Обозначение выводов обмоток асинхронных машин

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ МАШИН

 

 

1.1. Номинальные величины и основные определения

 

По конструктивному исполнению асинхронные машины бывают трехфазного и однофазного тока, с фазным и короткозамкнутым ротором, общепромышленного и специального назначения. Асинхронные машины могут работать в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза; могут возбуждаться как со стороны статора, так и со стороны ротора.

Номинальными данными электрической машины называются данные, указанные на заводском щитке и характеризующие ее номинальный режим работы: номинальная мощность, номинальное напряжение, номинальный ток, номинальная частота вращения, номинальные коэффициент полезного действия и коэффициент мощности. Термин «номинальный» может применяться также и к данным, не указанным на заводском щитке электрической машины, но относящимся к ее номинальному режиму работы, например: номинальный момент вращения, номинальное скольжение. Номинальные данные машины относятся к ее работе в условиях высоты над уровнем моря до 1000 м и при температуре окружающей среды до +40°С.

Номинальным режимом работы электрической машины называется такой режим, для которого машина предназначена заводом-изготовителем и при котором она должна работать в течение всего срока службы. Согласно ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия» рассматривают следующие номинальные режимы электрической машины: продолжительный (S1); кратковременный (S2) и повторно-кратковременный (S3).

Кратковременный номинальный режим работы электрической машины характеризуется длительностью рабочего периода соответственно 10, 30, 60, 90 мин.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ), т.е. отношением продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (суммарной продолжительности рабочего периода и паузы). Согласно стандарту ПВ составляет 15, 25, 40, 60 % с продолжительностью одного цикла не более 10 мин, если иное не указано в технических условиях или заводских требованиях.

Нагрузкой электрической машины называется мощность, которую развивает электрическая машина в данный момент времени. Нагрузка выражается в ваттах или в киловаттах, а также в процентах или в долях от номинальной мощности. Нагрузка может быть задана током, потребляемым или отдаваемым электрической машиной в данный момент времени, и выражена в амперах, в процентах или в долях от номинального тока. Нагрузка двигателя задается величиной тормозящего момента на выходном валу. Чтобы изменить нагрузку двигателя, следует изменить тормозящий момент на его валу.

Направление вращения электрического двигателя с горизонтальным валом определяется со стороны присоединения его к рабочему механизму: по часовой стрелке – правое вращение, против часовой стрелки – левое вращение.

 

 

Обозначение выводов обмоток асинхронных машин

 

В электрических машинах выводы обмоток должны обозначаться в соответствии с ГОСТ 183-74 для машин, разработанных до 1987 г. или модернизируемых, и в соответствии с ГОСТ 26772-85 «Машины электрические вращающиеся. Обозначение выводов и направления вращения» для машин, выпускаемых с 01.01.87 г.

Согласно ГОСТ 183-74 выводы асинхронных машин обозначаются следующим образом: обмотки статора – буквой «С»; обмотки ротора – буквой «Р». Трехфазные обмотки кроме букв обозначаются цифрами: начала фаз – цифрами «1, 2, 3», концы фаз – цифрами «4, 5, 6»; нулевая точка (независимо от того, заземлена она или нет) – цифрой «0».

Если трехфазная машина не имеет секционированных и составных обмоток на статоре, то обозначения выводов обмоток на статоре должны производиться в соответствии с табл. 1.1. Обозначения выводов обмоток статора однофазных машин производятся согласно данным, приведенным в табл. 1.2.

Контактные кольца роторов трехфазных асинхронных двигателей согласно стандарту обозначаются буквами, соответствующими обозначениям присоединенных к ним выводов обмотки ротора (табл. 1.3). При этом расположение колец выполняется в порядке следования фаз, а кольцо Р1, соответствующее первой фазе, должно быть наиболее удаленным от обмотки ротора. При трех выводах нулевая точка обмотки не выводится.

В соответствующих таблицах приведены обозначения согласно ГОСТ 26772-85.

