И ротора асинхронного двигателя

 

Измерение омического сопротивления обмоток производится методом падения напряжения на сопротивлении (метод амперметра и вольтметра), реже используются методы одиночного или двойного моста [1]. В качестве источника питания целесообразно использовать аккумуляторную батарею, дающую напряжение без пульсаций и таких величин, которые позволяют использовать измерительные приборы высокой точности.

Измерение сопротивлений асинхронной машины согласно ГОСТ 183-74 необходимо провести на практически холодной машине. Температура любой части машины не должна отличаться от температуры окружающей среды более чем на ±3°С. Если непосредственное измерение температуры обмоток невозможно, то до измерения сопротивления обмоток машина должна находиться определенное время в нерабочем состоянии. Для двигателей мощностью от 0,6 до 10 кВт это время составляет не менее 5 ч, для двигателей мощностью от 10 до 1000 кВт – не менее 8 ч.

Все измерения сопротивлений обмоток статора производятся при неподвижном роторе. Для правильного измерения сопротивления фаз обмотки статора необходимо знать схему соединения фаз обмотки и количество выводных концов. Существует несколько типичных случаев.

1. Обмотка статора имеет 6 выводных концов и предназначена для соединения фазных обмоток как в треугольник, так и в звезду. В этом случае легко измерить сопротивление каждой фазы и определить среднее значение сопротивления фазы обмотки.

2. Обмотка статора соединена в звезду или в треугольник наглухо, нейтраль (нулевой провод) на щиток не выводится. При этом на щитке двигателя имеется только 3 вывода, и непосредственно измерить сопротивление каждой фазы в отдельности не представляется возможным.

Если обмотка трехфазного двигателя соединена звездой, то измеряют сопротивления r_АВ, r_ВС, r_СА на линейных зажимах А-В, В-С и С-А. В этом случае

r_АВ = r_А + r_В; r_ВС = r_В + r_С; r_СА = r_С + r_А.

Здесь r_A, r_B, r_C – сопротивления фазных обмоток. Тогда сопротивления фаз рассчитываются соответственно по формулам

; ; .

Обычно r_AB = r_BC = r_CA. В этом случае берут их среднее арифметическое значение:

; r_A = r_B = r_C= 0,5 r_cp.

Если обмотки соединены в треугольник, то аналогично предыдущему случаю производят три измерения сопротивлений на линейных зажимах А-В, В-С и С-А, определяют среднее арифметическое значение результатов измерений r_cp, а затем рассчитывают сопротивление фазы:

.

3. В асинхронных двигателях с фазным ротором обмотка ротора присоединена внутри машины к контактным кольцам и имеет обычно соединение фаз в звезду. При этом на щиток двигателя выводятся три конца от щеток, наложенных на кольца. Измерительную схему присоединяют к выводным концам, а вольтметр при помощи щупов включают непосредственно на контактные кольца, чтобы исключить переходное сопротивление контактов щеток. В дальнейшем опыт ведется так же, как для обмотки статора при глухой звезде. Возможно и включение обмотки ротора по схеме треугольника.

В общем случае сопротивление обмоток асинхронных двигателей приводится к рабочей температуре (изоляции класса В соответствует температура 75°С, класса F – 115°С) по формуле

.

Здесь θ_p, r_p – температура и соответствующее ей сопротивление обмотки в рабочем состоянии; θ_x и r_x – температура и соответствующее ей сопротивление в холодном состоянии; α = 1/(235 + θ_Х) – температурный коэффициент меди.

При измерении сопротивления фаз обмоток фиксируют температуру θ_Х окружающей среды и относительно нее приводят сопротивление фазы к рабочей температуре машины.

 

 

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.