Кафедра электротехники и электроники

Кафедра электротехники и электроники

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Лабораторный практикум для студентов

Неэлектротехнических специальностей

Часть 2

 

 

М и н с к 2 0 0 8

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электротехники и электроники

 

 

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

 

Лабораторный практикум

для студентов неэлектротехничеcких специальностей

 

В 3 частях

 

Ч а с т ь 2

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И АППАРАТЫ

 

М и н с к 2 0 0 8

УДК [621.3+621.38](076.32)

ББК 31.2я7

Э 45

 

Составители:

И.В. Новаш, Т.Т. Розум, С.В. Домников, М.И. Полуянов,

Р.Р. Мороз, Г.В. Згаевская, В.А. Устимович, Г.А. Михальцевич,

Л.И. Новикова, Е.С. Счастная

 

П о д р е д а к ц и е й Ю.А. Куварзина и Ю.В. Бладыко

 

Р е ц е н з е н т ы:

А.А. Мазуренко, Л.И. Сончик

 

Э 45	Электротехника и электроника: лабораторный практикум для студен-тов неэлектротехнических специальностей. В 3 ч. Ч. 2. Электрические машины и аппараты / Сост.: И.В. Новаш [и др.]; под ред. Ю.А. Кувар-зина, Ю.В. Бладыко. – Минск: БНТУ, 2008. – 100 с.

 

ISBN 978-985-479-709-0 (Ч.2).

 

Настоящий лабораторный практикум предназначен для студентов неэлектротехнических специальностей при выполнении лабораторных работ по курсам «Электротехника», «Электротехника и основы электроники», «Электротехника, электрические машины и аппараты» и включает 10 работ по разделам: «Трансформаторы», «Асинхронные машины», «Ма-шины постоянного тока», «Синхронные машины», «Электропривод».

Каждая лабораторная работа содержит общие сведения, предварительное задание к эксперименту, порядок выполнения работы, указания о содержании отчета, контрольные вопросы.

Расчет предварительного задания к эксперименту должен производиться в период подготовки к занятиям; полученные результаты проверяются опытным путем в процессе выполнения работы.

Лабораторные работы, вошедшие в настоящий практикум, подготовили: Полуянов М.И., Счастная Е.С. – 2.1; Домников С.В. – 2.2.;
Розум Т.Т. – 2.3, 2.8, 2.9; Михальцевич Г.А. – 2.4; Мороз Р.Р. – 2.5; Згаевская Г.В., Новикова Л.И. – 2.6; Устимович В.А. – 2.7; Новаш И.В. – 2.10.

При подготовке некоторых лабораторных работ были использованы труды В.С. Лившица, являющегося разработчиком универсального стенда по электрическим машинам.

Часть 1 данного издания «Электрические цепи» вышла в свет в БНТУ в 2008 году.

 

ISBN 978-985-479-709-0 (Ч. 2)

ISBN 978-985-479-304-7 Ó БНТУ, 2008

ПРАВИЛА РАБОТЫ

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

 

Цель работы: изучение устройства и принципа действия трансформатора; построение схемы замещения и эксплуатационных характеристик трансформатора.

 

Общие сведения

 

Трансформатор – это электромагнитный аппарат для преобразования в цепях переменного тока электрической энергии с одним соотношением напряжения и тока в электрическую энергию с другим соотношением напряжения и тока при неизменной частоте. Он позволяет передавать от источника приемникам одну и ту же мощность при разных напряжениях и токах S = U ₁ I ₁ = U ₂ I ₂.

Трансформатор имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), на котором находятся две (или более) обмотки, выполненные изолированным медным или алюминиевым проводом (рис. 1.1). Сердечник, собранный из тонких пластин или лент электротехнической стали с хорошей магнитной проницаемостью, служит для усиления магнитной связи между обмотками. Обмотку, подключаемую к источнику преобразуемой энергии, называют первичной (w₁), обмотку, к которой подключают приемник, – вторичной (w₂).

