Переходные процессы в электротехники / Лабораторные работы / ПП-2012.Учебное пособие

7.4.5.Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

7.4.6.Включите выключатель «СЕТЬ» выключателя А2 и указателя частоты вращения Р1.

7.4.7.Нажмите кнопку «ВКЛ» выключателя А2. Изменение режимных парамет-

ров двигателя при пуске наблюдайте на экране монитора.

7.4.8. После окончания процесса пуска двигателя нажмите кнопку «ОТКЛ» вык-

лючателя А2.

7.4.9. Остановите сканирование данных программой «Многоканальный осцил-

лограф» нажатием на виртуальную кнопку «Остановить» . Отобразите записанный процесс нажатием на виртуальную кнопку .

7.4.10. Используя возможности программы «Многоканальный осциллограф»,

проанализируйте полученные временные зависимости тока, напряжения и частоты вращения двигателя.

7.4.11. По завершении эксперимента отключите выключатели «СЕТЬ» выклю-

чателя А2 и указателя Р1, отключите источник G1 нажатием на красную кнопку –

«гриб» с последующим отключением ключа–выключателя. 7.4.12. Определить iy, Му, TЭ, ТМ

7.5Содержание отчета

7.5.1Название и цель работы.

7.5.2Электрическая схема установки и ее описание.

7.5.3Результаты исследований.

7.5.4Выводы по работе.

7.6Вопросы по самопроверке

7.6.1В каком моменте времени возникают максимальные броски токов и момента?

7.6.2Перечислите стадии переходного процесса

7.6.3Как изменяется ток при пуске двигателя?

7.6.4Как соотносятся токи при запуске и самозапуске двигателя?

73

8. Лабораторная работа № 7. Исследование характеристик активной мощности и момента асинхронного электродвигателя

Цель работы – снятие характеристик активной мощности и момента

асинхронного электродвигателя.

8.1 Аналитическое исследование характеристик асинхронного двигателя

Для анализа работы асинхронного двигателя наиболее удобна Г-образная схема замещения (рис. 8.1)

Рис. 8.1 Схема замещения асинхронной машины

На этой схеме:

Z

r

jx

r1 rH j(x1 xH );

Z1 r1

jx1;

Z

r

'

jx' ;

2

2

s

2

s

0

;

0

I

,I'

– ток намагничивания

и приведенный ток ротора; r , x

– активное и

2

индуктивное сопротивления намагничивающего контура; r1,x1 – активное и индуктивное сопротивления статорной обмотки; r2' , x2' – приведенные сопротивления ротора; S – скольжение; , 0 – частоты вращения поля и ротора.

Мощность Р, потребляемая из сети расходуется на потери в намагничивающем контуре и потери в меди обмотки статора и преобразуется в электромагнитную мощность, т.е.

74

′

= +

+

Э = + ′

+

′

(8.1)

где m – число фаз.

Электромагнитная мощность

Э = (

)

=

(8.2)

+

+ (

+

)

Электромагнитный момент

M	PЭ	.	(8.3)
	0

По соотношениям (8.2), (8.3) можно построить известную механическую характеристику двигателя M f (s) . После некоторых преобразований (8.3) можно несколько иначе записать это выражение, которым часто пользуются при расчетах:

M		2M		кр	(8.4)
				sкр
		s

sкр s

где Mкр ,sкр – критические значения момента и скольжения.

75

8.2 Экспериментальное исследование характеристик асинхронного электродвигателя

Электрическая схема соединений установки представлена на рис. 8.2, а перечень

аппаратуры дан в таблице 8.1.

+ -

506.2

P3

n

201.2

G1

Вкл.

