ел.маш.лекции.практ.и т.д / МУ_2сем(Назарьян)

13.Назвіть основні властивості АД з к.з. ротором в режимі навантаження.

14.Приведіть приблизний вигляд робочих характеристик АД з к.з. ротором.

15.Поясніть вид характеристик ККД і соsφ1 АД.

16.При якому приблизно завантаженні ККД АД досягає максимального значення?

17.Назвіть умови отримання максимального ККД АД.

18.Поясніть вигляд характеристик швидкості, ковзання і моментів АД.

19.Поясніть, з якої причини при збільшенні потужності на валу АД збільшується струм в обмотці статора.

20.Поясніть методику проведення досліду безпосереднього навантаження АД.

ЛІТЕРАТУРА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ

1.Вольдек А.И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1978. – 832 с. (Глава 24, § 24.5).

2.Брускин Д.Э., Захарович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. Часть 1. – М.: Высшая школа, 1978. – 319 с. (Глава 4, §

4.4).

3.Радин В.И., Брускин Д.Э., Захарович А.Е. Электрические машины. Асинхронные машины. – М.: Высшая школа, 1988. – 328 с. (Глава 4, § 4.6)

4.Гольдберг О.Д. Испытание электрических машин. – М.: Высшая школа, 1990. – 255 с. (Глава 8, § 8.3).

5.ГОСТ 7217-87. Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытания. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 54 с.

6.СТ СЭВ 3443-81. Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия. – М.: Изд-во стандартов, 1981. – 48 с.

7.Назарьян Г.Н. Лабораторные работы по курсу Электрические машины. – Мелитополь: ТГАТА, 1999. – 146 с. (ЛБР № 9).

8.Конспект лекцій по курсу Електричні машини.

31

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

ДОСЛІДНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ВТРАТ ТА ККД АСИНХРОННОГО ДВИГУНА

Ціль роботи: Освоєння методики і придбання практичних навичок дослідного визначення окремих видів втрат і ККД АД з к.з. ротором.

ЗАВДАННЯ НА САМОПІДГОТОВКУ ДО РОБОТИ

1.Проробити по рекомендованій літературі [1-4] теоретичний і практичний матеріал, що стосується енергетики АД, видам і фізичної природи окремих видів втрат при роботі АД, існуючих методів і засобів дослідного визначення втрат і ККД АД з к.з. ротором.

2.По даному посібнику-керівництву а також іншій учбовій літературі [6] і стандарту [5] детально ознайомитися з електричною схемою включення і методикою дослідного визначення втрат і ККД АД з к.з. ротором.

3.Відповісти на контрольні питання до даної лабораторної роботи.

4.Підготувати бланк звіту по лабораторній роботі №4 встановленої форми з наведенням електричної схеми досліду навантаження АД і таблиць для запису дослідних та розрахункових даних.

ПРОГРАМА РОБОТИ

1.Ознайомитись з робочим місцем і обладнанням в лабораторії електричних машин. Записати тип і номінальні дані досліджуваного АД і регулятора напруги, а також типу обраних для проведення досліду вимірювальних приладів і тахогенератора.

2.Зібрати електричну схему АД , що представлена на рисунку 2 і провести дослід холостого ходу АД з к.з. ротором для отримання характеристики потужності х.х.

3.Провести дослід навантаження АД по схемі, що представлена на рисунку 3.

4.Виміряти омічний опір фазних обмоток статора АД в кінці досліду навантаження при реальній температурі обмоток.

5.Визначити ККД АД методом окремих втрат і побудувати графік ККД двигуна.

6.Оформити Звіт по лабораторній роботі №4.

32

У відповідності з принципом дії, АД є електромеханічним перетворювачем енергії. Процес перетворення активної енергії і потужності може бути наочно представлено енергетичною діаграмою АД, що представлено на рисунку 1.

P2

P1 Pэм Pмех

PД

PМЕХ

PМГ Pел2

Pел1

Рисунок 1 – Енергетична діаграма АД з к.з. ротором. На діаграмі позначено:

Р1 – активна потужність, що споживається АД з мережі; Рел1 – електричні втрати в обмотці статора АД;

Рмг – магнітні втрати на гістерезис і віхрьові струми в осерді статора; Ре2 – електричні втрати в обмотці ротора АД; Рмх – механічні втрати на тертя в підшипниках, тертя

ротора о повітря і вентиляцію; Рд – додаткові втрати електричні і магнітні, які обумовлені

вищими гармоніками магнітних полів; Рем – електромагнітна потужність, що передається за

допомогою магнітного поля із статора через повітряний зазор в ротор; Р2 – механічна потужність на валу двигуна.

Таким чином, в процесі перетворення активної потужності АД виникають п’ять видів втрат. Сумарні втрати в двигуні визначаються рівнянням:

Р Ре1 Рмг Ре2 Рмх Рд .

(4.1)

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДУ

1. Дослід холостого хода.