 

Таблица 1.1. Наименование выводов обмоток статора асинхронных машин и их обозначения

Схема соединения обмоток	Число выводов	Наименование фазы и вывода	Обозначения выводов
ГОСТ 183-74	ГОСТ 26772-85
начало	конец	начало	конец
Открытая схема		Первая фаза	С1	С4	U1	U2
Вторая фаза	С2	С5	V1	V2
Третья фаза	С3	С6	W1	W2
Соединение в звезду	или	Первая фаза	С1		U
Вторая фаза	С2		V
Третья фаза	С3		W
		Нулевая фаза (точка звезды)			N
Соединение в треугольник		Первый вывод	С1		U
Второй вывод	С2		V
Третий вывод	С3		W

 

 

Таблица 1.2. Обозначение выводов однофазных машин

Число выводов	Название выводов обмоток статора	Обозначение выводов
ГОСТ 183-74	ГОСТ 26772-85
начало	конец	начало	конец
	Главная обмотка	С1	С2	U1	U2
	Вспомогательная обмотка	В1	В2	Z1	Z2

 

Таблица 1.3. Обозначение выводов обмотки ротора

Число выводов	Название фазы и вывода	Обозначение вывода
ГОСТ 183-74	ГОСТ 26772-85
3 или 4	Первая фаза	Р1	K
Вторая фаза	Р2	L
Третья фаза	Р3	M
Нулевая фаза (точка звезды)		Q

 

Методы испытания асинхронных машин

 

При испытании асинхронных двигателей наибольшее значение имеют опыты холостого хода, короткого замыкания и непосредственной нагрузки, близкой к номинальной [1]. Для эффективного использования результатов опытов необходимо также знать величину активного сопротивления фазы обмотки статора машины.

Все методы, применяемые при промышленных испытаниях электрических машин, сведены в ГОСТ 11828-86 «Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний». Особые стандарты регламентируют специфические методы испытания для данного вида электрической машины. Для асинхронных машин разработан ГОСТ 7217-87 «Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний», а также ряд других.

Опыты холостого хода и короткого замыкания широко используются при испытании асинхронных двигателей всех мощностей и типов. Особенно ценны результаты этих опытов в тех случаях, когда нет возможности испытать двигатель в режиме непосредственной нагрузки. Для асинхронных двигателей, используя данные опыта холостого хода, короткого замыкания и величину активного сопротивления фазы обмотки статора, можно построить круговую диаграмму, из которой определяются значения КПД, коэффициента мощности, скольжения, величины пускового тока, пускового момента, наибольшего вращающего момента и т.д.

Опыт непосредственной нагрузки дает возможность определить основные показатели двигателя. В этом случае нагрузка двигателя осуществляется при помощи любого тормозного устройства на валу двигателя. Указанный метод широко применяется при испытании двигателей малой и средней мощности.

Основные показатели асинхронных двигателей, полученные из опыта непосредственной нагрузки или найденные по круговой диаграмме, должны быть проверены на соответствие с требованиями ГОСТ 183-74, приведенными в табл. 1.4. В тех случаях, когда допускаемые отклонения указаны с одним знаком, только с плюсом или только с минусом, отклонение в противоположную сторону не ограничивается. На отдельные виды машин могут быть установлены более высокие требования в стандартах или технических условиях заводов-изготовителей. Приведенные в табл. 1.4 данные соответствуют номинальному режиму работы машины. При отклонении какого-либо параметра результаты измерений должны быть приведены к номинальным значениям напряжения, частоты сети и мощности двигателя.

