Правила техники безопасности

 

Работа имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при ее выполнении. Следует помнить, что при сборке схемы сначала собираются силовые токовые цепи, а вольтметры включаются в последнюю очередь.

Перед началом работы следует убедиться в следующем:

– гнезда защитного заземления «» всех используемых устройств соединены с гнездом «РЕ» трехфазного источника питания G1;

– режимы работы каждого прибора в блоке мультиметров установлены правильно;

– переключатели режима работы источника постоянного тока G2 и выключателя А6 установлены в положение "РУЧН.";

– в трехфазных трансформаторных группах А2 и А7 установлены необходимые напряжения первичных и вторичных обмоток.

Перед подачей напряжения на схему при испытании двигателя в режиме короткого замыкания следует убедиться, что подаваемое на двигатель напряжение минимально. Для этого переключатели первичных обмоток трехфазных трансформаторных групп А2 и А7 устанавливают на отпайку 245 В, а вторичных напряжений – на отпайку 133 В. Получению минимального напряжения способствует и включение линейного реактора А14.

Установка зубцов ротора относительно зубцов статора для машины, используемой в лаборатории, не имеет смысла. Для проведения опыта короткого замыкания необходимо «стопорить» вал машины специальным устройством на муфте, соединяющей двигатель и генератор. До снятия рабочих характеристик и проведения опыта холостого хода надо убедиться, что затяжка винта стопорного устройства ослаблена и вал легко вращается.

Напряжение подается на схему только после проверки ее преподавателем или дежурным лаборантом и только на время проведения опыта. Не забудьте отключить стенд после работы!

 

 

Методические указания

 

Измерение сопротивления обмоток

Измерение сопротивления обмоток электрической машины производится методом амперметра и вольтметра перед началом работы, когда можно считать температуру ее обмоток равной температуре окружающей среды. Измерение проводится при трех разных значениях тока, после чего определяется среднее значение сопротивления, которое и приводится к рабочей температуре обмотки. Для обмоток класса изоляции Y, A, E и B за рабочую температуру приняты 75^оС, а для обмоток класса изоляции F, H и C – 115^оС. При измерении сопротивления обмоток желательно в качестве источника тока использовать аккумуляторную батарею.

Так как практика измерения сопротивлений осваивается студентами в курсе ТОЭ, то в лаборатории электромеханики сопротивления обмоток измеряются одним из приборов блока мультиметров, включенным на режим измерения сопротивлений – режим омметра. Следует измерить сопротивления всех фаз обмотки статора и найти их среднее значение. Далее полученное сопротивление фазы обмотки приводится к рабочей температуре 75^оС.

 

Пуск двигателя и изменение направления вращения

Перед пуском асинхронного двигателя установите в обеих секциях трехфазного пускового реостата А9, включенного в цепь обмотки ротора, сопротивление 8 Ом. Пуск двигателя в ход осуществляется как машины с фазным ротором, в котором ограничение пускового тока производится за счет ограничения тока в обмотке ротора путем включения в нее добавочного активного пускового сопротивления. В трехфазной трансформаторной группе А7 установите переключатели напряжения первичных и вторичных обмоток на отпайки 220 В. В трехфазной трансформаторной группе А2 установите переключатель напряжения первичной обмотки на отпайку 220 В, а вторичной обмотки – на отпайку 133 В. Осуществите пуск в ход асинхронного двигателя последовательным включением трехфазного источника напряжения G1 и трехполюсного выключателя А6.

Для изменения направления вращения двигателя необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора, для чего достаточно изменить чередование фаз напряжения, подаваемого на зажимы двигателя. С это целью после отключения трехполюсным выключателем А6 двигателя от сети надо поменять местами два любых фазных провода в точках их подключения к обмотке статора. Следует убедиться в реальности метода. Переключение фаз осуществлять только на отключенном от сети двигателе.

После запуска двигателя следует вывести до нуля пусковые сопротивления в роторе. Для этого переключатели обеих секций пускового реостата А9 надо установить в нулевое положение.

