Met_ukazania_k_laboratornym_Shumakov

Измерение угла θ осуществляем стробоскопическим методом. Для этого отметку на полюсах СГ, расположенную на конце вала, освещают неоновой лампой, питаемой от сети. Отметка кажется неподвижным. При изменении активной нагрузки СГ линия отметки полюсов поворачивается на определенный угол, который можно измерить по делениям круга, помещенного на статоре. За исходное положение отметки полюсов принимаем момент, когда мощность, отдаваемая СГ в сеть, равна нулю.

Изменение активной нагрузки проводим при помощи изменения тока возбуждения приводной МПТ, приводящей СГ во вращение.

Показания приборов заносим в табл. 11.3.

Таблица 11.3.

Данные работы СГ при постоянном возбуждении

(iВ = ..при cosφ = 1)

I1, А P1, Вт θ, эл. град Q, Вар cosφ1

0

5

10

15

20

25

30

35

Величины Q и cosφ1 рассчитываем по формулам

Q = P1tgφ, cosφ1 = P1/(3·U1·I1), U1 = 230 B.

По данным табл.11.3 строим зависимости I, Q, cosφ1, θ = f(P1).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

Исследование трехфазного синхронного двигателя

12.1. Цель работы

Целью работы является ознакомление с асинхронным способом пуска трехфазного синхронного двигателя (СД) и исследование его рабочих свойств путем снятия опытных характеристик.

12.2. Подготовка к проведению лабораторной работы

Используя конспект занятий и рекомендуемую литературу [1 4], подготовить ответы на следующие контрольные вопросы.

12.2.1. Как зависит пусковой момент синхронного двигателя при асинхронном пуске от напряжения сети?

81

12.2.2. Как зависит момент синхронного двигателя от напряжения се-

ти?

12.2.3. Как определить максимальный синхронный момент, развиваемый явнополюсным синхронным двигателем при отсутствии возбуждения?

12.2.4.В каких пределах изменения угла нагрузки θ возможна устойчивая работа синхронного двигателя с неявновыраженными полюсами?

12.2.5.Изобразить векторную диаграмму синхронного явнополюсного двигателя при недовозбуждении, перевозбуждении.

12.2.6.Какая реакция якоря имеет место в синхронном явнополюсном двигателе при перевозбуждении, при недовозбуждении?

12.2.7.Под действием какого момента синхронный явнополюсный двигатель может втянуться в синхронизм при асинхронном пуске?

12.2.8.Какой характер носит реакция якоря синхронного явнополюсно-

го двигателя при cosϕ =1 (ϕ = 0)?

12.3. Программа работы

12.3.1.Запуск СД.

12.3.2.Снятие U-образных характеристик СД.

12.3.3.Снятие рабочих характеристик СД.

12.4. Электрические машины, используемые в лабораторной работе

В качестве нагрузки СД используем механически соединенную с ним машину постоянного тока (МПТ), работающую в режиме электромагнитного тормоза. Для этого необходимо обеспечить направление вращающего момента МПТ противоположное направлению вращения вала СД.

12.4.1. Паспортные данные исследуемого СД.

Тип ГАБ 2 Т/230 М1, 3 ф ~ 50 Гц,	2 кВт, Y, 230 В, 5,3 А,
cosφ = 0,8, 3000 об/мин.
12.4.2. Паспортные данные МПТ:
Тип П31УХЛ4, 2,6 кВт, 230 В, 11,3 А,	2850 об/мин, возбуждение
смешанное, КПД 81 % , кл. изол. В, режим S1,	вес 54,5 кг.

12.5. Запуск СД

Сложностью пуска СД является то, что при включении питания двигателя он не развивает пускового момента вследствие большой разности частот синхронного вращающегося магнитного поля и неподвижной обмотки возбуждения.

82

Для создания вращающего момента необходимо, чтобы вращающееся поле статора и поле ротора были приблизительно взаимно неподвижны, т.е. чтобы ротор вращался с частотой близкой к синхронной частоте поля статора. Если принудительно ротор привести во вращение с частотой вращения, близкой к синхронной, и затем подать напряжение на обмотку возбуждения, то двигатель может втянуться в синхронизм и начать работать без постороннего вращающего момента.

