Практическе занятия 1-4. Исследование двухобмоточного силового трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания. Цель работы Ознакомиться с устройством трансформатора.
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
Исследование двухобмоточного силового трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания. Цель работы Ознакомиться с устройством трансформатора. Усвоить практическиеприёмы лабораторного исследования трансформатора методом холостого хода икороткого замыкания. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ Наименование Тип Количество Лабораторный стенд СИПЭМ-3М 1 Однофазный трансформаторном В, ном А, ном ВА) ТН-250 ВА 1 Ваттметр PW1 (Вт) 1 Амперметр PA1 (А) 1 Амперметр PA2 (А) 1 Вольтметр PV1 (В) 1 Вольтметр PV2 (В) 1 Вольтметр PV3 (В) 1 Теоретическая часть Для исследования свойств двухобмоточного трансформатора, и определения его основных параметров проводят два опыта Опыт холостого хода и Опыт короткого замыкания. • Опыт холостого хода (далее ХХ) трансформатора проводят по схеме, приведённой ниже, на рисунке 1. Исходное состояние схемы следующее 1. Первичная обмотка трансформатора подключена через регулятор напряжения к зажимам питающей сети 2. Вторичная обмотка разомкнута, при этом I 20 =0; Z 20 =∞; U 20 =0. Суть опыта ХХ заключается в следующем На первичную обмотку через регулятор напряжения подаётся сетевое напряжение, изменяемое от нуля до номинального значения. На всём этом интервале через примерно равные промежутки изменения первичного напряжения, в 4-5 точках снимаются показания приборов. Эти данные будут необходимы для построения характеристик трансформатора. При достижении значения U 1 = ном, рост напряжения прекращают, снимают последние показания приборов и заносят их в таблицу. Принято считать напряжение на вторичной обмотке в режиме ХХ (при U 1 ном) - номинальным напряжением вторичной обмотки, те. ном ; Анализируя экспериментальные данные опыта, производят расчёт основных параметров ХХ трансформатора, используя расчётные формулы, приведённые в (м.Кацман,27), а также выполняют графическое построение характеристик трансформатора в режиме ХХ, по примеру рисунке 1.2 из (м.Кацман,28). Основные параметры трансформатора из опыта ХХ: Коэффициент трансформации К т = U 1 /U 2 = W 1 /W 2 Потери встали или магнитные потери трансформатора для любого режима работы 1 î При проведении опыта холостого хода ток проходит только в первичной цепи и составляет несколько процентов от номинального первичного тока, поэтому электрическими потерями, в вследствие их малой величины в проводниках, можно пренебречь и считать потери холостого хода равным потерям встали трансформатора. • Опыт короткого замыкания трансформатора проводят по схеме, приведённой на рисунке 2: Суть опыта КЗ заключается в следующем Если замкнуть накоротко вторичную обмотку трансформатора, а к первичной подвести номинальное напряжение питающей сети, то токи в обмотках трансформатора будут превышать номинальные примерно враз, что вызовет в трансформаторе повреждения изоляции и при длительном воздействии тока на проводники трансформатора, трансформатор выйдет из строя. Поэтому опыт короткого замыкания трансформатора проводят следующим образом. К первичной обмотке подводится напряжение с помощью регулятора напряжения (лабораторного автотрансформатора Р) и контролируется величина тока первичной обмотки до значения I 1 = ном А при этом во вторичной обмотке будет протекать номинальный ток вторичной обмотки, те. I 2 = ном , таким образом по обоим обмоткам трансформатора будут протекать токи не превышающие номинальные значения, в силу чего температурный режим трансформатора будет в пределах допустимого. Эта ситуация возможна только потому, что несмотря на накоротко замкнутую вторичную обмотку трансформатора, на первичную подаётся лишь незначительная часть от номинального первичного напряжения. Напряжение на первичной обмотке (при закороченной вторичной, когда по обмоткам протекают номинальные токи принято считать напряжением короткого замыкания – к. Величина к определяется экспериментально по прибору, а относительная величина –u к и другие параметры опыта КЗ рассчитывается по формулам из [м.Кацман,28]. Величина номинального напряжения короткого замыкания выраженная в процентах указывается на заводской этикетке трансформатора. В опыте короткого замыкания преобладают электрические потери в обмотках трансформатора, а магнитные потери встали имеют незначительную величину, поэтому ими потерями можно пренебречь. Потери встали пропорциональны квадрату магнитного потока, определяемого напряжением, подводимым к трансформатору и составляющем (5-10)% от Анализируя экспериментальные данные опыта, производят расчёт основных параметров КЗ трансформатора, используя расчётные формулы, приведённые в (м.