Вимірювання потужності електродвигуна постійного струму

Для запису миттєвої потужності електродвигуна постійного струму застосовують осцилограф МПО-2 (Н-102) і гальванометр потужності Д1-ХII. Петля гальванометра підключається (рис. 2.5) через додатковий опір до потенційних затискачів шунта, встановленого на головній шині двигуна, а котушка електромагніту - через додатковий опір до головних шин. При цьому необхідно прослідкувати, щоб додатковий опір , одним своїм затиском підключався до тієї шині, на якій відсутній шунт. Якщо ж його включити так, як показано на рисунку 2.5 пунктиром, то між затискачами петлі і котушки буде діяти висока напруга, що може привести до пробою петлі на котушку.

Величини додаткових опорів r_д1 та r_д2 визначається з умов отримання у відповідних колах допустимих струмів:

 

(2.11)

де та — допустимі струми петлі і котушки (А);

та — максимальні значення сили струму і напруги електродвигуна при прокатці (визначають по щитовим приладам).

 

Рисунок 2.5 ‑ Схема вимірювання потужності двигуна постійного струму

 

Масштаб запису визначають наступним чином. Токи через петлю і котушку рівні:

, (А) (2.12)

де та — сумарні опори ланцюгів петлі і котушки.

Підставляючи ці значення в рівняння гальванометра потужності, отримали:

 

(2.13)

Звідси

, (2.14)

де - масштаб запису потужності.

Якщо виражати та в Ом, в мм/А², в мВ та в кА, то розмірність масштабу буде в Вт/мм. Сумарні опори ланцюгів петлі і котушки після відключення схеми від шунта і шин вимірюють мостом постійного струму. При ненавантаженому до номінальної потужності двигуні е.р.с. шунта може виявитися малою для отримання достатнього відхилення на фотострічці. В цьому випадку петлю гальванометра підключають до штучного шунту.

Вимірювання потужності електродвигуна змінного струму

 

Приводні прокатні електродвигуни змінного струму (асинхронні і синхронні) споживають струм по трифазній системі. Завантаження фаз у них рівномірна, тому обмежуються вимірюванням лише фазною активною потужності:

 

(2.15)

де та — діюча фазна напруга і сила струму;

— кут зсуву фаз між фазними струмом і напругою.

 

Активна потужність, споживана двигуном з мережі, дорівнює

 

(2.16)

 

Для запису фазової потужності використовують осцилограф МПО-2 (Н-102) і гальванометр потужності Д1-ХІ. Котушку гальванометра підключають в розрив вторинного ланцюга трансформатора струму, а петлю - до вторинного ланцюга трансформатора напруги, які встановлені у вимірювальних ланцюгах двигуна.

В залежності від того, встановлено трифазний або однофазні трансформатори напруги, можливі дві схеми підключення петлі. У першому випадку (рис. 2.6, а) петля підключається через додатковий опір до вторинної фазної напруги, відповідній тій фазі, на якій встановлено трансформатор струму. Лінійна вторинна напруга при номінальному струмі двигуна, що дорівнює 100 В, а фаза 100/ В. Ток в петлі не повинен перевищувати 20 мА, тому додатковий опір

(2.17)

 

а - з трифазним трансформатором напруги; б - з однофазними трансформаторами напруги

Рисунок 2.6 ‑ Схеми вимірювання потужності двигуна змінного струму:

У другому випадку (рис. 2.6, б) для виділення вторинної фазної напруги складається зірка з опорів . Петля включається в розрив відповідної фази. Додатковий опір в ланцюзі петлі має бути 2883 Ом: інші два опору по 2900 Ом. В якості додаткових опорів зручно використовувати секції магазину типу Р₁.

При підключенні котушки слід пам'ятати, що розрив вторинної ланцюга трансформатора струму під час роботи двигуна неприпустимий.

Щоб встановити залежність між ординатою на фотострічці та миттєвої фазною потужністю, визначили миттєві струми петлі і катушки:

(2.18)

 

Підставляючи ці значення в рівняння гальванометра, отримали

 

(2.19)

 

Звідси випливає, що запис на фотострічці має вигляд зміщеної щодо нульової лінії синусоїди (рис. 2.7). Частота синусоїди дорівнює подвоєній частоті мережі, тобто 100 Гц.

 

Рисунок 2.7 ‑ Осцилограма фазової потужності, що отримана при великій швидкості руху фотострічки

 

Амплітуди синусоїди вище і нижче нульової лінії відповідно рівні

 

 

(2.20)

 

Після складання цих рівнянь отримали

 

(2.21)

 

звідси

(2.22)

де — масштаб активної потужності, споживаної двигуном з мережі, Вт/мм;

 

(2.23)

 

Робота прокатки

 

Витрати енергії на цикл прокатки при прямокутному графіку навантаження (рис. 2.8) рівні

(2.24)

де — потужність i-того проходу;

— час і-того проходу;

— потужність холостого ходу;

- час холостого ходу стану після і-того проходу.

 

У разі непрямокутної графіка навантаження в цей вираз підставляється середня потужність за прохід .

Рисунок 2.8 ‑ Графік навантаження двигуна

 

Електродвигун постійного струму. Згідно рисунку 2.9, а для i -того проходу можна записати наступні рівняння:

 

(2.24)

де - масштаб часу запису, сек/мм;

— швидкість фотострічки, мм /сек.

 

Тоді енергія за цикл прокатки

(2.25)

 

Сума, що стоїть співмножником в правій частині цього виразу, дорівнює площі мм², обмеженою кривою потужності та нульовою лінією. Остаточно

(2.26)

 

Рисунок 2.9 ‑ Ідеалізовані осцилографи потужності двигунів постійного (а) і змінного (б) струму

 

Очевидно, це висловлювання справедливо і для випадку непрямокутного графіка навантаження.

 

Електродвигун змінного струму. Згідно рисунку 2.10, б для i -того проходу:

(2.27)

Тоді витрата енергії на цикл прокатки

 

або

(2.28)

 

В дужках перша сума дорівнює площі мм², обмеженою записом вище нульової лінії, а друга сума дорівнює площі мм², обмеженою записом нижче нульової лінії. Остаточно:

(2.29)

 

Питома витрата енергії. Питома витрата енергії на тонну продукції обчислюється за виразом:

(2.30)

де — масса виробу, т.