Дослід х.х. проводиться по схемі рисунку 2 при відключеному навантажувальному генераторі постійного струму (ГПС). Дослід х.х. рекомендуємо починати з подачі на обмотку

33

статора АД підвищеної живлячої напруги, наприклад U10=1,25U1н. Після чого напруга поступово знижується до значення U10=0,25U1н. Всього знімається 5-7 точок. При цьому контролюються при різних напругах U10 значення по фазам струмів І10, потужностей Р10 і напруг U10. Обов’язково виконується дослід х.х. при номінальному значенні напруги U10=U1н з урахуванням схеми з’єднання обмоток статора в досліді.

Дані вимірювань в досліді х.х. заносяться до таблиці 1. Таблиця 1 – Дані досліду х.х.

№ досліду

В

В

В

В

А

А

А

А

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

U1А

U1В

U1С

U10

I1А

I1В

I1С

I10

Р1А

Р1В

Р1С

Р10

Ре10

Р0

1

…

7

В таблиці позначено:

U10, I10 – середні значення фазної напруги і струму холостого ходу по фазам;

Р10 – сумарна потужність холостого ходу АД; Ре10 – електричні втрати в обмотках статора на холостому

ході;

Р0

– розрахункова потужність двигуна без врахування

електричних втрат в обмотках статора АД на х.х..

При цьому:

U

1

U

U

U

;

I

1

I

I

I

;

10

3

1B

1C

1C

0

3

1A

1B

1C

Р

Р

Р

Р

;

10

1А

1В

1С

~3,50 Гц , 220

AМQF1	FU	ІР	QF2 A ВК			C1
			A	a		n0
BМ			B		C2	M
			B	b
CМ			C C	c
						C3

Рисунок 2 – Електрична схема досліду холостого ходу АД с к.з. ротором.

34

2. Дослід безпосереднього навантаження

Дослід навантаження АД проводиться по схемі рисунку 3 з використанням навантажувального ГПС незалежного збудження. Обов’язковою вимогою при виконанні досліду навантаження АД є підтримання незмінності живлячої напруги і частоти мережі рівних номінальним значенням U1н = соnst і fн= соnst.

~3, 50 Гц,		220 В
A	B	C	- 220 В
			QF3
		1	R

				A
			ІР	Н1		Н2
				Я1	G	Я2
			2
A	В	С	ВК		V
				Aг
а	в	с
				N1	Uг	QF4
	M					R
						HAB

Рисунок 3 – Електрична схема дослідження АД з к.з. ротором в режимі навантаження.

35

Спочатку АД що досліджується, вмикається в мережу, встановлюється U1=U1н при відключеному навантажувальному ГПС, тобто на холостому ході і вимірюються струми і потужності по фазам обмотки статора АД, а також частота обертання ротора АД. Після цього підключається навантажувальний ГПС і за допомогою рідинного реостата в ланцюзі обмотки якоря генератора, відбувається навантаження ГПС і асинхронного двигуна до значення струму в обмотці статора рівного 1,25І1н. Рекомендується знімати 5…7 точок. При кожному значенні струму навантаження АД вимірюються:

1)потужності і струми по фазам обмоток статора АД: І1 і Р1;

2)частота обертання ротора АД – n;

3)напруга та струм навантажувального ГПС: Uг, Іг.

Обов’язково проводиться дослід при номінальному навантаженні І1=І1н. Результати вимірювань і розрахунків заносяться до таблиці 2. Таблиця 2 – дослідні та розрахункові данні досліду

навантаження АД

досліду

U1н

f1н

І1А

І1В

І1С

І1

Р1А

Р1В

Р1С

Р1

Uг

Іг

n

В

Гц

А

А

А

А

Вт

Вт

Вт

Вт

В

А

об/хв

№

1

…

6

Продовження таблиці 2

№ досліду

1

…

6

Ре1	Рем	s	Ре2	Рд	Рмх	Рмг	ΣР	Р2
Вт	Вт	в.о.	Вт	Вт	Вт	Вт	Вт	Вт

		P
		2
		P
		2н

в.о

η

%

В таблиці 2 позначено:

І1 – середнє значення струму в обмотках статора АД; Р1 – сумарна потужність, що споживається АД з мережі; n – частота обертання ротора АД;

Uг , Іг – напруга і струм ГПС; Рг, ηг – потужність і ККД ГПС; η, – ККД АД;

s – ковзання АД.

36

	P
	2	–	коефіцієнт завантаження двигуна;
P
	2н
Рем – електромагнітна потужність АД.
Ре1,	Ре2,		Рд, Рмх, Рмг і ΣР – втрати в АД отримані

дослідним шляхом.

ОБРОБКА ДОСЛІДНИХ ДАНИХ

1. Побудова характеристик потужності х.х. АД по даним досліду х.х. і визначення втрат Рмх і Рмг.

Характеристикою потужності х.х. АД називається графічна залежність

P
10

f (U10

)

, при Р2=0.

Характеристика потужності дослідним даним наведеним в

характеристики	P	f (U	10	)
	10

х.х. може бути побудована по таблиці 1. Приблизний вигляд

представлено на рисунку 4. З

метою визначення за допомогою характеристики потужності механічних ( Рмх) і магнітних втрат ( Рмг) в АД, необхідно побудувати допоміжну характеристику потужності х.х.