 

 

Рис. 1.1

Переменное напряжение источника u ₁ вызывает в первичной обмотке ток i ₁, который возбуждает магнитный поток. Основная часть потока (Ф) замыкается по магнитопроводу и наводит в обмотках ЭДС:

 

.

 

При потоке, изменяющемся с угловой частотой w = 2p f по синусоидальному закону Ф = Ф _m sin w t, действующие значения ЭДС

 

; .

 

Отношение ЭДС обмоток

 

= w ₁ / w ₂

 

называется коэффициентом трансформации.

Для определения технико-экономических показателей, построения характеристик отдельных трансформаторов и электропередач, в которых они используются, анализа аварийных режимов в таких системах и в других случаях необходима схема замещения трансформатора (рис. 1.2), являющаяся его электрической моделью. Физическая модель (см. рис. 1.1) с указанием номинальных параметров и конструктивных данных магнитопровода и обмоток трансформатора делает такие расчеты излишне сложными, неточными, а часто и невозможными.

 

 

Рис. 1.2

Параметры схемы замещения трансформатора (см. рис. 1.2) вычисляются по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

В опыте холостого хода к первичной обмотке подводится номинальное напряжение U _1ном = U _1х, а вторичная обмотка размыкается
(I _2х= 0). В опыте измеряются ток первичной обмотки I _1х, потери мощности в трансформаторе Р _хи напряжение на вторичной обмотке U _2х.

Ток холостого хода I _1ху мощных трансформаторов составляет 1…5 % от номинального тока I _1ном, у трансформаторов малой мощности – до 40 %, и в паспортных данных трансформатора указывают его процентное значение:

 

i _x % = (I _1х // I _1ном)×100 %.

 

Такой небольшой ток создает ничтожно малые потери мощности в первичной обмотке (пропорциональные квадрату тока), следовательно, потери холостого хода Р _х - это магнитные потери в стали сердечника, пропорциональные квадрату магнитного потока, а значит, квадрату напряжения: Р _х = P _ст º º . Кроме того, небольшой ток холостого хода в небольших сопротивлениях первичной обмотки создает незначительные падения напряжения, вследствие чего U _1x = U _1ном » Е _1ном (отличие между ними не превышает 1 %), а U _2x = E _2ном, так как I _2x = 0.

По результатам измерений вычисляются:

 

; ; ; .

 

Сопротивления R _x, X _x, Z _x заменяют таким образом сердечник транс-форматора: R _x – потери мощности, а Х _х– индуктивное сопротивление первичной обмотки, создаваемое основным магнитным потоком.

В опыте короткого замыкания вторичную обмотку замыкают накоротко, а на первичную обмотку подают такое пониженное напряжение U _1к, при котором токи в обмотках равны номинальным значениям I _1ном и I _2ном. Относительное значение

 

u _к = U _1к × 100 % / U _1ном

называют напряжением короткого замыкания. Оно составляет 5…10 % и характеризует внутреннее падение напряжения в трансформаторе.

В опыте короткого замыкания измеряются токи обмоток I _1к = I _1ном, I _2к = I _2ном, а также напряжение U _1к и потери мощности Р _к. Так как U _1к << U _1ном, то потери мощности в магнитопроводе, пропорциональные квадрату приложенного напряжения, ничтожны. И поскольку токи в обмотках равны номинальным значениям, то потери Р _к– это мощность потерь в обмотках трансформатора.

По данным опыта короткого замыкания вычисляются:

 

, , .

 

Данные сопротивления заменяют собой обе обмотки трансформатора. Чтобы разделить сопротивления обмоток, учитывают, что реальные сопротивления обмоток с разными номинальными напряжениями и токами имеют различные значения, но потери мощности в них и относительные потери напряжения (отнесенные к номинальным величинам) примерно одинаковы. Следовательно, по значимости, оцениваемой потерями мощности и относительными потерями напряжения, обе обмотки равноценны. Эти обстоятельства позволяют приравнять сопротивления одной (обычно первичной) обмотки к приведенным сопротивлениям другой (обычно вторичной) обмотки:

 

; ; .

 

Кроме сопротивлений приводятся также напряжения, ЭДС и токи:

 

; ; .

