Провести исследование параллельной работы трансформаторов при условии неравенства их коэффициента трансформации.

Провести исследование параллельной работы трехфазных трансформаторов при условии включения их с разными группами соединения.

Ознакомиться с электрооборудованием лабораторного стенда и описанием схемы соединений. Перечень аппаратуры представлен в таблице 2.1

 

Таблица 2.1

 

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Трехфазный источник питания		400 В~; 16 А
А1, А2	Блок однофазных трансфор-маторов	325.1	3 х 80 ВА 240, 230, 220, 133, 127, 115 / 240, 230, 220, 133, 127, 115
Р1, Р2	Мультиметр		0…1000 В@ 0…20 А @

 

Описание лабораторного стенда:

Однофазные трансформаторы блоков А1 и А2 соединены в трехфазные схемы с группами соединения обмоток Y/Y-0 и Y/Δ-11. Их одноименные выводы «2U», «2V», «2W» присоединены к гнездам «L1», «L2», «L3» источника питания G1. Одноименные выводы «1U», «1V» трансформаторов замкнуты между собой посредством мультиметров, включенных по схеме вольтметра. Выводы «1W» соединены друг с другом непосредственно.

2 Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой электрической соединений (рисунок 2.1).

3 Собрать электрическую схему соединений тепловой защиты с помощью машины переменного тока (Приложение А рисунок 1).

4 Соединить гнезда защитного заземления блоков А1 и А2 с гнездом РЕ источника G1.

5 Переключателями номинальных напряжений блоков А1 и А2 установить

коэффициенты трансформации соответственно 230/127 В и 230/230 В. Примечание: U=230 В на стороне 2U₁, 2V₁, 2W₁.

6 Включить источник G1.

7 С помощью вольтметров РV1 и РV2 измерить напряжения U1 и U2.

8 Отключить источник.

9 Рассчитать ожидаемую кратность I_y/I_ном (по отношению к номинальному току) уравнительного тока при параллельной работе испытуемых трехфазных трансформаторов с данными группами соединения обмоток по формуле

 

I_y = √3 U₁*100/(2*230u_к) (2.1)

 

где u_к % - напряжение короткого замыкания трансформаторов, %, численное значение которого взять из результатов работы № 1 «исследование однофазного трансформатора», при к.з. U_к = 11,64 B, I_к1 = 0,35 A, I_к2 = 0,36 A.

Провести исследование параллельной работы трансформаторов при условии неравенства их коэффициента трансформации.

Ознакомиться с электрооборудованием стенда и описанием электрической схемы соединений для определения величины уравнительного тока, вызванного неравенством коэффициентов трансформации.

Описание лабораторного стенда:

Однофазные трансформаторы блоков А1 и А2 соединены в трехфазные схемы с группами соединения обмоток Y/Y-0. Их одноименные выводы «2U», «2V», «2W» присоединены к гнездам «L1», «L2», «L3» источника питания G1. Одноименные выводы «1U» трансформаторов замкнуты между собой посредством мультиметра Р1, включенного по схеме амперметра. Одноименные выводы «1V», «1W» соединены друг с другом непосредственно.

Уравнительный ток трансформаторов можно измерять мультиметром Р1.

11 Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой соединений (рисунок 2.1)

12 Соединить гнезда защитного заземления блоков А1 и А2 с гнездом РЕ источника G1.

13 Переключателями номинальных напряжений блоков А1 и А2 установить коэффициенты трансформации соответственно 230/230 и 230/220.

14 Включить источник G1. Примечание: U=230 В на стороне 2U₁, 2V₁, 2W₁. Предел РА на 10 А.

15 С помощью амперметра измерить уравнительный ток, вызванный неравенством коэффициентов трансформации.

16 По завершению эксперимента отключить источник G1, разобрать схему.

17 Сделать вывод о недопустимости (допустимости) параллельной работы трансформаторов с различными коэффициентами трансформации и различными группами соединения.

18 Оформить отчет. Отчет должен содержать:

1) Тема.

2) Цель.

3) Схемы установки.

4) Расчеты и выводы по работе.

