Тема: Исследование способов пуска трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 28

Тема:  Изучение конструкции асинхронного двигателя и разметка выводов обмотки статора

Цель: Изучить устройство, принцип действия и технические параметры асинхронного двигателя

Задание

1. Зарисовать схему включения.

2. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Асинхронный электродвигатель состоит из двух частей: вращающегося ротора и неподвижного статора. Ротор располагается внутри статора. Оба элемента имеют токопроводящие обмотки. Статорная обмотка уложена в пазы магнитопровода с соблюдением расстояния в 120 электрических градусов.

Рисунок 28.1 – Общий вид асинхронного двигателя с короткозамкнутым    ротором

Начала и концы обмоток выведены в электрическую распределительную коробку клеммную панель и зафиксированы.

К зажимам клеммной панели с внутренней стороны двигателей подводятся выводные провода статорных обмоток. Всего на клеммник может быть выведено 3 или 6 выводов фазных обмоток статора.

Клеммник, его еще называют «борно», - клеммная коробка- чаще всего устанавливается сверху, реже – сбоку. Некоторые клеммники можно разворачивать на 180 градусов, для удобства подводки питающих кабелей.

Каждый статор трехфазного электродвигателя имеет три катушечные группы (обмотки) — по одной на каждую фазу, а у каждой катушечной группы имеется по 2 вывода — начало и конец обмотки, т.е. всего 6 выводов которые подписываются следующим образом:

- С1 (U1) — начало первой обмотки, С4 (U2) — конец первой обмотки.

- С2 (V1) — начало второй обмотки, С5 (V2) — конец второй обмотки.

- С3 (W1) — начало третьей обмотки, С6 (W2) — конец третьей обмотки.

Условно на схемах каждая обмотка изображается следующим образом:

Рисунок 28.2 – Обозначение выводов асинхронного двигателя

Принцип действия трехфазного АД с КЗ ротором основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля и расположенного в этом поле проводника. Вращающееся магнитное поле создается статором асинхронного двигателя, которая является неподвижной частью двигателя. Статор асинхронного электродвигателя представляет собой стальной сердечник, с пазами в которых расположена обмотки, намотанная медным изолированным проводом.

Это поле пересекая обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие вращающего магнитного поля статора с током в роторе создает вращающий момент, за счет которого ротор будет вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим отставанием.

Обмотки статора намотаны таким образом, что образуют три катушки, смещенные друг, относительно друга на 120°. Между собой их соединяют либо в «звезду», либо в «треугольник» и пропускают трехфазный переменный ток. При частоте тока 50 Гц, магнитное поле будет вращаться со скоростью 3000 об/мин. Магнитное поле, образованное тремя катушками, называется двухполюсным.

Особенностью асинхронного двигателя является то, что появление ЭДС в роторной обмотке ротора возможно только при различии частоты вращения магнитного поля ротора, обозначаемое букой n и магнитного поля статора n0. Разница n0 и n создает электромагнитный момента асинхронного двигателя. Характеризует эту разность скольжение S, определяемое по формуле:

S=(n0-n)/ n0,

где n0=60f/р синхронная частота вращения магнитного поля статора об/мин, f- частота питающей сети, Гц, p-число пар полюсов статора.

В такой конструкции двигателя, магнитное поле статора опережает скорость вращения ротора. Т.е. поле ротора вращается асинхронно со скоростью вращения поля статора. Отсюда и пошло название двигателя асинхронный двигатель переменного тока.

 

Контрольные вопросы

1. На чем основан принцип действия асинхронного двигателя?

2. Что такое скольжение, и каким, оно обычно бывает у асинхронных двигателей общего применения?

3. С какой целью у асинхронного двигателя обычно делают все шесть выводов обмотки статора?

4. Что такое реверс и как его осуществить в трехфазном асинхронном двигателе?

5. Как изменится вращающий момент асинхронного двигателя, если напряжение на его выводах обмотки статора уменьшить в раз?

6. Что такое перегрузочная способность, асинхронного двигате­ля и какова, ее зависимость от напряжения питания двигателя?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 29

Тема: Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом         непосредственной нагрузки

Цель: Изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; освоить приемы исследования асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.