 

С учетом приведения сопротивления обмоток равны

 

; ; .

 

По рассчитанным параметрам строится схема замещения трансформатора (см. рис. 1.2). Так как для расчета схемы замещения использованы данные опытов холостого хода и короткого замыкания, то потери мощности в этих опытах, ток холостого хода (в процентах от номинального тока первичной обмотки) и напряжение короткого замыкания являются обязательными паспортными данными каждого трансформатора.

Эксплуатационные характеристики трансформатора строят в функции от коэффициента нагрузки. По паспортным данным расчет зависимости вторичного напряжения , коэффициента мощности , КПД h от тока нагрузки I ₂ или коэффициента нагрузки выполняют по следующим формулам:

 

1) ,

 

где активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания равны

 

; ;

 

j₂ – угол сдвига фаз между напряжением и током приемника;

 

2) ;

 

;

 

,

 

где S _ном - полная номинальная мощность;

3) .

 

Типичный вид этих характеристик приведен на рис. 1.3. КПД имеет наибольшее значение при равенстве постоянных Р _х и переменных b² P _к потерь:

 

.

 

 

Характеристики трансформаторов небольшой мощности, имеющих обычно низкий КПД, можно получить методом непосредственной нагрузки (рис. 1.4), что и предполагается в данной работе. Измерительные приборы в цепях первичной и вторичной обмоток позволяют измерить напряжения, токи, мощности, затем рассчитать коэффициент мощности и КПД (при активной нагрузке ).

 

Предварительное задание к эксперименту

 

По паспортным данным трансформатора (табл. 1.1) определить коэффициент трансформации n, номинальные токи первичной и вторичной обмоток I _1ном и I _2ном, их активные R ₁, R ₂ и реактивные X ₁, Х ₂ сопротивления, сопротивления холостого хода R _х, Х _x, а также коэффициент нагрузки , при котором КПД трансформатора максимален. Результаты расчета записать в табл. 1.2.

 

Т а б л и ц а 1.1

 

Данные	S, В×А	U 1, В	U 2, В	Рx,Вт	Р к, Вт	u к, %	i x, %
Паспортные						3,5
Опытные

 

Т а б л и ц а 1.2

 

n

I 1ном, А

I 2ном, А

R 1, Ом

X 1, Ом

R 2, Ом

X 2, Ом

R х, Ом

Х x, Ом

b = (из табл. 1.3)

U 2, В

h

cosj1

 

Начертить Т-образную схему замещения трансформатора, записать возле каждого элемента значение сопротивлений.

2. Для заданного вариантом в табл. 1.3 значения b рассчитать U ₂ , h, cosj₁ при активной нагрузке трансформатора (j₂ = 0), результаты записать в табл. 1.2. При расчете U ₂ значение U _2х принять равным 130 В.

 

Т а б л и ц а 1.3

 

Вариант
b = I 2/ I 2ном	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0

 

 

Рис. 1.4

 

2. После проверки цепи руководителем установить на зажимах первичной обмотки номинальное напряжение U _1ном = 220 В и записать показания приборов в табл. 1.4 при холостом ходе трансформатора.

 

Т а б л и ц а 1.4

 

Опыты	Измерено	Вычислено
U 1, В	I 1, А	Р1,Вт	U 2, В	I 2, А	b	cosj1	h
ХХ
КЗ

 

3. Подключить нагрузку R _н трансформатора и, поддерживая
U ₁ = U _1ном = const, изменять вторичный ток до значения I _2ном. Результаты пяти опытов записать в табл. 1.4. Один из опытов выполнить для b, заданного вариантом табл. 1.3.

4. Установить регулятор автотрансформатора в нулевое положение, включить выключатель В_к и выполнить опыт короткого замыкания, для чего к первичной обмотке подать пониженное напряжение U _1к, при котором I _1к = I _1ном. Показания приборов записать в табл. 1.4.

5. По опытным данным определить коэффициент трансформации п,процентное значение тока холостого хода i _х, %, потери в стали и обмотках трансформатора, напряжение короткого замыкания u _к, %. Сравнить полученные значения с номинальными (см. табл. 1.1).

