УМК - ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА / Лабораторно-практические занятия / ЭМ - 3

Лабораторная работа № 3-1.

Определение параметров асинхронной машины по опытам холостого хода и короткого замыкания

Цель работы: изучить методы определения параметров асинхронных машин по опытам холостого хода и короткого замыкания

1. Общие теоретические положения

При анализе различных характеристик асинхронных машин необходимо знать их основные параметры: ток и потери холостого хода; активное и индуктивное сопротивление ветви намагничивания; номинальные потери короткого замыкания и пусковой ток; активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания. Все эти параметры можно получить в результате проведения относительно простых опытов холостого хода и короткого замыкания.

Опыт холостого хода

В процессе этого опыта исследуемая машина работает в двигательном режиме без нагрузки на валу. В этом случае скольжение и ток ротора пренебрежимо малы и можно считать, что суммарные потери мощности будут равны сумме электрических потерь в обмотке статора, потерь в стали и механических потерь:

(1)

Схема установки для проведения опыта холостого хода приведена на рис. 1. Механические потери зависят только от частоты вращения, которая в процессе проведения опыта практически неизменна, поэтому они остаются постоянными. Потери в стали и электрические потери зависят от величины приложенного напряжения и степени насыщения магнитной системы, поэтому в процессе проведения опыта необходимо снять зависимости: , примерный характер которых показан на рис.2-а. Поскольку идеальной симметрии питающих напряжений при регулировании достигнуть практически невозможно, необходимо находить средние значения напряжений и токов в фазах:

а также сумму мощностей: .

Потери в стали и механические потери в отличие от электрических потерь практически не зависят от нагрузки, поэтому их необходимо определить отдельно. Для этого необходимо определить с помощью омметра или на основании опыта короткого замыкания активное сопротивление первичной обмотки, а затем для каждого значения напряжения найти величину: и построить зависимость: , которая весьма близка к линейной. Напряжение необходимо уменьшать от 1,1 …1,2 U_ном до тех пор, пока частота вращения не начнёт уменьшаться (обычно – 0,3 …0,4 U_ном ). Продолжение полученной зависимости до оси ординат даст значение механических потерь (рис. 2-б).

Данные опыта холостого хода заносятся в таблицу.

U0, B	I0, A	P0, Bm	cos0	U^2 0, B^2	Pcm +Pмех, Bm

Как правило, все расчётные параметры относятся к номинальному напряжению, поэтому на полученных зависимостях от соответствующего ему значения на оси абсцисс восстанавливаются перпендикуляры до пересечения с характеристиками, а проекции точек пересечения на оси ординат дадут искомые значения токов и мощностей. Полный ток холостого хода по модулю очень близок к току намагничивания, а индуктивное сопротивление ветви намагничивания всегда значительно больше всех остальных сопротивлений, входящих в схему замещения, поэтому с достаточно высокой точностью можно найти сопротивления ветви намагничивания по формулам:

(2)

Полученные числовые значения необходимо нанести на схему замещения асинхронной машины (рис. 4)..

Опыт короткого замыкания

Для того, чтобы провести этот опыт, ротор машины необходимо заклинить и подвести к обмоткам статора пониженное напряжение. Схема включения приборов и машины при этом остаётся такой же, как и в опыте холостого хода. Напряжение необходимо постепенно повышать от нуля до такого значения, при котором ток достигнет значения 1,5 …2,0 I_ном. При возрастании тока зависимость: становится практически линейной, что объясняется уменьшением индуктивных сопротивлений вследствие насыщения зубцовых слоёв. В процессе опыта снимаются те же самые параметры, что и в опыте холостого хода, но помечаются они индексом ”к”, и разделения потерь в этом случае не требуется (отсутствуют два последних столбца в таблице). Примерный вид характеристик короткого замыкания показан на рис. 3. Параметры короткого замыкания определяются при значении тока короткого замыкания, равном номинальному значению. Для подсчёта суммарных приведённых сопротивлений короткого замыкания используются формулы (2). В первом приближении считают, что активные и индуктивные сопротивления короткого замыкания обмоток статора равны приведённым сопротивлениям обмоток ротора:

Для более точного определения пускового тока (который представляет собой ни что иное, как ток короткого замыкания при номинальном напряжении) целесообразно графически определить напряжение U_{к 0} и далее использовать формулу:

(3)

Кратность пускового тока по отношению к номинальному у большинства асинхронных двигателей составляет 5 …7.

Потери короткого замыкания в отличие от потерь в стали и механических потерь зависят от нагрузки, и потому называются переменными. Их значение при номинальном токе наряду с постоянными потерями является одним из важных показателей асинхронной машины, по которому рассчитывается коэффициент полезного действия, тепловые процессы и многие другие характеристики.

Рис. 4. Схема замещения асинхронной машины с короткозамкнутым ротором

2. Порядок выполнения работы

1. Записать паспортные данные асинхронной машины. Определить с помощью омметра или методом амперметра и вольтметра (на постоянном токе при пониженном напряжении) омическое сопротивление обмотки статора. Подготовить таблицы для записи показаний приборов в опытах холостого хода и короткого замыкания

2. Установить с помощью фазорегулятора пониженное напряжение. Собрать и опробовать принципиальную схему (рис. 1)

3. Плавно увеличивать напряжение до тех пор, пока ток не достигнет 1,1 …1,2 I_ном, , а затем снижать его до такого значения, когда частота вращения машины начнёт заметно уменьшаться. Записывать показания приборов через каждые 30 …40 В. В конце опыта х.х. снизить напряжение до минимально возможного значения! По полученным данным построить зависимости, аналогичные приведённым на рис. 2. Определить составляющие потерь холостого хода, cos₀ и сопротивления ветви намагничивания, соответствующие номинальному напряжению

4. Заклинить ротор асинхронной машины, включить установку и довести ток до 1,5 I_ном,, затем снижать его до 0,5 I_ном, записывая показания приборов. По полученным данным построить зависимости (рис. 3). Определить напряжение, cos_к, потери, и сопротивления короткого замыкания при номинальном токе. Найти пусковой ток

5. Изобразить схему замещения и указать на ней числовые значения всех полученных параметров. Оформить отчёт

Контрольные вопросы

1. Назначение и порядок выполнения опытов холостого хода и короткого замыкания АМ

2. Дать необходимые пояснения к схеме замещения АМ

3. Почему асинхронные двигатели имеют большой пусковой ток? Как его определяют?

4. Как классифицируются и определяются потери мощности в АМ?