 

Таблица 1.4. Отклонения показателей асинхронных двигателей, допускаемые ГОСТ 183-74

Наименование показателей	Допускаемые отклонения
Коэффициент полезного действия (КПД) электрических машин* мощностью до 50 кВт	– 0,15 (1 – η)
Коэффициент мощности (cosφ) асинхронных двигателей**	– (1 – cosφ)/6, но не мене 0,02 и не более 0,07 по абсолютной величине
Скольжение (S)	± 20 %, знак минус только для электродвигателей с повышенным скольжением
Начальный пусковой ток двигателей мощностью более 0,6 кВт при f=50 Гц (к.з. ротор)	+20 %
Начальный пусковой вращающий момент асинхронных двигателей на частоту f=50 Гц	– 15 %
Максимальный вращающий момент асинхронных двигателей	– 10 %

 

Примечания:

*С округлением допускаемых отклонений до третьего знака.

**Допускаемое отклонение не распространяется на однофазные асинхронные двигатели с рабочим конденсатором.

 

Опыт холостого хода

 

Режимом холостого хода называется такой режим, когда ротор асинхронного двигателя вращается при отсутствии механической нагрузки на валу. В этом случае скорость ротора близка к синхронной скорости, но не равна ей, а ток ротора близок к нулю. Характеристики холостого хода представляют собой зависимости тока I₀, потребляемой мощности P₀ и коэффициента мощности cos φ₀ от подводимого напряжения U₁₀ при холостом ходе двигателя:

I₀; P₀; cos φ₀ = f(U₁₀).

После пуска двигателя в ход нужно, согласно рекомендациям ГОСТ 7217-87 «Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний», дать возможность проработать двигателю без нагрузки в течение 15 – 30 мин (при номинальной мощности двигателя до 10 кВт) до проведения опыта холостого хода. При снятии характеристик холостого хода подводимое к двигателю напряжение изменяется от U₁₀ = (1,1 – 1,3)U_1Н до U₁₀ = (0,2 – 0,4)U_1Н так, чтобы получить примерно 6 – 8 точек. У некоторых типов двигателей (обычно с короткозамкнутым ротором) при снижении напряжения заметно уменьшается частота вращения ротора и наблюдается рост потребляемого из сети тока. В этом случае при проведении опыта холостого хода снижение напряжения на зажимах двигателя прекращают. Это предельные точки режима холостого хода.

Принципиальный вид кривых характеристик холостого хода представлен на рис. 1.1.

Мощность Р₀ при холостом ходе с увеличением напряжения изменяется по квадратичной зависимости, так как это связано с изменением потерь в стали, которые пропорциональны квадрату напряжения. Остальные потери практически неизменны в области постоянной частоты вращения вала (потери механические и добавочные) или достаточно малы из-за малого тока холостого хода (электрические потери в обмотке статора р_эл = m I₀² r₁). Изменение тока холостого хода I₀ и коэффициента мощности cos j₀ определяется, главным образом, реактивной составляющей тока, которая создает магнитное поле в машине и соответствует ее кривой намагничивания.

 

 

Опыт короткого замыкания

 

Режимом короткого замыкания асинхронного двигателя называют режим, при котором ротор заторможен и замкнут на себя. Если на зажимы двигателя подано номинальное напряжение, то потребляемый при этом из сети ток I_КН в несколько раз выше номинального тока, I_КН = (4 – 7)I_Н. Поэтому при проведении опыта короткого замыкания на обмотку статора подается пониженное напряжение, чтобы ток не превышал 1,1 I_Н.

Характеристики короткого замыкания представляют собой зависимость тока I_К, потребляемой мощности P_К и коэффициента мощности cos j_К от подводимого напряжения U_К при коротком замыкании двигателя:

I_К; P_К; cos j_К = f (U_К).

Величина индуктивного сопротивления короткого замыкания асинхронной машины х_К, а также ток короткого замыкания зависят от взаимного положения зубцов статора и ротора. Поэтому при пониженном напряжении, медленно поворачивая ротор, надо отметить по амперметру наибольшее и наименьшее значения тока статора. Затем ротор при помощи механического устройства следует закрепить неподвижно в положении, соответствующем среднему значению тока.

