Контрольные вопросы.

1. Как устроен однофазный трансформатор?

2. От чего зависят ЭДС обмоток трансформатора?

3. Что называют коэффициентом трансформации?

4. Что называют внешней характеристикой трансформатора и как ее получить?

5. Какие потери энергии имеются в трансформаторе и как их определить опытным путем?

6. Как определить КПД трансформатора?

7. Как передаётся электрическая энергия из первичной во вторичную обмотку трансформатора?

8. Какую роль в трансформаторах играет магнитопровод?

9. С какой целью магнитопровод трансформатора выполняют из отдельных, изолированных друг от друга пластин?

10. По каким внешним признакам можно отличить обмотку высшего напряжения трансформатора от обмотки низшего напряжения?

11. Возможна ли трансформация напряжений при постоянном токе в первичной обмотке?

12, Чем обусловлена мощность потерь в сердечнике трансформатора?

13. Можно ли осуществлять короткое замыкание трансформатора при работе в номинальном режиме?

Лабораторная работа № 14 Снятие рабочих характеристик трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Цель работы. 1. Изучить устройство трехфазного асинхронною двигателя с короткозамкнутым ротором. 2. Испытать асинхронный двигатель с помощью электромагнитного тормоза. 3. Построить по опытным данным рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Общие теоретические положения. Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразования электрической энергии трехфазного тока в механическую.

Двигатель имеет две основные части: неподвижную — статор и вращающуюся — ротор. Статор состоит из чугунного, стального или алюминиевого корпуса, внутри которого находится полый цилиндр, собранный из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали. На внутренней поверхности цилиндра имеются пазы, в которых размешается трехфазная обмотка статора, состоящая из трех одинаковых частей, называемых фазами. Выводы начала и конца одной фазы сдвинуты в пространстве относительно аналогичных выводов другой фазы на 120

На корпусе двигателя имеется панель с зажимами, с помощью которых обмотка присоединяется к трехфазной сети. К каждому зажиму подключен соответствующий вывод обмотки. Для зажимов приняты следующие обозначения: зажимы, к которым подключены начала обмоток, обозначают С1 — С3 зажимы, к которым подсоединены концы обмоток, — С4 — С6.

Обмотки двигателей малой и средней мощности изготовляют на напряжения 380/220 и 220/127 В. Напряжение, указанное в числителе, соответствует соединению обмоток звездой, в знаменателе—треугольником. Таким образом, один и тот же двигатель при соответствующей схеме соединения его обмоток может быть включен в сеть на любое указанное в паспорте напряжение.

Ротор представляет собой цилиндр, собранный, так же как и сердечник статора, из отдельных листов электротехнической стали, надежно укреплен на валу машины и имеет в пазах, расположенных вблизи его поверхности, короткозамкнутую обмотку.

Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока (рис. 10.1). Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся с частотой n₀=60f/p, где f — частота токов в обмотке статора; р —число пар полюсов обмотки статора. Магнитные линии поля пересекают обмотку неподвижного ротора и индуцируют в ней ЭДС. Под действием ЭДС в обмотке ротора протекает ток. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и поле с частотой п=п₀(1s), где s — скольжение, определяемое по формуле s=(п₀п)/п₀. При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя частота вращения ротора уменьшается, а скольжение увеличивается. Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1—6 %). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение. Частота вращения ротора может быть измерена с помощью тахометра или определена стробоскопическим методом. Для изменения направления вращения (реверсирование) асинхронного двигателя следует поменять местами два любых провода из трех, идущих к обмоткам статора двигателя.

Зависимость между вращающим моментом М и скольжением s называют механической характеристикой (рис. 10.2). В начальный момент пуска s=1 и п=0, вращающий пусковой момент двигателя относительно невелик. При некотором скольжении, называемом критическим, вращающий момент двигателя максимальный. В режиме холостого хода, когда двигатель не нагружен. а механическими потерями (на трение) можно пренебречь, s=0. Работе двигателя с номинальной нагрузкой соответствует точка A на механической характеристике. При скольжении S_НОМ двигатель развивает номинальный момент, значение которого (Нм) вычисляют по формуле

M_НОМ=9550P_2НОМ/n_НОМ

где Р_2НОМ — номинальная мощность двигателя, кВт; "ном — номинальная . частота вращения ротора, мин^1.

