Рабочие характеристики асинхронной машины с фазным ротором

Для снятия рабочих характеристик асинхронной машины с фазным ротором в двигательном и генераторном режимах машину постоянного тока необходимо использовать и в режиме генератора, и в режиме двигателя. Асинхронная машина испытывается в режиме двигателя по схеме рис. 3.1, а в режиме генератора – по схеме рис. 3.2. Электрические схемы приведены также в прил. В в формате А4.

Порядок определения рабочих характеристик асинхронного двигателя изложен в п. 1.6 данных методических указаний. После запуска асинхронного двигателя выводят до нуля пусковые сопротивления в роторе и устанавливают на его зажимах номинальное напряжение. В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока. Тормозящий момент, развиваемый генератором постоянного тока, изменяется пропорционально току якоря в нагрузочном сопротивлении R_Н (блок А10). В лабораторной работе на зажимы генератора подключается нагрузочное сопротивление постоянной величины, а ток нагрузки регулируется изменением тока возбуждения генератора постоянного тока от источника постоянного тока G2. Такая регулировка нагрузки позволяет получить ее плавное изменение, но допустима только для двигателей малой мощности. При малых нагрузках генератор постоянного тока работает неустойчиво в режиме, близком к короткому замыканию. Поэтому ток возбуждения генератора следует изменять медленно с учетом времени переходных процессов. Результаты опыта получаются лучше при снижении нагрузки двигателя от максимально возможной до режима холостого хода.

Запускают асинхронный двигатель, выводят на нуль пусковые сопротивления, устанавливают номинальное напряжение и фиксируют данные первой точки в режиме холостого хода. Затем подают на обмотку возбуждения генератора постоянного тока напряжение от блока питания машины постоянного тока G2. Перед его включением регулятор напряжения должен быть выведен в нулевое положение вращением ручки против часовой стрелки до упора. Увеличивая ток возбуждения машины постоянного тока, постепенно нагружают асинхронный двигатель на 10 – 20 % выше номинальной мощности, не выше Р₂ = 1,2 Р_Н. Номинальная мощность данного двигателя 30 Вт, что соответствует показаниям однофазного ваттметра 10 Вт. Нагрузив двигатель и записав эти данные, постепенно снижают нагрузку, делая при этом 6 – 7 замеров, и доводят ее до нуля. Необходимо получить повторно точку холостого хода, полностью отключив нагрузку генератора постоянного тока.

Следует убедиться в одинаковости этих данных с ранее полученными в опыте холостого хода. Их разброс свидетельствует об изменении температурного режима двигателя.

При проведении опыта фиксируют ток нагрузки асинхронного двигателя I₁, соответствующий линейному току сети, активную P₁ и реактивную Q₁ мощности, потребляемые двигателем из сети, частоту вращения вала n, а также ток I_П и напряжение U_П генератора постоянного тока для контроля его нагрузки. Напряжение на зажимах асинхронного двигателя в ходе опыта должно быть постоянным по величине, контролируется посторонним вольтметром. Результаты измерений заносятся в табл. 3.3.

В таблице и в дальнейшем расчете приняты следующие обозначения: U₁ – номинальное линейное напряжение двигателя, В; I₁ – ток, потребляемый двигателем из сети, А; Р₁, Р₂ – соответственно потребляемая и полезная мощности, Вт; P_w– измеряемая активная мощность, Вт; Q_w – измеряемая реактивная мощность, вар; n₁,–частота вращения магнитного поля статора, об/мин; n – частота вращения ротора машины, об/мин; I_П – ток нагрузки генератора постоянного тока, А; U_П – напряжение генератора постоянного тока, В.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя U₁ = 127/73 В; f = 50 Гц; n₁ = 1250 об/мин
I₁,	P_w,	Q_w,	n,	I_П,	U_П,	P₁,	P₂,	s	cosφ	M₂,	η,	P_П,
А	Вт	вар	об/мин	А	В	Вт	Вт	Н·м	%	Вт
0.28					4.6		8.24	-0.12	0.28	0.00094		0.00
0.3				0.12	38.5		25.16	-0.04	0.37	0.00308		4.62
0.32				0.17			11.85	-0.04	0.25	0.00145		9.35
0.34				0.19			29.57	-0.04	0.37	0.00362		11.97
0.36				0.22			39.61		0.44	0.00505		15.40

Характеристики асинхронной машины в генераторном режиме U₁ = 127/73 В; f = 50 Гц; n₁ = 1250 об/мин
I₁,	P_w,	Q_w,	n,	I_П,	U_П,	P₁,	P₂,	s	cosφ	M₂,	η,	P_П,
А	Вт	вар	об/мин	А	В	Вт	Вт	Н·м	%	Вт
0.28					4.2		0.82	0.04	0.28	0.00011		0.00
0.3				0.12			13.50	0.04	0.39	0.00179		4.56
0.32				0.15			9.81	0.12	0.37	0.00142		7.50
0.34				0.18			21.83	0.2	0.42	0.00348		10.08
0.36				0.19	61.6		28.71	0.2	0.44	0.00457		11.70

Обработка результатов испытаний. Скольжение асинхронной машины s определится как

, где .

