Лабораторная работа №14

Кафедра «Электроснабжение»

 

 

Лабораторные работы

по дисциплине

«Электрические машины»

для студентов электротехнических специальностей

 

 

Часть II

 

Трансформаторы и асинхронные машины

 

Минск

ПРАВИЛА

техники безопасности и работы

в лаборатории электрических машин

 

1. Работа в лаборатории разрешается только после инструктажа по технике безопасности.

2. При работе необходимо быть предельно внимательным и осторож­ным, чтобы избежать соприкосновения с токоведущими или враща­ющимися частями, нельзя проникать за ограждения.

3. Включать установку можно только после получения разрешения преподавателя.

4. Изменения в схеме производить только при обесточенной установ­ке.

5. При выполнении задания нельзя заниматься посторонними делами, ходить без дела по лаборатории.

6. При перерывах необходимо обесточивать установку.

7. Запрещается выполнение работы при отсутствии преподавателя или лаборанта, а также одному студенту.

8. При неисправностиили несчастном случае немедленно отключить установку и известить преподавателя.

 

 

Лабораторная работа №13

 

 

Исследование многоскоростного

асинхронного двигателя

 

Цель работы

Изучение способов регулирования частоты вращения и характеристик многоскоростных асинхронных двигателей.

 

План выполнения работы

 

1. Ознакомиться с установкой, записать паспортные данные ис­следуемого двигателя, нагрузочного генератора, реостатов, измери­тельных приборов.

2. Собрать схему согласно рис. 13.1 для исследования характе­ристик двигателя при частоте вращения 1500 об/мин. Включить двига­тель и, не возбуждая нагрузочный генератор, записать показания приборов, соответствующие холостому ходу двигателя. Возбудить нагрузочный генератор. Установить номинальное напряжение генератора и поддерживать его постоянным в процессе снятия характеристик. Включить рубильник Р3 и, уменьшая сопротивление нагрузочного реостата R_нг, нагрузить генератор, следовательно, и испытуемый двигатель. Нагружать двигатель до I₁ = 1,2 I_н. Показания приборов записать в табл. 13.1.

 

 

Рис. 13.1. Схема экспериментальной установки.

Таблица 13.1

№ п.п.

Измерено

Вычислено

I1, А

U1, B

P1, Вт

Iнг, А

Uнг, В

Iв, А

n, об/мин

Р2, Вт

М, Нм

h, %

cosj

s, %

 

3. Собрать схему согласно рис. 13.1 для исследования харак­теристик двигателя при частоте вращения 750 об/мин. Выполнить все измерения аналогично п.2. Данные опыта занести в табл. 13.1.

Методический указания

Частота вращения ротора асинхронного двигателя может регулироваться изменением частоты вращения поля (регулиро­ванием частоты питающего напряжения f или числа пар полюсов р) и изменени­ем скольжения (например, введением реостата в цепь ротора).

n = (13.1)

Изменение числа пар полюсов дает возможность ступенчатого регу­лирования частоты вращения в многоскоростных асинхронных двигате­лях со специальной обмоткой. Полюсно-переключаемый двигатель мо­жет быть выполнен с одной обмоткой или двумя независимыми обмотками, каждая из которых имеет свое число полюсов.

В однообмоточных двигателях переключение числа полюсов достигается изменением направления тока в части обмотки. На рис. 13.2 и 13.3 показаны некоторые принципиальные схемы соединения полюсно-переключаемых обмоток.

 

 

Рис. 13.2.

 

а) б) в)

Рис. 13.3. Схемы соединения полюсно-переключаемых обмоток.

На рис. 13.2 представлена схема с переключением «звезда» - «звезда», на рис. 13.3 - схема «звезда» - «двойная звезда» и «тре­угольник» - «двойная звезда».

В общем случае полюсно-переключаемой обмотки момент двигате­ля прямо пропорционален индукции в воздушном зазоре

М_II : М_I » B_II : B_I, (13.2)

а индукция в зазоре изменяется пропорционально изменению напряже­ния, числу полюсов и обратно пропорционально числу вит­ков:

B_II : B_I = : . (13.3)

Мощность же двигателя прямо пропорциональна величине момен­та и частоте вращения, поэтому

P_II : P_I = : . (13.4)

На основании (13.2) – (13.4) можно установить, как изменяют­ся располагаемые, т.е. допустимые с точки зрения нагрева, момент и мощность, при переключении полюсов. (Индекс II относится к боль­шему числу полюсов, следовательно, к меньшей частоте вращения).

При соединении обмоток «звезда» (2р_II = 4) - «звезда» (2р_I = 2) U_II = U_I, w_II = w_I и Р_II = 2Р_I. На основании соотно­шений (13.2) и (13.3) в этой схеме М_II : М_I = 2, т.е. момент изменяется обратно пропорционально частоте вращения ротора, а мощность Р_II : Р_I = 1 остается неизменной.

При соединении обмоток «звезда» (2р_II = 4) - «двойная звез­да» (2р_I = 2) U_II : U_I = ½, w_II = w_I, Р_II : Р_I = 2, поэтому момент, развиваемый двигателем М_II : М_I = 1 ос­тается неизменным.

При других схемах соединения отношение индукций B_II : B_I имеет следующие значения:

1. «Звезда» (р_II при последовательном включении полуобмоток) – «треугольник» (р_I при параллельном включении полуобмоток) B_II : B_I = 1,16.