Задание

1. Зарисовать схему включения.

2. Ответить на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

 

Рабочие характеристики асинхронного двигателя есть зависимость

S – скольжения

n2 – частоты вращения ротора

М – развиваемого момента

I1-потребляемого тока

Р1-расходуемой мощности

Соsφ-коэффициента мощности

КПДη

От полезной мощности Р2 на валу машины.

Эти характеристики снимаются при естественных условиях. Частота тока f1 и напряжение U1 остаются постоянными. Изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя S увеличивается. При холостом ходе двигателя n2≈n1, и S≈0. При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет от 3 до 5%.

При увеличении нагрузки на валу двигателя частота вращения n2 уменьшается. Однако, изменение частоты вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительны и не превышают 5%. Поэтому, скоростная характеристика асинхронного двигателя является жёсткой. Кривая имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент М, развиваемый двигателем, уравновешен тормозным моментом на валу Мт и моментом М0, идущим на преодоление механических потерь, то есть М= Мт + М0 =Р2/Ω2+ М0, где Р2 – полезная мощность двигателя, Ω2-угловая скорость ротора. При холостом ходе М= М0. С увеличением нагрузки вращающий момент также увеличивается, причём за счёт некоторого уменьшения частоты вращения ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем полезной мощности на валу.

Ток I1, потребляемый двигателем из сети неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе СОSφ-коэффициента мощности – мал. И ток имеет большую реактивную составляющую. При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, поэтому активная составляющая тока незначительно влияет на ток I1. При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение тока I1.

Графическая зависимость потребляемой двигателем мощности Р1 изображается почти прямой линией, незначительно отклоняющейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с возрастанием нагрузки.

Зависимость Сosφ-коэффициента мощности – от нагрузки на валу двигателя следующая. При холостом ходе Сosφ мал, порядка 0,2. Так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки на валу Сosφ возрастает, достигая наибольшего значения 0,8–0,9, в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение Сosφ, так как в следствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая КПДη имеет такой же вид как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе КПД=0. С увеличением нагрузки на валу двигателя КПД резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения КПД достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потери мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки.

 

Рисунок 29.1 – Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя

 Схема включения двигателя (см. рисунок 29.2) содержит двухэлементный ваттметр, предназначенный для измерения активной мощности, потребляемой двигателем из сети. Токовые катушки этого ваттметра включены в сеть через измерительные трансформаторы тока. Предварительно следует замкнуть ключ 2, шунтирующий амперметр А, с целью предохранения его от чрезмерно большого пускового тока двигателя. Затем двигатель отключают от сети и меняют местами любую пару проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. В этом случае вращающееся поле статора при включении обмотки статора в сеть будет вращаться в направлении, противоположном тому, какое было до переключения проводов. Другими словами, произойдет реверс двигателя, т. е. его ротор будет вращаться в другую сторону.

 Замкнув рубильник 1 (при замкнутом ключе 2), включают двигатель в сеть (см. рисунок 29.2). Затем, разомкнув ключ 2, с помощью электромагнитного тормоза (ЭМТ) либо другого нагрузочного устройства создают на валу двигателя нагрузочный момент М и увеличивают его до тех пор, пока ток в цепи статора не достигнет значения      I ₁ = 1, 2 I _1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока I ₁ снимают показания приборов и заносят их в таблицу. Первый отсчет по приборам делают в режиме х. х. (М ₂ = 0). Всего необходимо снять не менее пяти показаний, из них одно должно соответствовать номинальному режиму (I ₁ = I _1ном).

 

Рисунок 29.2 - Схема включения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором для исследования методом непосредственной нагрузки

 

 

Контрольные вопросы

1. На чем основан принцип действия асинхронного двигателя?

2. Что такое скольжение, и каким, оно обычно бывает у асинхронных двигателей общего применения?

3. С какой целью у асинхронного двигателя обычно делают все шесть выводов обмотки статора?

4. Что такое реверс и как его осуществить в трехфазном асинхронном двигателе?

5. В чем сущность метода непосредственной нагрузки при исследовании асинхронного двигателя

6. Какие характеристики асинхронного двигателя называют рабочими?