к G2

G3

B

	L1 L2 L3 N РЕ	TK		U1 V1 W1			M1
			А1
		338
							E2
		313.1					E1
A2				A1	G/M		A2
							M2
A3		301.1
	V	508.2		var			507.2
P2	V А		P1	W			На "0" двигателя М1
		306.1		V	A		206.1
A4			G2			+ - + -
					Возбуждение Якорь		от G1

Рис. 8.2 Электрическая схема соединений

76

				Таблица 8.1.
	Обозна	Наименование	Тип	Параметры
	чение
	А1	Регулировочный	338	250ВА
		трансформатор		3х220/3х90…140В
	А2	Трёхполюсный	301.1	400 В~;10А
		выключатель
				400 В; 50 Гц; 3х0,3 А
		Модель линии		индуктивность/активное
	А3		313.2	сопротивление фазы
		электропередачи
				0…1,5 Гн/ 0…250 Ом, ёмкость между
				фазой и землёй 0…0,45 мкф
	А4	Активная нагрузка	306.1	3х0…50Вт;
				220/380В
	G1	Трёхфазный	201.2	400 В~; 16 А
		источник питания
		Источник
	G2	постоянного	214.1	0…125 В-; 3 А
		напряжения
		Преобразователь
	G3	угловых	104	6 выходных сигналов
		перемещений
	М1	Асинхронный	103.1	120 Вт, 380/220В,
		двигатель		1360 об/мин
		Измеритель		0…600 ВА
	Р1		507.2	0…1 А
		мощностей
				0…600 В
				3 мультиметра 0…10 А;
	Р2	Блок мультиметров	508.2	0…1000 В;
				0…20 МОм
	Р3	Указатель частоты	506.2	-2000…0…2000 мин-1
		вращения

8.3Указания по проведению эксперимента

8.3.1.Убедитесь, что все устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

8.3.2.Соедините гнёзда защитного заземления устройств, используемых в экспе-

рименте, с гнездом «PE» источника G1.

8.3.3.Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

8.3.4.Переключатели режима работы источника G2, выключателя А2 переведите

вположение «РУЧН.»

8.3.5.Регулировочную рукоятку источника G2 поверните против часовой стрел-

ки до упора.

8.3.6. Переключатели активной нагрузки А4 поверните по часовой стрелке до

упора.

77

8.3.7. Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р2, включите пита-

ние используемых мультиметров и при помощи переключателя установите для каждого мультиметра необходимый предел измерения.

8.3.8.Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся светодиоды.

8.3.9.Переключая отпайки регулировочного трансформатора А1, установите междуфазное напряжение 220 В.

8.3.10.Включите выключатель «СЕТЬ» измерителя Р1 и указателя Р3.

8.3.11.Включите выключатель «СЕТЬ» и нажмите кнопку «ВКЛ» выключателя

А2.

8.3.12.Обратите внимание на направление вращения агрегата - для проведения эксперимента необходимо правое вращение. Если же оно левое, то необходимо поменять местами любые два фазных провода, идущих к асинхронному двигателю.

8.3.13.Вращая регулировочную рукоятку источника G2, изменяйте момент на

валу исследуемого двигателя М1 и заносите значения тока I статорной обмотки,

активной мощности P и частоты вращения n в таблицу 8.2.

Таблица 8.2.

I, A

P, Вт

n, мин–1

8.3.14. По завершении эксперимента поверните регулировочную рукоятку источ-

ника G2 против часовой стрелки до упора и нажмите кнопку «ОТКЛ.». Отключите выключатель А3 нажатием на кнопку «ОТКЛ.» и источник G1 нажатием на кнопку – гриб. Отключите выключатели «СЕТЬ» всех задействованных в эксперименте блоков.

8.3.15. Используя данные табл. 8.2, вычислите значения угловой скорости по вы-

ражению

ω 2 n 60

78

и электромагнитного момента М двигателя по выражению

M 3P 3I 2 r ,

0

где

P – активная мощность, потребляемая фазой двигателя М1, Вт;

r=80 Ом – активное сопротивление фазы статорной обмотки двигателя М1; I – фазный ток двигателя М1;

ω0 157c 1 - угловая частота вращения магнитного поля двигателя М1.

