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 Rнг, нагрузить генератор, следовательно, и испытуемый двигатель. Нагружать двигатель до I1 = 1,2 Iн. 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
МII : МI » BII : BI, (13.2)
а индукция в зазоре изменяется пропорционально изменению напряжения, числу полюсов и обратно пропорционально числу витков:
BII : BI = : . (13.3)
Мощность же двигателя прямо пропорциональна величине момента и частоте вращения, поэтому
PII : PI = : . (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» (2рII = 4) - «звезда» (2рI = 2) UII = UI, wII = wI и РII = 2РI. На основании соотношений (13.2) и (13.3) в этой схеме МII : МI = 2, т.е. момент изменяется обратно пропорционально частоте вращения ротора, а мощность РII : РI = 1 остается неизменной.
При соединении обмоток «звезда» (2рII = 4) - «двойная звезда» (2рI = 2) UII : UI = ½, wII = wI, РII : РI = 2, поэтому момент, развиваемый двигателем МII : МI = 1 остается неизменным.
При других схемах соединения отношение индукций BII : BI имеет следующие значения:
1. «Звезда» (рII при последовательном включении полуобмоток) – «треугольник» (рI при параллельном включении полуобмоток) BII : BI = 1,16.
2. «Треугольник» (рII при последовательном включении полуобмоток) - «двойная звезда» (рI при параллельном включении полуобмоток) BII : BI = 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 0,5Uн. 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 = U2max = 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
U2min = 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 U2min до U2max. 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?