7. Почему относительная величина тока х. х. у асинхронного двигателя больше, чем у трансформатора такой же мощности?

8. Как изменится вращающий момент асинхронного двигателя, если напряжение на его выводах обмотки статора уменьшить в раз?

9. Что такое перегрузочная способность, асинхронного двигате­ля и какова, ее зависимость от напряжения питания двигателя?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 30

Задание

1. Зарисовать  схемы включения.

2. Ответьте на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

1.Пуск двигателя непосредственным включением в сеть. Этот метод пуска отличается простотой, однако в момент подключения двигателя к сети в цепи статора значительный пусковой ток, в пять-семь раз превышающий номинальный ток двигателя.

2.Пуск двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник. Схема соединений остается прежней (рисунок 30.1). Пуск производят в следующем порядке. Поставив переключатель 2 в нейтральное положение, замыкают рубильник Р1; затем переключатель переводят в положение «звезда». После разгона ротора переключатель быстро переводят в положение «треугольник».

3.Реакторный пуск двигателя. При реакторном пуске двигателя напряжение понижается за счет падения напряжения на индуктивном сопротивлении реакторов х_Р. При этом напряжение на выводах обмотки статора

 

U'_п = U₁- jI_пx_р

 

Пуск двигателя выполняется следующим образом: при разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник Р1 и на двигатель подается пониженное напряжение; после разгона ротора включают рубильник 2 и двигатель оказывается под полным напряжением сети.

Зависимость пускового момента от напряжения.

Из теории известно, что пусковой момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату фазного напряжения: М_п ≡ U²₁.

Рисунок 30.1 - Схема включения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при пуске переключением обмотки статора со звезды на треугольник

 

 

Рисунок 30.2 - Схема включения трехфазного асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором при реакторном пуске

 

Контрольные вопросы

1. Какие показатели определяют пусковые свойства асинхронных двигателей?

2. Каковы достоинства и недостатки метода пуска асинхронных двигателей непосредственным включением в сеть?

3. На чем основаны методы уменьшения пускового тока асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором? Перечислите эти методы.

4. Каков общий недостаток методов пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении?

5. На сколько уменьшается пусковой ток асинхронного двигателя при его пуске методом переключения обмотки статора со звезды на треугольник? Как при этом изменяется пусковой момент?

6. Какова зависимость пускового момента асинхронного двигателя от напряжения, подводимого к обмотке статора?

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 31

Задание

1. Зарисовать схему включения.

2. Ответьте на контрольные вопросы.

 

Экспериментальное исследование асинхронных двигателей проводится с целью определения параметров схемы замещения (рис. 31.2). Программа исследований включает два опыта: опыт холостого хода и опыт короткого замыкания. Эти опыты легко реализуются, для их проведения требуется минимальная мощность установленного оборудования. Экспериментальные исследования асинхронных двигателей в рабочих режимах, как правило, не проводятся в виду их большой трудоемкости и стоимости. Характеристики асинхронных двигателей в рабочих режимах получают расчетным путем по схеме замещения.

Рисунок 31.1 - Схема включения трехфазного асинхронного двигателя

с фазным ротором

 

Рисунок 31.2 - Схема замещения трехфазного асинхронного двигателя

с фазным ротором

 

Опыт холостого хода

 

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 31.1. Схема включает кроме испытуемого двигателя (АД) индукционный регулятор (ИР) для регулирования напряжения статора АД, измерительный комплект (ИК) для регистрации тока, активной мощности и напряжения статора, тахогенератор (ТГ) для измерения частоты вращения n и машину постоянного тока (МПТ) для затормаживания ротора.

 

Рисунок 31.3 – Зависимости в опыте холостого хода

 

 

Опыт холостого хода проводится без нагрузки на валу (ключ К разомкнут) для нескольких значений напряжения в диапазоне . Измеряются фазные токи и активная мощность , подводимая к обмотке статора. По данным опыта строят зависимости , , . Вид этих зависимостей представлен на рис. 31.3

 

Опыт короткого замыкания

Рисунок 31.4 – Зависимости в опыте короткого замыкания

 

В опыте короткого замыкания ротор асинхронного двигателя должен быть заторможен (). Это достигается с помощью машины постоянного тока (рис. 4.14). Ключ К замыкается, а в обмотку возбуждения подается постоянный ток. Опыт проводится при различных значениях подводимого напряжения , так чтобы ток статора находился в пределах .
По данным опыта короткого замыкания строят зависимости , .