Для дальнейшей работы чередование фаз двигателя должно соответствовать необходимому направлению вращения генератора постоянного тока. Так как используемая в данной работе машина постоянного тока может иметь любое направление вращения, то направления вращения асинхронного двигателя при проведении испытаний может быть любым.

Студенты-электромеханики осуществляют пуск асинхронного двигателя методом снижения подаваемого на его зажимы напряжения. Для этого обмотку статора собирают по схеме «треугольник» (Δ), номинальное фазное напряжение равно 220 В. Запускают двигатель по описанной выше последовательности действий. После пуска вторичную обмотку трансформаторной группы А2 с отпайки 133 В переключают на отпайку 220 В. Изменение направления вращения производится аналогично описанному выше. Пуск двигателя всегда осуществлять при линейном напряжении 133 В с последующим переключением на 220 В.

 

Опыт холостого хода

Характеристики холостого хода представляют собой зависимости тока, мощности активной и реактивной, частоты вращения вала и коэффициента мощности от подводимого 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. Измерительные приборы, замеряющие ток и мощность, выбираются по величине тока холостого хода. У асинхронных двигателей он составляет 25 – 50 % от номинального тока, а для двигателей малой мощности до 80 %. Подводимое к двигателю напряжение U₀ изменяется от повышенного на 10 – 20 % относительно его номинального значения U₀ = 1,2 U_Н до величины U₀ = 0,4 U_Н, при которой еще возможна устойчивая работа двигателя. У исследуемого двигателя I_Н = 0,35 А и U_НЛ = 127 В. Дальнейшее уменьшение напряжения ведет к заметному снижению частоты вращения вала и увеличению потребляемого тока. Для контроля этого эффекта полезно снять зависимость реактивной мощности 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 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 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 надо снять точку при напряжении несколько ниже половины его номинального значения. Данные измерений занести в табл. 4.1.

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 4.1. 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

 

Студенты-электромеханики проводят опыт на типовом асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором при включении обмоток статора треугольником (Δ).

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.).

Обработка результатов испытаний. Обмотки статора асинхронного двигателя соединены звездой (Y). Поэтому линейное напряжение сети U_0Л равно линейному напряжению двигателя и определится по показанию вольтметра. Потребляемый двигателем из сети линейный ток холостого хода I_0Л, равный фазному току, определится по показанию включенного амперметра I_0Ф = I_0Л.

Мощность, потребляемая двигателем из сети, равна утроенному показанию однофазного ваттметра, Р₀ = 3Р_W0. Аналогично находится и потребляемая реактивная мощность, Q₀ = 3Q_W0.

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

; .

Электрические потери в обмотке статора двигателя, сумма потерь механических, в стали и добавочных потерь машины определятся по формулам:

р_эл1 = 3(I_0Ф)² r_{1 75}; р_Σ = р_мх + р_ст + 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), схема обмоток «звезда» (Y), А; r_{1 75} – активное сопротивление фазы обмотки, которое приведено к рабочей температуре 75^оС (см. п. 1.4), Ом; р_Σ – сумма потерь двигателя механических, в стали сердечника и добавочных, Вт; р_мх – механические потери, Вт; р_ст – потери в стали сердечника статора, Вт; р_д – добавочные потери, р_д = 0,005 Р_Н, Вт; 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 точки, соответствующие номинальному напряжению U = U_Н и напряжению, равному половине его номинального значения, U = 0,5 U_Н. По полученным результатам опыта строят зависимости I₀; P₀; Q₀; n₀; cosφ₀ = f (U₀) на шкальной диаграмме согласно требованиям к техническому отчету [2, 3] (рис. А.2). Вид получаемых зависимостей показан на рис. 1.1. Неиспользованные результаты расчета потребуются в дальнейшем для построения круговой диаграммы двигателя.

 

Только для студентов-электромехаников!