Кацман), а также выполняют графическое построение характеристик трансформатора в режиме КЗ, по примеру рисунка 2.2 из (м.Кацман). ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Опыт холостого хода Ознакомиться с конструкцией и устройством двухобмоточного трансформатора Тр2, регулятора напряжения (ЛАТРа) Три приборами для измерения электрических величин представленных в данной лабораторной работе 1 PV , 2 PV , 3 PV , 1 PA , 2 PA и Записать в таблицу Приборы и оборудование технические данные трансформатора, регулятора напряжения и измерительных приборов. 1. Собрать схему в соответствии с рисунком №1 2. Установить ручку регулятора напряжения АТ в нулевое положение 3. Собранную схему показать преподавателю. 4. Включить схему в сеть. 5. Показания приборов (I 0 , 1 U , 1 P и 2 U ) записывать в таблицу №1, всякий раз после изменения напряжения 1 U на 50-60 Вот доном, через номинальное напряжение -В. Величина напряжения изменяется регулятором напряжения. 6. Вычислить Коэффициент трансформации К тр =U 1ном / ном или W 1 Ток холостого хода в первичной обмотке трансформатора в %: i %=( I 10 / ном ) *100% где I 10 – ток холостого хода трансформатора, А ном – номинальный ток первичной обмотки, А Коэффициент мощности в режиме ХХ: Cos φ= P 0 /(U 1 *I 10 ) 7. Все расчётные данные занести в таблицу №1 8. Поданным таблицы №1 построить характеристики ХХ: Р I 0 ; Cos φ 0 ;= f(U 1 ) На характеристиках отмечают точки ном ном сном, соответствующие номинальному напряжению ном рисунок 1.2. Таблица №1 п./п. Измерения Расчёты 1 U , ВАР, Вт U 20 , В i, % I, А К т 1 0 2 50 3 100 4 150 5 200 6 220 Опыт короткого замыкания 1. Собрать схему в соответствии с рисунком №2 2. Установить ручку регулятора напряжения в нулевое положение 3. Собранную схему показать преподавателю. 4. Включить схему в сеть. 5. Произвести 5-6 измерений I 1 , 3 U , 1 P и I 2 , регулируя положение ручки Тр1так, чтобы через равные интервалы на последнем измерении в первичной обмотке установился номинальный ток – ном (например, ном А мА делим на равные интервалы через 200 мА) 6. Экспериментальные данные занести в таблицу №2 7. Вычислить Напряжение короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора в процентах – u к. u% =( к ном Таблица №2 № п/п Измерения Расчёты 3 U , В 1 J , А 2 J , А 1 P , Вт 3 U , % ÊÏ Ä (cos 1) = ÊÏ Ä (cos 0,8) = 1 0 2 0,2 3 0,4 4 0,6 5 0,8 6 1,0 Пользуясь результатами опытов холостого хода и короткого замыкания, определить КПД трансформатора при номинальной нагрузке а) для (cos 1) = ; б) для (cos 0,8) = 2 1.1 1.2 cos 100% cos Í Ã Í Í Ã Í Í Ã Ê S ÊÏ где 1 Í Ã Ê = - коэффициент, при номинальной нагрузке, 1.1 P - 1 P из опыта холостого хода, 1.2 P - 1 P из опыта короткого замыкания. Сделать выводы о значении опытов XX и КЗ в исследовании трансформатора. Перечислить, какие из полученных величин являются каталожными. Сравнить 1 (%) J и 3 (%) U с допустимыми для трансформаторов. Сделать заключение о величине КПД и о зависимости его от cos . Контрольные вопросы 1. Какие величины определяют в опыте XX? 2. Почему в опыте XX пренебрегают электрическими потерями, а учитывают только магнитные потери 3. Что называется коэффициентом трансформации 4. Как определить коэффициент трансформации 5. Какие величины определяют в опыте КЗ? 6. Почему в опыте КЗ пренебрегают магнитными потерями 7. Что называется напряжением КЗ? 8. Чему численно равно напряжение КЗ? 9. Что будет с трансформатором, если при закороченной вторичной обмотке включить его на полное напряжение сети В 10. Как определяется КПД трансформатора 11. Как зависит КПД трансформатора от характера нагрузки, те. от cos 12. В каком случае КПД трансформатора максимален 13. Как определить для случая с максимальным коэффициентом трансформации Í Ã Ê ? Практическое занятие 2 Опытное определение групп соединения трёхфазного двух обмоточного силового трансформатора. Цель работы 1. Экспериментально подтвердить теоретические сведения о группах соединения обмоток трансформатора. 2. Приобрести практические навыки по опытному определению групп соединения обмоток трехфазного трансформатора. Используемые материалы и оборудование Наименование Тип Количество Лабораторный стенд СИПЭМ-3М 1 Вольтметр PV1 (В) 1 Теоретические положения Сдвиг фаз между линейными ЭДС Е и Е принято выражать группой соединения. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°, а интервал сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений принят ряд чисел, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 0, ГОСТ 11677-75 определяет следующие группы соединения, применяемых для силовых двух обмоточных трансформаторов общепромышленного назначения (для однофазных 0 и 6, для трёхфазных все двенадцать, основными группами являются 0, 5. 