Напряжение повышают до значения, при котором ток короткого замыкания достигает величины I_К = 1,1 I_Н, и записывают показания приборов. Подводимое напряжение затем уменьшают и записывают показания приборов. Получают 5 – 6 замеров при уменьшении тока короткого замыкания до нуля. Снятие характеристик от большего значения тока к меньшему необходимо для поддержания стабильности температурного режима машины. При увеличении тока, по мере достижения его больших значений, температура машины значительно увеличивается по сравнению с началом опыта, так как потери в меди пропорциональны квадрату тока. Принципиальный вид характеристик короткого замыкания представлен на рис. 1.2.

Мощность короткого замыкания Р_К, определяемая потерями в обмотках машины, практически пропорциональна квадрату напряжения короткого замыкания, так как ток короткого замыкания I_К почти пропорционален напряжению. Это объясняется сильным размагничиванием машины токами ротора, малым основным магнитным потоком и слабым насыщением магнитной цепи машины.

 

 

Таблица 2.1. Технические данные электрических машин постоянного и переменного тока, преобразователя угловых перемещений

Машина постоянного тока (тип 101.2)
Номинальная мощность, Вт
Номинальное напряжение якоря, В
Номинальный ток якоря, А	0,56
Сопротивление обмотки якоря и щеточного контакта Rа, Ом	70 – 80
Обмотка возбуждения имеет две обмотки – Е1–Е2 Е3–Е4
Возбуждение машины: независимое или параллельное – обмотки возбуждения соединяются последовательно; последовательное ‑ обмотки возбуждения соединяются параллельно.
Номинальный ток отдельной обмотки возбуждения, А	0,25
Напряжение одной обмотки возбуждения Uf, В	110 В
Сопротивление одной обмотки возбуждения Rf, Ом
КПД, %	57,2
Направление вращения	реверсивное
Номинальная частота вращения, мин^–1
Режим работы	двигательный, генераторный
Машина переменного тока (тип 102.1)
Число фаз на статоре
Число фаз на роторе
Схема соединения обмоток статора
Схема соединения обмотки ротора	Y
Сопротивление фазной обмотки Rа, Ом
Частота тока, Гц
синхронная машина
Номинальная активная мощность, Вт
Номинальное напряжение, В
Номинальный ток статора, А	0,26
Ток возбуждения холостого хода, А	1,6
Номинальное напряжение возбуждения, В
Номинальный ток возбуждения, А	1,85
Номинальная частота вращения, мин^–1
асинхронная машина
Номинальная полезная активная мощность, Вт
Номинальное напряжение, В
Номинальный ток статора, А	0,35
КПД, %
cos jH	0,73
Номинальная частота вращения, мин^–1
Преобразователь угловых перемещений (тип 104)
Модель	ВЕ 178А
Число выходных каналов
Число импульсов за оборот в серии
Диапазон изменения частот вращения вала, мин^-1	0... 6000

Переченьи данные аппаратуры стенда приведены в табл. 2.2.

 

Таблица 2.2. Перечень и технические данные аппаратуры стенда

Обозначение/Тип	Наименование	Параметры
G1/201.2	Трехфазный источник питания	~ 400 В / 16 А
G2/206.1	Источник питания постоянного тока	= от 0 до 250 В/ 3 А (якорь) = 220 В/ 1 А (возбужд.)
G3/209.2	Возбудитель синхронной машины	= от 0 до 40 В / 3,5 А
А2/347.1	Трёхфазная трансформаторная группа	~ 3´80 ВА/ 230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В
А6, А8 /301.1	Трехполюсный выключатель	~ 400 В / 10 А
А9/307.1	Реостат в цепи ротора машины переменного тока	3 ´ 0…40 Ом / 1 А
А10/306.1	Активная нагрузка	220 В / 3´0…50 Вт;
А11/308.1	Реостат	0…2000 Ом / 0.3 А
А13/323.2	Реостат	2×0…100 Ом / 1 А
Р1/508.2	Блок мультиметров	= ~ от 0 до 1000 В / от 0 до 10 А / от 0 до 20 МОм
Р2/507.2	Измеритель мощностей активной и реактивной	15; 60; 150; 300; 600 В / 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.
Р3/506.2	Указатель частоты вращения	минус 2000…0…плюс 2000 мин^-^1

 

Для работы стенда необходимо выполнить электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока с блоком трехфазного источника питания (рис. 2.1).