 

Контрольные вопросы

 

1. В чём особенность устройства асинхронных двигателей с фазным ротором?

2. Каково назначение пускового реостата в цепи ротора?

3. Сформулируйте достоинства и недостатки асинхронного двигателя с фазным ротором.

4. Как влияют на вид механической характеристики напряжение сети и сопротивление ротора?

5. Какие существуют способы регулирования скорости асинхронного двигателя с фазным ротором?

6. Какие графики называются рабочими характеристиками трехфазных двигателей?

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 32

Тема: Исследование трехфазного асинхронного двигателя в однофазном и конденсаторном режимах

Цель: Приобрести практические навыки в сборке схем включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть; получить экспериментальное подтверждение сведений о свойствах трехфазного асинхронного двигателя, работающего в однофазном и конденсаторном режимах.

Задание

1. Зарисуйте схему включения.

2. Ответьте на контрольные вопросы.

 

Теоретическое обоснование

Для исследования асинхронного двигателя во всех трех режимах используют трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного назначения мощностью не более 600 Вт. Это целесообразно, во-первых, потому, что на практике обычно возникает потребность применения трехфазного двигателя в однофазном или конденсаторном режимах именно такой мощности, во-вторых, при небольшой мощности двигателя емкость рабочего конден­сатора невелика и обычно составляет 5…20 мкф (в зависимости от мощности двигателя и напряжения питания) и, наконец, в-третьих, при такой мощности двигателя схема соединений не усложняется измерительными трансформаторами тока.

Если в трехфазном режиме работы обмотки статора двигателя должны соединяться в треугольник, то следует воспользоваться схемой, представленной на рисунке 32.1, а. Здесь для измерения активной мощности Р ₁потребляемой двигателем, служат два ваттметра W 1 и W 2. В трехфазном режиме мощность P ₁ равна сумме показаний ваттметров (P ₁ =Р^'₁ + Р^''₁). В однофазном и конденсаторном режимах ваттметр W 2 оказывается отключенным и мощность Р ₁ определяется показанием ваттметра W 1, т. е. P ₁ = Р^'₁. В рассматриваемой схеме применены два амперметра: А1 для измерения линейного тока I ₁ и A 2 для измерения тока в фазной обмотке двигателя I _ф1.

Если же в трехфазном режиме двигателя обмотки статора должны соединяться звездой, то применяется схема соединений обмотки статора, представленная на рисунке32.1, б, в которой использован такой же комплект измерительных приборов, как и в схеме, показанной на рисунке 32.1, но с одним амперметром.

Рисунок 32.1 – Схемы включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть

Контрольные вопросы

1) Объясните принцип работы однофазной асинхронного двигателя.

2) Почему в однофазном двигателе пусковой момент равен нулю?

3) Каковы условия возникновения вращающегося магнитного поля статора в двигателе с двухфазной обмоткой на статоре?

4) В каких случаях вращающееся поле статора является круговым, а в каких - эллиптическим?

5) Когда в качестве фазосдвигающего элемента используют активное сопротивление, а когда - емкость?

6) В чем конструктивная разница между однофазным и конденсаторным двигателями?

7) С какой целью в цепь конденсаторного двигателя включают пусковую емкость и как ее включают?

8) В каком из режимов, однофазном или конденсаторном, лучше рабочие свойства асинхронного двигателя?

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 33

Задание

1. Зарисовать  схему включения.

2. Ответить на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

 

    Индукционный регулятор представляет собой асинхронную машину с заторможенным ротором, регулирующую напряжение в широких пределах.

В роторе регулятора помещается фазная обмотка. Напряжение регулируется поворотом ротора. При этом изменяется сдвиг фаз между ЭДС, которые создаются вращающимся магнитным полем в фазах обмоток статора и ротора.

Для поворота и торможения ротора служит червячная передача с самоторможением (в такой передаче тангенс угла наклона винтовой линии червяка меньше коэффициента, трения).

