ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ 4 страница

· Произвести измерения U1, I1, P1, U2, I2 и занести результаты в строку 2 таблицы 7.4.

· Повторить измерения в положениях «2» и «3» переключателя S и занести результаты в строки 3 и 4 таблицы 7.4.

· Перенести результаты измерений U1, U20, I10 и P10 из первой строки таблицы 7.3 в строку 1 таблицы 7.4.

При оформлении отчёта по результатам эксперимента рассчитываются активная мощность в нагрузке трансформатора P2=U2·I2·cosj2, значение КПД трансформатора э=100P2/P1 и коэффициент мощности cosj1=P1/(U1н·I1). Результаты расчётов помещаются в таблицу 7.4. Следует иметь ввиду, что нагрузка трансформатора чисто активная, поэтому фазовый сдвиг между напряжением и током в нагрузке трансформатора j2 равен нулю ( ).

Падения напряжений на активном сопротивлении и индуктивном сопротивлении рассеяния вторичной обмотки (I2·R2 и I2·Xр2), напряжение на зажимах вторичной обмотки U2р и значение КПД трансформатора р рассчитываются с использованием результатов опыта короткого замыкания (таблица 7.2) и холостого хода (таблица 7.3) по формулам

Таблица 7.4

№ п/п Результаты измерений Результаты вычислений
U1 н В I1 А Р1 Вт U2 В I2 А Р2 Вт э % cos1 I2·R2 I2·Xр2 U2р р %
В
                       
                       
                       
                       

 

4 Исследование формы тока и напряжения в обмотках трансформатора.

· Установить переключатель S в положение «хх»

· Подключить вход осциллографа к гнездам x1-x2.

· Настроить изображение сигнала и зарисовать кривую тока первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

· Подключить вход осциллографа к гнездам x3-x4.

· Настроить изображение сигнала и зарисовать кривую напряжения вторичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

Содержание отчета

1. Схема лабораторной установки (рис.7.1).

2. Расчетные формулы и результаты расчетов. Заполненные таблицы 7.1–7.4.

3. Схема замещения трансформатора с указанием расчетных значений параметров ее элементов.

4. Семейство кривых I1(b), cosj1(b), P1(b), U2(b), U2р(b), hр(b), hэ(b), построенных по данным таблицы 7.4 и размещенных на одном рисунке.

5. Построенные в масштабе векторные диаграммы для исследуемого трансформатора для режимов холостого хода, короткого замыкания и нагрузки (для любого выбранного положения переключателя П).

6. Выводы по работе.



Лабораторная работа 8

 

Исследование трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором

Цель работы – экспериментальное исследование статических характеристик трехфазного асинхронного двигателя в различных режимах его работы.

Указания по выполнению работы

К выполнению работы следует приступать после изучения раздела “Трехфазные асинхронные двигатели” по одному из учебников списка литературы, приведённого в конце настоящего пособия.

Описание лабораторной установки

 
 

Лабораторная установка (рис. 8.1) содержит электромеханический блок и комплект измерительной и регулирующей аппаратуры.

Электромеханический блок включает испытуемый трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором АД, нагрузочную машину НМ, электромеханический тахогенератор ТГ и устройство измерения вращающего момента испытуемого двигателя. Роторы всех машин жестко связаны между собой с помощью соединительных муфт. Статор исследуемой машины подвешен соосно с валом ротора и снабжён противовесом P. При нагрузке на вал статор отклоняется от положения равновесия до тех пор, пока момент, создаваемый противовесом , не уравновесит момент нагрузки . Измерение момента нагрузки производится по углу отклонения a. Для снижения погрешности отсчёта угол отклонения статора увеличивается зубчатой передачей. Цена деления шкалы угломерного устройства – 19 Г·см/град или 19,4·10–4 Н·м/град.

В качестве испытуемой используется машина типа ДТ-75 с номинальным фазным напряжением 220 В. Для предотвращения выхода из строя двигателя все испытания проводятся при пониженном напряжении. Обмотки статора АД соединены треугольником и через выключатель S1 подключены к сети с линейным напряжением 127 В. Паспортные данные на испытуемый двигатель представлены в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Тип Uф н В Iф н А P2 н Вт n2 н об/мин н % cos f Гц р
ДТ-75 0.4 0.76

Нагрузочный момент на валу АД создается двигателем постоянного тока с параллельным возбуждением типа ЭП мощностью 245 Вт и напряжением питания 110 В. Регулирование нагрузочного момента осуществляется изменением напряжения на якоре этой машины с помощью реостатов R1 и R2 при неизменном напряжении 110 В на обмотке возбуждения.