Обработка результатов испытаний при включении обмоток статора треугольником (Δ). Обмотки статора асинхронного двигателя соединены треугольником (Δ), поэтому линейное напряжение сети U_0Л равно напряжению фазы U_0Ф двигателя и соответствует показанию вольтметра (U_0Ф = U_0Л). Линейный ток холостого хода I_0Л двигателя больше фазного тока I_0Ф.

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 фазный ток двигателя и коэффициент мощности:

; .

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

р_эл1 = 3(I_0Ф)² r_{1 75}^о = (I_0Л)² r_{1 75}^о; р_Σ = р_мх + р_ст + р_д = Р₀ – р_эл1.

Приняты следующие обозначения величин: р_эл1 – электрические потери в обмотке статора, Вт; I_0Ф – фазный ток, А, r_{1 75}^о – активное сопротивление фазы обмотки, приведенное к рабочей температуре 75^оС (см. п. 1.4), Ом; р_Σ – сумма потерь двигателя механических, в стали и добавочных, Вт; р_мх – механические потери, Вт; р_ст – потери в стали, Вт; р_д – добавочные потери р_д = 0,005 Р_Н, Вт; 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. Построенные опытные кривые должны включать в себя точки, соответствующие номинальному напряжению U = U_Н и напряжению, равному половине его номинального значения, U = 0,5 U_Н. По полученным результатам опыта строят зависимости I₀; P₀; Q₀; n₀; cosφ₀ = f (U₀) на шкальной диаграмме согласно требованиям к техническому отчету [2, 3] (рис. А.2). Вид получаемых зависимостей показан на рис. 1.1. Неиспользованные результаты расчета потребуются в дальнейшем для построения круговой диаграммы двигателя.

 

Опыт короткого замыкания

В опыте короткого замыкания ротор двигателя должен быть замкнут накоротко и застопорен. Напряжение, подводимое к обмотке статора, должно быть снижено до минимально возможного значения. Следует убедиться в малом значении напряжения, подключив к зажимам питающей сети (трехполюсный выключатель А6, рис. 4.1.) вольтметр при отключенном двигателе. Изменяют напряжение на двигателе установкой переключателей первичной и вторичной обмоток трехфазных трансформаторов на соответствующие отпайки. Наименьшее напряжение, даваемое трансформатором, достигается при установке переключателей первичных обмоток на отпайки 245 В, а вторичных – на отпайки 133 В. Особенности проведения опыта короткого замыкания изложены в п. 1.5 данных методических указаний.

Величины индуктивного сопротивления х_К и тока I_К 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 специальным стопорящим устройством. В двигателе, используемом в лаборатории, положение ротора мало влияет на параметры двигателя. Поэтому специальная установка ротора относительно статора необязательна.

При проведении опыта короткого замыкания напряжение сети быстро повышают до такого значения, при котором ток двигателя для данной схемы соединения обмоток превышает номинальное значение на 10 – 15 %, и записывают показания приборов. Затем подводимое напряжение уменьшают до нуля, делая при этом 5 – 6 замеров напряжения, тока и мощности. Данные опыта заносят в табл. 3.2.

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

 

Таблица 4.2. 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

 

Студенты-электромеханики проводят опыт на типовом асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором при включении обмоток статора звездой (Y) для уменьшения протекающих по двигателю токов. Номинальный ток фазы двигателя 0,42 А.

 

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 также рассчитать при номинальном значении тока двигателя I_К = I_Н и соответствующих данному току P_К и U_К. Требуемые для расчета значения величин определяют из построенных по опытным данным графиков. На шкальной диаграмме строят зависимости I_К; P_К; cos = f (U_К) по результатам опыта и расчета согласно требованиям к выполнению технического отчета [2, 3] (рис. А.2). Вид получаемых характеристик 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 сети, равное 3; p – число пар полюсов двигателя; f – частота напряжения сети, Гц. 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. Они не тождественны, так как при расчете из опытных данных не учитываются некоторые факторы.