,25) I_н.

Для номинального значения тока находится (в масштабе тока) точка D на окружности ODC_к и по круговой диаграмме для этого тока определяются: затем эти величины аналогично находятся для других значений тока I₁. Данные для расчета рабочих характеристик сводятся в табл. 5.

Таблица 5

I1, A	P1, кВт	M, Нм	S, o. e.	cos, o. e.	, o. e.	P2, кВт

Начальные точки рабочих характеристик (I₀, P₀, cos ₀) при Р = 0 находятся из режима холостого хода при u = u_1н.