2. «Треугольник» (р_II при последовательном включении по­луобмоток) - «двойная звезда» (р_I при параллельном включении полуобмоток) B_II : B_I = 1,73.

Рабочие и механические характеристики по опытным данным рас­считываются согласно методическим указаниям лабораторной рабо­ты №16.

Содержание отчета

1. Паспортные данные исследуемого двигателя, нагрузочного ге­нератора, измерительных приборов.

2. Схема установки.

3. Механические и рабочие характеристики двигателя при обо­их числах полюсов двигателя.

Контрольные вопросы

1. Поясните принцип переключений числа полюсов в многоско­ростных асинхронных двигателях.

2. Докажите, что вращающий момент двигателя зависит от ин­дукции.

3. Покажите, что индукция при переключении полюсов изменяет­ся прямо пропорционально напряжению, числу полюсов и обратно про­порционально числу витков.

4. Покажите на основании соотношений (13.2) - (13.4) как из­меняется индукция, вращающий момент, мощность двигателя при пере­ключении числа полюсов по схеме «треугольник» - «двойная звезда» («звезда» - «треугольник»). Начертите схему.

5. Что означает выражение: двигатель выполняется с постоян­ным моментом или с постоянной мощностью?

6. Какие еще вы знаете способы регулирования частоты вращения ротора асинхронных двигателей? Как они осуществляются? В чем их достоинства и недостатки?

Лабораторная работа №14

Исследование индукционного регулятора

Цель работы

Изучение свойств асинхронной машины в режиме индук­ционного регулятора.

План выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией индукционного регулятора. За­писать паспортные данные машины и измерительных приборов.

2. Собрать схему согласно рис. 14.1.

3. Снять зависимость выходного напряжения U₂ в зависи­мости от положения ротора a при постоянном подведенном на­пряжении 0,5U_н. При снятии характеристики ротор регулятора поворачивать каждый раз на 30°. Характеристику снять в пределах изменения угла поворота ротора от 0 до 360°. Данные изме­рений занести в табл. 14.1.

 

Таблица 14.1

№ п.п.	Измерено	Вычислено
U1, B	a, град	U2, B	I, A	E2, B	U2, B

 

Методические указания

Индукционный регулятор представляет собой асинхронную маши­ну с неподвижным фазным ротором и применяется для регулирования выходного напряжения. Схема включения индукционного регулятора представлена на рис. 14.1.

 

Рис. 14.1. Схема экспериментальной установки.

Рис. 14.2. Рис. 14.3.

Трехфазное напряжение подается на обмотку ротора. Намагни­чивающий ток создает магнитный поток, вращающийся с n = f/p, об/с. Предположим, что магнитный поток вращается по часовой стрелке и что оси обмоток статора и ротора совпадают в пространстве (рис. 14.2). Магнитный поток, созданный намагничивающим током ротора, одновременно набегает на обе обмотки и наводит в них ЭДС, совпадающие по фазе, направленные навстречу напряжению U₁. Напряжение на выходе индукционного регулятора в этом слу­чае представляет собой алгебраическую сумму напряжения U₁и ЭДС Е₂ и равно

U₂ = U_2max = U₁ + Е₂. (14.1)

 

Повернем ротор на 180 электрических градусов. При этом маг­нитный поток и ЭДС Е₁ и Е₂ не изменяются по величине, но из­меняется фаза ЭДС Е₂ на 100°, так как теперь вращающийся маг­нитный поток набегает на обмотки ротора и статора со сдвигом в 160°. При этом на выходе индукционного регулятора напряжение бу­дет минимальным

U_2min = U₁ - Е₂. (14.2)

 

Повороту ротора на произвольный геометрический угол a со­ответствует изменение фазы ЭДС Е₂ на угол р×a электрических градусов, а напряжение на выходе регулятора равно геометри­ческой сумме векторов

. (14.3)

 

Таким образом, геометрическим местом концов вектора ЭДС , а, следовательно, и напряжения является окружность, рис. (14.3). Очевидно, что напряжение U₂ можно плавно регу­лировать в пределах от U_2min до U_2max. При этом также изме­няется и фаза вторичного напряжения относительно приложенного на­пряжения.

 

 

Содержание отчета

1. Паспортные данные исследуемой машины и измерительных приборов.

2. Схема экспериментальной установки.

3. Таблица измерений и вычислений по векторной диаграмме.

4. Векторная диаграмма индукционного регулятора.

5. Зависимость U₂(рa), полученная экспериментально и расчетным путем с помощью векторной диаграммы.

Контрольные вопросы

1. Поясните, каким образом регулируется напряжение с помощью индукционного регулятора.

2. Почему выходное напряжение обычно снимается со статора?

3. Начертите схему сдвоенного индукционного регулятора. В чем преимущество сдвоенного индукционного регулятора?

4. Сравните индукционный регулятор и автотрансформатор. В чем их достоинства и недостатки? Каково их назначение?

5. В соответствии с построенной в результате опыта векторной диаграммой определите напряжение U₂ при повороте роторанаугол a = 30°, если число пар полюсов индукционного регулято­ра р = 2 или 3.

6. Начертите векторные диаграммы асинхронной машины с непод­вижным ротором при холостом ходе и индукционного регулятора. Чем они отличаются? Почему?

7. Начертите векторную диаграмму и схему замещения асинхронной машины с неподвижным ротором при коротком замыкании. Что та­кое сопротивление короткого замыкания?

8. Начертите схему включения фазорегулятора. Поясните прин­цип его действия. Каково назначение фазорегулятора?