Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по разделу «Асинхронные машины» дисциплины «Электрические машины». Кононенко К.Е., Волчихин В.И

где r_v – сопротивление вольтметра, Ом.

Если сопротивление вольтметра r_v значительно больше сопротивления r₁ (r_v > r₁100), то:

, Ом

Рис. 4.

В общем, случае метод амперметра-вольтметра отличается невысокой точностью, ввиду влияния внутренних сопротивлений приборов. Для более точного измерения сопротивлений применяет методы сравнения мостовой и компенсационный.

Активное сопротивление фазы обмотки статора несколько больше его сопротивления постоянному току. Это объясняется тем, что плотность переменного тока распределяется неравномерно по сечению проводника из-за поверхностного эффекта (вытеснения тока к поверхности проводника). При частоте 50 Гц и малых площадях сечения проводников обмотки статора, этой разницей обычно пренебрегают.

Во избежание повреждения вольтметр следует включать только по достижении установившегося значения тока в обмотке я отключать перед каждым изменением тока.

Сопротивление должно быть измерено во всех трех фазах. За действительное сопротивление фазы принимается среднее арифметическое значение. При дальнейших расчетах и построении круговой диаграммы используется сопротивление фазы, приведенное к расчетной рабочей температуре 75 °С:

, Ом

где   температура обмотки статора при опыте, равная примерно температуре окружающего воздуха,С;

r_  активное сопротивление, найденное при  С, Ом.

Результаты измерений и расчётов заносятся в таблицу 1.

Таблица 1

3.3. Осуществить пуск в ход асинхронного двигателя и изменить направление его вращения

Наиболее простым способом пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является прямой пуск, когда обмотка статора включается в сеть на номинальное напряжение. Пусковой ток достигает при этом значений порядка I_п = (47)I_1н.

В данной работе пуск асинхронного двигателя осуществляется в следующем порядке. Собираем схему, как показано на рис.5. Обмотка статора соединяется в звезду. Линейным пускателем Л1 подаем на стенд переменное напряжение (220 В). Выключателем S1 включаем индукционный регулятор (ИР). Устанавливаем на выходе ИР номинальное напряжение

U_1н = 380 В, и двигатель без нагрузки пускаем в ход, включая выключатель S2. Заметим направление вращения ротора. Отключается двигатель от сети выключателем S2.

Рис. 5

Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить порядок чередования фаз обмотки статора. При отключенном индукционном регуляторе (выключатели S2 и S1 разомкнуты) меняем местами два любых линейных провода на зажимах выключателя S2. Пускаем двигатель в ход и убеждаемся в том, что направление вращения ротора изменилось.

3.4. Снять характеристики холостого хода

Опыт холостого хода производится при работе двигателя без нагрузки на валу по схеме рис.5. Обмотка статора соединена звездой.

Линейным пускателем Л1 подаем напряжение на стенд. Включаем S1 и устанавливаем на выходе ИР номинальное напряжение U₁ = 380 В. Выключателем S2 пускаем в ход двигатель. По показаниям приборов убеждаемся, что двигатель работает нормально. Ток холостого хода асинхронных двигателей мощностью Р = 1  10 кВт ориентировочно равен

I₀ = (0,2  0,5)I_1н.

Устанавливаем напряжение ИР , равное U₁ = U_1н = 380 В и показания приборов записываем в таблицу 2. Уменьшая напряжение до U = 100 В, делаем еще несколько замеров (5  6 точек).

Таблица 2

Необходимые расчетные данные таблицы 2 определяются так:

Мощность холостого хода

Коэффициент мощности при холостом ходе

По данным таблицы 2 построить характеристики холостого хода Р₀(U₁), I₀(U₁), cos₀(U₁), общий вид которых показан на рис.6. Объяснить вид полученных кривых.

По результатам опыта при номинальном напряжении (U₁ = 380 В) производим разделение потерь холостого хода на электрические  Р_эл, потери в стали  Р_с и механические  Р_мех. Электрические потери равны:

Для разделения потерь Р_с и Р_мех строим зависимость , как показано на рис. 7. Эта зависимость близка к прямой, так как кривая представляет собой квадратичную параболу для слабонасыщенных машин (P_с  U₁,

Р_мех = const).

Порядок построения этой зависимости следующий. По оси абсцисс откладываем значения в относительных единицах. Для каждого замера опыта холостого хода определяем электрические потери и по оси ординат откладываем величину потерь . Продолжив прямую

до пересечения с осью ординат, получим отрезок ОД. Тогда для U₁ = 1,0 имеем Р_мех = АВ и Р_с = BC.

3.5. Снять характеристики короткого замыкания

Опыт короткого замыкания производится по схеме, показанной на рис. 5, при неподвижном роторе и пониженном напряжении U₁ в следующем порядке.