Свойства асинхронного двигателя определяют по его механической характеристике п=f(М) (рис 10.4, а) и по рабочим характеристикам п=f(P₂), s=f(Р₂), М=f(P₂),I=f(P₂), cos=f(P₂), =f(P₂), при напряжении U=const и частоте тока f=const (рис. 10.3, б), где М и Р— соответственно момент и мощность на валу двигателя.

Прямой пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно производить включением рубильника (магнитного пускателя) и т.п. (см. рис. 10.1). При прямом пуске на двигатель подается полное напряжение сети. При таком способе пуска возникают большие пусковые токи, в 2—7 раз превышающие номинальные токи двигателей. Однако в этом случае на валу двигателя развивается начальный вращающий момент М_П, составляющий 1,2— 2,2 номинального момента М_НОМ, что достаточно для разгона большинства устройств, пускаемых без нагрузок.

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором характеризуется такими номинальными величинами: мощностью Р_2НОМ на валу, линейным напряжением U_НОМ, линейным током I_НОМ, типом соединения фаз статора, частотой переменного тока f_НОМ частотой вращения ротора n_НОМ, коэффициентом мощности cos_НОМ и КПД _НОМ которые приведены на табличке машины.

Для нагрузки электродвигателей широко применяют электромагнитные (индукционные) тормозные устройства (рис. 10.4, где 1 — электромагниты, 2 — стальной диск, 3 — груз, 4 — шкала, 5 — стрелка. 6 — вал испытуемой машины). При некотором угле поворота груза со стрелкой вращающий и противодействующий моменты уравновешиваются и по заранее проградуированной шкале в ньютон-метрах определяют вращающий момент, развиваемый на валу электродвигателя. Тогда мощность Р₂ на валу (кВт) определяется по формуле P₂=Мn/9550.

Коэффициент мощности вычисляют по формуле , и КПД — по формуле =P₂/P₁ , где Р₁ — активная мощность, потребляемая двигателем электрической энергии из трехфазной сети: U и I— линейные напряжения и ток.

Приборы и оборудование: источники питания (трехфазная сеть переменного тока; сеть постоянного тока), трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, амперметр и вольтметр электромагнитной системы, двухэлементный ваттметр ферродинамической системы, реостат, тахометр, электромагнитный тормоз, трехполюсный и двухполюсный автоматические выключатели, соединительные провода.

Прибор	Система	Условное обозначение	Предел измерения	Цена деления	Класс точности

Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с приборами, аппаратурой и оборудованием, предназначенными для выполнения лабораторной работы, записать их технические характеристики.

2. Собрать электрическую схему для исследования асинхронного двигателя (рис. 10.5) и представить ее для проверки преподавателю.

3. Произвести пуск двигателя без нагрузки на его валу (холостой ход). Показания всех приборов записать в табл. 10.1

4. Постепенно нагружать двигатель с помощью электромагнитного тормоза, для этого ступенями изменять ток в обмотках электромагнитов тормоза с помощью делителя напряжения R. Записать показания всех приборов в табл. 10.1 для 6—7 различных случаев возрастающей нагрузки.

5. Произвести необходимые расчеты, результаты записать в табл. 10.1. Используя полученные результаты, построить в одной системе координат рабочие характеристики: п=f(P₂), I=f(Р₂), М=f(P₂), cos=f(P₂), s=f(P₂), =f(P₂).

1. Составить отчет по результатам выполненной работы.

Таблица 10.1

№ п/п	Данные измерений							Данные расчета
	U1, В	I1, А	P1, Вт	n, об/мин	I2, А	U2, В	Мвр , Н×м		P2, Вт	cosj	h
1
2
3
4
5

Контрольные вопросы. 1. Из каких двух основных частей состоит асинхронный электродвигатель? 2. Каков принцип действия асинхронного двигателя? 3. Что следует предпринять, чтобы осуществить реверсирование двигателя? 4. Как рассчитать номинальный момент асинхронного двигателя по его номинальным данным? 5. Во сколько раз можно кратковременно перегружать асинхронный двигатель, не опасаясь затормаживания ротора? 6. Какими номинальными величинами характеризуется трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?