Измерение коэффициента трансформации

Под коэффициентом трансформации ЭДС обмоток двигателя k понимается отношение фазных ЭДС первичной (статора) и вторичной (ротора) обмоток двигателя. В асинхронных машинах соединение фаз обмотки ротора выполняется внутри машины, обычно звездой (Υ) и иногда треугольником (Δ). Поэтому замеряют линейные напряжения и, пересчитав их на фазные, находят коэффициент трансформации напряжения:

.

Коэффициент трансформации определяется только для машин с фазным ротором. При измерении пусковой реостат отключается, к зажимам ротора присоединяется вольтметр. Подается напряжение на обмотку статора и производится отсчет показаний вольтметров в цепи статора и ротора по всем фазам. Разность между соответствующими измеренными значениями при подключении к разным аналогичным точкам обмоток статора и ротора не должна превышать 1 %. Это является проверкой симметричности фаз машины. Для расчета коэффициента трансформации берут среднее арифметическое значение измеренных напряжений в статоре и роторе.

Для проверки правильности расчетов фазных напряжений по измеренным линейным напряжениям при данной схеме соединения обмоток можно измерить прибором значения фазных напряжений статора и ротора.

 

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.

При проведении опыта короткого замыкания напряжение сети после подключения застопоренного двигателя быстро повышают до такого значения, при котором ток двигателя для данной схемы соединения обмоток превышает номинальное значение на 10 – 15 %, и записывают показания приборов. У данного двигателя I_Н = 0,35 А. Затем подводимое напряжение постепенно уменьшают, делая при этом 5 – 6 замеров напряжения, тока и мощности. Напряжение следует уменьшить до минимально возможного значения. Данные опыта заносят в табл. 3.2.

В таблице приняты обозначения: U_КЛ – линейное напряжение сети, В; I_КЛ – линейный ток сети, А; P_WК – активная мощность одной фазы, Вт; Q_WК – реактивная мощность одной фазы, вар. Остальные величины пояснены в ходе расчета.

 

Таблица 3.2. Характеристики короткого замыкания

Из опыта	Из расчета
UКЛ, B	IКЛ, A	PWК, Вт	QWК, вар		UКФ, B	РК, Вт	zК, Ом	rК, Ом	хК, Ом	cosφК

 

Обработка результатов испытаний. Линейное напряжение сети U_К определится по показанию вольтметра. Фазное напряжение двигателя U_КФ = U_КЛ/√3. Фазный ток короткого замыкания I_К, равный линейному току, потребляемому двигателем, определится по показанию амперметра.

Мощность активная, потребляемая двигателем из сети, равна утроенному показанию ваттметра, Р_К = 3Р_WК. Показания ваттметра Р_WК умножаются на 3, так как прибор в силовую цепь включается как однофазный. Аналогично определяется и потребляемая двигателем реактивная мощность, Q_К = 3Q_WК.

По данным опыта короткого замыкания определяют сопротивления короткого замыкания и коэффициент мощности:

; ; ; .

Эти величины необходимо рассчитать также при номинальном значении тока двигателя I_К = I_Н и соответствующих этому току P_К и U_К. Требуемые для расчета значения величин определяют из построенных по результатам опыта графиков. На шкальных диаграммах по результатам опыта и проведенного расчета строят зависимости I_К; P_К; cos ; r_к; x_к = f (U_К) согласно требованиям к выполнению технического отчета [2, 3] (рис. А.2). Вид основных характеристик режима короткого замыкания представлен на рис. 1.2.

По результатам опыта короткого замыкания можно рассчитать начальный пусковой ток двигателя I_П при прямом пуске от сети и кратность пускового тока k_п:

I_П = I_Н U_Н/U_К; k_п = I_П/I_Н.

Здесь I_Н и U_Н – соответственно номинальный ток и номинальное напряжение двигателя; U_К – напряжение короткого замыкания двигателя, которое соответствует номинальному току I_Н двигателя при проведении опыта короткого замыкания. Величина кратности пускового тока асинхронных двигателей согласно требованиям стандартов должна находиться в диапазоне 4,0 – 7,5.

По известным сопротивлениям короткого замыкания двигателя, соответствующим номинальному току, можно определить активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора, R₂ = r_к – r₁, где r₁ – сопротивление фазы обмотки статора двигателя, измеренное омметром. Далее можно рассчитать начальный пусковой момент асинхронного двигателя М_П, используя значения номинального напряжения при прямом пуске или их соответствующие значения при других видах пуска.

.

Здесь m – число фаз, обычно равное 3; p – число пар полюсов двигателя; f – частота напряжения сети, Гц.

Если измерить омметром сопротивление фазы обмотки ротора r₂, то можно рассчитать величину добавочного активного сопротивления r_2д, которое необходимо включить в цепь ротора двигателя, чтобы приведенное сопротивление R_2П обеспечивало максимальный начальный пусковой момент:

. r_2п = r₂ R_2П/ R₂. r_2д = r_2п – r₂.

В приведенных формулах большие буквы обозначают для сопротивлений теоретические величины с учетом их приведения к Г-образной схеме замещения. Маленькими буквами обозначены сопротивления, величины которых можно измерить или рассчитать по опытным данным. Полученные значения пусковых сопротивлений приблизительны, так как при их расчете не учитываются некоторые факторы.