6. Рассчитать для проведенных опытов коэффициент мощности и КПД трансформатора, результаты записать в табл. 1.4.

7. Построить в общей системе координат характеристики U ₂(b), cosj₁(b)и h(b) при U ₁ = const и cosj₂ = 1. Здесь же показать расчетные точки предварительного задания (см. табл. 1.2).

 

Содержание отчета

 

1. Цель работы.

2. Полный расчет предварительного задания к эксперименту, вклю-чая табл. 1.1, 1.2 и схему замещения трансформатора.

3. Схема цепи для испытаний трансформатора.

4. Таблица измерений и вычислений 1.4.

5. Графики зависимостей U ₂(b), cosj₁(b)и h(b).

6. Анализ результатов и выводы.

 

Контрольные вопросы

 

1. Объясните устройство и принцип действия однофазного транс-сформатора.

2. От чего зависят ЭДС обмоток трансформатора?

3. Для какой цели в трансформаторе используют стальной сердечник? Как он влияет на ток холостого хода?

4. Как определяется коэффициент трансформации?

5. Какие потери энергии имеют место в трансформаторе и от чего они зависят?

6. Как выполняют опыты XX и КЗ? Каково их назначение?

7. Что называют схемой замещения трансформатора и как определить ее параметры?

Общие сведения

 

Асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором – наиболее распространенный в народном хозяйстве тип электрического двигателя. Он имеет простую конструкцию, сравнительно недорог, надежен и удобен в эксплуатации. АД преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую энергию, отдаваемую посредством вала рабочей машине. Основными частями АД являются неподвижный статор и вращающийся ротор, разделенные воздушным зазором (0,25…1 мм).

Статор состоит из литого корпуса (стального, чугунного или алюминиевого), внутрь которого вмонтирован сердечник статора – полый цилиндр, набранный из отдельных пластин (колец) электротехнической стали, толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов пластины изолируют друг от друга. Сердечник статора имеет пазы, в которые помещена трехфазная обмотка из медного или алюминиевого изолированного провода. Фазы обмотки (А, В, С) смещены друг относительно друга по окружности статора на 120° и могут соединяться звездой или треугольником (в зависимости от номинального напряжения фаз обмотки и питающей сети).

Ротор представляет собой цилиндр, собранный из тонких изолированных дисков электротехнической стали, насаженный и закрепленный на валу. В дисках выштампованы пазы, в которые закладывают медные или заливают алюминиевые стержни обмотки, соединяемые по торцам накоротко кольцами из того же материала. Полу-ченная таким образом короткозамкнутая обмотка ротора напоминает по конфигурации «беличье колесо» (ее часто так называют).

Работа АД основана на способности трехфазной системы токов, протекающей по трем катушкам, оси которых смещены в пространстве на 120°, возбуждать вращающееся магнитное поле.

Подобные условия созданы в статоре АД, подключенном к трехфазной сети (рис. 2.1, а).

 

а б

 

Рис. 2.1

 

Протекание в фазах обмотки статора трех синусоидальных токов, сдвинутых во времени на 1/3 периода, возбуждает в АД магнитное поле, бегущее вдоль окружности статора (вращающееся) с постоянной скоростью. Число магнитных полюсов вращающегося поля зависит от конструкции обмотки статора (числа катушек в фазе обмотки). При выполнении каждой фазы в виде одной катушки, вращающееся поле будет двухполюсным (число пар полюсов р = 1). Для получения вращающегося поля с р парами полюсов окружность статора разбивают на р частей и на каждой из них размещают три катушки разных фаз. В этом случае одна пара полюсов образуется на каждой части окружности, занятой тремя катушками, поле вцелом имеет p пар полюсов, каждая фаза обмотки состоит из р последовательно соединенных катушек.

Направление вращения поля совпадает с направлением чередования токов по фазам обмотки. Для изменения направления вращения достаточно переключить (поменять местами) провода, подающие токи в любые две фазы обмотки.

