3.Порядок выполнения работы

3.1. Определить начала и концы обмотки статора.

Начала и концы фаз обмотки статора выведены на панель стенда и обозначений не имеют. Поэтому вначале необходимо осуществить маркировку выводов обмотки статора. Предварительно необходимо найти выводы, принадлежащие одной фазе. Для этого собирается схема, показанная на рис. 1.

Рис. 1

К одному зажиму источника (220 В) через сигнальную лампочку (или вольтметр) подключается один из выводов обмотки. К другому зажиму источника питания присоединяется проводник-щуп. При нажатой кнопке «К», совмещенной с сигнальной лампочкой, по очереди касаются выводов обмотки статора. Загорание лампочки укажет га то, что в цепь включена одна из трех фаз обмотки статора. Обозначим эти выводы а-а. Аналогично находятся выводы фаз b-b и c-c.

ВНИМАНИЕ! Напряжение подается нажатием кнопки «К» только тогда, когда конец щупа установлен на одном из выводов обмотки.

Для определения «начал» и «концов» фаз обмотки статора используем явление взаимоиндукции. Все три фазы обмотки статора имеют общий магнитопровод. Поэтому, если одну из фаз (например, а-а) подключить к источнику переменного тока, то она создает пульсирующее магнитное поле. Это поле «сцеплено» с фазами b-b и c-с и наводит в них электродвижущие силы (э.д.с.) Е_в и Е_с.

Если осуществить последовательное соединение фазовых обмоток b-b и с-с так, что э.д.с. Е_в и Е_с будут складываться, то подключенный к ним вольтметр покажет напряжение, равное сумме этих э.д.с. (при использовании сигнальной лампочки она должна загораться). Такое соединение называют согласным. Конец фазы b-b соединен с началом фазы с-с. Схема согласного соединения фаз показана на рис. 2.

Если осуществить последовательное соединение фаз b-b и c-с так, что э.д.с. Е_в и Е_с будут вычитаться, то вольтметр покажет минимальное напряжение (сигнальная лампочка не загорится). В этом случае соединение фазовых обмоток называют встречным и концы (или начала) фаз b-b и c-с соединены между собой (рис.3).

Рис. 2. Рис. 3.

Для определения начала и конца третьей фазы надо подключить к источнику питания переменного тока (220 В) фазу b-b (или с-с), а фазы a-a и c-c (или b-b) соединить последовательно. По показаниям вольтметра определить, как включены фазы, согласно или встречно. Начала и концы фаз обозначить соответственно: С1, С2, С3 и C4, С5, С6.

3.2. Измерить активное сопротивление фазы обмотки статора в практически холодном состоянии

Измерение активного сопротивления фазы обмотки статора производится с помощью постоянного тока методом амперметра-вольтметра. Учитывая, что сопротивление фазы мало, опыт производят по схеме рис.4. При измерении сопротивления величину тока в фазе устанавливают равной 10 - 20 % от I_н, чтобы в процессе опыта обмотка заметно не нагревалась. Сопротивление определяется по формуле:

, Ом

где r_v – сопротивление вольтметра, Ом.

Если сопротивление вольтметра r_v значительно больше сопротивления r₁ (r_v > r₁100), то:

, Ом

Рис. 4.

В общем, случае метод амперметра-вольтметра отличается невысокой точностью, ввиду влияния внутренних сопротивлений приборов. Для более точного измерения сопротивлений применяет методы сравнения мостовой и компенсационный.

Активное сопротивление фазы обмотки статора несколько больше его сопротивления постоянному току. Это объясняется тем, что плотность переменного тока распределяется неравномерно по сечению проводника из-за поверхностного эффекта (вытеснения тока к поверхности проводника). При частоте 50 Гц и малых площадях сечения проводников обмотки статора, этой разницей обычно пренебрегают.

Во избежание повреждения вольтметр следует включать только по достижении установившегося значения тока в обмотке я отключать перед каждым изменением тока.

