Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электротехника и электроника» для студентов факультета (стр. 6 из 9)
6. Краткие выводы. Сопоставление опытных и расчетных данных с известными положениями из теории.
Контрольные вопросы
При допуске к лабораторной работе:
1. Каковы цель и порядок выполнения работы?
2. С какой целью проводится опыт холостого хода? Порядок проведения опыта холостого хода.
3. Куда затрачивается мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода?
4. С какой целью проводится опыт короткого замыкания? Порядок проведения опыта короткого замыкания. Какое напряжение подводится к первичной обмотке при опыте короткого замыкания?
5. Куда затрачивается мощность, потребляемая трансформатором в режиме короткого замыкания?
6. Что называется коэффициентом трансформации и как он выражается?
7. Что называется коэффициентом полезного действия трансформатора?
При защите лабораторной работы студент должен ответить на вышеперечисленные вопросы, а также должен знать:
1. Что понимают под режимом холостого хода трансформатора? Уравнение равновесия э.д.с. и напряжений для первичной и вторичной обмоток трансформатора.
2. Из каких составляющих состоит ток холостого хода трансформатора?
3. Для чего делают приведение токов и э.д.с. вторичной обмотки к первичной?
4. Что называют внешней характеристикой трансформатора? Какие факторы влияют на изменение напряжения трансформатора при нагрузке?
5. Устройство и принцип действия трансформатора?
6. Как определить номинальный ток однофазного трансформатора?
ИСПЫТАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
С КОРОТКОЗАМНУТЫМ РОТОРОМ
Цель работы
1. Приобрести практические навыки по использованию и испытанию асинхронных двигателей (АД).
2. Экспериментально подтвердить теоретические знания, полу-ченные на лекциях и самостоятельных занятиях по АД.
Общие сведения
Асинхронные двигатели – самые распространенные из всех видов электрических машин из-за их простоты, надежности, меньших в сравнении с другими машинами весогабаритных показателей, стоимости и иных достоинств.
Трехфазный асинхронный двигатель представляет собой двигатель переменного тока, который преобразует электрическую энергию в механическую. Процесс преобразования осуществляется посредством создаваемого обмотками статора вращающегося магнитного поля, которое заставляет вращаться ротор. Скорость вращения ротора асинхронного двигателя меньше скорости вращения поля статора.
Асинхронные двигатели состоят из двух частей: неподвижной части – статора и подвижной части – ротора, разделенных воздушным зазором.
Статор асинхронного двигателя представляет собой полый цилиндр, собранный из штампованных пластин электротехнической стали толщиной 0,35–0,5мм. В пазы на внутренней поверхности статора укладываются проводники обмотки статора. Обмотку статора выполняют в виде одно- или многовитковых катушек, имеющих одинаковые размеры. Каждая фаза статорной обмотки состоит из нескольких последовательно включенных катушек, находящихся в соседних пазах. Обмотки статора питаются от сети трехфазного переменного тока.
Ротор асинхронного двигателя набирается из штампованных пластин электротехнической стали, которые запрессовываются на вал, входящий при сборке машины в боковые подшипниковые щиты. В пазах на внешней поверхности цилиндрического ротора располагается обмотка ротора.
Различают два вида обмоток ротора: короткозамкнутую обмотку и фазную обмотку. Короткозамкнутая обмотка имеет вид беличьей клетки и состоит из толстых проводящих стержней, соединенных по торцам кольцами. Короткозамкнутую обмотку изготавливают путем заливки расплавленного металла (меди или алюминия) в пазы ротора. Одновременно с обмоткой ротора отливаются лопасти вентилятора, обеспечивающие охлаждение машины.
Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля и законов электротехники. При включении в сеть трехфазного тока в статоре образуется вращающееся магнитное поле. Скорость вращения поля n1 определяется соотношением n1=
, где f – частота питающей сети, p – число пар магнитных полюсов. Силовые линии вращающегося магнитного поля пересекают проводники обмотки ротора. При этом, согласно закону электромагнитной индукции, в обмотке ротора индуцируется э.д.с., пропорциональная частоте пересечения силовых линий. Под воздействием индуцированной э.д.с. в короткозамкнутой обмотке возникают значительные токи. В соответствии с законом Ампера на проводники с током, находящиеся в магнитном поле, действуют механические силы, которые по принципу Ленца стремятся устранить причину, вызывающую индуцированный ток, т. е. пересечение стержней обмотки ротора силовыми линиями. Таким образом, возникшие механические силы будут раскручивать ротор в направлении вращения поля, уменьшая скорость пересечения стержней обмотки силовыми линиями. В реальных условиях ротор не может достичь частоты вращения поля. Поэтому в асинхронных двигателях ротор вращается с частотой n2, меньшей частоты поля статора n1, т. е. не синхронно с полем (асинхронно).Частоту вращения магнитного поля относительно ротора, выраженную в долях частоты вращения поля называют скольжением s
.