6 и Совпадение по фазе ЭДС Е и Е справедливо лишь при соблюдении следующих условий а) нахождении обеих обмоток на одном сердечнике магнитопроводе б) намотки первичной и вторичной обмоток трансформатора водном направлении в) одноимённой маркировки выводов этих обмоток, как показано на рисунке №1 Рисунок 1: Схема протекания ЭДС в однофазном трансформаторе при совпадении Е и Е по фазе. Если в трансформаторе изменить направление намотки обмотки НН или переставить обозначение ее выводов, то ЭДС Е окажется сдвинутой по фазе относительно ЭДС Е на 180°, как показало на рисунке Рисунок 2: Схема протекания ЭДС в однофазном трансформаторе при несовпадении Е и Е по фазе. При изготовлении или в процессе эксплуатации трансформатора возникает необходимость опытной проверки группы соединения, т.к. одинаковые группы соединения обмоток трансформаторов, являются важнейшим условием соединения трансформаторов при параллельной работе. Существует несколько методов проверки группы соединения, но наиболее простой и распространённый - метод вольтметра, которым мы и будем определять группу соединения обмоток трансформатора при проведении данной лабораторной работы. Порядок проведения работы Ознакомиться стр х фазным трансформатором и прибором для измерения электрической величины. Записать технические данные трёх фазного трансформатора Три прибора для измерения электрической величины PV1 (Вольтметр. Рисунок 3, рисунок 4, рисунок 5: Схемы соединения обмоток трансформатора. 1. Собрать схему соединений обмоток трёх фазного трансформатора согласно рисунку №3. 2. Соединить точки Аи а (начало обмотки ВН и начало обмотки НН трёх фазного трансформатора. И т.д. 3. Собранную схему показать преподавателю. 4. Включить схему в сеть электрического питания В. 5. Измерить напряжение AB U и ab U 6. Вычислить коэффициент трансформации / AB ab U U = 7. Измерить напряжение bB U и Напряжение bB U должно быть численно равно cC U ( ( 1) bB cC ab U U U = = − ). 8. Результаты проведённых измерений и вычислений занести в таблицу. Таблица №1 Схема соединения обмоток трансформатора Измерения Вычисления Топографическая диаграмма Групп ас ое дине ни я AB U , В ab U , В bB U , В cC U , В bB cC U U = , В Рисунок №3 Рисунок №6 Рисунок №4 Рисунок №7 Рисунок №5 Рисунок №8 9. Аналогичным способом провести опыт по схеме приведённой на рисунке №4 и рисунке №5: для рисунка №4 ( 1) bB cC xy U U U = = + ; для рисунка №5 2 (1 ( 3) ) bB cC xy U U U = = + + 10. Результаты измерений и расчётов занести в таблицу №1. 11. Произвольно выбрать масштаб напряжения u m , (В/мм). 12. Построить топографические диаграммы линейных напряжений, для трёх проведённых опытов (примеры диаграмм приведены на рисунках №6, №7 и №8, для схем приведённых на рисунках №3, №4 и №5, соответственно. Рисунок 6, рисунок 7, рисунок 8: Пример топографических диаграмм. 13. Измерив расстояния между точками диаграммы в-В и с-С, определить напряжения bB u U Bb m = ; Полученные по этим расчетам численные величины напряжений должны быть - одинаковы - равны измеренным ранее (занесены в таблицу №1); - равны рассчитанным ранее (занесены в таблицу №1). Равенство значения этих напряжений свидетельствует о правильно выполненных измерений электрических величин, вычислениях и построениях топографических диаграмм линейных напряжений. 14. Сделать выводы о результатах проведения лабораторной работы, имея ввиду а) группы соединения трансформаторов определяются не только схемой соединения обмоток ВН и НН, но и маркировкой их выводов (направлением намотки б) каждая из исследованных групп соединения может быть преобразована в производные группы путём круговой перемаркировки выводов обмотки либо на стороне ВН, либо на стороне НН; в) отметить, какие из групп соединения, рассмотренных в работе, предусмотрены в соответствии с ГОСТ 11677-75. Контрольные вопросы 1. Чем определяется группа соединения трансформатора 2. Какие группы соединения могут быть получены при одинаковой схеме соединения обмоток ВН и НН? 3. Какие группы соединения называются основными и какие группы соединения называются производными 4. Каким образом из основных групп соединения можно получить производные 5. Перечислите группы соединения, предусмотренные в соответствии с ГОСТом 11677-75, нарисуйте соответствующие им схемы соединения обмоток и топографические диаграммы 6. С какой целью при определении группы соединения по методу вольтметра соединяют выводы Аи а 7. Какая зависимость существует между схемами соединения обмоток и группой соединения обмоток