Сопротивление должно быть измерено во всех трех фазах. За действительное сопротивление фазы принимается среднее арифметическое значение. При дальнейших расчетах и построении круговой диаграммы используется сопротивление фазы, приведенное к расчетной рабочей температуре 75 °С:

, Ом

где   температура обмотки статора при опыте, равная примерно температуре окружающего воздуха,С;

r_  активное сопротивление, найденное при  С, Ом.

Результаты измерений и расчётов заносятся в таблицу 1.

Таблица 1

U, В	I, А	r, Ом	, С	r75, Ом	Примечание

3.3. Осуществить пуск в ход асинхронного двигателя и изменить направление его вращения

Наиболее простым способом пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является прямой пуск, когда обмотка статора включается в сеть на номинальное напряжение. Пусковой ток достигает при этом значений порядка I_п = (47)I_1н.

В данной работе пуск асинхронного двигателя осуществляется в следующем порядке. Собираем схему, как показано на рис.5. Обмотка статора соединяется в звезду. Линейным пускателем Л1 подаем на стенд переменное напряжение (220 В). Выключателем S1 включаем индукционный регулятор (ИР). Устанавливаем на выходе ИР номинальное напряжение

U_1н = 380 В, и двигатель без нагрузки пускаем в ход, включая выключатель S2. Заметим направление вращения ротора. Отключается двигатель от сети выключателем S2.

Рис. 5

Для изменения направления вращения ротора необходимо изменить порядок чередования фаз обмотки статора. При отключенном индукционном регуляторе (выключатели S2 и S1 разомкнуты) меняем местами два любых линейных провода на зажимах выключателя S2. Пускаем двигатель в ход и убеждаемся в том, что направление вращения ротора изменилось.

3.4. Снять характеристики холостого хода

Опыт холостого хода производится при работе двигателя без нагрузки на валу по схеме рис.5. Обмотка статора соединена звездой.

Линейным пускателем Л1 подаем напряжение на стенд. Включаем S1 и устанавливаем на выходе ИР номинальное напряжение U₁ = 380 В. Выключателем S2 пускаем в ход двигатель. По показаниям приборов убеждаемся, что двигатель работает нормально. Ток холостого хода асинхронных двигателей мощностью Р = 1  10 кВт ориентировочно равен

I₀ = (0,2  0,5)I_1н.

Устанавливаем напряжение ИР , равное U₁ = U_1н = 380 В и показания приборов записываем в таблицу 2. Уменьшая напряжение до U = 100 В, делаем еще несколько замеров (5  6 точек).

Таблица 2

Опытные данные			Расчётные данные		Примечание
U1, В	I0, А	PW, Вт	P0, Вт	cos0
					U1 = 380 В f1 = 50 Гц

Необходимые расчетные данные таблицы 2 определяются так:

Мощность холостого хода

Коэффициент мощности при холостом ходе

По данным таблицы 2 построить характеристики холостого хода Р₀(U₁), I₀(U₁), cos₀(U₁), общий вид которых показан на рис.6. Объяснить вид полученных кривых.

По результатам опыта при номинальном напряжении (U₁ = 380 В) производим разделение потерь холостого хода на электрические  Р_эл, потери в стали  Р_с и механические  Р_мех. Электрические потери равны:

Для разделения потерь Р_с и Р_мех строим зависимость , как показано на рис. 7. Эта зависимость близка к прямой, так как кривая представляет собой квадратичную параболу для слабонасыщенных машин (P_с  U₁,

Р_мех = const).

Порядок построения этой зависимости следующий. По оси абсцисс откладываем значения в относительных единицах. Для каждого замера опыта холостого хода определяем электрические потери и по оси ординат откладываем величину потерь . Продолжив прямую

до пересечения с осью ординат, получим отрезок ОД. Тогда для U₁ = 1,0 имеем Р_мех = АВ и Р_с = BC.

