Содержание отчета

1. Представить рабочие схемы трех проводимых опытов, таблицу номинальных данных приборов и других элементов схем, а также таблицы опытных данных (1.1, 1.2, 1,3).

2. По данным табл. 1.1 и 1.2 рассчитать параметры холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

3. По данным табл. 1.3 рассчитать мощность трансформатора , отдаваемую во внешнюю цепь, потери мощности в трансформаторе и КПД трансформатора.

4. По экспериментальным и расчетным данным построить зависимости , , и внешнюю характеристику трансформатора.

Вопросы для самостоятельной работы

1. Начертите эскиз конструкции, объясните принцип работы и основные соотношения однофазного трансформатора.

2. Как экспериментально определяют магнитные и электрические потери в трансформаторе?

3. Как изменяется ток в первичной обмотке трансформатора при увеличении тока нагрузки и почему?

4. Чем объясняется несинусоидальная форма тока холостого хода и почему форма изменяется при изменении ?

5. Как проводят опыт холостого хода трансформатора и какие параметры из него можно определить?

6. Как проводят опыт короткого замыкания трансформатора и какие параметры из него можно определить?

7. Как объяснить изменение вторичного напряжения трансформатора с изменением величины и фазы тока нагрузки?

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Цель работы

Изучить устройство, принцип действия и основные характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Экспериментальным путем получить данные для построения механической и рабочих характеристик асинхронного двигателя.

Краткие теоретические сведения

В конструкции трехфазного асинхронного двигателя реализованы законы электромагнитной индукции, Ампера и Ленца.

На рис. 2.1, а изображен асинхронный трехфазный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором (рис. 2.1, б). В пазы сердечника статора, набранного из изолированных листов электротехнической стали (рис. 2.1, в, г, д), уложена трехфазная обмотка, соединенная по схеме «звезда» или «треугольник».

Обмотку статора подключают к трехфазной сети. Токи в фазах равны и сдвинуты относительно друг друга на треть периода. Такая система создает круговое вращающееся поле с числом пар полюсов p. Синхронную скорость вращения магнитного поля вычисляют по формуле

, (2.1)

где f – частота напряжения сети.

В пазы сердечника ротора (см. рис. 2.1, д) уложена короткозамкнутая обмотка (см. рис. 2.1, б) или фазная (см. рис. 2.1, е). С помощью скользящего контакта щетка-кольцо к фазной обмотке подключают трехфазный реостат.

Согласно закону электромагнитной индукции круговое вращающееся магнитное поле, охватывая проводники обмотки неподвижного ротора, создает в них ЭДС взаимной индукции, которая изменяется с частотой сети f:

, (2.2)

где – количество витков фазы обмотки ротора;

– амплитуда магнитного потока;

– обмоточный коэффициент обмотки ротора.

Согласно закону Ампера на проводники с током обмотки ротора, находящиеся в магнитном поле, действуют силы, создающие электромагнитный момент. Ротор начинает вращаться согласно с магнитным полем (закон Ленца) с частотой вращения .

С увеличением уменьшается относительная скорость вращения ротора . Отношение называется скольжением и обозначается буквой :

, (2.3)

откуда

. (2.4)

Относительная скорость вращения ротора определяет частоту , с которой наводится ЭДС в обмотке ротора:

. (2.5)

Следовательно, ЭДС вращающегося ротора можно выразить через ЭДС неподвижного ротора (2.2):

. (2.6)

Под действием ЭДС ротора в обмотке ротора протекает ток , определяемый по закону Ома:

, (2.7)

или

, (2.8)

где – активное сопротивление фазы обмотки ротора; – индуктивное сопротивление фазы обмотки неподвижного ротора;  – индуктивное сопротивление фазы вращающегося ротора.

Угол сдвига по фазе между ЭДС и током

. (2.9)

А синхронный двигатель, на валу которого имеется нагрузка, потребляет из сети мощность

. (2.10)

Здесь – количество фаз; , – действующие значения фазных напряжения и тока; – коэффициент мощности АД.

При токе происходит потеря мощности в проводах обмотки статора

,

затрачиваемая на нагрев обмотки.

Магнитный поток обуславливает потери мощности в стали сердечника статора . Все эти потери компенсируются источником электроэнергии за счет мощности .

Оставшаяся часть мощности P₁ посредством вращающегося магнитного потока передается со статора на ротор:

. (2.11)

Электромагнитная мощность определяется током и ЭДС ротора:

, (2.12)

где . (2.13)

Электромагнитная мощность определяет электромагнитный момент

. (2.14)

Часть электромагнитной мощности, оставшаяся после компенсации на нагрев обмотки ротора , преобразуется в механическую мощность , под действием которой ротор АД начинает вращаться. При вращении возникают потери мощности , обусловленные трением в подшипниках и потерями на вентиляцию. Полезная механическая мощность на валу двигателя

. (2.15)

Коэффициент полезного действия

. (2.16)

Если пренебречь активным сопротивлением фазы обмотки статора и ее индуктивностью , то электромагнитный момент вычисляют по формуле (2.14). Подставим в выражение (2.14) значения (2.6), (2.8) и (2.13). Учитывая, что электромагнитная мощность, передаваемая магнитным полем во вращающийся ротор, . После преобразования получим

. (2.17)

В ыражение (2.17) есть уравнение механической характеристики АД (рис. 2.2).

Так как , то механическую характеристику можно представить зависимостью (рис. 2.3).

Изменение различных электрических и механических параметров АД в нормальном режиме описывают рабочими характеристиками, под которыми понимают зависимости , , , , от мощности P₂ на валу двигателя при и (рис. 2.4).