Скорость вращения ротора исследуемой машины измеряется с помощью тахогенератора ТГ, в качестве которого используется машина постоянного тока типа ДПР с возбуждением от постоянных магнитов, работающая в режиме генератора. Величина ЭДС якоря ТГ пропорциональна скорости вращения, поэтому её можно определить по показаниям вольтметра постоянного тока Vтг.

Для измерения активной мощности, потребляемой исследуемой машиной, величин фазных напряжений и линейных токов используется измерительный комплект К505.

Программа работы

1. Исследование режима холостого хода двигателя.

2. Снятие рабочих характеристик двигателя.

3. Снятие механических характеристик двигателя.

Методика выполнения работы

1 Исследование режима холостого хода

В этом режиме потери в ферромагнитном сердечнике, обмотках статора и ротора, механические потери (на трение в подшипниках, на самовентиляцию) и добавочные потери испытуемого асинхронного двигателя должны быть скомпенсированы вращающим моментом нагрузочной машины. Развиваемый испытуемым асинхронным двигателем электромагнитный момент должен быть равен нулю, что можно обеспечить лишь в том случае, если обе электрические машины – АД и НМ – будут иметь одинаковое направление вращения. Для создания режима холостого хода испытуемого АД необходимо:

· При разомкнутом выключателе S2 с помощью выключателя S1 кратко-временно подать питание на испытуемую машину и заметить направление вращения вала*.

· При разомкнутом выключателе S1 с помощью выключателя S2 кратковременно подать питание на нагрузочную машину и заметить направление вращения вала. Если направление вращения вала НМ противоположно направлению вращения вала АД, то следует изменить направление вращения АД. Для этого, убедившись в том, что выключатель S1 выключен, нужно поменять местами два любых линейных провода.

· После согласования направлений вращения обеих электрических машин следует замкнуть выключатель S2 и установить движки регулировочных реостатов R1 и R2 в крайние положения, при которых вал установки будет неподвижен.

· Включить S1 и, плавно перемещая движки потенциометров R1 и R2, увеличить напряжение на якоре нагрузочной машины до такой величины, при которой стрелка указателя момента встанет на нулевую отметку.

· Произвести измерение линейных напряжений, токов и активных мощностей** в положениях «A» и «B» переключателя фаз комплекса К50, а также напряжения на зажимах тахогенератора. Результаты измерений занести в таблицу 8.2.

Таблица 8.2

Результаты измерений Результаты вычислений
Uл В Iл А PА PB Uтг х В P1х Вт cosj1х Kтг В/(об/ мин)
Вт
               

· Не выключая S1 и S2 перейти к снятию рабочих характеристик АД.

При оформлении отчета следует рассчитать мощность, потребляемую из питающей сети в режиме холостого хода P1х= PА±PB, коэффициент мощности в режиме холостого хода и коэффициент передачи тахогенератора Kтг=Uтг х/n1, где п1=60·f /р – скорость вращения магнитного поля статора АД, р – количество пар полюсов статора АД. Результаты расчета поместить в таблицу 8.2.

 

2 Снятие рабочих характеристик двигателя.

· Постепенно уменьшая напряжение на якоре машины постоянного тока с помощью потенциометров R1 и R2 и увеличивая тем самым момент нагрузки на выходном валу испытуемого двигателя АД, провести 5-6 измерений Uл, Iл, PА, PB и Uтг в диапазоне моментов 0 £ M2 £ M2н/3. Показания приборов занести в таблицу 8.3. По завершении эксперимента разомкнуть S1 и S2.

Таблица 8.3

№ п/п Результаты измерений Результаты вычислений
Uл В Iл А PА PB М2 Н·м Uтг В P1 Вт s P2 Вт h % cosj1 n2 об/мин
Вт
1.                        
...                        
6.                        

При оформлении отчета по результатам измерений следует рассчитать мощность, потребляемую из питающей сети P1=PА±PB, коэффициент мощности , скорость вращения ротора n2=Uтг/Kтг, скольжение s=(n1–n2)/n1, полезную механическую мощность на валу P2=M2·p·n2/30 и коэффициент полезного действия АД h=100·P2/P1. Результаты расчета поместить в таблицу 8.3.

3 Снятие механических характеристик двигателя.

3.1 Генераторный режим.

В генераторном режиме ротор асинхронного двигателя под действием вращающего момента нагрузочной машины вращается со скоростью, большей скорости вращения магнитного поля (n2>n1). Электромагнитный момент испытуемого двигателя – отрицательный (M2<0).

