4. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

а) цель работы;

б) схему эксперимента с включенными измерительными приборами;

в) таблицы с результатами эксперимента;

г) внешние характеристики трансформатора при активной и емкостной нагрузке;

д) рабочие характеристики трансформатора при активной нагрузке;

е) вычисленные по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания параметры схемы замещения трансформатора, коэффициент трансформации и величину тока аварийного короткого замыкания;

ж) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Для чего предназначен трансформатор?

2. Каков принцип действия трансформатора?

3. Как опытным путем определить коэффициент трансформации?

4. Почему при увеличении тока нагрузки увеличивается ток, потребляемый трансформатором из сети?

5. Почему при изменении нагрузки изменяется КПД трансформатора?

6. Какие процессы характеризует активная мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода и в режиме короткого замыкания?

7. Почему при активной нагрузке увеличение тока ведет к уменьшению вторичного напряжения?

8. Почему внешняя характеристика трансформатора зависит от характера нагрузки?

Лабораторная работа № 8. УПРАВЛЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

1. Цель работы

Знакомство с устройством, схемами включения, принципом действия и основными характеристиками асинхронного двигателя. Приобретение навыков по управлению работой асинхронного трехфазного двигателя.

2. Пояснения к работе

Асинхронная машина − это бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными скоростями.

Асинхронные машины как любой электромеханический преобра­зователь, обладают свойствами обратимости, т. е. служат для взаимного преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию или наоборот, механической энергии в электрическую. Благодаря простоте конструкции, а следовательно, надежности и дешевизне, асинхронные машины получили самое широкое применение в современных силовых установках.

Асинхронные машины состоят из двух частей: неподвиж­ной − статора и вращающейся − ротора.

Магнитопровод или сердечник статора представляет собой полый цилиндр, собранный из отдельных колец, изготовленных из листов электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм, причем эти кольца электрически изолируют друг от друга оксидированием или лакировкой. При сборке магнитопровода − пакетировании, кольца, полученные штамповкой, ориентируют так, чтобы выштампованные пазы образовывали каналы для укладки обмотки. Собран­ный пакет колец статора запрессован в корпус, кото­рый имеет соединительные элементы (лапы, торцовый фла­нец и т. д.) для крепления к неподвижному жесткому основанию. Обмотку статора выполняют в виде многовитковых катушек, имеющих, как правило, одинаковые размеры. Каждая фаза статорной обмотки состоит из нескольких последовательно включенных катушек.

Ротор асинхронной машины набирают из штампованных дисков, изготовленных также из листов электротехнической стали, которые запрессовывают на вал, входящий при сборке машины в боковые подшипниковые щиты.

По конструкции роторной обмотки асинхронные машины делятся на два основных типа: с короткозамкнутым и фазным ротором.

Обмотки короткозамкнутых роторов выполняются литыми чаще всего из алюминия или его сплавов. При заливке одновременно отливаются стержни, лежащие в пазах и короткозамыкающие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками. Этот тип обмотки, не имеющей каких-либо выводов, называют «беличье колесо».

В конструкции асинхронных машин принимают специальные меры для отвода тепла, выделяемого как в магнитопроводе, так и в обмотках ротора и статора.

Трехфазный асинхронный двигатель − основной потребитель электрической энергии в промышленности − может нормально работать, то есть развивать номинальную мощность на своем валу при номинальной частоте вращения, только при правильном включении его обмоток. Правильным включением трехфазного двигателя при соединении его обмоток по схеме «звезда» называют такое, при котором все начала обмоток, обозначаемые , и (или , , ), подключают к трехфазной сети, а все концы, обозначаемые , и (или , , ), соединяются в общую нулевую точку. Если хотя бы одна обмотка соединена неверно, например, конец соединен с сетью, а начало с нулевой точкой, двигатель нормально работать не может.

При соединении по схеме «треугольник» правильным называют такое, при котором все начала фазных обмоток , и соединены с сетью, концы с началами других фазных обмоток, причем конец первой обмотки соединяется с началом второй обмотки , конец второй обмотки − с началом третьей обмотки , конец третьей обмотки − с началом первой обмотки .

Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети, приложенного к обмотке статора. Поэтому асинхронные двигатели очень чувствительны к изменению напряжения. Так, при снижении напряжения на 10 % вращающий момент уменьшается на 19 %. Это является одним из недостатков асинхронного двигателя. При изменении напряжения в раз вращающий момент изменится в 3 раза. Ошибочное включение обмоток статора по схеме «звезда» вместо нормального включения по схеме «треугольник» вызывает уменьшение вращающего момента в 3 раза и двигатель не в состоянии осуществить пуск с нагрузкой на валу. Значительное уменьшение напряжения в сети во время работы двигателя может привести к остановке двигателя с вытекающими отсюда последствиями.

Измерения, полученные при непосредственной нагрузке двигателя, позволяют получить рабочие характеристики двигателя, определяющие его поведение при различной нагрузке. При холостом ходе потребляемая из сети мощность идет на потери в стали, на механические потери трения в подшипниках, вентиляционные потери трения о воздух и на нагревание обмоток статора при протекании по ним тока холостого хода. Все это − потери холостого хода, которые считают постоянными потерями, не изменяющимися как при холостом ходе, так и при нагрузке.

Важнейшей характеристикой электрического двигателя является механическая характеристика, под которой понимают зависимость частоты вращения ротора от вращающего момента , т.е. или При выборе двигателя для производственного механизма из множества двигателей с различными механическими характеристиками выбирают тот, механическая характеристика которого удовлетворяет требованиям механизма. Механическая характеристика, относящаяся к нормальным рабочим условиям двигателя (номинальное напряжение питания, номинальная частота сети и др.), называется естественной механической характеристикой. При изменении рабочих условий (напряжения питания, частоты сети и др.) механическая характеристика называется искусственной.

Изменение различных электрических и механических параметров двигателя в нормальном режиме описывается рабочими характеристиками, под которыми понимают зависимости частоты вращения (или скольжения ), момента на валу двигателя , тока статора , коэффициента полезного действия и коэффициента мощности двигателя от полезной мощности на валу двигателя при номинальной частоте питающей сети и напряжении на зажимах статора .

Изменение напряжения на зажимах статора приводит не только к изменению вращающего момента. С напряжением на зажимах статора связаны частота вращения ротора и мощность на валу двигателя при постоянном вращающем моменте . Чем ниже напряжение, тем меньше частота вращения и мощность . Величина напряжения, подводимого к статору, оказывает влияние и на коэффициент полезного действия двигателя. Таким образом, с изменением напряжения на фазах двигателя изменяются и его рабочие характеристики.

Одним из основных недостатков асинхронного двигателя долгое время являлась сложность регулирования частоты вращения. Частота вращения асинхронного двигателя определяется формулой

,

из которой следует, что величину можно регулировать путем изменения частоты сети , числа пар полюсов (ступенчатое регулирование), изменением скольжения , за счет изменения сопротивления цепи статора или ротора. В настоящее время основным способом регулирования частоты вращения асинхронных двигателей стало частотное регулирование, для чего используются преобразователи частоты, которые позволяют регулировать не только частоту вращения двигателя. В данной лабораторной работе электропитание двигателя осуществляется от преобразователя частоты, смонтированного в модуле трехфазного напряжения.