Обработку результатов эксперимента начинают с определения средних значений напряжений и токов в несимметричных цепях переменного тока и пересчетом показаний приборов в единицы измерения физических величин.
Для построения характеристик используют линейные значения токов, напряжений и трехфазные значения мощностей и потерь.
Для расчетов параметров схемы замещения и емкостей конденсаторов используют фазные значения токов и напряжений и трехфазные значения мощностей и потерь.
Линейные и фазные значения токов и напряжений в каждом конкретном случае определяют по рабочей схеме в зависимости от схемы соединения обмотки статора АГ и схемы включения измери-тельных приборов.
Обработка результатов опыта короткого замыкания. Так как характеристика короткого замыкания I 1к = f (U 1к) в зоне номинальных токов практически линейна, напряжение короткого замыкания короткого замыкания, соответствующее номинальному току, определяют так:
,
где 
– средние линейные напряжения и токи, рассчитанные по результатам опыта короткого замыкания; штрих означает точку эксперимента, соответствующую меньшему значению I 1к, а два штриха – большему. Полное сопротивление схемы замещения АГ
в режиме короткого замыкания (см. рис. 5.2, 
, 
:
.
Активное сопротивление короткого замыкания
,
где
;
– трехфазная мощность короткого замыкания для точки эксперимента с меньшим значением I 1к, 
– трехфазная мощность короткого замыкания для точки эксперимента с большим значением I 1к.
Индуктивное сопротивление короткого замыкания
.
Активные сопротивления фаз обмотки статора и ротора (последнее приведено к числу фаз, числу витков и частоте тока обмотки статора)
.
Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора, отнесенные к одной фазе (для ротора – приведенное к числу фаз, числу витков и частоте тока обмотки статора):
.
Обработка результатов опыта холостого хода. По расчетным данным и данным протокола строят характеристики холостого хода (рис. 5.5), где cos j0 определен:
.
Потери холостого хода можно разделить на электрические потери в обмотке статора 
и потери в стали вместе с механическими потерями Р 0. Кривая Р 0 = f (U 10) получена на рис. 5.5 путем вычитания Р 1э0 для соответствующего тока из кривой Р 10 = f (U 10).
В свою очередь, потери Р 0 можно разделить на механические (постоянные при wр = con st) Р мех и потери в стали Р ст, пропорциональные квадрату индукции и, следовательно, квадрату напряжения. При перестроении кривой Р 0 = f (U 10) в кривую Р 0 = f (U 210) последняя близка к прямой. Экстраполируя прямую Р 0 = f (U 210) на ось ординат, получаем Р мех и Р ст для точки номинального напряжения. В качестве контроля определения Р мех можно использовать «метод касательной». Касательная к кривой Р 0 = f (U 10), проведенная из начала координат, имеет ординату точки касания, равную 2 Р мех.
Расчет параметров схемы замещения АГ на холостом ходу выполняют в следующей последовательности (для точки, соответствующей U 1н, см. рис. 5.5).
Полное сопротивление холостого хода
.
Активное сопротивление, эквивалентное потерям в стали, отнесенное к одной фазе, определяется как
.
Активное сопротивление холостого хода
.
Рис. 5.5. Характеристики холостого хода
Индуктивное сопротивление холостого хода
.
Главное индуктивное сопротивление обмотки статора, отнесенное к одной фазе:
.
Характеристика холостого хода Е 10 = U 10 = f (I m) (см. рис. 5.3) строится по протоколу опыта холостого хода после расчета для каждой точки намагничивающего тока
.
Параметр Е ост берется из опыта самовозбуждения на холостом ходу.
Построение круговой диаграммы АГ выполняется в следующей последовательности (рис. 5.6).
Направление тока I 10ф находят по значению cos j0, взятому для номинального напряжения. Откладывают I 10ф в масштабе mI (А/мм). Ток короткого замыкания, соответствующий номинальному напряже-нию, определяют из опыта короткого замыкания по формуле, вытекающей из спрямления кривой I 1к = f (U 1к):
,
где штрих означает точку эксперимента, соответствующую меньшему значению I 1к, а два штриха – большему.
Рис. 5.6. Круговая диаграмма АГ
Откладывают ток I кнф в одном масштабе с током I 10ф под углом jк, найденным по cosjк,
,
определяют положение точки s = 1 (G).
Из конца вектора I 10ф вертикально вниз откладывают ток Iа, эквивалентный механическим потерям АГ,
,
и определяют положение точки А идеального холостого хода (s = 0).
Соединив точки концов векторов I 10ф и I кнф, получаем линию первичной (механической) мощности АГ (Р 1м). Соединив точки А и G, получаем линию мощностей на валу АГ, равной Р 1м – Р мех.
Под углом 
к линии 
откладывают линию 
.
Центр окружности токов АГ находится на пересечении перпендикуляра, восстановленного из середины линии , с линией . Линия электромагнитных моментов проходит через точку А и середину отрезка 
, так как принято R 1 = R ¢2.
Опуская перпендикуляр из конца вектора тока I 1 на линию , получаем отрезок 
, пропорциональный первичной мощности
,
где mI – выбранный масштаб токов, А/мм.