 

2.4 Теоретическое положение:

Для того, чтобы нагрузка между параллельно работающими трансформаторами распределялась пропорционально их нормальным мощностям, допускается параллельная работа двухобмоточных трансформаторов при следующих условиях

1) При одинаковом первичном напряжении вторичные напряжения должны быть равны. Другими словами, трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации:

k1 = k2 = k3 = …

При соблюдении этого условия даже в режиме холостого хода между параллельно работающими трансформаторами возникает уравнительный ток, обусловленный разностью вторичных напряжений трансформаторов (рисунок 2.2, а)

.

DU

U_yp = (2.2)

Zk₁ + Zk₂

 

Где Zk₁ и Zk₂ – внутренние сопротивления трансформаторов.

DU DU

.

U₂₁ A

..

U₂₁₁ U₂₁ U₂₁₁

 

0 0

а б

 

Рисунок 2.3 – Появление напряжения при несоблюдении условий включения трансформаторов на параллельную работу

 

При нагрузке трансформаторов уравнительный ток накладывается на нагрузочный. При этом трансформатор с более высоким вторичным напряжением холостого хода (с меньшим коэффициентом трансформации) оказывается перегруженным, а трансформатор равной мощности, но с большим коэффициентом трансформации – недогруженным. Так как перегрузка трансформаторов недопустима, то приходится снижать общую нагрузку. При значительной разнице коэффициентов трансформации нормальная работа трансформаторов становится практически невозможной. Однако ГОСТ допускает включение на параллельную работу трансформаторов с различными коэффициентами трансформации, если разница коэффициентов трансформации не превышает ± 0,5 % их среднего значения:

 

k₁ – k₂

Dk = *100 % £ 0,5 % (2.3)

k

 

где k = Ö k₁ *k₂ - среднее геометрическое значение коэффициентов трансформации

2) Трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения. При несоблюдении этого условия вторичные линейные напряжения трансформаторов окажутся сдвинутыми по фазе относительно друг друга, и в цепи трансформаторов появится разностное напряжение DU, под действием которого возникает значительный уравнительный ток. Так, если включить на параллельную работу два трансформатора с одинаковыми коэффициентами трансформации, но один из них принадлежит к нулевой (Y/Y – 0), а другой – к одиннадцатой (Y/D - 11) группам соединения, то линейное напряжение U₂₁ первого трансформатора будет больше линейного напряжения U₂₁₁ второго трансформатора в раз.

U₂₁

₌ (2.4)

U₂₁₁

 

Кроме того, векторы этих напряжений окажутся сдвинутыми по фазе относи-тельно друг друга на угол 30° (рисунок 2.1, б). В этих условиях во вторичной цепи трансформаторов появится разностное напряжение DU. Для определения величины DU воспользуемся построениями рисунок 3,б: отрезок ОА равен U₂₁₁/2 или, учитывая, что U₂₁₁ = U₂₁₁/ , получим ОА = 0,5 U₂₁. Следовательно, треугольник, образованный векторами напряжений U₂₁, U_211, и DU, - равнобедренный, а поэтому разность напряжения привела бы к возникновению во вторичной цепи трансформаторов уравнительного тока, в 15-20 раз превышающего номинальный ток нагрузки, т.е. возникла бы аварийная ситуация. Величина DU становится ещё большей, если трансформаторы принадлежат нулевой и шестой группам соединения (DU = 2U₂), так как в этом случае векторы линейных вторичных напряжений окажутся в противофазе.

3) Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения короткого замыкания:

 

U_к1 = U_к11 = U_к111 = …

 

Соблюдение этого условия трансформаторов необходимо для того, чтобы общая нагрузка распределялась между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям. ГОСТ допускает включение с различными U_к, если

 

U_к1 - U_к11

DU_к = *100% £ 10 % (2.5)

U_{к ср}

 

 

U_к1 ± U_к11

где U_{к ср =} - среднее арифметическое значение.

Разница в напряжениях короткого замыкания трансформаторов тем больше, чем больше эти трансформаторы отличаются друг от друга по мощности. Поэтому ГОСТ рекомендует, чтобы отношение номинальных мощностей трансформаторов, включенных параллельно, было не более 3:1. Помимо указанных трех условий необходимо перед включением трансформаторов на параллельную работу проверить порядок чередования фаз, который должен быть одинаковым у всех трансформаторов.