Для измерения электрических величин (тока, напряжения и омического сопротивления) используется электронный мультиметр. Для его подключения к цепи необходимо выполнить следующее:

- установить род тока (постоянный / переменный);

- выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

- правильно подсоединить зажимы мультиметра к измеряемой цепи (рис. 2.2 – 2.4).

На каждом стенде установлен блок из трех мультиметров, позволяющий иметь три прибора измерения тока и напряжения в любом количественном сочетании амперметров и вольтметров в пределах трех.

 

Рис. 2.2. Присоединение мультиметра (как вольтметра) для измерения напряжения

 

В качестве нагрузки асинхронного двигателя используется генератор постоянного тока независимого или параллельного возбуждения. Вид возбуждения в данном случае не играет роли. Принципиальные электрические схемы генератора при независимом и параллельном включениях показаны на рис. 2.5.

 

а) б)

 

Рис. 2.5. Схема соединений в генераторе постоянного тока

при независимом (а) и параллельном (б) возбуждении

 

Приведенные на схеме приборы в цепи возбуждения генераторов в данной лабораторной работе не нужны и могут использоваться для контроля тока в обмотках асинхронной машины. Необходимо только следить, чтобы напряжение на обмотке возбуждения машины постоянного тока не превышало 230 В. Вольтметр, измеряющий напряжение на зажимах якоря, также следует использовать для измерения напряжения на зажимах асинхронной машины. При необходимости он может быть переключен обратно на машину постоянного тока. Амперметр в цепи якоря необходим для контроля нагрузки генератора.

Для исследования работы асинхронной машины в режиме генератора необходим двигатель с плавным регулированием частоты вращения вала. В качестве такого двигателя используется машина постоянного тока. Возможные схемы электрических соединений в двигателе постоянного тока приведены на рис. 2.6. Все сказанное выше об использовании приборов справедливо и для приведенных схем машины в режиме двигателя.

а) б)

 

Рис. 2.6. Схема соединений в двигателе постоянного тока

при независимом (а) и параллельном (б) возбуждении

 

Независимое возбуждение двигателя постоянного тока предпочтительнее, так как позволяет регулировать частоту вращения вала агрегата точнее, чем при параллельном возбуждении, что важно при исследовании генераторного режима асинхронной машины.

При работе со стендом следует соблюдать несколько правил.

До сборки схемы следует убедиться, что все выключатели стоят в положении «ВЫКЛ», переключатели режимов работы источников питания в положении «РУЧН», регулятор напряжения источника питания постоянного тока вывернут в крайнее левое положение, соответствующее нулевому значению напряжения.

Точки заземления используемых блоков напрямую или через заземляющие точки других блоков должны быть соединены с заземляющими точками трехфазного источника питания стенда.

В ходе сборки схемы следует правильно устанавливать, а после сборки еще раз проверить режимы работы измерительных приборов, род тока и диапазон измеряемых величин.

Перед включением стенда схему должен проверить инженер-лаборант или преподаватель.

Не следует включать основной источник питания стенда при включенном источнике питания постоянного тока или при большом числе блоков с выключателями в положении «ВКЛ». При включении трехфазного источника питания это ведет к броску тока, срабатыванию устройства защитного отключения (УЗО) и отключению автоматических выключателей в одной или двух–трех фазах.

С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

 

 

Цель работы

 

Целью работы является испытание асинхронной машины с фазным ротором в двигательном и генераторном режимах, режимах холостого хода и короткого замыкания, ознакомление со способом пуска машины в ход, обучение построению круговой диаграммы и ее использованию.