трансформатора Лабораторная работа 3 Исследование трёхфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки. Цель работы Изучить конструкцию и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Экспериментальное исследование асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки. Используемые материалы и оборудование п./п. Наименование Тип Количество 1 2 3 4 1 Лабораторный стенд СИПЭМ-2М 1 2 Трёхфазный асинхронный двигатель В А кВт) 1 3 Ваттметр PW1 (кВт) 2 4 Амперметр PA1 (А) 1 5 Вольтметр PV1 (В) 1 6 Фото тахометр (0-3000об/мин.) 1 7 Электромагнитный тормоз Нм, В) 1 Теоретические положения. Асинхронный двигатель состоит из двух частей - неподвижной части СТАТОР - подвижная часть РОТОР. На статоре сего внутренней стороны уложена трехфазная обмотка. Каждая из фазных обмоток сдвинута относительно друг друга на 120°. Если к такой обмотке подвести от сети переменного тока напряжение, тов двигателе возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения магнитного поля определяется по формуле 1 60 где f - частота питающей сети, Гц p - число пар полюсов 60 - переводной коэффициент для перевода секунд в минуты, поскольку частота вращения ротора измеряется в об./мин. Частота вращения магнитного поля 1 n называется синхронной. В зависимости от исполнения, обмотка статора может иметь разное число полюсов, которому соответствует определенная синхронная частота вращения. Ряд синхронных частот вращения асинхронных двигателей серийно выпускаемых отечественной промышленностью смотри в таблицы №1. Таблица 1: Ряд синхронных частот вращения асинхронных двигателей. 2 p 2 4 6 8 10 12 1 n , / î á ì èí 3000 1500 1000 750 600 500 Магнитное поле, вращаясь с синхронной частотой, пересекает короткозамкнутые стержни ротора асинхронного двигателя. По закону электромагнитной индукции в них наводится ЭДС и под действием этой ЭДС протекает ток. Если проводник стоком находится в магнитном поле, тона него действует электромагнитная сила. Совокупность электромагнитных сил, действующих на проводники ротора асинхронного двигателя, заставляет его вращаться в направлении вращения магнитного поля статора с некоторым запозданием, поэтому этот тип двигателя называют асинхронным. Необходимо пояснить, что частота вращения ротора 2 n не может быть равна синхронной частоте, так как тогда проводники ротора не будут пересекаться магнитным полем статора ив них не будет наводиться ЭДС. Разность синхронной частоты и частоты ротора, выраженная в относительных единицах от синхронной частоты называется скольжением асинхронного двигателя, S: 1 Припуске двигателя скольжение 1 S = , т.к. частота вращения ротора 2 0 n В режиме холостого хода скольжение 0 S , т.к. частоты ротора и поля статора почти равны 2 1 n n При номинальной нагрузке скольжение 0, 01 0, 08 H S = , те. частота вращения двигателя близка к синхронной. Для оценки свойств двигателя снимают его рабочие характеристики. Для двигателей небольшой мощности рабочие характеристики снимают методом непосредственной нагрузки. В качестве нагрузки применяют обычно механический или электромагнитный тормоз. Под рабочими характеристиками асинхронного двигателя понимают зависимость частоты вращения 2 n , полезного момента 2 M , потребляемой мощности коэффициента полезного действия,коэффициента мощности cos , от полезной мощности двигателя Р. Скоростная характеристика двигателя 2 2 ( ) n f P = представляет собой линию, слабо наклоненную коси абсцисс (ось икс, т.к. при холостом ходе 2 1 n n , а при номинальной нагрузке 2 1 (1 ) H n n S = − ; 0, 01 0, 08 H S Такая скоростная характеристика называется жесткой. Частота вращения 2 n изменяется незначительно при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной, поэтому зависимость 2 2 ( ) M f представляет кривую, немного отгибающуюся вверх 2 2 2 60 В режиме холостого хода асинхронный двигатель потребляет большой ток 0 (35 / 60)% I от H I , причем этот ток в основном имеет реактивный намагничивающий характер, поэтому cos 0, 2 . При увеличении нагрузки возрастает активная составляющая тока статора и поэтому cos возрастает допри номинальной нагрузке. Чтобы двигатель работал при большом значении cos , его следует догружать до мощности, близкой к минимальной. КПД двигателя быстро возрастает примерно до 1/3 от номинальной нагрузки, а затем изменяется незначительно. Направление вращения ротора двигателя зависит от направления вращения магнитного поля статора. Чтобы изменить направление вращения ротора двигателя следует осуществить реверсирование с помощью изменения направление вращения магнитного поля статора. Для этого достаточно поменять местами две фазы питающего напряжения подводимого к клеммам обмоток статора. Пуск двигателя осуществляется прямым включением в сеть. Пусковой ток превышает номинальный враз, но быстро спадает и поэтому для двигателя он неопасен. Порядок проведения работы. 