Общая нагрузка всех включенных на параллельную работу трансформаторов S не должна превышать суммарной номинальной мощности этих трансформаторов:

 

S < SS_{ном х}

 

Распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами определяется следующим образом:

 

S *S_{ном х}

S _х = (2.6)

S_{ном х}

U_{к x} S

U_{к x}

 

где S _х - нагрузка одного из параллельно работающих трансформаторов, кВА,

S – общая нагрузка всей параллельной группы, кВА,

U_{к x} – напряжение короткого замыкания одного S_{ном х}, %,

S_{ном х} – номинальная мощность данного трансформатора, кВА

 

2.6 Контрольные вопросы:

1 Чем определяется принадлежность трансформатора к той или иной группе?

2 Зачем при проверке группы соединяют «А» и «а»?

3 От каких факторов зависит угол сдвига фаз между напряжениями трехфазного трансформатора?

4 Построением потенциальной диаграммы определить группу соединений трансформатора. Найти производные от полученной группы.

5 Решение задачи на определение величины уравнительного тока.

6 Решение задачи на проверку всех условий включения трансформаторов в параллель.

 

2.7 Литература:

1 Кацман М.М. Электрические машины, М., Высшая школа, 2001.

 

 

Методические указания

к выполнению

лабораторной работы № 3

 

3.1 Тема: Определение группы соединения трехфазных силовых трансформаторов

3.2 Цель: Ознакомиться с трехфазным трансформатором и определить группы его соединения

3.3 Программа:

1 Опытным путем определить коэффициенты трансформации трехфазных трансформаторов при включении их по схемам Y/Y и Y/D.

2 Проверить принадлежность трансформаторов соответственно к нулевой и одиннадцатой группам.

 

3.4 Ход работы:

1 Ознакомиться с конструкцией исследуемых трансформаторов и записать технические данные приборов и оборудования в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1

 

№	Наимено-вание	Тип	Класс точно-сти	Предел измерения	Тип Тр-ра	Напряжение	Ном.мощность
Перв.	Втор	S1	S2

 

2 Определить коэффициент трансформации для схем Y/Y, Y/D. Для этого собрать схему по рисунку 3.1 и показать её для проверки преподавателю. Подав напряжение на обмотку высшего напряжения, измеряют линейные первичные и вторичные напряжения, результаты которых занести в таблицу 3.2.

 

 

А Х а х

 

В Y b y

 

C Z c z

 

 

Рисунок 3.1 – Соединение обмоток трансформатора «звездой»

 

 

Таблица 3.2

 

Схема	UAB B	UBC B	UCA B	Uab B	Ubc B	Uca B	ka	kb	kc	k
Y/Y
Y/D

3 Рассчитать коэффициент трансформации каждой из фаз по формуле:

 

U_AB

k_a = (3.1)

U_ab

 

U_BC

k_b = (3.2)

U_bc

 

U_CA

k_c = (3.3)

U_ca

 

k_a + k_b + k_c

k = (3.4)

 

Затем определяют среднее значение коэффициента, которое принимают за действительное.

4 В таком же порядке проводится опыт схемы 2 по рисунку 3.2. Результаты измерений, расчетов занести в таблицу 3.2.

 

А Х а х

В Y b y

 

C Z c z

 

 

Рисунок 3.2 - Соединение обмоток трансформатора «треугольником»

 

5 Построить потенциальные диаграммы для соединений Y/ –0, Y/Y-6, Y/D-11, Y/D - 5.

6 Проверить принадлежность трансформатора к той или иной группе. Для этого собрать схему соответствующей группы, например Y/Y – 0 (рисунок 3.1), соединить зажим «А» с зажимом «а», присоединяют трансформатор к сети и производят измерение четырех напряжений U_Bb, U_Cc, U_Bc, U_Сb. Затем эти же напряжения рассчитывают по формулам, имеющимся в теоретическом положении к настоящей работе (см. «Метод вольтметра»). Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 3.3.

 

Таблица 3.3

 

Схема и группа	UBс = UСс, В; UBс, В; UСb, В
измерение	расчет	измерение	расчет	измерение	расчет
Y/Y – 0
Y/D - 11

 

7 Сравнивая измеренное напряжение с расчетным, по таблице 3.2 найти принадлежность трансформатора к определенной группе соединения.

8 Пункты 6 и 7 повторить для трансформатора ТV₂.

9 Оформить отчет. Отчет должен содержать:

1) Название и цель работы.

2) Схемы установок.

3) Таблица приборов и таблицы измерений., потенциальные диаграммы, расчеты, приводимые для проверки групп соединений.

4) Выводы о проделанной работе.