Здесь n₁ – синхронная скорость машины, частота вращения магнитного поля статора, об/мин; n – частота вращения ротора, об/мин; f – частота напряжения сети, Гц; р – число пар полюсов машины.

Как и ранее, Р₁ и Р₂ – соответственно потребляемая и полезная мощности асинхронной машины. Ваттметр в цепи статора показывает в двигательном режиме потребляемую мощность Р₁, а в генераторном режиме – полезную мощность Р₂. Если обозначить измеряемую ваттметром мощность как P_W, то

в режиме двигателя

Р₁ = 3P_W; Р₂ = 3Р_W – (р_ст + р_мх + р_эл1 + р_эл2 + р_д);

в режиме генератора

Р₂ = 3P_W; Р₁ = 3Р_W + (р_ст + р_мх + р_эл1 + р_эл2 + р_д).

Здесь р_ст – потери в стали сердечника статора машины при U₁ = U_Н; р_мх – механические потери в машине; р_эл1 – электрические потери в обмотке статора; р_эл2 – электрические потери в обмотке ротора; р_д – добавочные потери в машине.

Электрические потери в трехфазной обмотке статора найдутся как р_эл1 = 3I₁² r_1/75, где r_1/75 – сопротивление фазы обмотки при рабочей температуре 75^оС; I₁ – ток фазы двигателя, равный при схеме «звезда» (Y) линейному току, А.

Электрические потери в обмотке ротора и добавочные потери в машине:

в режиме двигателя

Р₁ = 3P_W; р_эл2 = (3Р_W – р_эл1 – р_ст) s; р_д = 0,005Р₁;

в режиме генератора

Р₂ = 3P_W; р_эл2 = (3Р_W + р_эл1 + р_ст) s; р_д = 0,005Р₂.

Потери в стали р_ст и механические потери р_мх находятся методом разделения потерь, изложенным в прил. Б. Берутся их значения при U₁ = U_Н. Коэффициент мощности, момент на валу двигателя и КПД находятся по известным формулам:

; ; %.

При расчетах следует применять единицы СИ: напряжение в вольтах, ток в амперах, мощность в ваттах, частоту вращения вала в оборотах в секунду (опытные данные числа оборотов в минуту делить на 60), вращающий момент в ньютон-метрах.

Мощность машины постоянного тока Р_П = U_П I_П служит для контроля проводимых расчетов по результатам опыта. В режиме двигателя она меньше полезной мощности асинхронного двигателя на величину потерь в генераторе постоянного тока. Когда асинхронная машина работает как генератор, машина постоянного тока является приводным двигателем и потребляемая ею из сети мощность Р_П всегда больше мощности асинхронного генератора, измеряемой ваттметром. Проведенные исследования показывают, что сумма потерь механических, в стали и добавочных для машины постоянного тока (МПТ), асинхронного двигателя (АД) и всего агрегата (Агр.) находятся при частоте вращения 1500 об/мин в соотношении 1: 2: 3.

(р_ст + р_мх + р_д)_МПТ: (р_ст + р_мх + р_д)_АД: (р_ст + р_мх + р_д)_Агр = 1: 2: 3.

Если получаемые по ранее приведенным формулам расчетные данные значительно отличаются от проверочных приближенных результатов, то в расчете где-то совершена ошибка.

По согласованию с преподавателем в расчете рабочих характеристик двигателя можно использовать формулы, учитывающие изменение потерь механических и в стали при изменении частоты вращения агрегата. Расчетные формулы получены из экспериментальных данных и справедливы только для агрегатов, установленных на лабораторных стендах:

(р_ст + р_мх + р_д)_Агр = 30 + 0,028 (n – 1500);

(р_ст + р_мх + р_д)_АД = 20 + 0,020 (n – 1500);

(р_ст + р_мх + р_д)_МПТ = 10 + 0,008 (n – 1500).

При расчете следует учитывать знак разности частот вращения. Результат получается в ваттах, если частота вращения в оборотах в минуту.