1. Ознакомиться с типом двигателя, тормоза, измерительными приборами и пусковой аппаратурой. Записать технические данные типа двигателя, тормоза и измерительных приборов. 2. Собрать схему согласно рисунку №1 и рисунку №2. 3. Показать собранную схему для проведения опытов преподавателю. 4. Включить двигатель в сеть. В режиме холостого хода произвести измерения напряжение сети 1 U , ток статора 1.0 I , мощность потерь холостого хода 1.0 P , частоту вращения 0 n 5. Вычислить 0 0 1 ( ) (%) 100% ( ) H I A I I A = , 1 cos 3 H H H H H P I U n = 0 0 0 cos 3 H Ð U I = H P , H U , H n и cos H выбираются из таблички прикреплённой заводом изготовителем, на каждом двигатели. 6. Из ряда синхронных частот, зная 0 n , определить частоту вращения поля статора двигателя 1 n (синхронная частота вращения двигателя) из таблицы №1. 7. Результаты измерений и расчетов записать в таблицу №2. Таблица №2 Данные опыта Данные расчёта 1 U , В 1.0 I , А 1.0 P , Вт 0 n , об/мин 1 n , об/мин 0 I , % 0 cos 8. С помощью электромагнитного тормоза постепенно нагрузить двигатель до номинальной нагрузки, при этом записать показания приборов для 5 точек показаний нагрузки в таблице №3. Первый отсчет по приборам записывают в режиме холостого хода. Таблица №3 Данные опыта Данные расчёта 1 U , В 1 I , А 1 P , Вт 0 n , об/мин 2 M , H ì S 2 P , Вт n , % cos 9. Поданным опыта для всех пяти случаев вычислить 1 2 1 ( ) n n S n − = , где 1 n - частота вращения магнитного поля статора, об/мин; 2 n - частота вращения ротора, об/мин; Полезный момент вращения навалу ротора двигателя Определяется по делениям на электромагнитном тормозе. Полезную мощность рассчитывают согласно одной из приведённых ниже формул 2 2 2 2 2 2 2 2 0,105 60 n P M M M n = = = ; Коэффициент мощности 1 1 1 cos 3 P U I = ; КПД =Р2/Р1х100%. 10. Результаты расчетов записать в таблицу №3. 11. На основании данных занесённых в таблицу №3 построить рабочие характеристики двигателя 2 2 ( ) n f P = , 2 cos ( ) f P = , 2 2 ( ) M f P = , 1 2 ( ) I f P = и 2 ( ) f Сделать вывод о свойствах асинхронного двигателя. Контрольные вопросы. 1. Принцип работы асинхронного двигателя 2. Что называется скольжением 3. Что такое синхронная частота вращения Назовите ряд синхронных частот вращения 4. В каких пределах изменяется скольжение при работе машины в двигательном, генераторном и тормозном режимах 5. Чем определяется жёсткость механической характеристики двигателя Что значит иметь жёсткую характеристику 6. Почему происходит реверсирование двигателя при изменении порядка следования фаз подводимого к двигателю напряжения 7. Почему асинхронный двигатель имеет большой ток холостого хода 8. Способы включения асинхронных двигателей в сеть электрического питания 9. Чему равен ток асинхронного двигателя, припуске. Опасен ли пусковой ток для двигателя 10. Объясните каждую из рабочих характеристик асинхронного двигателя Лабораторная работа 4 Способы пуска трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Цель работы 1. Изучить конструкцию трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. 2. Получить экспериментальное подтверждение теоретических сведений о пусковых свойствах трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Используемые материалы и оборудование Наименование Тип Количество Лабораторный стенд СИПЭМ-2М 1 Трёхфазный асинхронный двигатель В А кВт) 1 Ваттметр PW1 (кВт) 1 Амперметр PA1 (А) 1 Вольтметр PV1 (В) 1 Теоретические положения. Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом, обусловленным переходом ротора, и механически связанных с ним частей механизма из состояния покоя в состояние равномерного вращения, когда вращающий момент двигателя уравновешивается суммой противодействующих моментов, действующих на ротор двигателя. Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового момента Мп и значением пускового тока Помимо пусковых значений пускового тока Ï I и пускового момента пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями - продолжительность пуска - плавность пуска - сложность пусковой операции - экономичность (стоимость и надежность пусковой аппаратуры и потери энергии в ней. Двигатель, обладающий хорошими пусковыми свойствами, развивает значительный пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе. Однако получение такого сочетания пусковых параметров в асинхронном двигателе сопряжено с определенными трудностями, а иногда оказывается невозможным. В начальный момент пуска скольжение 1 S = , поэтому пренебрегая током холостого