8.3.16. Полученные результаты занесите в таблицу 8.3. Используя эту таблицу постройте в виде графика механическую характеристику ω f (M ) и характеристику активной мощности ω f (P) двигателя.

Таблица 8.3.

М, H м

P, Вт

ω, с–1

8.4Содержание отчета

8.4.1Название и цель работы.

8.4.2Электрическая схема установки и ее описание.

8.4.3Результаты исследований (таблицы, графики).

8.4.4Выводы по работе.

8.5Вопросы для самопроверки

8.5.1На что расходуется потребляемая активная мощность из сети при работе асинхронного электродвигателя?

8.5.2Что такое скольжение?

8.5.3Что понимается под критическим моментом и критическим скольжением?

8.5.4Как осуществляется реверс асинхронного электродвигателя?

79

9. Лабораторная работа № 8. Исследование переходного процесса в одномашинной электрической системе при коротком замыкании на линии электропередачи с последующим его отключением и ресинхронизацией синхронного генератора.

Цель работы – аналитическое и экспериментальное исследование токов, угла нагрузки, частоты вращения при пуске генератора и коротком замыкании на линии электропередачи.

9.1 Включение генератора на параллельную работу с сетью.

Процесс включения генератора на параллельную работу с сетью может быть осуществлен двумя методами: точной и грубой синхронизации. При точной синхронизации необходимы совпадения: частот, порядков следования фаз, фаз и амплитуд напряжений генератора и сети [9].

При таком пуске практически исключаются броски токов. Частота вращения изменяется за счет изменения частоты вращения приводного двигателя (паровой или газовой турбины).

Порядок следования фаз, равенство напряжений и частот сети и генератора и фазовой сдвиг между векторами Ег и Uс (рис. 9.1) определяются синхроноскопом СН

(рис. 9.2) [9].

Рис. 9.1 Контур сеть-машина:

ЕГ — ЭДС генератора; UC — ЭДС сети

80

Рис. 9.2 Схема включения синхронной машины на параллельную работу с сетью

При правильном чередовании фаз генератора и сети лампы СН гаснут одновременно, а при неправильном чередовании лампы попеременно зажигаются и гаснут (появляется бегающий огонь). Равенство напряжений генератора и сети фиксируется вольтметром. О расхождении этих напряжений можно судить по яркости ламп. Расхождение частот генератора и сети отражается на частоте мигания ламп. Синхроноскоп используется в основном в лабораториях учебных заведений.

При грубой синхронизации (самосинхронизации) частота вращения невозбужденного генератора доводится примерно до синхронной, а затем генератор подключается к сети с последующим быстрым включением возбуждения. В

результате этого генератор втягивается в синхронизм под действием синхронизирующего момента.

Недостатки этого способа – большой ток включения, понижение напряжения в точке включения генератора, вибрация генератора при втягивании в синхронизм и перегрузка контактов выключателя током включения.

Достоинства – быстрота и простота автоматизации.

В настоящее время этот метод пуска используется практически только для ускоренного пуска резервных генераторов при понижениях частоты.

Синхронные двигатели и компенсаторы самосинхронизируются с сетью в последней стадии их асинхронного пуска после подачи им возбуждения.

81

9.2 Короткое замыкание на линии электропередачи.

Упрощенное уравнение синхронной машины имеет вид:

			;
E U I xd

I Ia I p ,

(9.1)

(9.2)

где		- напряжение фазы при холостом ходе;		-	напряжение фазы при нагрузке,
	E		U
которая соответствует току I и определенному cosφ;					Ia , Ip – активный и реактивный
ток.

Векторная диаграмма для фазы обмотки статора неявнополюсного синхронного генератора, постоянная по соотношениям (9.1), (9.2), предоставлена на рис. 9.3

Рис. 9.3 Векторная диаграмма неявнополюсного синхронного генератора

82