Частота вращения магнитного поля, называемая синхронной, вы-ражается формулой

 

 

где f ₁– частота питающего тока, Гц;

р – число пар полюсов статора.

При промышленной частоте тока f ₁ = 50 Гц синхронная частота вращения определяется числом пар полюсов:

 

p
n 1, мин^–1

 

Принцип действия АД. В обмотку статора от трехфазной сети подается трехфазная система токов, возбуждающая вращающееся магнитное поле. Магнитные линии вращающегося поля пересекают обмотки статора и ротора и по закону электромагнитной индукции индуктируют в них синусоидальные ЭДС Е ₁ и Е ₂. ЭДС Е ₁ уравновешивает основную часть напряжения питающей сети U ₁, а Е ₂вызывает в проводниках короткозамкнутой обмотки ротора токи I ₂. Взаимодействие токов ротора и вращающегося магнитного поля создает электромагнитный вращающий момент M, приводящий ротор в движение в направлении вращения поля. Частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n ₁, так как ЭДС Е ₂, ток I ₂и момент М появляются только при условии перемещения магнитного поля относительно ротора, т.е. при n < n _1.В связи c этим рассматриваемый двигатель называют асинхронным.

Относительную разность частот вращения магнитного поля и ро-тора называют скольжением:

 

. (2.1)

 

При холостом ходе двигателя частота вращения ротора n близка к частоте вращения магнитного поля n ₁ и S» 0, с увеличением нагрузки на валу скольжение возрастает (п уменьшается), при номинальной нагрузке S _ном =0,02...0,08 (малые значения относятся к мощным двигателям). В момент пуска п = 0 и S = 1.

Скольжение играет важную роль в теории АД. Частота вращения ротора n выражается через S формулой, вытекающей из (2.1):

 

.

 

При неизменных частоте и напряжении питающей сети вращаю-щий момент М однозначно определяется скольжением. График зависимости М (S) показан на рис. 2.1, б. Наибольшему вращающему моменту М _maxсоответствует критическое скольжение S _к, которое делит график М (S) на два участка: устойчивой работы и неустойчивой работы . На устойчивом участке двигатель автоматически развивает вращающий момент М, равный моменту сопротивления М _срабочей машины. При возрастании М _с скольжение S и вращающий момент М будут увеличиваться до тех пор, пока не наступит новое равновесие М = М _с. При уменьшении М _с скольжение S и вращающий момент М соответственно уменьшаются. Это свойство АД называют саморегулированием вращающего момента.

На неустойчивом участке M (S)двигатель, не обладая свойством саморегулирования, работает кратковременно и, как правило, в условиях неравенства моментов М и М _с. При этом, если М > М _с, двигатель увеличивает скорость (уменьшает S) и переходит на устойчивый участок (таков процесс пуска АД), если же М < M _с, скорость АД уменьшается до полной остановки.

В установившемся режиме вращающий момент М (Н×м), механическая мощность на валу Р (Вт) и частота вращения n (мин^–1) связаны соотношением

 

.

 

Момент и мощность на валу, которые двигатель может длительно развивать, не перегреваясь сверх допустимой температуры, называют номинальными (М _ном, Р _ном).

Номинальный режим характеризуют также номинальная частота вращения n _ном, номинальный КПД , номинальный коэффициент мощности , номинальное линейное напряжение сети U _ном, номинальный линейный ток:

 

.

 

При кратковременных перегрузках (М _с > М _ном)АД работает устойчиво при условии, что наибольший момент сопротивления рабочей машины М _с.max не превышает М _max АД. Отношение называют перегрузочной способностью АД. K _мприводится в каталогах (K = 1,8...2,5) и используется для вычисления М _max:

 

.

 

Пусковые свойства АД характеризуют пусковой момент М _пи пус-ковой ток I _пв начальный момент пуcка (при n = 0, S = 1). Для короткозамкнутых АД М _п = (1…1,5) М _ном, I _п = (5…7) I _ном. Пусковой момент должен быть достаточным, чтобы преодолеть М _срабочей машины и обеспечить быстрый (в течение нескольких секунд) разгон до рабочей скорости. Начальный пусковой ток по мере разгона АД быстро уменьшается и поэтому не опасен для двигателя. Зависимость M (S)приближенно выражается упрощенной формулой Клосса:

 

,

 

где критическое скольжение

 

.