Наибольшее распространение на практике получил асинхронный пycк СД, сущность которого заключается в следующем.

Ротор СД изготавливают со специальной пусковой (демпферной) короткозамкнутой обмоткой, которая обеспечивает пусковой момент, как в асинхронном двигателе. При работе СД, из-за равенства частот вращения синхронного поля и ротора пусковая обмотка вращающий момент не формирует.

Двигатели небольшой мощности обычно не имеют такой обмотки, но они могут разогнаться за счет вихревых токов в роторе. СД также может втянуться в синхронизм под действием синхронного реактивного момента.

Последовательность асинхронного пуска следующая.

Обмотку возбуждения замыкаем на активное сопротивление R, в 10 15 раз большее, чем собственное сопротивление обмотки, так как в последней при пуске могут индуктироваться большие напряжения, опасные для обслуживающего персонала и изоляции обмотки.

На обмотку статора подаем полное или пониженное напряжение сети. Под действием асинхронных моментов, обусловленных взаимодействием поля статора с токами в пусковой (демпферной) обмотке, а также с вихревыми токами в стали ротора, вал двигателя приходит во вращение.

При приближении частоты вращения ротора к синхронной частоте, обмотку возбуждения переключаем на постоянное напряжение, и двигатель втягивается в синхронизм. О приближении частоты вращения к синхронной частоте можно судить либо по амперметрам, включенным в цепь статора, стрелки которых вблизи синхронизма будут колебаться с частотой скольжения, либо по показанию тахометра вала СД.

После подключения обмотки возбуждения к источнику постоянного тока устанавливаем минимальный ток статора, регулируя ток обмотки возбуждения.

12.6. Электрические схемы исследований

Электрическая схема исследования СД показана на рис. 12.1. Схема соединений на исследовательском стенде представлена на рис. 12.2.

83

Рис. 12.3. Электрическая схема исследования СД

Рис. 12.2. Электрическая схема соединений на исследовательском стенде

84

12.7. Включение стенда и электрических машин

Включение стенда и электрических машин производим следующим образом.

12.7.1. Пуск СД производим в следующей последовательности: включаем питание стенда и с помощью индукционного регулятора (ИР)

устанавливаем пониженное напряжение питания СД (U = 180 200 В); устанавливаем в модуле измерителя скорости, расположенного на стен-

де, выключатель SA1 в положение «Сеть»;

устанавливаем переключатель SA1 обмотки возбуждения СД в правое положение (подключение обмотки к гасящему сопротивлению R);

подключаем кнопкой SB1 напряжение ИР к обмотке статора СД; контролируем вращение вала СД по стрелочному тахометру в модуле

«Измеритель скорости». При достижении валом СД частоты вращения близкой к 2800 об/мин переключатель обмотки возбуждения СД переводим в левое положение (подключение обмотки к питанию возбудителю СД);

устанавливаем с помощью ИР номинальное питание СД (UН = 220 В). 12.7.2. Пуск МПТ производим в следующей последовательности: устанавливаем ток возбуждения МПТ, близкий к номинальному (0,5 А); включаем выключателем SA1 питание модуля тиристорного преобразо-

вателя;

устанавливаем выключатель SA3 в положение «Стоп»; устанавливаем выключатель SA2 в положение «В»;

включаем контактор силового питания тиристорного преобразователя (зеленая кнопка SB1);

устанавливаем выключатель SA3 в положение «Пуск» и вращением оси регулятора RP1 тиристорного преобразователя задаем частоту вращения вала МПТ.

Выключаем контактор силового питания тиристорного преобразователя (красная кнопка SB2) и визуально фиксируем направление вращения вала МПТ.

Устанавливаем выключатель SA2 в положение «В» или «Н» («Вперед», «Назад»), которое обеспечивает противоположное направление вращения МПТ относительно вращения вала СД.