Скольжение зависит от нагрузки двигателя. При номинальной нагрузке его значение составляет около 0,05 у машин небольшой мощности и около 0,02 у мощных машин. Вращающий момент, развиваемый двигателем, зависит от скольжения.
Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора n2 от момента на валу при неизменных напряжении и частоте питающей сети. С увеличением момента нагрузки частота вращения двигателя уменьшается незначительно.
Изменение направления вращения ротора называется реверсированием. Для обеспечения реверсирования необходимо изменить направление вращения магнитного поля, т. е. изменить порядок чередования фаз. Для реверсирования асинхронного двигателя достаточно поменять местами две любые фазы на клеммовой колодке двигателя.
Схема лабораторной установки
Лабораторная установка (на рис. 1 приведена ее электрическая схема) включает в себя трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который питается от сети через трехполюсный пакетный выключатель, контрольно-измерительные приборы, коммутационные аппараты и нагрузочное устройство.
В качестве нагрузочного устройства в работе использован электромагнитный тормоз (ЭТ). Электромагнитный тормоз предназначен для создания тормозного момента на валу электродвигателя. Он состоит из электромагнитной системы, связанной с противовесом и системой отсчета по шкале, а также металлического диска, жестко связанного с валом электродвигателя. Питание электромагнитной системы осуществляется постоянным током через выпрямитель.
При протекании постоянного тока в катушках электромагнитной системы возникает постоянное магнитное поле. Во вращающемся диске при пересечении магнитным полем наводятся вихревые токи. Взаимодействие постоянного магнитного поля и вихревых токов, наводимых в диске, вызывает тормозной момент, и электромагнитная система отклоняется на определенный угол, фиксируя величину момента по шкале.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с электрической схемой, приборами, аппаратами и другим оборудованием экспериментальной установки. Записать их технические данные в отчет.
2. Собрать электрическую схему экспериментальной установки для испытания асинхронного двигателя (рис. 1) и предъявить для проверки инженеру.
Рис. 2. Электрическая схема испытания трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:
S – пакетный выключатель; АД – асинхронный двигатель; PW – ваттметр; PA – амперметр в цепи статора АД;
PV – вольтметр в цепи статора АД; Выпр. – выпрямитель; ЭТ – электромагнитный тормоз с обмоткой
При проведении испытаний асинхронного двигателя в схеме используются приборы: амперметр РA на 500 мА, вольтметр PV на 150 В, ваттметр РW на 150 В и 0,5 А.
3. После проверки правильности соединений и получения разрешения преподавателя на проведение опытов осуществить прямой пуск АД. Для осуществления прямого пуска АД необходимо подать питание на электродвигатель, замкнув сеть выключателем S. Для остановки двигателя необходимо его отключить от сети с помощью выключателя S.
4. Осуществить изменение направления вращения электродвигателя (реверс). С этой целью при обесточенной электрической схеме поменять местами линейные провода любых двух фаз (например, А и В или A и C или В и С) двигателя и потом подать питание выключателем S . Убедиться, что электродвигатель изменил направление вращения ротора на противоположное.
5. Провести испытание электродвигателя под нагрузкой при соединении обмоток фаз статора звездой. Нагрузка на валу электродвигателя создается с помощью электромагнитного тормоза.
При испытании асинхронного двигателя под нагрузкой проводят 5–7 опытов. Первый опыт проводится при отсутствии нагрузки на валу двигателя – режим холостого хода (ток в обмотке электромагнитного тормоза отсутствует). После этого включается электромагнитный тормоз. Регулируя величину тока в обмотке, провести еще несколько опытов.
Показания приборов при каждом опыте записывать в табл. 1.
Таблица 1
| № пп | Измеряемые величины | Вычисляемые величины | |||||||||
| I1, А | Uф, В | рФ, Bт | n2, об/мин | M, H×м | S, ВА | P1, Вт | Р2, Вт | h, % | s, % | сos j | |
| 1 | 0 | ||||||||||
| 2 | |||||||||||
| 3 | |||||||||||
| 4 | |||||||||||
| 5 | |||||||||||
| 6 | |||||||||||
Частота вращения электродвигателя определяется по формуле: