foe laba

форматор. Первичная обмотка подключается к источнику переменного тока с напряжением U1 , а вторичная – к потребителю. Ток I1 , возникающий в первичной обмотке, создает переменный магнитный поток Ф , который, сцепляясь с витками обмоток,

индуктивные сопротивления рассеяния обмоток.

Уравнения магнитного состояния трансформатора имеют

вид:

W1I1 W1I10 ( W2 I2 ) ,

где I10 ток первичной обмотки трансформатора в режиме холо-

стого хода.

Коэффициент трансформации определяется по формуле

где U 20 – напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме холостого хода.

Домашнее задание

Изучить конструкцию и принцип действия однофазного трансформатора. Проанализировать уравнения электрического и

53

магнитного состояний; уяснить принципы построения упрощенных векторных диаграмм и схем замещений. Выяснить назначение опытов холостого хода и короткого замыкания, а также, какие потери мощности при этом возникают и как рассчитывается КПД. Уметь объяснить внешние характеристики трансформатора. Ознакомиться с устройством и принципом действия автотрансформатора и измерительных трансформаторов.

Приборы и оборудование

Работа выполняется на универсальном стенде, где установлены лабораторный автотрансформатор Т1 и измерительные приборы, однофазный двухобмоточный трансформатор Т 2 , реостат Rн . Комплект электропроводов располагается на столе.

План работы

Провести опыт нагрузки. 1. Собрать электрическую цепь по предложенной схеме (рис.19).

2. Включить питание и установить с помощью автотрансформатора по вольтметру PV1 номинальное напряжение на первичной обмотке U1ном 220 В.

Рис. 19

54

3. Изменяя с помощью реостата Rн ток нагрузки от нуля до номинального значения ( I 4 А) при U1 220 В= const ,

измерить токи первичной I1 и вторичной I2 обмоток, мощность P1 , потребляемую трансформатором, а также напряжение вторичной обмотки U2 . При проведении опыта ток вторичной обмотки менять с шагом 1,0 А Результаты измерений занести в табл.6.

4.Снизить автотрансформатором напряжение U1 до нуля, отключить питание.

5.По данным опыта вычислить мощность нагрузки P2 , ко-

Провести опыт холостого хода. 1. Для выполнения этого опыта отключить от вторичной обмотки нагрузку (реостат Rн) и амперметр А2 .

2. Включить питание и установить напряжение на первичной обмотке U1ном 220 В.

3. Измерить ток холостого хода I10 напряжение U 20 и мощность P0 , потребляемую трансформатором. Результаты из-

55

мерений занести в табл. 7.

Таблица 7

U20

вычислений занести в табл. 7.

Провести опыт короткого замыкания.

1.Создать режим короткого замыкания трансформатора, замкнуть вторичную обмотку на амперметр (рис. 20); подключить к первичной обмотке вольтметр с меньшим пределом измерений (50 или 75 В).

2.Включить питание и установить на первичной обмотке

напряжение U1к так, чтобы ток I 2 имел номинальное значение 4 А, соответствующее данному трансформатору. Измерить I1к , U1к , Pк ном , I2ном и занести результаты в табл.8.

Контрольные вопросы

1.Устройство и принцип действия трансформатора.

2.Записать и объяснить формулы ЭДС и уравнения электрического и магнитного состояний трансформатора.

3.Что такое «коэффициент трансформации»?

4.Нарисовать и объяснить схему замещения нагруженного трансформатора.

5.Как проводятся опыты холостого хода и короткого замы-

кания?

6.Объяснить причины и характер изменения напряжения вторичной обмотки при изменении нагрузки.

7.Как определяется КПД силовых трансформаторов?

8.Объяснить особенности конструкции и принципа действия автотрансформаторов.

Библиографический список

1.Касаткин А.С., Немцов С.В. Электротехника. М.: Высш.

шк., 2000. С. 196-216, 222-225.

2.Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. М.: Высш.шк., 2000. С. 182-188, 193-196.

3.Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. М.:

Высш.школа, 1984. С.135-162, 170-174.

4.Волынский Б.А., Зейн Е.И., Шатерников В.Е. Электро-

57

техника. М.: Энергоатомиздат, 1987. С.297-317.

5.Общая электротехника /Под ред. А.Т.Блажкина. М.: Энергоатомиздат, 1986. С.262-277, 280-289.

6.Электротехника /Под ред. В.Г.Герасимова, М.: Высш.школа, 1985. С.237-248, 251-252, 253-261.

7.Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1985. С.301-321, 326-342.

Работа № 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.

Цели работы: 1.Изучить устройство и принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

2.Ознакомиться с методом непосредственного пуска двигателя и измерить пусковой ток;

3.Снять рабочие характеристики двигателя и на их основе дать оценку двигателя.