Для выполнения опыта необходимо:

· Замкнуть выключатели S1 и S2 и с помощью движков реостатов R1 и R2 вывести АД в режим, при котором напряжение зажимах тахогенератора достигнет величины »1,3·Uтг х. Занести результаты измерения Uл, Iл, M2 и Uтг в строку 1 таблицы 8.4.

 

Таблица 8.4

№ п/п Режим работы Результаты измерений Результаты вычислений
Uл В Iл А Uтг В M2 Н·м n2 об/мин s
Генератор            
¼            
           
хх            
… Двигатель              
           
           
max            
…              
           
           
кз            
… ЭМТ            
           
           

· Уменьшая потенциометрами R1 и R2 момент нагрузочной машины и постепенно снижая скорость вращения ротора до скорости холостого хода, провести измерения еще в трех точках диапазона, занося результаты в строки 2¼4 таблицы 8.4.

3.2 Двигательный режим

В двигательном режиме асинхронный двигатель создаёт положительный момент (M2>0) и вращается со скоростью, меньшей скорости вращения магнитного поля (0<n2<n1).

Для выполнения опыта необходимо:

· C помощью движков реостатов R1 и R2 вывести АД в режим, при котором его электромагнитный момент достигнет максимального значения М2 max, а скорость вращения – критического значения n2 кр. Занести результаты измерения Uл, Iл, M2 и Uтг в строку 10 таблицы 8.4.

· Уменьшая величину электромагнитного момента от М2 max до нуля (ре-жим холостого хода) провести измерения еще в 4 точках диапазона. Показания приборов занести последовательно в строки с 9 по 6 таблицы 8.4.

· C помощью движков реостатов R1 и R2 вывести АД в режим короткого замыкания (пусковой режим), при котором скорость вращения ротора равна нулю, а развиваемый электромагнитный момент соответствует пусковому Мп. Занести результаты измерения Uл, Iл, M2 и Uтг в строку 13 таблицы 8.4.

· Провести измерения еще в двух точках двигательного режима при значениях скорости вращения ротора в диапазоне n2 кр>n2>0, занося показания приборов в строки 12-11 таблицы 8.4.

3.3 Режим электромагнитного тормоза (режим противовключения)

В этом режиме ротор асинхронного двигателя под действием вращающего момента нагрузочной машины вращается в направлении, противоположном вращению магнитного поля (n2<0). Электромагнитный момент испытуемого двигателя положительный (M2>0).

Для выполнения опыта необходимо:

· Разомкнуть S1 и S2 и изменить направление вращения АД, поменяв местами два любых линейных провода, подходящих к зажимам S1.

· Замкнуть S1 и S2 и устанавливать с помощью движков реостатов R1 и R2 такие значения скорости вращения ротора АД, при которых напряжение на зажимах тахогенератора принимает значения »0,2Uтг х, »0,4Uтг х и »0,6Uтг х. Занести результаты измерения Uл, Iл, M2 и Uтг в строки 14-16 таблицы 8.4.

При оформлении отчета по результатам измерений необходимо рассчитать значения скорости вращения ротора n2 и скольжения s.

Содержание отчета

1. Схема лабораторной установки (рис.8.1).

2. Расчетные формулы и результаты расчетов. Заполненные таблицы 8.1–8.4.

3. Семейство кривых п2(Р2), М2(Р2), Iл(Р2), (Р2), cos2(Р2), построенных по данным таблицы 8.3 и размещенных на одном рисунке.

4. Графики механических характеристик n2(M2) и M2(s), построенных по данным таблицы 8.4.

5. Выводы по работе.



Лабораторная работа 9

Исследование синхронных микродвигателей

Цель работы – исследование характеристик трехфазных синхронных реактивного и гистерезисного двигателей.

Указания по выполнению работы

Перед выполнением работы следует изучить раздел «Синхронные машины» по одному из учебников списка литературы, приведённого в конце на-стоящего пособия.

Описание лабораторной установки


Лабораторная установка (рис.9.1) содержит 2 электромеханических блока (ЭМБ), строботахометр СТ-3, лабораторный автотрансформатор (ЛАТр), диодный выпрямитель (В) и измерительный комплекс К50.

Каждый из ЭМБ содержит исследуемый синхронный двигатель (СД) и нагрузочное устройство (НУ). Включение ЭМБ в электрическую схему установки осуществляется с помощью штепсельного разъема (ШР).

Объектами исследований являются синхронный реактивный двигатель типа IМ-47 и синхронный гистерезисный двигатель типа Г-506 с техническими характеристиками, представленными в таблице 9.1.