 

Теоретическое положение

1 Важнейшим условием включения трансформаторов в параллельную работу является принадлежность их к одной группе соединения

2 Сдвиг фазы Е₁ и Е₂ принято выражать группой соединения.

3 Совпадение ЭДС Е₁ и Е₂ по фазе возможно лишь при условии намотки первичной и вторичной обмоток трансформатора в одном направлении и одноименной маркировке выводов этих обмоток. Если же в трансформаторе изменить направление намотки обмотки НН или же переставить обозначение её выводов, то ЭДС Е₂ окажется сдвинутой по фазе относительно ЭДС Е₁ на 180°.

4 Иногда возникает необходимость проверить группу соединения трансформатора. Существует несколько методов такой проверки, но в данной работе используется «метод вольтметра».

«Метод вольтметра»

Непосредственного измерения угла сдвига фаз между линейными напряжениями (ЭДС) этот метод не дает. Это косвенный метод и основан на измерении вольтметром напряжений (ЭДС) между одноименными выводами обмоток ВН и НН.

Если проверяют группу Y/Y -0, то, соединив проводом выводы «А» и «а», измеряют напряжения U _в-в (между выводами в и В) и U _с-с (между выводами с и С). Если предлагаемая группа соединений Y/Y–0 соответствует фактической, то напряжение

 

U _{В – в} = U _{c - C} = U_ав (k_л - 1) (3.5)

 

 

U_АВ

где R_л = - коэффициент трансформации линейных напряжений.

U_ав

Если проверяют группу соединений 6, 11 и 5, то для проверки измеренных значений напряжений пользуются формулами:

 

Y/Y -6 U _{В – в} = U _{c - C} = U_ху (k_л + 1) (3.6)

 

Y/D 11 U _{В – в} = U _{c - C} = U_ав Ö 1 - Ö3 k_л + k_л² (3.7)

 

Y/D 5 U _{В – в} = U _{c - C} = U_ав Ö 1 + Ö3 k_л + k_л² (3.8)

где U_ав и U_ху – линейные напряжения на выводах обмоток НН. Для других схем формулы смотри в таблице в Приложении В.

Трехфазные трансформаторы преобразуют электрическую энергию в трехфазных цепях с одним соотношением линейных напряжений и токов в электрическую энергию с другим соотношением этих же величин. В таких трансформаторах есть две трехфазные обмотки ВН и НН, в каждую их которых входит три фазные обмотки или фазы. Следовательно, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки ВН обозначают А, В, С, конечные выводы Х, Y, Z, а для фаз обмоток НН применяют аналогичные обозначения –а, в, с и х, y, z. Фазные обмотки ВН и НН соединяют звездой или треугольником, причем при соединении их звездой нейтральные точки обозначают 0 и 0.

Фазный коэффициент трансформации определяется отношением фазных напряжений при х.х.

 

U_ф ВН

К_ф = (3.9)

U_ф НН

 

Линейный коэффициент трансформации определяется по аналогичной формуле:

 

U_л ВН

К_л = (3.10)

U_л НН

 

Если соединение фазных обмоток выполнено по схеме Y/Y или D¤D, то оба коэффициента одинаковы, т.е.

 

К_л = К_ф

 

При соединении по схеме Y/D

 

К_л = Ö3 К_ф

 

А по схеме D/Y

 

К_ф

К_л =

Ö3

 

Каждому типу соединений фазных обмоток соответствует определенный угол сдвига фаз между соответствующими ВН и НН, отсчитываемый в направлении вращения часовой стрелки от вектора ВН к вектору НН.

 

3.6 Контрольные вопросы:

1 Чем определяется принадлежность трансформатора к той или иной группе?

2 Зачем при проверке группы соединяют «А» и «а»?

3 От каких факторов зависит угол сдвига фаз между напряжениями трехфазного трансформатора?

4 Доказать, что при соединении в параллель трансформаторов Y/D-11 и Y/Y-0 появляются уравнительные токи значительной величины.

5 Перечислить основные группы соединения трансформаторов.

6 Построением потенциальных диаграмм определить группу соединения трансформатора. Назвать ее производные.

 

3.7 Литература:

1 Кацман М.М. Электрические машины, М., Высшая школа, 2001.