Отрезок 
, проведенный перпендикулярно к оси j, пропорционален полезной мощности АГ:
.
Коэффициент полезного действия
.
Электромагнитный момент генератора
.
Коэффициент мощности определяется по углу j1.
Для определения скольжения произвольную точку Т на окружности токов соединяют с точками Н (s = ¥), A (s = 0) и G (s = 1). Параллельно 
проводят в растворе угла ATG отрезок, размер которого удобно разделить на 100 частей. Масштаб скольжений отрезка 
откладывают в области отрицательных скольжений. Для каждого тока АГ скольжение определяют с помощью отрезка 
по шкале скольжений.
Задаваясь различными значениями токов I 1, с помощью круговой диаграммы можно рассчитать рабочие характеристики не только для f 1, но и с достаточной точностью для другой частоты при условии 
.
Расчетная проверка процесса самовозбуждения АГ на холостом ходу выполняется в соответствии с условиями, изложенными в кратких теоретических сведениях. Для известных значений емкостей фазы С определяют 
и по характеристике холостого хода находят Е 01 и I 01 = I m = I c и сравнивают с экспериментальными значениями
(см. рис. 5.3).
Построение рабочих характеристик
при работе на сеть большой мощности
Первичная мощность АГ (см. рис. 5.4)
.
Полная мощность АГ
.
Коэффициент мощности
,
где Р 2 – трехфазная активная мощность АГ (Р 1 из протокола).
Коэффициент полезного действия
.
Скольжение
.
Вид рабочих характеристик АГ приведен на рис. 5.7. Величина номинальной мощности АГ определяется по величине тока I 1, равного номинальному току двигательного режима. На базе теории работы асинхронной машины в генераторном режиме следует проанализировать вид рабочих характеристик.
Рис. 5.7. Рабочие характеристики АГ при U 1 = UC = const, f 1 = const
Рабочие характеристики АГ, работающего на автономную нагрузку. Первичная Р 1 и полезная Р 2 мощности, скольжение и кпд определяются по формулам, приведенным в предыдущем разделе. Следует помнить, что при меняющейся частоте f 1 w1 = 2p f 1. Вид характеристик приведен на рис. 5.8. На базе теории работы АГ на автономную активную нагрузку следует проанализировать вид рабочих характеристик.
Внешние характеристики АГ (рис. 5.9) строятся по обработанным данным протокола:
.
Рис. 5.8. Рабочие характеристики АГ с самовозбуждением
Рис. 5.9. Внешние характеристики АГ с самовозбуждением
Расчет рабочей точки. С помощью схемы замещения АГ
(см. рис. 5.2) может быть рассчитана любая рабочая точка режимов работы генератора как с сетью, так и автономно. При необходимости индуктивные параметры схемы изменяются пропорционально частоте f 1, а R m – пропорционально квадрату напряжения U 1 и частоте в степени 1,3. Возможно уточнение КПД при учете добавочных потерь при нагрузке
.
По круговой диаграмме рабочая точка определяется только для режима работы АГ с сетью при 
.
Контрольные вопросы
1. Области применения асинхронного генератора.
2. Как можно осуществить автономную работу асинхронной машины в режиме генератора?
3. Каким образом осуществляется возбуждение асинхронного генератора? Что является источником реактивной мощности?
4. Как осуществить генераторный режим асинхронной машины, подключенной к сети переменного тока?
5. Какова последовательность включения электрических машин (асинхронной и постоянного тока) к питающим сетям при осуществлении генераторного режима?
6. Какими способами можно измерить скольжение ротора асинхронного генератора?
7. Как распределяются мощности и потери в исследуемом агрегате, каков баланс мощностей?
8. Какими способами осуществляется опыт холостого хода асинхронного генератора?
9. Как из опыта холостого хода определяются механические потери генератора и потери в стали?
10. Чем определяется частота напряжения асинхронного генератора, работающего на сеть и автономно?
11. Опишите построение круговой диаграммы асинхронного генератора по опытам холостого хода и короткого замыкания.
12. Каким образом определяются рабочие (электромеханические) характеристики асинхронного генератора по круговой диаграмме?
13. Какими способами можно стабилизировать напряжение и частоту асинхронного генератора, работающего с самовозбуждением?
Литература
1. Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины. – М.: Изд. центр «Академия», 2006. – 320 с.
2. Вольдек А.И. Электрические машины. – М.: Энергия, 1978.
3. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч. 1: Машины постоянного тока. Трансформаторы. – Л.: Энергия, 1972. – 543 с.; Ч. 2: Машины переменного тока. – Л.: Энергия, 1973. – 648 с.
4. Петров Г.Н. Электрические машины. – М.: Энергия, 1974. – Ч. 1.
5. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. – М.: Энергия, 1980.
6. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч. 2: Асинхронные машины. – М.: Госэнергоиздат, 1963.
7. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. – М.: Энергия, 1968.
содержание
Лабораторная работа № 4. Исследование асинхронных машин.... 3
Лабораторная работа № 5. Асинхронный генератор................. 26
Литература...................................................................................... 46
 |
Исследование
Асинхронных машин