На базе асинхронной машины с фазным ротором может быть построен индукционный регулятор, используемый для регулирования напряжения.

Ротор машины должен быть снабжен механическим поворотным устройством.

Схема индукционного регулятора представлена на рис. 33.1. Ротор, а также выводы начала обмотки статора подключены к сети, а к выводам конца обмотки статора присоединяется нагрузка.

Рисунок 33.1 – Схема индукционного регулятора напряжения

Токи ротора создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует в обмотках статора дополнительные ЭДС E2, значение и фаза которых зависит от угла поворота ротора α. В итоге согласно векторной диаграмме на рис. 2 при равенстве числа витков в обмотках напряжение на выходе U2 можно регулировать от нуля (при α = 180°) до двойного напряжения сети (при α = 0).

Рисунок 33.2 – Векторная диаграмма индукционного регулятора

 

Недостаток рассмотренного простейшего регулятора — изменение фазы выходного напряжения. Поэтому иногда используют сдвоенный индукционный регулятор, состоящий как бы из двух машин, обмотки статоров которых включены последовательно.

 

 

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция индукционного регулятора?

2. Принцип действия индукционного регулятора.

3. Назначение индукционного регулятора.

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 34

Задание

 

1. Зарисовать схему включения.

2. Ответить на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

Синхронная машина состоит из двух основных частей — статора и ротора Статор, являющийся неподвижной частью машины, по конструкции аналогичен статору асинхронного двигателя. Трехфаз­ная обмотка статора выполнена с таким же числом полюсов, как и ротора Ротор — вращающаяся часть машины — представляет собой систему полюсов, на которых расположена обмотка возбуждения. Ротор служит для создания основного магнитного потока. По кон­струкции различают роторы с явно и неявно выраженными полю­сами.

Ротор с явно выраженными полюсами состоит из стального вала, роторной звезды и полюсов возбуждения с полюс­ными катушками, укрепленными на ободе роторной звезды.

При больших частотах вращения (3 тыс об/мин), исходя из со­ображений механической прочности, ротор выполняют неявнополюсным с выфрезерованнымн на его поверхности про­дольными пазами, в которые закладывают обмотку возбуждения.

На валу ротора устанавливают контактные кольца, к которым присоединяют выводы обмотки возбуждения. Кольца надежно изо­лируют от вала и друг от друга. К кольцам прилегают щетки, укрепленные в щеткодержателях, образуя скользящий контакт. Через скользящий контакт обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока. При подключении обмотки возбуждения вращающегося ротора к источнику постоянного тока созда­ется вращающийся вместе с ротором маг­нитный поток Ф, пересекающий трехфазную обмотку статора и по закону электромаг­нитной индукции в каждой фазной обмотке образуется наводящий э д с.

Э д с статора составляет симметричную трехфазную э д с, и при подключении к обмотке статора симметричной нагрузки эта обмотка нагружается симметричной системой токов. Машина при этом работает в режиме генератора

Как и все электрические машины, синхронные машины обрати­мы. У синхронных машин частота вращения п ротора равна частоте вращения n1 магнитного поля статора.

Синхронными называются электрические машины, часто­та вращения которых связана постоянным соотношением с частотой сети переменного тока, в которую эта машина вклю­чена. Синхронные машины служат генераторами перемен­ного тока на электрических станциях, а синхронные двига­тели применяются в тех случаях, когда нужен двигатель, ра­ботающий с постоянной частотой вращения. Синхронные ма­шины обратимы, т.е. они могут работать и как генераторы, и как двигатели, хотя в конструкциях современных синхрон­ных генераторов и двигателей имеются небольшие, но прак­тически весьма существенные отличия. Синхронная маши­на переходит от режима генератора к режиму двигателя в зависимости от того, действует ли на ее вал вращающая или тормозящая механическая сила. В первом случае она полу­чает на валу механическую, а отдает в сеть электрическую энергию, а во втором случае она потребляет из сети электри­ческую энергию, а отдает на валу механическую энергию.

Основной магнитный поток синхронного генератора, созда­ваемый вращающимся ротором, возбуждается посторонним источником-возбудителем, которым обычно является гене­ратор постоянного тока небольшой мощности, установленный на общем валу с синхронным генератором. Постоянный ток от возбудителя подается на ротор через щетки и контактные кольца, установленные на валу ротора.