12.8. Исследование U-образных характеристик синхронного двигателя

U-образные характеристики СД представляют собой зависимости тока статора и коэффициента мощности от тока возбуждения при постоянном моменте (мощности) на валу двигателя

I, cosφ1 = f(iВ) при М=const, U1=const = 220 В.

85

U-образные характеристики СД снимаем при холостом ходе Р2 ≈ 0 и при нагрузке Р2ЗАД заданной преподавателем, например. близкой к полови-

не номинальной нагрузки Р2 ЗАД = 0,5Р2Н ≈ 1 кВт.

В качестве нагрузки СД используем механически соединенную с ним МПТ, работающую в режиме электромагнитного тормоза.

U-образные характеристики СД при Р2 ≈ 0 снимаем в следующей последовательности:

запускаем СД; устанавливаем и поддерживаем при проведении работы с помощью ИР

напряжение питания СД, близким к номинальному U1= 220 В;

изменяем ток возбуждения iВ и фиксируем показания мультиметра, которые заносим в табл. 12.1. При изменениях тока возбуждения СД ток статора не должен превышать величины I = 1,25·IН = 1,25·5,3 = 6,63 А. При этом отдельной строкой фиксируем параметры при минимальном токе статора.

	U-образные характеристик двигателя при Р2 ≈ 0				Таблица 12.1
iВ, А		I, А	Р1, Вт		cosφ1

U-образные характеристики СД при нагрузке определяемой преподавателем, например, Р2 = 0,5Р2Н = 0,5·2 ≈ 1 кВт снимаем в следующей последовательности:

запускаем СД; запускаем МПТ по вышеописанной методике в режиме электромагнит-

ного тормоза. Для облегчения выхода СД на устойчивый режим работы при подключении МПТ ток возбуждения МПТ перед ее включением устанавливаем близким к нулю;

устанавливаем с помощью тока возбуждения и тока якоря МПТ загрузку СД близкой к Р2ЗАД заданной нагрузке, при этом устойчивый режим работы СД поддерживаем током его возбуждения. Величину загрузки СД рассчитываем как произведение напряжения и тока МПТ Р2 ЗАД = Uа·Iа;

изменяем ток возбуждения iВ от максимального до минимального, при сохранении устойчивой работы СД, и фиксируем показания мультиметра, которые заносим в табл. 12.2. При изменениях тока возбуждения СД ток статора не должен превышать величины I = 1,25·IН = 1,25·5,3 = 6,63 А. При этом отдельной строкой фиксируем параметры, при которых ток статора минимален.

Таблица 12.2

	U-образные характеристик двигателя при Р2 = Р2ЗАД				cosφ1
iВ, А		I, А	Р1, Вт

86

В табл. 12.1 и 12.2 приняты следующие обозначения: iВ ток возбуждения СД; I ток обмотки статора СД; Р1 мощность, потребляемая СД из сети; cosφ1 коэффициент мощности СД.

По данным табл. 12.1 и 12.2 строим U-образные характеристики СД. Пример U-образных характеристик СД представлен на рис. 12.3.

Рис. 12.3. Пример U-образных характеристик СД:

1,2 зависимости cosφ = f(iВ) при P2 = 0,25·P2Н и P2 = 0,5·P2Н; 4,3 зависимости I = f(iВ) при P2 = 0,25·P2Н и P2 = 0,5P2Н

12.9. Понятие о рабочих и угловой характеристиках синхронного двигателя

Рабочие характеристики СД представляют собой зависимости

I, P1, M2, η, cosϕ1= f(P2) при U1=const = 220 В, iВ=const.

Вместе с рабочими, снимаем и угловую характеристику двигателя

М = f(θ) при iВ=const,

где θ угол нагрузки двигателя.