 

Программа работы

 

1. Ознакомиться с конструкцией машины и записать ее паспортные данные.

2. Измерить и привести к рабочей температуре 75°С сопротивления фаз обмоток статора и ротора.

3. Определить коэффициент трансформации фазных напряжений двигателя с фазным ротором.

4.Осуществить пуск в ход и изменение направления вращения двигателя.

5. Снять и построить характеристики холостого хода двигателя:

I₀; P₀; Q₀; n₀; cosφ₀ = f (U₀).

6.Снять и построить характеристики короткого замыкания:

I_К; P_K; Q_К; cosφ_К = f (U_K).

7.Снять и построить рабочие характеристики машины с фазным ротором в двигательном и генераторном режимах:

I₁; P₁; Q₁; M₂; n; s; cosφ; η = f (P₂).

8. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания построить круговую диаграмму асинхронной машины и определить по ней эксплуатационные параметры в режиме номинальной нагрузки и все виды потерь.

 

Лабораторный стенд

 

Установка, электрическая схема которой представлена на рис. 3.1, состоит из асинхронной машины и сочлененного с ней нагрузочного генератора постоянного тока. Валы двигателя и генератора соединены муфтой, имеется специальное устройство для «стопорения» валов, необходимое при проведении опыта короткого замыкания.

 

 

Испытуемый двигатель подключается к трехфазному источнику напряжения (G1/201.2) через два последовательно включенных трансформатора (А2/347.1), линейный реактор (А14/314.2) и трехполюсный выключатель (А6/301.1). Напряжение на двигателе и потребляемый им ток измеряются двумя приборами блока мультиметров (Р1/508.2). Третий прибор включен как амперметр в цепь якоря генератора постоянного тока. В одну из фаз двигателя включен измеритель активной и реактивной мощностей (Р2/506.2). Электрическая схема изображена также в прил. В рис. В.1 в формате А4.

Паспортные данные машин приведены в табл. 2.1. Обозначение выводов обмоток статора и ротора асинхронного двигателя соответствуют табл. 1.1, 1.3. Нагрузку в фазах асинхронного двигателя можно считать симметричной, поэтому ток, напряжение и мощности двигателя измеряются в одной фазе. Для повышения точности измерения ваттметр имеет тумблер переключения в положение «х10», которое уменьшает цену деления в 10 раз, то есть измеренные данные согласно предельному значению шкалы Р_пр = U_пр ∙ I_пр,получаемому по установленным переключателями предельным значениям напряжения U_пр и тока I_пр, следует разделить на 10. Величина показаний реактивной мощности при этом не изменяется, а предельное значение шкалы определяется по установленным предельным значениям напряжения и тока Q_пр = U_пр ∙ I_пр .

Генератор постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения (ОВ) подключается на нагрузочное сопротивление R_Н (А10/306.1). Изменение нагрузки на валу асинхронного двигателя осуществляется регулированием тока возбуждения нагрузочного генератора, что ведет к изменению в нем тока якоря, создающего тормозящий момент относительно приводного двигателя, роль которого выполняет исследуемая асинхронная машина. Регулирование тока возбуждения осуществляется поворотом по часовой стрелке регулировочной рукоятки источника постоянного тока (G2/206.1). В начале регулирования заметна «мертвая зона».

Для осуществления генераторного режима асинхронной машины генератор постоянного тока с независимым возбуждением подключается на параллельную работу с сетью и служит в дальнейшем приводным двигателем при переводе асинхронной машины в режим генератора. Нагрузка асинхронного генератора изменяется регулированием напряжения на обмотке якоря двигателя постоянного тока, что ведет к изменению тока якоря приводного двигателя, создающего вращающий момент электромашинного агрегата, роль нагрузки в котором выполняет исследуемый асинхронный генератор.