На валу ротора устанавливают контактные кольца, к которым присоединяют выводы обмотки возбуждения. Кольца надежно изо­лируют от вала и друг от друга. К кольцам прилегают щетки,укрепленные в щеткодержателях, образуя скользящий контакт. Через скользящий контакт обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока. При подключении обмотки возбуждения вращающегося ротора к источнику постоянного тока созда­ется вращающийся вместе с ротором маг­нитный поток, пересекающий трехфазную обмотку статора и по закону электромаг­нитной индукции в каждой фазной обмотке образуется наводящий э д с.

Рисунок 34.1 - Устройство трехфазного синхронного генератора

Внешняя характеристика - это зависимость напряжения на выходе генератора U ₁ от тока нагрузки I ₁, при неизменных частоте вращения (n ₂ = n ₁), токе возбуждения I _в = со nst и коэффициенте мощности со s φ ₁ = со nst.

Характеристика холостого хода – эта характеристика представляет собой зависимость ЭДС генератора в режиме х. х. Ей от тока возбуждения I _в при номинальной частоте вращения n ₂ = n ₁. Характеристику х. х. принято строить в относительных величинах ЭДС Е _0* и тока возбуждения I _в*: Е ₀ = f (I _в* ), где

Е _0* = Е ₀: U _1ном и I _в* = I _в / I _в.оном. За базовые величины при определении относительных значений ЭДС и тока возбуждения принимают соответственно номинальное значение напряжения на выходе генератора U _1ном и ток возбуждения I _в0номсоответствующий ЭДС х. х., равной номинальному напряжению генератора U _1ном.

Регулировочная характеристика - это зависимость тока возбуждения генератора I _в от тока нагрузки I ₁ при неизменных частоте вращении n ₂ = n ₁ и напряжении U ₁ = U _1ном.

Характеристика короткого замыкания - это зависимость тока статора при опыте к. з. I _1k от тока возбуждения I _в при неизменной частоте вращения n ₂ = n ₁. Характеристику к. з. принято строить в относительных единицах: I _*1k = f (I _*в ), где I _*1k = I _1k / I _1ном, I _*в = I _в / I _в.0.ном.

 

Рисунок 34.2 - Схема включения трехфазного синхронного генератора

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Какова конструкция синхронных машин с явнополюсным и неявнополюсным роторами?

2. Какие способы возбуждения применяются в синхронных генераторах?

3. Можно ли регулировать напряжение синхронного генератора изменением частоты вращения ротора?

4. Почему характеристики х. х. синхронного генератора при намагничивании и размагничивании не совпадают?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 35

Задание

1 Зарисовать схему включения.

3. Ответить контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

Схема включения. В качестве приводного двигателя синхронного генератора (рисунок 35.1) используют двигатель постоянного тока параллельного возбуждения. Для измерения активной мощности генератора в схеме применен трехфазный двухэлементный ваттметр W, токовые обмотки которого включены в линейные провода через трансформаторы тока.

Для точной синхронизации генератора использован ламповый синхроноскоп (возможно включение стрелочного синхроноскопа). Лампы этого синхроноскопа соединены по схеме «на погасание». Возможно включение ламп синхроноскопа и по схеме «на вращение света».

Включение генератора на параллельную работу. При включении трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью необходимо соблюдение следующих условий:

а) ЭДС генератора должна быть равна напряжению сети;

б) частота ЭДС генератора и частота напряжения сети должны быть равны;

в) ЭДС генератора должна находиться в противофазе с напряжением сети;

г) чередование фаз генератора должно соответствовать чередованию фаз сети.

Приведение генератора в состояние, удовлетворяющее перечисленным условиям, называется синхронизацией. Соблюдение условий синхронизации проверяется с помощью синхроноскопа. Простейший синхроноскоп - ламповый, состоящий из трех ламп накаливания, которые могут быть включены по двум схемам: «на погасание» и «на вращение света».