 

Рабочие характеристики отражают эксплуатационные свойства АД и представляют зависимости величин n, М, I ₁, h, cosj от мощности на валу Р. Выразив эти величины в относительных единицах (n _* = n / n ₁, М _* = М / М _ном, I _1* = I ₁/ I _1ном, Р _* = Р/Р _ном), можно построить рабочие характеристики в общей системе координат (рис. 2.2).

 

 

Рис. 2.2

 

В данной работе в качестве короткозамкнутого используется АД с фазным ротором, обмотка которого замыкается накоротко. Нагрузку на валу АД создает генератор постоянного тока, работающий на регулируемый нагрузочный резистор.

 

Предварительное задание к эксперименту

 

Для трехфазного асинхронного двигателя заданы следующие номи-нальные величины: мощность на валу P _ном = 750 Вт; частота вращения ротора n _ном = 900 мин^–1; коэффициент мощности cosj_ном = 0,7; КПД h_ном = 0,7; а также перегрузочная способность, K _м = М _max/ М _ном =
= 2,0 и зависимость , где .

Необходимо определить:

1. Синхронную частоту вращения n ₁ (при частоте питающего тока f ₁ = 50 Гц) и число пар полюсов р вращающегося магнитного поля.

2. Номинальную мощность Р _1ном, потребляемую двигателем, и номинальный ток I _1ном (линейное напряжение сети U _л = 220 В).

3. Номинальный М _ном и максимальный М _max моменты на валу, номинальное S _ном и критическое S _К скольжение.

4. Для режима со скольжением S,заданным по вариантам из табл. 2.1, определить частоту вращения ротора n, момент М (по формуле Клосса), мощность на валу Р, потребляемую мощность
P ₁ = Р/ h.

 

Т а б л и ц а 2.1

 

Вариант
Скольжение	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,11	0,12

 

Результаты расчета занести в табл. 2.2.

 

Т а б л и ц а 2.2

 

	n, мин^–1	М, Н×м	Р, Вт	Р 1, Вт	I 1, А
Номинальный режим	паспортные данные
опыт
Режим по п. 4 предварительного задания	расчет
опыт

 

Порядок выполнения работы

 

1. Ознакомиться с оборудованием, приборами, электрической схемой лабораторной установки.

2.Собрать электрическую цепь по схеме рис. 2.3. Пригласить преподавателя для проверки правильности сборки.

 

 

 

Рис. 2.3

 

3. Подготовить установку к работе:

а) вывести реостат R _p (кроме последней ступени, оставляемой для небольшого ограничения пускового тока);

б) ввести реостат возбуждения генератора постоянного тока (ГПТ) R _в (ручку R _вповернуть в крайнее левое положение);

в) переключатель обмотки ОВС ГПТ установить в положение «Вкл. согл.» (по шкале G);

г) переключатель нагрузки ГПТ R _н2 установить в положение «0»;

д) подать напряжение на лабораторный стенд, включив трехфазный автомат на питающем щитке;

е) включить источник питания ИП1и контактор К3, регулятором ИП1 установить ток, подаваемый в ротор при его синхронизации с вращающимся полем, I _р = 10 А (по амперметру A2);

ж) контактором К2 подключить к цепи ротора реостат R _p.

4. Запустить АД включением контактора К1, проследить за броском пускового тока I ₁ (по амперметру А 1).

Вывести последнюю ступень реостата R _р. Перевести ротор в синхронное вращение с полем, включив контактор К3, подающий в ротор постоянный ток. Сравнить измеренную синхронную частоту вращения n ₁ с вычисленной. Вернуть двигатель в асинхронный режим (включить контактор К2).