3.5. Снять характеристики короткого замыкания

Опыт короткого замыкания производится по схеме, показанной на рис. 5, при неподвижном роторе и пониженном напряжении U₁ в следующем порядке.

Тормозным устройством ротор фиксируют в неподвижном состоянии. Линейным пускателем Л1 подаем напряжение на стенд.

Выключателем S1 подключаем индукционный регулятор к сети U = 220 В и устанавливаем на выходе ИР минимальное напряжение U₁ = 100 В. Выключателем S2 это напряжение подается к обмотке статора. Изменяя U₁ устанавливаем значения токов короткого замыкания I_к = 1,25; 1,0; 0,75;0,5; 0,25 от I_1н.

Показания приборов записываем в таблицу 3. Во избежание значительного изменения температуры обмоток за время опыта отсчеты показаний приборов надо производить быстро (на каждый опыт не более 3 с), замеры начинать с наибольшего значения тока короткого замыкания

.

Рис. 6. Рис.7

Таблица 3

Опытные данные			Расчётные данные		Примечание
Uк, В	Iк, А	PW, Вт	Pк, Вт	cosк

Потери короткого замыкания и коэффициент мощности при коротком замыкании определяются так:

и

По данным таблицы 3 построить характеристики короткого замыкания Р_к(U_к), I_к(U_к), cos_к(U_к), общий вид которых приведен на рис. 8.

Рис. 8.

По результатам расчёта определяем действительный ток в фазе при коротком замыкании, соответствующий номинальному напряжению

U₁ = 380 В при расчётной рабочей температуре обмоток 75 С.

где I_кн – фазовый ток короткого замыкания при номинальном напряжении;

Z_к – полное сопротивление короткого замыкания, определяемое по результатам опыта;

Z_к75  полное сопротивление короткого замыкания, при расчётной рабочей температуре 75 С.

Фазовый ток короткого замыкания при номинальном напряжении:

Полное сопротивление короткого замыкания, определяемое по результатам опыта:

Полное сопротивление короткого замыкания, при расчётной рабочей температуре 75 С.

где r_к75 – активное сопротивление короткого замыкания при расчётной рабочей температуре 75 С;

x_к – индуктивное сопротивление короткого замыканиия;

Для определения тока I_кн75 необходимые расчетные величины берутся из таблицы 3 для тока короткого замыкания I_к = I_1н.

Активное сопротивление короткого замыкания

Индуктивное сопротивление короткого замыкания

Активное сопротивление короткого замыкания при расчётной рабочей температуре 75 С

Температура окружающей среды:  = 20 С.

Приведенное активное сопротивление обмотки ротора

3.6. Построить круговую диаграмму

Круговую диаграмму асинхронного двигателя отроят согласно

ГОСТ 7217-66 по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания.

Откладываем вектор фазового напряжения U_1ф = 220 В в произвольном масштабе по оси ординат (рис.9). Векторы фазных токов холостого хода O₁O₂ = I_онф / m_i и короткого замыкания O₁K = I_кн75 / m_i сдвинуты относительно вектора напряжения на соответствующие углы _он и _к. Масштаб тока выбираем равным m_i = 0,20 А/мм.

Из точки О₂О параллельно вектору напряжения откладываем отрезок О₂О, равный механическим потерям Р_мех (в масштабе m_p = 3U_1фm_i10^-3 кВт/мм), и находим вектор тока I_оо = О₁О идеального холостого хода (при s = 0). Этот ток остается постоянным при различных нагрузках двигателя. Из точки О проводим линию OG параллельно оси абсцисс и линию ОД под углом 2 к линии OG. Угол  определяют выражением:

где U_1ф – фазовое номинальное напряжение.

Центр окружности С находится на пересечении перпендикуляра восстановленного из середины хорды ОК, с линией ОД. Проводим окружность радиусом СО. Хорда ОК является линией механической мощности.