хода, пусковой ток можно определить по формуле 1 2 1 2 1 1 2 1 Пусковой момент по формуле 2 1 1 1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 2 ( ) ( ) Ï m U r P Ì f r r x x = где, 1 r -активное сопротивление обмоток статора 1 2 r - приведенное активное сопротивление ротора 1 x - реактивное сопротивление статора 1 2 x - реактивное сопротивление ротора. Из двух выше приведённых формул следует, что улучшить пусковые свойства двигателя можно с помощью увеличения активного сопротивления цепи ротора, так как в этом случае уменьшается пусковой токи увеличивается пусковой момент. Напряжение 1 U по разному влияет на пусковые параметры двигателя. Уменьшая 1 U пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно уменьшается пусковой момент. Целесообразность применения того или иного способа улучшения пусковых свойств двигателя определяется конкретными условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые предъявляются к его пусковым свойствам. Уменьшая подведенное напряжение 1 U , пропорционально уменьшается и пусковой ток двигателя. Пуск асинхронного двигателя можно осуществлять с переключением обмоток статора со звезды на треугольник (рисунок №1). В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положения, при котором обмотки статора оказываются подключёнными соединением звездой. Фазное напряжения на статоре присоединении обмоток по схеме звезда понижается враз. Кроме уменьшения напряжения также уменьшаются и линейные токи в фазных обмотках статора асинхронного двигателя враз, следовательно, линейные токи равны фазным. Присоединении обмоток статора по схеме треугольник линейные токи становятся больше фазных враз. Следовательно, включив обмотки статора по схеме соединения звездой, мы добиваемся уменьшения линейного тока в 2 ( 3) 3 = раза. После того, как ротор асинхронного двигателя разгонится до номинальной частоты вращения, близкой к установившейся, переключатель быстро переводят в положение треугольники фазные обмотки оказываются под номинальным напряжением. Возникший бросок тока до значения Ï I , присоединении по схеме треугольником оказывается незначительным так как ротор асинхронного двигателя находится в подвижном состоянии. Припуске асинхронного двигателя с переключением со звезды на треугольник ВАЖНО соблюсти одинаковость направления вращения ротора асинхронного двигателя. Так как включение противоположного вращения ротора асинхронного двигателя вызовет перегрузочные моменты и вероятный выход из рабочего состояния машины переменного тока. Порядок проведения работы. 1. Ознакомиться с конструкцией двигателя и переключающих устройств, записать их паспортные данные. 2. Собрать схему включения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором припуске переключением обмотки статора со звезды на треугольник в соответствии с рисунком №1. 3. Показать собранную схему для проведения опытов преподавателю. 4. Используя схему, осуществить пуск двигателя с переключением обмотки статора со звезды на треугольник, снять данные и построить механическую характеристику. Для получения данных, необходимых для построения механической характеристики двигателя определяем номинальный момент, пусковой момент и промежуточные значения момента. 5. Составить отчет и сделать вывод о проделанной работе. 6. Включить асинхронный двигатель способом соединения обмоток статора в звезду и произвести измерения 1 U и Ï U , Í I и Ï I 7. Полученные данные занести в таблицу №1. Таблица №1 Способ пуска U1, B п, А п ср, А п ср /I1 ном Мп, Нм Мп / Мном Пуск двигателя присоединении обмоток статора по схеме звезда 1 пуск 2 пуск 3 пуск Пуск двигателя присоединении обмоток статора по схеме треугольник 1 пуск 2 пуск 3 пуск 8. Повторить опыт при подключении обмоток статора в соединении треугольником. 9. Полученные данные занести в таблицу №1. 10. Произвести необходимые расчёты. 11. Ток нагрузки рассчитывается по формуле 3 cos Í Í Í Í Í Ð I U P = 12. Произвести опыт с переключением вовремя работы со звезды на треугольник. 13. Построить механические характеристики рисунок 1. 14. Записать выводы из наблюдений и расчётов. Контрольные вопросы. 1. Перечислить способы пуска асинхронного двигателя с фазными короткозамкнутым ротором 2. Какой существенный недостаток имеет способ пуска непосредственным включением в сеть 3. Чему равно скольжение в начальный момент пуска 4. Чему равно номинальное скольжение асинхронного двигателя 5. Как изменятся величины U и при переключении со звезды на треугольник. 