P0 f (U10 ). При цьому потужність Р0 за даними визначається по рівнянню

де Pе дорівнює

10

P0

P10 Pе10

(4.2)

- електричні втрати в обмотках статора на х.х., що

	Р	3І	2	R
			10
	е10			1t0

(4.3)

де

R1t0

– опір фази обмотки статора при температурі при

проведенні досліду навантаження. Так

P	P	P	P	P
10	е10	мх	мг	д

(4.4)

то значення потужності визначається

P0

Додаткові втрати Pд магнітних втратах Pмг .

P	P
мх	мг

на х.х. по

(4.5)

стандарту містяться в

37

Приблизний вигляд характеристики	P f (U	10	)	також
	0

наведено на рисунку 4. Для окремого визначення величини втрат

Рмх і	Рмг		в АД необхідно графіки потужності		P	f (U	10	)	і
					10
P f (U		10	)	екстрополювати до перетину з віссю ординат в точці
0

«а», як це показано на рисунку 4. Видно, що відрізок «0а»при U10 0 визначить величину механічних втрат Рмх в АД, які є незмінними за величиною. Якщо провести через точку «а»

горизонтальну лінію паралельну вісі абсцис,

то при

значенні

U10 U1н можна визначити величину магнітних

втрат

Pмг при

номінальній напрузі.

P10, Р0,

P10=f(U10)

Вт Вт

P0=f(U10)

P10=f(U10)

а

РМГ

РМХ

U10

0

UH

В

Рисунок 4 – Характеристики потужності х.х. АД.

2. Розрахунок втрат в АД за даними досліду навантаження двигуна.

Електричні втрати в обмотках статора АД при робочій температурі

Ре1t р	3І12 R1 750 С			;	(4.5)
R1 750 R1 200 С		235 75	.		(4.6)
		235 20

38

Електромагнітна потужність АД згідно енергетичній діаграмі на рисунку 1 визначається

Рем Р1 Ре1t р Рмг ;

(4.8)

Електричні втрати в обмотці ротора АД визначаються по рівнянню

Р	s Р	,
е2	ем

де s – ковзання двигуна рівне

s	n	n	;	n		60	f	1 .
	1
	n			1		p
		1

(4.9)

(4.9)

Додаткові втрати в АД у відповідності з стандартом приймається рівним 0,5 відсотка від потужності, що споживається двигуном від мережі при номінальному навантаженні, тобто

Р	0,005Р	,
д	1н

(4.10)

де Р1н – потужність, що споживається електродвигуном від мережі при номінальному навантаженні. Береться з таблиці 2 при

І1=І1н.

Сумарні втрати в АД визначаються по рівнянню (4.1). У зв’язку з тим, що сумарні втрати в АД при номінальному навантаженні дорівнюються Рн Р1н Рн , можна отримати

рівняння сумарних втрат в наступному виді:

Р	Р	1	н .
н	н
		н

(4.11)

Рівняння (4.11) широко використовується на практиці. Всі

дані розрахунків заносяться до таблиці 2.
3 Побудова графіку ККД АД
Графіком	ККД АД	називається	графічна залежність
f ( ). Для	побудови	графіку ККД	за даними досліду

навантаження необхідно визначити корисну потужність АД при різних значеннях струму навантаження

P2 P1 P .

(4.12)

39

і коефіцієнт завантаження двигуна

		P	.
		2
		P
		2н

Потім проводиться розрахунок ККД АД за рівняннями

(4.13)

			P2					P
				100		1			100	.	(4.14)
			P		або
								P1
За даними розрахунків слід побудувати графік ККД двигуна
f (	Р	).
	2
	Р
	2н

Приблизний вигляд графіку ККД АД з к.з. ротором наведено на робочих характеристиках в ЛБР №3.

Звичайно максимальний ККД АД з к.з. ротором має при завантаженні 60-70% від номінальної потужності Рн, тобто при

коефіцієнті завантаження

0,6 0,7

. Умовою отримання

максимального ККД є рівність постійних та змінних втрат в АД.

ВИМОГИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

В звіті по лабораторній роботі №4, що оформлюється на спеціальному бланку, повинно бути представлено:

1. Електрична схема дослідів х.х. та навантаження АД, що наведені на рисунках 2 та 3.

2.Дослідні та розрахункові дані випробування АД, отримані в дослідах х.х. та навантаження в вигляді таблиць 1 та 2.

3.Характеристики потужності х.х. з визначенням механічних та магнітних втрат в АД.

4.Графік ККД АД розрахований та побудований по методу окремих втрат АД.

5.Відсотковий вміст кожного виду втрат від сумарних втрат в АД при номінальному навантаженні.

6.Висновки по ЛБР №4, в яких необхідно привести відсотковий вміст кожного виду втрат в АД від сумарних втрат, а також

значення коефіцієнту завантаження АД ( двигуна максимальний ( max).

m

), при якому ККД

40