Гнезда защитного заземления «» всех используемых устройств необходимо соединить с гнездом «РЕ» трехфазного источника питания G1. Перед началом работы переключатели режима работы источника постоянного тока G2 и выключателя А6 установите в положение «РУЧН.». В трехфазных трансформаторных группах А2 и А7 установите номинальное напряжение обмоток равным 220 В.

 

 

Методические указания

Опыт холостого хода

Характеристики холостого хода представляют собой зависимости тока, мощности активной и реактивной, частоты вращения вала и коэффициента мощности от величины подводимого к двигателю напряжения в режиме холостого хода:

I₀; P₀; Q₀; n₀; cosφ₀ = f (U₀).

Порядок проведения опыта холостого хода изложен в п. 1.5 данных методических указаний. Приборы, замеряющие ток, мощность и напряжение в цепях двигателя, выбираются по номинальному напряжению и величине тока холостого хода, который у асинхронных двигателей составляет 25 – 50 % от номинального тока. У исследуемого двигателя I_Н = 0,35 А и U_НЛ = 127 В. После пуска двигателя в ход выводят до нуля пусковые сопротивления в цепи ротора. При снятии характеристик в режиме холостого хода двигателя подводимое напряжение U₀ изменяется от повышенного значения, примерно на 10 – 20 % выше номинального U₀ = 1,2 U_Н, до величины U₀ = 0,4 U_Н, при которой еще возможна устойчивая работа двигателя. Дальнейшее снижение напряжения ведет к заметному уменьшению частоты вращения вала и увеличению потребляемого из сети тока. Для контроля этого эффекта полезно снять зависимость Q₀ и частоты вращения n₀ вала двигателя от величины напряжения холостого хода. Как только потребляемый из сети ток начнет расти по мере уменьшения напряжения, следует прекратить дальнейшее снижение напряжения и прервать проведение опыта.

Изменение напряжения на двигателе производится переключением отпаек обмоток трехфазных трансформаторных групп на первичной и вторичной сторонах. Следует иметь в виду, что переключение напряжения на первичной стороне трансформатора в сторону больших напряжений ведет к уменьшению напряжения на вторичной стороне. На вторичной стороне трансформатора для уменьшения напряжения на двигателе следует переключатель устанавливать на меньшие значения. Во всем диапазоне измерений делают 6 – 7 замеров. При этом обязательно надо снять точки при напряжении несколько выше номинального и ниже половины его номинального значения. Данные измерений занести в табл. 3.1.

В таблице приняты обозначения: U_0Л – линейное напряжение сети, В; I_0Л – линейный ток сети, А; P_W0 – активная мощность одной фазы, Вт; Q_W0 – реактивная мощность одной фазы, вар; n₀ – частота вращения вала, об/мин. Остальные величины пояснены в ходе расчета.

Таблица 3.1. Характеристики холостого хода

Из опыта	Из расчета
U0Л, B	I0Л, A	PW0, Вт	QW0, вар	n0, об/мин	U0Ф, B	Q0, вар	Р0, Вт	рэл1, Вт	рмх+рст+рд Вт	cosφ0

 

Реальные испытания асинхронного двигателя лучше проводить с использованием измерительных комплектов К50 или К505, которыми токи, напряжения и мощности могут измеряться в каждой фазе отдельно без переборки схемы. Ток и напряжение холостого хода берутся как средние арифметические значения токов и напряжений фаз. Мощность холостого хода Р₀ определяется суммированием модулей мощностей всех фаз. Измерения при использовании измерительных комплектов длительны, но позволяют получить более точную и достоверную информацию о машине (симметричность напряжений и токов, равенство сопротивлений фаз обмоток и т.д.). Нарушения симметрии напряжений и токов говорит о наличии витковых или фазных замыканий в обмотках двигателя. Эти измерительные комплекты используются и при испытаниях двигателя во всех других режимах работы.

Обработка результатов испытаний. Обмотки статора асинхронного двигателя соединены в звезду (Y). Поэтому линейное напряжение сети U_0Л равно линейному напряжению двигателя и определится по показанию вольтметра.