Таблица 9.1

  IМ-47 Г-506
Номинальная мощность на валу P2н, Вт
Частота f, Гц
Напряжение U, В
Потребляемый ток Iн, А 0,75 1,2
Скорость вращения п1, об/мин
Номинальный момент Mн, Н·м 0,1 0,2

 
 

Конструкция ЭМБ и принцип действия НУ поясняются рисунком 9.2.

Рис.4.2
Двигатель (1) установлен в нагрузочном устройстве и на его валу закреплен алюминиевый или медный диск (2). Диск вращается в воздушном зазоре между скобами магнитопровода (4) и сердечником неподвижного электромагнита (3). Тормозной момент создается в результате взаимодействия вихревых токов, возбуждаемых в теле вращающегося диска, и магнитного поля в зазоре. Этот момент действует на вал двигателя и (с противоположным знаком) на магнитопровод, скобы которого подвешены соосно с двигателем и жестко соединены с рычагом и закрепленным на нем противовесом (5). На другом конце рычага установлена нить отсчетного устройства (6). При возникновении тормозного момента скобы магнитопровода поворачиваются до тех пор, пока момент противовеса (5) не скомпенсирует тормозной момент. Таким образом, при соответствующей градуировке шкалы угломерного устройства (7), по ней можно измерить момент на валу двигателя. Величина тормозного момента пропорциональна величине магнитного потока, который, в свою очередь, зависит от величины тока в катушке электромагнита. Поэтому регулирование момента осуществляется с помощью автотрансформатора (ЛАТр на рис. 9.1), питающего через выпрямитель В катушку электромагнита. Предел измерения момента ±0,45 Н×м.

Для измерения угла нагрузки и определения режима работы двигателя в лабораторной установке используется стробоскопический эффект, заключающийся в том, что вращающийся предмет будет казаться неподвижным, если его освещать световыми импульсами с частотой, равной частоте вращения. Для этого в установке используется строботахометр СТ-3, состоящий из импульсной лампы и генератора импульсов, синхронизирующего вспышки лампы с частотой сети, питающей двигатель. Таким образом, световые импульсы формируются с частотой 50 Гц и с этой же частотой вращается ротор в синхронном режиме. На конце вала двигателя противоположном тормозному диску закреплен диск с радиальной риской (8). Если этот диск осветить импульсной лампой, то в синхронном режиме риска будет казаться неподвижной, и при изменении момента на валу изображение риски будет смещаться на величину угла нагрузки q. При выходе из синхронизма изображение риски будет вращаться с частотой скольжения ротора. Измерение угла нагрузки производится по закрепленной на корпусе двигателя подвижной круговой угломерной шкале (9). Вращение шкалы используется для совмещения ее нулевой точки с изображением риски в режиме холостого хода двигателя.

Программа работы

1 Исследование характеристик трехфазного реактивного двигателя.

1.1 Определение момента и мощности холостого хода.

1.2 Определение углов и моментов выхода из синхронизма и входа в синхронизм.

1.3 Исследование угловой и рабочих характеристик.

2 Исследование характеристик трехфазного гистерезисного двигателя.

2.1 Определение момента и мощности холостого хода.

2.2 Определение углов и моментов выхода из синхронизма и входа в синхронизм.

2.3 Исследование угловой и рабочих характеристик.

Методика выполнения работы

1 Исследование характеристик трехфазного реактивного двигателя.

· Ознакомиться с устройством и работой нагрузочной установки и строботахометра.

· Собрать схему, изображенную на рис.9.1, подключив с помощью ШР ЭМБ с реактивным двигателем типа IМ-47.

· С помощью выключателя S1 подключить испытуемый двигатель к питающей сети.

· Включить генератор частоты и лампу-вспышку соответствующими тумблерами на лицевой панели блока СТ-3.

· Направить световой поток лампы на диск (8) и убедиться в том, что риска неподвижна.

1.1 Опыт холостого хода.

· Отключить НУ от источника питания, разомкнув выключатель S2.

· Измерить момент, напряжение, ток и мощность* холостого хода в положениях «A» и «B» переключателя фаз комплекса К50 и занести данные в строку 1 таблицы 9.2.

Таблица 9.2

№ п/п Результаты наблюдений Результаты вычислений
град М Н·м U В IA IB РА РВ эл. гр. Р1 Р2 % соs
А Вт Вт
                     
                       
                       
                       
                       
                       
(выход из синх)                        
(вход в синх)                        

1.2 Режим выхода и входа в синхронизм.