Естественные рабочие характеристики

При изменении нагрузки двигателя изменяются токи в обмотках, мощности, частота вращения и другие эксплуатационные по­казатели. Под рабочими характеристиками понимают зависимость подводимой мощности, тока, скольжения, КПД и коэффициента мощности от отдаваемой мощности на валу при неизменных напряжении, частоте тока питающей сети и внешних сопротивлениях в цепях обмоток [7,10,13].

Рабочие характеристики снимают при 5…10 значениях нагрузки в пределах от 110% номинальной нагрузки до холостого хода, при этом температура обмоток двигателя должна быть близкой к расчётной. При снятии рабочих характеристик измеряют линейные напряжения и токи, подводимую активную мощность и скольжение. Последнее измеряется специальными методами и приборами [10]. Допускается определять скольжение по приборам, предназначенным для измерения частоты вращения, если они обеспечивают относительную погрешность определения скольжения не болee 5%.

Для асинхронных двигателей с гарантированным значением КПД ниже или равным 85%предпочтителен метод непосредственного определения КПД, при котором испытуемый двигатель механически соединяется с тарированным генератором [13]. Для машин с гарантированным значением КПД 85%и выше используют­ся косвенные методы, в которых КПД двигателя определяется через подводимую мощность P₁ и суммарные потери ΣР при данной нагрузке: η=100(1-ΣР/P₁).

Косвенные методы могут применяться и для машин с гарантирован­ными значениями КПД менее 85%.

Для снятия рабочих характеристик используйте ту же схему, что и в опыте холостого хода. Включите источник напряжения, поднимите его напряжение до максимального значения и после разгона двигателя выведите пускорегулирующий реостат R_ПР2в цепи ротора. Заметьте ток статора Imin в режиме холостого хода. Далее включите нагрузочный генератор и с его помощью установите ток статора асинхрон­ного двигателя Imax ≈(1,1)I_НЛ в одной любой фазе при номинальном напряжении. Если женоминальное напряжение установить не удаётся, измерьте наибольшее возможное напряжение и далее поддерживайте его на этом уровне. Изменяйте нагрузку асинхронного двигателя с помощью нагрузочного генератора так, чтобы ток статора асинхронного двигателя изменялся в диапазоне Imax…Imin. Достаточно установить 5…10 значений приблизительно через равные интервалы. Измеряйте один линейный ток I_Л, одно линейное напряжение Uл, подводимую активную мощность P₁ (как в опыте холостого хода)и частоту враще­ния n асинхронного двигателя.

В отчёте вычислите для каждого уровня нагрузки и запишите в табличной форме:

- значения линейного напряжения Uл и линейно­го тока I_Л, а также значения подводимой активной мощности P₁ и частоты вращения n двигателя;

- значение коэффициента мощности: cosφ=P₁ / UлI_Л ;

- электрические потери в обмотке статора, Вт: Р_М1=I_Л²r_1θр ,

где r_1θр – активное сопротивление фазы обмотки статора при расчётной рабочей температуре θр=75⁰С(для двигателей серии МТF):

r_1θр = r_1θo(1+α θр )/(1+αθ_O);

- скольжение S=(n₁-n)/n₁,

где n₁=60f₁ / p, об/мин - синхронная частота вращения, f₁ - частота сети, р - число пар полюсов двигателя. Число полюсов содержится в буквенно-цифровом обозначении типа двигателя. У двигателя МТF-111-6 шесть полюсов);

- потери в стали статора при напряжении в опыте, Вт:

P'_СТ=Р _СТ (Uл/U_HЛ)²,

где Р_ст - потери в стали при номинальном напряжении из опыта холостого хода;

- электромагнитную мощность, Вт: P_ЭМ=Р₁-Р_М1-Р'_СТ ;

- электромагнитный момент, Н.м: М = P_ЭМ /2π n₁ /60 ;

- электрические потери в обмотке ротора, Вт: Р_М2=P_ЭМ^.S ;

- механические потери в опыте, Вт: Р'_МХ=Р_МХ(n/n₁)²,

где Р_МХ - механические потери в опыте холостого хода (п. 4.7);

- добавочные потери при нагрузке согласно ГОСТ 7217-87 и ГОСТ 25941-83 [10,13], Вт:

Р_Д=0,5(Р_Н/η_Н)(I_Л/I_НЛ)²,

где Р_Н – номинальная мощность, Вт, η_Н – номинальный КПД в процентах по паспортным данным двигателя;

- суммарные потери мощности в двигателе, Вт:

ΣР=Р_М1+Р'_СТ+Р_М2+Р'_МХ+Р_Д ;

- отдаваемую мощность на валу (Вт) и КПД (%) двигателя:

Р₂=Р₁-ΣР; η=100(1-ΣР/Р₁).

Постройте графики рабочих характеристик Р₁, I_Л, S, η, cosφ=f(Р₂) на едином рисунке, подобном рис. 4.7.

По построенным графикам определите значения всех рабочих вели­чин при номинальной мощности двигателя.

4.9. Механические характеристики

Механической характеристикой называют график зависимости частоты вращения ротора от вращающего электромагнитного момента при неизменном напряжении, частоте напряжения и тока питающей сети и внешних сопротивлениях в цепи обмоток двигателя. Механическая характерис­тика называется естественной, если она соответ­ствует номинальному на­пряжению, номинальной ча­стоте тока и отсутствию внеш­них сопротивлений в цепях обмоток. Характеристики при других условиях называют искусственными.

В отчёте постройте рабочий участок естественной механической характеристики по данным п. 4.8.

Заключение по работе

Заключение по работе

1. Сравните измеренные значения сопротивления изоляции об­моток статора и ротора с допустимыми для эксплуатации значениями согласно Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей [14, прил. 3, п. 23] и сделайте вывод о пригодности исследуемого двигателя к работе.

2. Сравните опытное значение коэффициента трансформации с рассчитанным по номинальным напряжениям обмоток.

3. Составьте сравнительную таблицу значений потребляемой мощности Р1, линейного тока статора Iл, коэффициента мощности cosφ, коэффициента по­лезного действия η и скольжения S при номинальной полезной мощности Р2, определен­ных по техническим данными двигателя и по рабочим характеристи­кам. Номинальное значение потребляемой мощности по техническим данным находят делением номинальной полезной мощности на номинальный КПД. Номинальное скольжение по техническим данным можно определить по значениям nн и n₁, используя формулу, аналогичную (4.3).

Контрольные вопросы

1. Как устроены асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором? Объясните принцип действия. асинхронного двигателя.

2. Объясните назначение, место включения каждого элемента схемы и расположение обмоток в двигателе.

3. Каким уравнением моментов описывается работа двигателя с рабочим механизмом? Поясните физический смысл величин, входящих в уравнение. Какими факторами определяются эти величины?

4. Какими способами запускают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором? Как объяснить процессы, протекающие в двигателе при пуске?

5. Сравните пусковые свойства асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором.

6. Объясните предпусковое положение регулирующих элементов в схеме установки в отчёте и последовательность операций при пуске.

7. Как и с какой целью измеряют сопротивление изоляции обмоток?

8. Как разделяют потери холостого хода?

9. Какие потери мощности возникают в асинхронном двигателе и от каких факторов они зависят? На что влияют потери?

10. График какой зависимости и при каких условиях называют механической характеристикой двигателей? Как выглядят графики естественных и искусственных характеристик?

11. Как обеспечить максимальный пусковой момент асинхронного двигателя с фазным ротором?

Лабораторная работа № 6

Исследование двухобмоточного трёхфазного трансформатора