 

Методические указания

к выполнению

лабораторной работы № 4

 

4.1 Тема: Исследование рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым/ фазным ротором

 

4.2 Цель: Приобретение навыков исследования рабочих характеристик асинхронного двигателя и привитие умений изучение свойств асинхронного двигателя по полученным характеристикам

 

4.3 Программа:

1 Исследовать рабочие характеристики АД в 2-х режимах:

- в режиме короткозамкнутого ротора;

- в режиме фазного ротора.

 

4.4 Ход работы:

1 Ознакомиться с электрооборудованием стенда и описанием схемы электрической соединений.

Описание схемы электрической соединений:

Обмотка ротора машины переменного тока, используемой как трехфазный асинхронный двигатель Ml, через гнезда "Fl", "F2", "F3" присоединена к реостату A3.

Фазы статорной обмотки двигателя Ml через выключатель А2 и блок однофазных трансформаторов, соединённых в трехфазную группу по схеме Δ / Y с напряжениями 133 / 400 В, присоединены к выходу трехфазного источника G1.

Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как нагрузочный генератор G3 с независимым возбуждением, присоединена к регулируемому выходу "ЯКОРЬ" источника G2, вход питания которого присоединен с помощью электрического шнура к одной из двух розеток "220 В ~" трехфазного источника G1.

Якорная цепь генератора G3 присоединена к нагрузке А4.

Частоту вращения двигателя Ml можно контролировать с помощью указателя Р1, соединенного с выходом преобразователя угловых перемещений G4.

Необходимые для определения механического момента двигателя Ml ток и напряжение якоря нагрузочного генератора G3 можно контролировать мультиметрами Р2 и Р5.

Ток I статора, активную и реактивную мощности p₁ и Q₁ асинхронного двигателя Ml можно измерять амперметром РЗ и измерителем мощностей Р4.

2 Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой электрических соединений (рисунок 4.1).

3 Собрать схему электрическую соединений тепловой защиты машины переменного тока (Приложение А рисунок 1).

4 Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом РЕ источника G1.

5 Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А2 установите в положение «ручн.».

6 Регулировочные рукоятки источника G2, реостата А3 и нагрузки А4 повернуть против часовой стрелки до упора (в этом случае двигатель М1 используется как АД с короткозамкнутым ротором).

7 Установить переключателями на блоке А1 номинальные напряжения трансформаторов:

первичные – 230 В,

вторичные – 127 В.

8 Предъявить схему на проверку преподавателю.

9 Включить источник G1. О наличии напряжения фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

10 Осуществить пуск двигателя М1 включением выключателя А2.

11 Включить выключатель «Сеть» и нажать кнопку «Вкл»» источника G2.

12 Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установить напряжение на выходе якоря равным 220 В и не менять его в ходе эксперимента.

13 Вращая регулировочные рукоятки нагрузки А4, изменять ток якоря I_a генератора G3 и заносить показания указателя Рn, амперметров РА2, РА3, вольтметра РV5, измерителя мощности PW, PQ в таблицу 4.1. Предел измерения мощности установить на 100 единиц.

 

Таблица 4.1 - Данные измерений при исследовании АД с короткозамкнутым ротором

 

Ia, A	I, A	n, об/мин	Р1, Вт	Q1, вар	Uа, В

 

14 Регулировочную рукоятку реостата А4 повернуть против часовой стрелки до упора.

15 Изменяя положение регулировочных рукояток реостата А3, включенного в цепь ротора, установить сопротивление фаз реостата по 10 Ом.

16 Повторить операции п. 13, показания приборов занести в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2 – Данные измерений при исследовании АД с фазным ротором

 

Ia, A	I, A	n, об/мин	Р1, Вт	Q1, вар	Uа, В

 

17 По окончании эксперимента отключить выключатель А2 нажатием на кнопку «Откл» и отключением выключателя «сеть», отключить G1 нажатием на кнопку-гриб и последующим отключением ключа-выключателя.

18 После проверки результатов измерений преподавателем разобрать схему, сдать электрооборудование лаборанту.

19 Используя результаты эксперимента по данным таблицы 4.1 с короткозамкнутым ротором, по данным таблицы 4.2 с фазным ротором, вычислить значения полезного механического момента М, полезной активной мощности Р₂, коэффициента мощности cos j, скольжения S и коэффициента полезного действия η асинхронного двигателя.