При использовании синхроноскопа по схеме «на погасание» каждая лампа включается в разрыв определенной фазы (рисунок 35.1). В этом случае момент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех трех ламп. При несоблюдении условий синхронизации лампы часто вспыхивают и гаснут. Однако по мере приближения генератора к условиям синхронизации вспыхивание ламп становится все реже. Когда вспыхивания ламп становятся настолько редкими, что пауза между ними продолжается не менее 5…7 с, следует в момент погасания ламп замкнуть рубильник Р2, подключающий генератор к сети на параллельную работу.

При включении ламп по схеме «на вращение света» (рисунок 35.2) соблюдению условий по синхронизации соответствует погасание лампы 2 и горение с одинаковой яркостью ламп 1 и 3. При несоблюдении условий синхро­низации лампы вспыхивают поочередно, создавая эффект враще­ния света. По мере приближения к соблюдению условий синхрониза­ции частота «вращения света» замедляется.

 

Рисунок 35.1 – Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью

 

 

Рисунок 35.2 – Соединение ламп синхроноскопа по схеме «вращение света»

 

Возможен случай, когда лампы, включенные по схеме «на погасание», создают эффект вращения света, и наоборот, включенные по схеме «на вращение света» одновременно гаснут и загораются. Такое явление обусловлено несоответствием чередования фаз на генераторе чередованию фаз сети. В этом случае следует поменять местами провода, соединяющие генератор с зажимами рубильника Р2 (см. рисунок 9.1).

 

Контрольные вопросы

1. Какие условия необходимо соблюсти, прежде чем включить синхронный генератор на параллельную работу?

2. Каким прибором контролируется соблюдение условий синхронизации?

3. Как нагрузить синхронный генератор, подключенный на параллельную работу с сетью?

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 36

Тема: Исследование трехфазного синхронного двигателя

Цель: Изучить устройство синхронного двигателя; получить подтверждение теоретическим сведениям о свойствах трехфазных синхронных двигателей.

Задание

1. Зарисуйте схему включения.

2. Ответьте на контрольные вопросы.

 

Теоретические сведения

Синхронные машины используются в качестве источников электрической энергии (генераторов), электродвигателей и синхронных компенсаторов. Именно с помощью синхронных трехфазных генераторов вырабатывается электрическая энергия на электростанциях.

Синхронные двигатели в силу особых свойств, не получили широкого распространения. Синхронные трехфазные двигатели применяются обычно лишь в установках средней и большой мощности при редких пусках, в случаях, когда не требуется электрического регулирования скорости.

Наряду с этим, в системах управления, измерения, записи и воспроизведения звука, особенно для привода лентопротяжных и регистрирующих устройств, широко применяются синхронные микродвигатели.

Трехфазные синхронные генераторы, двигатели и синхронные компенсаторы в принципе имеют одинаковое устройство.

 

Рисунок 36. 1 -  Устройство синхронной машины с неявно выраженными полюсами (а) и ротора машины с явно выраженными полюсами (б)

 

Неподвижная часть машины, называемая статором (рис. 36.1, а), состоит из стального или чугунного корпуса 1, в котором закреплен цилиндрический сердечник 2.

Для уменьшения потерь на перемагничивание и вихревые токи сердечник набирают из листов электротехнической стали. В пазах сердечника уложена трехфазных обмотка 3. В подшипниковых щитах, прикрепленных с торцевых сторон к корпусу, либо в стояках, закрепленных на фундаменте, расположены подшипники, несущие вал 4 вращающейся части машины – ротора. На валу размещен цилиндрический сердечник 7 ротора, выполняемый из сплошной стали. В пазах сердечника ротора уложена обмотка возбуждения 8, питаемая постоянным током. Для присоединения обмотки возбуждения к внешней электрической цепи на валу укрепляют два изолированных друг от друга и от вала контактных кольца 6, к которым пружинами прижимаются неподвижные щетки 5. Обмотка 8 служит для возбуждения основного магнитного поля машины. Обмотка возбуждения с сердечником ротора представляют собой по существу электромагнит. Питание обмотки возбуждения осуществляется либо от генератора постоянного тока, вал которого механически связан с валом синхронной машины, либо через вентили от источника переменного тока. Мощность, необходимая для питания обмотки возбуждения, невелика и составляет 1 ÷ 3% от мощности машины.

На рис. 36.1, а показана двухпол