Потребляемый двигателем линейный ток холостого хода I_0Л, равный фазному току I_0Ф = I_0Л, определится показаниями включенного в цепь амперметра. Мощность, потребляемая двигателем из сети, равна утроенному показанию однофазного ваттметра, Р₀ = 3Р_W0. Аналогично определяется и потребляемая реактивная мощность, Q₀ = 3Q_W0.

После определения базовых величин режима холостого хода рассчитываются фазное напряжение двигателя и коэффициент мощности:

; .

Электрические потери в обмотке статора двигателя, сумма потерь в стали, механических и добавочных потерь машины определятся как

р_эл1 = 3(I_0Ф)² r_{1 75}; р_Σ = р_ст + р_мх + р_д = Р₀ – р_эл1.

 

Приняты следующие обозначения величин: р_эл1 – электрические потери в обмотке статора, Вт; I_0Ф – фазный ток, равный измеренному амперметром линейному току (I_0Ф = I_0Л), соединение «звезда» (Y), А; r_{1 75} – активное сопротивление фазы обмотки, приведенное к рабочей температуре 75^оС (см. п. 1.4), Ом; р_Σ – сумма потерь двигателя в стали, механических и добавочных, Вт; р_ст – потери в стали сердечника статора, Вт; р_мх – потери механические, Вт; р_д – потери добавочные, Вт; р_д = 0,005 Р_Н; P₀ – полная активная мощность холостого хода, Вт.

Потерями в обмотке ротора при холостом ходе обычно пренебрегают, так как ток холостого хода ротора мал, а потери в стали сердечника ротора пренебрежимо малы до скольжения s = 0,2, при котором частота перемагничивания не превышает 10 Гц. В расчетных данных должны быть результаты, позволяющие получить по построенным опытным кривым данные в точках, соответствующих номинальному напряжению U = U_Н и напряжению, равному половине его номинального значения, U = 0,5 U_Н.

По полученным результатам строят зависимости I₀; P₀; Q₀; n₀; cosφ₀ = f (U₀) на шкальной диаграмме согласно требованиям к техническому отчету [2, 3] (рис. А.2). Вид основных получаемых в опыте зависимостей показан на рис. 1.1. Неиспользованные результаты расчета потребуются в дальнейшем для построения круговой диаграммы двигателя.

Опыт короткого замыкания

Особенности проведения опыта короткого замыкания изложены в п. 1.5 данных методических указаний. Обмотка ротора двигателя замкнута накоротко – пусковые сопротивления в фазах ротора выведены до нуля, ротор двигателя застопорен. Перед началом опыта напряжение, подводимое к обмотке статора, должно быть снижено до минимально возможного значения, лучше до нуля. В этом следует убедиться, подключив к зажимам питающей сети (рис. 3.1, блок А6) только вольтметр при отключенном двигателе. Изменяют напряжение на двигателе установкой переключателей первичной и вторичной обмоток трехфазных трансформаторов на соответствующие отпайки. Наименьшее напряжение на двигателе достигается при установке переключателей первичных обмоток на отпайки 245 В, а вторичных переключателей – 133 В. Линейный реактор А14 должен быть обязательно включен в схему. Он служит для ограничения токов в цепях и более глубокого снижения напряжения на зажимах двигателя в режиме короткого замыкания.

Величины индуктивного сопротивления х_К и тока I_К двигателя в режиме короткого замыкания зависят от взаимного расположения зубцов ротора и статора. Поэтому следует подать на обмотку статора небольшое напряжение, при котором ротор еще не может развернуться, но возможен отсчет тока в обмотке статора по включенному амперметру. Медленно поворачивая ротор руками или специальным приспособлением для двигателей большой мощности, находят положение, соответствующее среднему значению тока в обмотке статора. В этом положении ротор закрепляется стопорящим устройством. В двигателе, используемом в лаборатории, положение ротора очень мало влияет на параметры двигателя. Поэтому специальная установка ротора относительно статора необязательна.