6. Почему асинхронный двигатель имеет большой ток холостого хода 7. Как изменяется cos двигателя при увеличении нагрузки 8. Какова зависимость пускового момента от напряжения сети асинхронного двигателя Практическая работа 1 Асинхронный двигатель АСИНХРОННЫЕ ТРЕХФАЗНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. Изучение асинхронного двигателя надо начинать сего устройства и принципа работы в режиме двигателя. Обратить внимание на отличие конструкции ас. машины от машины постоянного тока, понять условия создания (возбуждения) вращающегося магнитного поля. После изучения настоящего раздела студент должен 1) знать содержание терминов скольжение, синхронная скорость, круговое вращающееся магнитное поле, короткозамкнутый ротор, контактны кольца, поток полюса, двойная "беличья клетка способ изменения направления вращения магнитного поля устройство и области применения двух типов трёхфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором условные обозначения трехфазных асинхронных двигателей на схемах вид механических характеристик способы регулирования скорости вращения двигателя 2) понимать принцип возбуждения многополюсного вращающегося магнитного поля принцип действия трехфазной асинхронной машины в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза факторы, влияющие на частоту вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя 3) оценивать величины номинального, пускового и максимального моментов, пускового тока и номинального скольжения поданным паспорта. Задача Номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Р н = 10 кВт, номинальное напряжение н = В, номинальное число оборотов ротора n н = 1420 об/мин, номинальный кпд. ни номинальный коэффициент мощности Cos н = 0,85. Кратность пускового тока п / н = 6,5, перегрузочная способность двигателя = 1,3. Определить 1) потребляемую мощность 2) номинальный и максимальный (критический) вращающие моменты 3) пусковой ток 4) номинальное и критическое скольжения 5) построить механические характеристики Ми М. Исследование двухобмоточного силового трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания. Цель работы Ознакомиться с устройством трансформатора. Усвоить практическиеприёмы лабораторного исследования трансформатора методом холостого хода икороткого замыкания. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ Наименование Тип Количество Лабораторный стенд СИПЭМ-3М 1 Однофазный трансформаторном В, ном А, ном ВА) ТН-250 ВА 1 Ваттметр PW 1 (Вт) 1 Амперметр PA 1 А) 1 Амперметр PA 2 А) 1 Вольтметр PV 1 В) 1 Вольтметр PV 2 В) 1 Вольтметр PV 3 В) 1 Теоретическая часть Для исследования свойств двухобмоточного трансформатора, и определения его основных параметров проводят два опыта Опыт холостого хода и Опыт короткого замыкания. • Опыт холостого хода (далее ХХ) трансформатора проводят по схеме, приведённой ниже, на рисунке 1. Исходное состояние схемы следующее 3. Первичная обмотка трансформатора подключена через регулятор напряжения к зажимам питающей сети 4. Вторичная обмотка разомкнута, при этом I 20 =0; Z 20 =∞; U 20 =0. Суть опыта ХХ заключается в следующем На первичную обмотку через регулятор напряжения подаётся сетевое напряжение, изменяемое от нуля до номинального значения. На всём этом интервале через примерно равные промежутки изменения первичного напряжения, в 4-5 точках снимаются показания приборов. Эти данные будут необходимы для построения характеристик трансформатора. При достижении значения U 1 = ном, рост напряжения прекращают, снимают последние показания приборов и заносят их в таблицу. Принято считать напряжение на вторичной обмотке в режиме ХХ (при U 1 ном) - номинальным напряжением вторичной обмотки, те. ном ; Анализируя экспериментальные данные опыта, производят расчёт основных параметров ХХ трансформатора, используя расчётные формулы, приведённые в (м.Кацман,27), а также выполняют графическое построение характеристик трансформатора в режиме ХХ, по примеру рисунке 1.2 из (м.Кацман,28). Основные параметры трансформатора из опыта ХХ: Коэффициент трансформации К т = U 1 /U 2 = Потери встали или магнитные потери трансформатора для любого режима работы 1 î При проведении опыта холостого хода ток проходит только в первичной цепи и составляет несколько процентов от номинального первичного тока, поэтому электрическими потерями, в вследствие их малой величины в проводниках, можно пренебречь и считать потери холостого хода равным потерям встали трансформатора. • Опыт короткого замыкания трансформатора проводят по схеме, приведённой на рисунке 2: Суть опыта КЗ заключается в следующем Если замкнуть накоротко вторичную обмотку трансформатора, а к первичной подвести номинальное напряжение питающей сети, то токи в обмотках трансформатора будут превышать номинальные примерно враз, что вызовет в трансформаторе повреждения изоляции и при длительном воздействии тока на проводники