12.10. Опытные данные для построения рабочих характеристик синхронного двигателя

Опытные данные для построения рабочих характеристик СД снимаем согласно схемам, приведенным на рис. 12.1 и 12.2, в следующей последовательности:

запускаем СД;

87

устанавливаем с помощью ИР и в процессе работы поддерживаем постоянным подводимое к СД напряжение U1=U1Н=const = 220 В;

устанавливаем изменением тока возбуждения СД cosϕ1 наиболее близким к единице, т.е. СД потребляет из сети в основном активную мощность. Полученную величину тока возбуждения iВ поддерживаем постоянной в процессе опыта;

фиксируем в режиме холостого хода СД по указателю δ, град в модуле измерителя скорости, величину начального угла нагрузки θ СД и это положение принимаем за θ = 0. Величину угла нагрузки θ можно также измерять по положение «звезды полюсов» на торце СД. Для измерения углов θ может быть использован также стробоскопический метод;

изменяем токи возбуждения и якоря МПТ, что изменяет нагрузку СД, и фиксируем показания мультиметра, которые заносим в табл. 12.3. При изменениях нагрузки СД ток статора не должен превышать величины I = 1,25·IН = 1,25·5,3 = 6,63 А. При нарушениях синхронизма в работе СД нагрузку уменьшаем.

			Рабочие характеристики СД				Таблица 12.3
	Опытные данные (при iВ СД=				А и U1 = 220 В)
	Синхронный двигатель				Машина постоянного тока
I, A		Р1, Вт		θ, эл. град	Ua, B		Ia, A

В табл. 12.3 приняты следующие обозначения: I ток обмотки статора СД; Р1 мощность, потребляемая СД из сети; θ угол нагрузки СД; Ua, Ia напряжение и ток якоря МПТ.

12.11. Расчетные данные для построения рабочих и угловой характеристик синхронного двигателя

Для построения рабочих характеристик по соответствующим опытным данным табл. 12.3 определяем расчетные значения характеристик.

Расчетные данные определяем по следующим выражениям. Полезная мощность на валу

P2 = Ра + Σр,

где Ра = Uа·Ia мощность машины постоянного тока; Σр потери в машине постоянного тока (см. приложение к лабораторной работе № 12).

Полезный момент двигателя

M2 = (9,55·P2)/n1,

где n1 синхронная частота вращения, об/с. Коэффициент полезного действия

η = (P2/P1) %.

88

Коэффициент мощности

cosϕ1 = P1/(3U1·I).

Полученные расчетные данные заносим в табл. 12.4.

Таблица 12.4

Рабочие характеристики СД Расчетные данные (при U1= 220 В)

	Машина			Синхронный двигатель
постоянного тока
Ра, Вт	Σр, Вт	Р2, Вт	η, %	cos 1	М2, Нм	Р1, Вт	I, A

По данным табл. 12.4 строим рабочие характеристики СД. Пример рабочих характеристик СД представлен на рис. 12.4.

Рис. 12.4. Пример рабочих характеристик СД

12.12. Построение угловой характеристики синхронного двигателя

По опытным и расчетным данным табл. 12.3 и 12.4 строим угловую характеристику

М = f(θ) при iВ= const,

где М полный момент СД; θ угол нагрузки СД. Полный момент СД

M = M2 + M0,

где M0 момент СД при холостом ходе агрегата «СД МПТ».

89

Момент СД при холостом ходе агрегата

M0 = (9,55·Σр0)/n1,

где Σр0 потери агрегата, которые берём из тарировочной кривой при холостом ходе (см. приложение к лабораторной работе № 12).

При построении угловой характеристики следует иметь в виду, что угловая характеристика не проходит через ноль, так как при измерении угла θ за исходное положение макета полюсов (нулевое значение угла θ) было принято его положение при M = M0. Продолжая левую часть характеристики до пересечения с осью абсцисс, получаем по оси θ действительный диапазон изменения угла θ.

Полученные расчетные данные заносим в табл. 12.5.

Таблица 12.5

Угловая характеристика СД

θ, эл. град М, Нм

По данным табл. 12.5 строим угловую характеристику СД. Пример угловой характеристики СД представлен на рис. 12.5.

Рис. 12.5. Пример угловой характеристики СД

12.13. Выводы о характеристиках синхронного двигателя

На основании полученных данных делаем выводы об особенностях характеристик СД.

90