Для нахождения точки В (s = ) из точки К на линию ОД опускаем перпендикуляр и делим его на два отрезка в отношении:

Хорда ОВ является линией электромагнитной мощности. Каждая точка на окружности характеризует режим работы асинхронной машины:

и

При изменении нагрузки асинхронного двигателя концы векторов тока статора и ротора перемещаются по окружности от точки O₂ (xoлостой ход) до точки К (короткое замыкание).

3.7. Построить рабочие характеристики двигателя по данным круговой диаграммы

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости: Р₁(Р₂), I₁(Р₂), cos(Р₂), s(Р₂), (Р₂). Для построения этих характеристик задаемся несколькими значениями тока статора (I₁ = 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 от I_1н).

Откладываем векторы токов на окружности диаграммы и для каждой точки определяем значения необходимых величин.

Для примера рассмотрим точку А на окружности токов. Из начала координат откладываем вектор ОA = I₁/m_i, заданного тока статора до пересечения с окружностью (точка А). Из диаграммы следует, что ток в цепи ротора равен .

Для определения коэффициента мощности из точки O₁ проводим часть окружности радиусом 100 мм. Находим точку h пересечения вектора тока статора (или его продолжения) с этой окружностью. Проекция точки h на ось ординат определяет величину коэффициента мощности.

Для определения скольжения проведем касательную ОQ к окружности в точке O и линию nm (параллельную OВ) до пересечения с продолжением линии ОК в точке m на таком расстоянии, чтобы отрезок nm был равен 200 мм. Продолжая вектор тока ротора до пересечения со шкалой скольжения, найдем скольжение для заданной нагрузки двигателя.

Мощность, потребляемая из сети, равна:

, кВт

Коэффициент полезного действия определяем расчетным путем по способу отдельных потерь:

где Р_э1 – электрические потери в обмотке статора;

Р_с – потери в стали статора;

Р_мех – механические потери;

Р_э2 – электрические потери в обмотке ротора;

Р_доб – добавочные потери.

Электрические потери в обмотке статора, кВт

Электрические потери в обмотке ротора, кВт

Добавочные потери, кВт:

Мощность на валу двигателя кВт. Результаты расчета свести в таблицу и построить рабочие характеристики. Объяснить вид полученных кривых.

3.8. Построить пусковые характеристики двигателя

Для построения пусковых характеристик I₁(s) и M(s) задаемся несколькими значениями скольжения (8-10 точек) от s = 0 до s = 1,0. Через заданные точки на шкале скольжения и точку 0 проводим прямые до пересечения с окружностью (точка N). Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на линию ОД. Отрезок O₁N определяет ток статора, а отрезок NT электромагнитный момент:

где m_М – масштаб момента, Нм/мм.

Масштаб момента определяется так:

где n₁ –синхронная частота вращения, об/мин.

Чтобы определять максимальный момент, опускаем из центра С окружности перпендикуляр на линию ОВ и продолжаем его до пересечения с окружностью в точке N. Опускаем перпендикуляр из точки N на линию ОД до пересечения с линией ОВ. Максимальный момент равен:

, Нм

Определяем критическое скольжение (т.е. скольжение, характеризующее работу двигателя в точке N).

Результаты расчета свести в таблицу и построить пусковые характеристики. Объяснить вид полученных кривых.

В заключении отчета необходимо сформулировать выводы в виде ответов на следующие вопросы:

1. Почему в асинхронных двигателях необходимо знать точно обозначения начал и концов фазы? Что будет, если начало или конец одной из фаз поменять местами?

2. Чем объяснить, что при изменении порядка чередования фаз направление вращения ротора изменится на противоположное?

3. Чем объяснить, что при увеличении напряжения при снятии характеристики холостого хода cos уменьшается, а при снятии характеристики короткого замыкания остается постоянным?

4. При каких условиях к.п.д. двигателя будет максимальным?

5. Какова кратность пускового тока 1_п / 1_н и чем это объяснить?