трансформатора, трансформатор выйдет из строя. Поэтому опыт короткого замыкания трансформатора проводят следующим образом. К первичной обмотке подводится напряжение с помощью регулятора напряжения (лабораторного автотрансформатора Р) и контролируется величина тока первичной обмотки до значения I 1 = ном А при этом во вторичной обмотке будет протекать номинальный ток вторичной обмотки, те. I 2 = ном , таким образом по обоим обмоткам трансформатора будут протекать токи не превышающие номинальные значения, в силу чего температурный режим трансформатора будет в пределах допустимого. Эта ситуация возможна только потому, что несмотря на накоротко замкнутую вторичную обмотку трансформатора, на первичную подаётся лишь незначительная часть от номинального первичного напряжения. Напряжение на первичной обмотке (при закороченной вторичной, когда по обмоткам протекают номинальные токи принято считать напряжением короткого замыкания – к. Величина к определяется экспериментально по прибору, а относительная величина –u к и другие параметры опыта КЗ рассчитывается по формулам из [м.Кацман,28]. Величина номинального напряжения короткого замыкания выраженная в процентах указывается на заводской этикетке трансформатора. В опыте короткого замыкания преобладают электрические потери в обмотках трансформатора, а магнитные потери встали имеют незначительную величину, поэтому ими потерями можно пренебречь. Потери встали пропорциональны квадрату магнитного потока, определяемого напряжением, подводимым к трансформатору и составляющем (5-10)% от Анализируя экспериментальные данные опыта, производят расчёт основных параметров КЗ трансформатора, используя расчётные формулы, приведённые в (м.Кацман), а также выполняют графическое построение характеристик трансформатора в режиме КЗ, по примеру рисунка 2.2 из (м.Кацман). ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Опыт холостого хода Ознакомиться с конструкцией и устройством двухобмоточного трансформатора Тр2, регулятора напряжения (ЛАТРа) Три приборами для измерения электрических величин представленных в данной лабораторной работе 1 PV , 2 PV , и Записать в таблицу Приборы и оборудование технические данные трансформатора, регулятора напряжения и измерительных приборов. 1. Собрать схему в соответствии с рисунком №1 2. Установить ручку регулятора напряжения АТ в нулевое положение 3. Собранную схему показать преподавателю. 4. Включить схему в сеть. 5. Показания приборов (I 0 , 1 U , 1 P и 2 U ) записывать в таблицу №1, всякий раз после изменения напряжения 1 U на 50-60 Вот доном, через номинальное напряжение -В. Величина напряжения изменяется регулятором напряжения. 6. Вычислить Коэффициент трансформации К тр =U 1ном / ном или W 1 Ток холостого хода в первичной обмотке трансформатора в %: i %=( I 10 / ном ) где I 10 – ток холостого хода трансформатора, А ном – номинальный ток первичной обмотки, А Коэффициент мощности в режиме ХХ: Cos φ= P 0 /(U 1 *I 10 ) 7. Все расчётные данные занести в таблицу №1 8. Поданным таблицы №1 построить характеристики ХХ: Р I 0 ; Cos φ 0 ;= f(U 1 ) На характеристиках отмечают точки ном ном сном, соответствующие номинальному напряжению ном рисунок 1.2. Таблица №1 п./п. Измерения Расчёты 1 U , ВАР, Вт U 20 , В i , % I , А К т 1 0 2 50 3 100 4 150 5 200 6 220 Опыт короткого замыкания 5. Собрать схему в соответствии с рисунком №2 6. Установить ручку регулятора напряжения в нулевое положение 7. Собранную схему показать преподавателю. 8. Включить схему в сеть. 5. Произвести 5-6 измерений I 1 , 3 U , 1 P и I 2 , регулируя положение ручки Тр1так, чтобы через равные интервалы на последнем измерении в первичной обмотке установился номинальный ток – ном (например, ном А мА делим на равные интервалы через 200 мА) 6. Экспериментальные данные занести в таблицу №2 7. Вычислить Напряжение короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора в процентах – u к. u% =( к ном Таблица №2 № п/п Измерения Расчёты 3 U , В 1 J , А 2 J , А 1 P , Вт 3 U , % ÊÏ Ä (cos 1) = ÊÏ Ä (cos 0,8) = 1 0 2 0,2 3 0,4 4 0,6 5 0,8 6 1,0 Пользуясь результатами опытов холостого хода и короткого замыкания, определить КПД трансформатора при номинальной нагрузке а) для (cos 1) = ; б) для (cos 0,8) = 2 1.1 1.2 cos 100% cos Í Ã Í Í Ã Í Í Ã Ê S ÊÏ где 1 Í Ã Ê = - коэффициент, при номинальной нагрузке, 1.1 P - 1 P из опыта холостого хода, 1.2 P - 1 P из опыта короткого замыкания. Сделать выводы о значении опытов XX и КЗ в исследовании трансформатора. Перечислить, какие из полученных величин являются каталожными. Сравнить 1 (%) J и 3 (%) U с допустимыми для трансформаторов. Сделать заключение о величине КПД и о зависимости его от cos . Контрольные вопросы |