Расчетные формулы:

 

М = (U_a + 65*I_a)*I_a (4.1)

2Πn

 

P₂ = *M (4.2)

2Πn

 

P₁

cos j₁ = (4.3)

√P₁² + Q₁²

n

S = (1 -)*100 (4.4)

 

P₂

h = *100% (4.5)

P₁

 

Результаты расчетов занести в таблицы 4.3 и 4.4.

 

Таблица 4.3 – Расчетные данные асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

 

М, Н*м	Р2, Вт	Р1, Вт	I1, A	cos j	S, %	η, %

 

Таблица 4.4 – Расчетные данные асинхронного двигателя с фазным ротором

 

М, Н*м	Р2, Вт	Р1, Вт	I1, A	cos j	S, %	η, %

20 Построить рабочие характеристики для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по данным таблицы 4.3 и с фазным ротором по данным таблицы 4.4.

 

P₁ = f (P₂); М = f (P₂); I₁ = f (P₂);

 

cos j= f (P₂); S = f (P₂); η = f (P₂)

 

21 Сделать вывод по работе. Оформить отчет. Отчет должен содержать:

1) Тема.

2) Цель.

3) Схему установки.

4) Данные, внесенные в таблицы.

5) Графики механических характеристик.

6) Вывод по работе.

 

4.5 Теоретическое положение:

Свойства асинхронных двигателей оценивают с помощью механической и рабочей характеристик. Рабочие характеристики АД представляют собой графически выраженные зависимости. Наибольший интерес представляют пять графиков:

 

n ₂ = f (P₂); η = f (P₂) М₂ = f (P₂);

 

cos j₁ = f (P₂); I₁ = f (P₂);

 

Это графики зависимости частоты вращения, КПД, полезного момента, коэффициента мощности и тока статора от полезной мощности.

График n ₂ = f (P₂) называется скоростной характеристикой (рисунок 4.2).

 

 

n₂, об/мин

 

Р₂, кВт

 

Рисунок 4.2 – Рабочая характеристика АД n ₂=f(P₂)

 

Эта кривая слабо наклонена к оси абсцисс. Объясняется это следующим образом. Известно, что n₂ = n₁*(1 – S) Т.к. S =Р_э2/Р_эм, то n₂ = n₁*(1 – P_Э2 /P_ЭМ).

В режиме холостого хода, когда Р₂ = 0, электрическими потерями в роторе Р_Э2 можно пренебречь. n₂ = n₁*(1 – 0); n₂ = n₁.

При подключении нагрузки и по мере увеличения Р_Э2 растут, а обороты n₂ уменьшаются. График зависимости М₂ = f (P₂) (рисунок 4.3) имеет криволинейный вид несмотря на то, что между М₂ и P₂ прямая зависимость:

 

М₂ = Р₂/ω = 9,55*(Р₂/n₂) (4.6)

 

М₂

 

Р₂

 

Рисунок 4.3 – Рабочая характеристика АД М₂ =f(P₂)

 

Объясняется это тем, что с увеличением полезной нагрузки обороты ротора уменьшаются, следовательно, с увеличением Р₂ М₂ возрастает несколько быстрее полезной мощности.

График зависимости η = f (P₂) (рисунок 4.4). Известно, что η = P₂ /Р₁. При холостом ходе Р2 = 0, следовательно, η = P₂ /Р₁ = 0.

 

η

 

Р_ном Р₂

 

Рисунок 4.4 – Рабочая характеристика АД η = f (P₂)

 

С увеличением Р₂ η растет, значительный рост идет до Р₂ = Р_ном, затем идет снижение, т.к. значительно вырастают потери ΔР, т.е. знаменатель начинает расти быстрее числителя.

График cos j₁ = f (P₂) (рисунок 4.5).

 

 

cos j ₁

 

Р_ном Р₂

 

Рисунок 4.5 – Рабочая характеристика АД cos j₁ = f (P₂)

 

В режиме х.х. cos j имеет наименьшее значение, т.к. его значение определяется только параметрами самого АД. С подключением полезной нагрузки растет активная составляющая тока, от которой зависит значение cos j, наибольшее значение cos j, при нагрузке Р₂ = Р_ном. Дальнейшее увеличение нагрузки сопровождается увеличением индуктивного сопротивления ротора Х_2S, X_2S = X₂*S, соответственно увеличением реактивной составляющей тока (активная снижается).

График I₁ = f (P₂) (рисунок 4.6).