Пояснения к работе

Трехфазный асинхронный двигатель, предназначенный для преобразования энергии переменного тока в механическую энергию, состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор двигателя представляет собой полый цилиндр, собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. На внутренней поверхности цилиндра имеются пазы. В них уложена трехфазная обмотка, выполненная из изолированного провода. Она состоит из трех отдельных катушек – обмоток фаз, оси которых сдвинуты относительно друг друга на

1200 . Обмотки фаз соединяются между собой «звездой» или «треугольником».

Короткозамкнутый ротор представляет собой цилиндрический сердечник, собранный как и статор из листов электротех-

58

нической стали. В пазах сердечника уложена обмотка ротора, состоящая из медных или алюминиевых стержней, которые соединяются торцевыми кольцами и образуют цилиндрическую клетку – так называемую «беличью клетку». Ротор укрепляется на валу и помещается внутри статора с минимальным воздушным зазором. При включении двигателя в сеть в каждой фазе статорной обмотки будет создаваться магнитный поток, изменяющийся с частотой питающей сети. При этом потоки отдельных фаз оказываются сдвинутыми относительно друг друга на

угол 1200 как во времени, так и в пространстве. В этих условиях результирующий магнитный поток оказывается вращающимся. Он вращается в пространстве с синхронной частотой вращения

где f1 - частота подводимого напряжения, Гц; p - число пар

полюсов двигателя (определяется по шифру двигателя). Для используемых в данной лабораторной работе асинхронных двигателей p 2 .

Результирующий магнитный поток при своем вращении пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них ЭДС. Так как обмотка ротора замкнута, в ней возникает ток, который, взаимодействуя с результирующим магнитным потоком, создает электромагнитный момент двигателя. Под действием этого момента ротор вращается в сторону вращающегося магнитного потока двигателя, причем частота вращения ротора n2 всегда

меньше синхронной частоты вращения поля n1 .

Важнейшим показателем, характеризующим работу трехфазного асинхронного двигателя, является скольжение ротора:

Скольжение характеризует степень отставания частоты враще-

59

ния ротора от частоты вращения магнитного поля и при номинальной нагрузке у современных двигателей составляет 2-6%. С ростом нагрузки скольжение увеличивается.

Трехфазный асинхронный двигатель имеет электромагнитный момент, величина которого определяется по формуле

противление, R2 - приведенное активное сопротивление ротора, X k - индуктивное сопротивление короткого замыкания двигате-

двигателя M эм видно, что он пропорционален квадрату подво-

димого напряжения и зависит от скольжения. Причем имеется такое скольжение ротора, при котором двигатель развивает максимальный (критический) момент M к . Момент на валу двигате-

ля определяется как M M эм M 0 , где М 0 - момент холостого

хода двигателя, которым нередко можно пренебречь. Свойства двигателя

оценивают по механическим и рабочим характеристикам. Механическая характеристика двигателя – это зависимость частоты вращения ротора от момента n2( M ) (рис. 21). Она

может быть построена с помощью формулы для электро-

Рабочие характеристики – это зависимости частоты вращения n2 , скольжения s , вращающего момента М , тока статора I1 , коэффициента мощности cos и КПД от полезной мощности Р2 на валу двигателя при неизменных напряжении U1 и частоты сети f1 . В данной работе эти характеристики снимаются экспериментально и позволяют оценить рабочие свойства двигателя в номинальном и других режимах.

Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электрическими двигателями. Они просты по конструкции, дешевы, надежны в эксплуатации, экономичны. К недостаткам этих двигателей относятся, прежде всего, большой пусковой ток и трудность регулирования частоты вращения ротора.

Домашнее задание

По учебникам и конспектам ознакомиться с конструкцией и принципом действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Зарисовать в отчет конструктивную схему двигателя. Обратить внимание на условие возбуждения вращающегося магнитного поля двигателя и асинхронное вращение ротора относительно этого поля.

Уяснить, почему скольжение возрастает с увеличением нагрузки на валу. Определить величину скольжения для холостого хода номинального, критического и пускового режимов.

Изучить процесс преобразования энергии в асинхронном двигателе. Ознакомиться со схемой замещения. Уметь анализировать механическую и рабочие характеристики.

Ознакомиться с возможными способами регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей и с особенностями их пуска.

Оценить достоинства и недостатки конструкции двигателей

61

и указать область их применения.

Приборы и оборудование

Работа выполняется на универсальном стенде, в котором смонтированы лабораторный автотрансформатор, выпрямитель, ламповая нагрузка, коммутационная аппаратура и необходимые приборы. Электрическая цепь стенда представлена на рис. 22.

Трехфазный асинхронный двигатель М расположен за стендом. В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения G, соединенный с двигателем муфтой. Генератор нагружается ламповым реостатом EL1 – EL7. Регулирование тока возбуждения генератора осуществляется лабораторным автотрансформатором Т, во вторичную цепь которого включен мостовой выпрямитель U 2 .