5. Снять рабочие характеристики АД. Для этого возбудить рео-статом R _вГПТ до наибольшего напряжения и, увеличивая нагрузку от нуля до максимальной (переключателем R _н2), записать показания приборов в табл. 2.3. В числе устанавливаемых режимов должны быть номинальный (установить n _ном) и заданный в п. 4 предварительного задания (установить требуемую n). Плавная регулировка нагрузки в небольших пределах осуществляется реостатом R _в.

 

Т а б л и ц а 2.3

 

И з м е р е н о	В ы ч и с л е н о
АД	ГПТ	Р, Вт	М, Н×м	h
n, мин^–^1	U 1, В	I 1, А	Р 1, Вт	cosj	U 2, В	I 2, А

 

Примечание. Мощность Р навалу АД вычислить приближенно по формуле, исходящей из равенства потерь в АД и ГПТ:

 

Р = 0,5(Р ₁ + Р ₂),

 

где Р ₂ = U ₂× I ₂ – мощность, отдаваемая ГПТ нагрузке.

6. Построить в общей системе координат графики рабочих характеристикАД n _*(P _*), M _*(P _*), h(P _*), cosj(P _*).

 

Содержание отчета

 

1. Цель работы.

2. Расчет предварительного задания к эксперименту.

3. Схема лабораторной установки.

4. Таблицы результатов измерений и вычислений.

5. Графики рабочих характеристик двигателя.

 

Контрольные вопросы

 

1. Как устроен АД с короткозамкнутым ротором?

2. Изложите принцип действия АД.

3. Что такое синхронная частота вращения и скольжение? Напишите формулы для этих величин.

4. Как изменяются скольжение и частота вращения АД при росте момента нагрузки?

5. Как изменить направление вращения ротора АД?

6. Как выражается момент двигателя через мощность и частоту вращения?

7. Запишите формулу Клосса и охарактеризуйте входящие в нее величины.

8. Почему ток холостого хода АД относительно велик?

9. Как изменятся КПД и коэффициент мощности с увеличением нагрузки АД?

10. Какие достоинства и недостатки имеют АД с короткозамкнутым ротором? Где эти двигатели используются?

 

С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

 

Цель работы: изучение конструктивных особенностей, способов пуска и регулирования частоты вращения двигателя с фазным ротором; построение естественной и реостатной механических характеристик двигателя по его паспортным данным; снятие естественной и реостатной механических характеристик.

 

Общие сведения

 

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют лучшие пусковые свойства (больший пусковой момент, меньший пусковой ток), чем короткозамкнутые АД, позволяют сравнительно просто (изменением сопротивления реостата в цепи ротора) регулировать частоту вращения. Вместе с тем, эти двигатели конструктивно сложнее и дороже короткозамкнутых, менее надежны и более трудоемки в эксплуатации. Поэтому двигатели с фазным ротором применяют лишь в случаях, оправданных необходимостью: для привода оборудования с большим начальным моментом сопротивления и большим моментом инерции (молоты и прессы, снабженные маховиками), при частых пусках, грозящих перегреть двигатель пусковыми токами, при необходимости регулирования скорости (электрические краны).

Устройство статора двигателя с фазным ротором не отличается от устройства статора АД с короткозамкнутым ротором: полый цилиндрический сердечник набранный из изолированных друг от друга, листов электротехнической стали, имеет на внутренней поверхности пазы, в которых размещена трехфазная обмотка, включаемая непосредственно в сеть. Роторы у них различны. В пазах фазного ротора, называемого также ротором с контактными кольцами, находится трехфазная обмотка, выполненная изолированным проводом и размещенная в пазах ротора с пространственным смещением фаз на 120°, подобно обмотке статора. Фазы обмотки ротора соединяют звездой, а три свободных ее конца подключают к трем контактным кольцам, укрепленным на валу машины, но изолированным от вала. На кольца наложены медно-графитовые щетки, установленные в неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щетки, образующие при вращении скользящий контакт, в цепь ротора включается трехфазный реостат R _p (рис. 3.1, а), чем обеспечивается улучшение пусковых и регулировочных свойств машины. Щетки также позволяют замкнуть обмотку накоротко. Условное обозначение АД с фазным ротором приведено на рис. 3.1, в.

 

 

а

 

б в

 

Рис. 3.1