 

 

I₁

 

 

P₂

 

Рисунок 4.6 - Рабочая характеристика АД I₁ = f (P₂)

 

При холостом ходе АД ток статора I₁ имеет только реактивную составляющую, создающую магнитное поле в статоре.

 

I₁ = I₀ (4.7)

 

При подключении нагрузки появляется ток в рабочем контуре АД I₂. Согласно уравнению токов

I₁ = I₀ + (-I₂^/) (4.8)

 

видно, что с увеличением тока нагрузки растет ток, потребляемый из сети.

4.6 Контрольные вопросы:

1 Объяснить графики рабочих характеристик (по заданию преподавателя).

2 Пояснить порядок построения рабочих характеристик по круговой диаграмме АД.

3 Как можно повысить cos j АД.

4 В чем сходство и в чем различие между асинхронным двигателем и трансформатором?

5 Почему с увеличением механической нагрузки на вал АД возрастает потребляемая из сети двигателя мощность?

6 Схемы замещения АД.

7 Какой метод регулирования частоты вращения АД Вы наблюдали при введении реостата в цепь ротора? Его преимущества и недостатки?

 

4.7 Литература:

1 Кацман М.М. Электрические машины, М., Высшая школа, 2001.

2 Токарев Б.Ф. Электрические машины, М., Энергоатомиздат, 1989.

 

Методические указания

к выполнению

лабораторной работы № 5

 

5.1 ТЕМА: Исследование механических характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым/ фазным ротором

 

5.2 ЦЕЛЬ: Изучить конструкцию и паспортные данные асинхронного двигателя. Снять механические характеристики при условиях изменения нагрузочного момента и активного сопротивления в цепи ротора

 

5.3 Программа:

1 Снять данные для построения механической характеристики АД в режиме короткозамкнутого ротора и построить график зависимости n = f(М).

2 Снять данные для построения механической характеристики АД в режиме фазного ротора и построить график зависимости n = f(r_f).

5.4 Ход работы:

1 Ознакомиться с электрооборудованием стенда. Технические данные электроизмерительных приборов и АД внести в таблицу 5.1.

 

Таблица 5.1

 

Наимено-вание приборов	Тип	Класс точности	Предел измере-ния	Тип АД	nном об/мин	Uном В	I1ном А	cosj	h	Р2ном Вт

 

2 Изучить схему лабораторного стенда, его описание.

В схеме: М1 – машина переменного тока, используется как трехфазный асинхронный двигатель. Реостат А3 через гнезда F1, F2, F3 присоединяется к обмотке ротора машины М1. Обмотка статора М1 через выключатель А2 и блок однофазных трансформаторов А1, соединенных в трехфазную группу по схеме треугольник/звезда напряжением 133/400 В, присоединена к выходу трехфазного источника.

Обмотка статора М1 через выключатель А2 и блок однофазных трансформаторов А1, соединенных в трехфазную группу по схеме треугольник/звезда напряжением 133/400 В, присоединена к выходу трехфазного источника G1.

Машина постоянного тока G3 используется как нагрузочный генератор (ГПТ с независимым возбуждением).

Якорная цепь генератора G₃ присоединена к нагрузке А4.

Обмотка возбуждения (ОВ) присоединена к регулируемому выходу «якорь» источника G2_. Вход питания источника G2 с помощью электрического шнура присоединен к одной из двух розеток 220 В трехфазного источника G1.

Частоту вращения двигателя М1 можно контролировать с помощью указателя Р1, соединенного с выходом преобразователя угловых перемещений G4.

3 Собрать схему электрических соединений согласно рисунка 5.1.

4 Собрать электрическую схему соединений тепловой защиты машины перемен-­
ного тока (Приложение А рисунок 1).

5 Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в
эксперименте, с гнездом РЕ источника G1.

6 Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А2 установите в
положение «Ручн».

7 Регулировочные рукоятки источника G2, реостата A3 и нагрузки А4 поверните
против часовой стрелки до упора (в этом случае двигатель Mi используется как
АД с короткозамкнутым ротором. Сопротивление реостата Аз, включенного в
цепь ротора, выведено полностью, поэтому обмотка ротора превращается в ко-
роткозамкнутый виток).

8 Установить переключателями на блоке А1 номинальные напряжения трансформаторов:

первичные - 230 В, вторичные - 127 В.

9 Включить источник G1. О наличии напряжения фаз на его выходе должны сиг-

нализировать светящиеся лампочки.