Тормозным устройством ротор фиксируют в неподвижном состоянии. Линейным пускателем Л1 подаем напряжение на стенд.

Выключателем S1 подключаем индукционный регулятор к сети U = 220 В и устанавливаем на выходе ИР минимальное напряжение U₁ = 100 В. Выключателем S2 это напряжение подается к обмотке статора. Изменяя U₁ устанавливаем значения токов короткого замыкания I_к = 1,25; 1,0; 0,75;0,5; 0,25 от I_1н.

Показания приборов записываем в таблицу 3. Во избежание значительного изменения температуры обмоток за время опыта отсчеты показаний приборов надо производить быстро (на каждый опыт не более 3 с), замеры начинать с наибольшего значения тока короткого замыкания

.

Рис. 6. Рис.7

Таблица 3

Потери короткого замыкания и коэффициент мощности при коротком замыкании определяются так:

и

По данным таблицы 3 построить характеристики короткого замыкания Р_к(U_к), I_к(U_к), cos_к(U_к), общий вид которых приведен на рис. 8.

Рис. 8.

По результатам расчёта определяем действительный ток в фазе при коротком замыкании, соответствующий номинальному напряжению

U₁ = 380 В при расчётной рабочей температуре обмоток 75 С.

где I_кн – фазовый ток короткого замыкания при номинальном напряжении;

Z_к – полное сопротивление короткого замыкания, определяемое по результатам опыта;

Z_к75  полное сопротивление короткого замыкания, при расчётной рабочей температуре 75 С.

Фазовый ток короткого замыкания при номинальном напряжении:

Полное сопротивление короткого замыкания, определяемое по результатам опыта:

Полное сопротивление короткого замыкания, при расчётной рабочей температуре 75 С.

где r_к75 – активное сопротивление короткого замыкания при расчётной рабочей температуре 75 С;

x_к – индуктивное сопротивление короткого замыканиия;

Для определения тока I_кн75 необходимые расчетные величины берутся из таблицы 3 для тока короткого замыкания I_к = I_1н.

Активное сопротивление короткого замыкания

Индуктивное сопротивление короткого замыкания

Активное сопротивление короткого замыкания при расчётной рабочей температуре 75 С

Температура окружающей среды:  = 20 С.

Приведенное активное сопротивление обмотки ротора

3.6. Построить круговую диаграмму

Круговую диаграмму асинхронного двигателя отроят согласно

ГОСТ 7217-66 по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания.

Откладываем вектор фазового напряжения U_1ф = 220 В в произвольном масштабе по оси ординат (рис.9). Векторы фазных токов холостого хода O₁O₂ = I_онф / m_i и короткого замыкания O₁K = I_кн75 / m_i сдвинуты относительно вектора напряжения на соответствующие углы _он и _к. Масштаб тока выбираем равным m_i = 0,20 А/мм.

Из точки О₂О параллельно вектору напряжения откладываем отрезок О₂О, равный механическим потерям Р_мех (в масштабе m_p = 3U_1фm_i10^-3 кВт/мм), и находим вектор тока I_оо = О₁О идеального холостого хода (при s = 0). Этот ток остается постоянным при различных нагрузках двигателя. Из точки О проводим линию OG параллельно оси абсцисс и линию ОД под углом 2 к линии OG. Угол  определяют выражением:

где U_1ф – фазовое номинальное напряжение.

Центр окружности С находится на пересечении перпендикуляра восстановленного из середины хорды ОК, с линией ОД. Проводим окружность радиусом СО. Хорда ОК является линией механической мощности.

Для нахождения точки В (s = ) из точки К на линию ОД опускаем перпендикуляр и делим его на два отрезка в отношении:

Хорда ОВ является линией электромагнитной мощности. Каждая точка на окружности характеризует режим работы асинхронной машины:

и

При изменении нагрузки асинхронного двигателя концы векторов тока статора и ротора перемещаются по окружности от точки O₂ (xoлостой ход) до точки К (короткое замыкание).

3.7. Построить рабочие характеристики двигателя по данным круговой диаграммы

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости: Р₁(Р₂), I₁(Р₂), cos(Р₂), s(Р₂), (Р₂). Для построения этих характеристик задаемся несколькими значениями тока статора (I₁ = 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 от I_1н).

Откладываем векторы токов на окружности диаграммы и для каждой точки определяем значения необходимых величин.

Для примера рассмотрим точку А на окружности токов. Из начала координат откладываем вектор ОA = I₁/m_i, заданного тока статора до пересечения с окружностью (точка А). Из диаграммы следует, что ток в цепи ротора равен .

Для определения коэффициента мощности из точки O₁ проводим часть окружности радиусом 100 мм. Находим точку h пересечения вектора тока статора (или его продолжения) с этой окружностью. Проекция точки h на ось ординат определяет величину коэффициента мощности.