Опыт холостого хода

Характеристики холостого хода представляют собой зависимости тока, мощности активной и реактивной, частоты вращения вала и коэффициента мощности от подводимого напряжения в режиме холостого хода:

I₀; P₀; Q₀; n₀; cosφ₀ = f (U₀).

Порядок проведения опыта холостого хода изложен в п. 1.5 данных методических указаний. Измерительные приборы, замеряющие ток и мощность, выбираются по величине тока холостого хода. У асинхронных двигателей он составляет 25 – 50 % от номинального тока, а для двигателей малой мощности до 80 % . Подводимое к двигателю напряжение U₀ изменяется от повышенного на 10 – 20 % относительно его номинального значения U₀ = 1,2 U_Н до величины U₀ = 0,4 U_Н, при которой еще возможна устойчивая работа двигателя. У исследуемого двигателя I_Н = 0,35 А и U_НЛ = 127 В. Дальнейшее уменьшение напряжения ведет к заметному снижению частоты вращения вала и увеличению потребляемого тока. Для контроля этого эффекта полезно снять зависимость реактивной мощности Q₀ и частоты вращения n₀ вала двигателя от величины напряжения холостого хода. Как только потребляемый из сети ток начнет расти по мере уменьшения напряжения, следует прервать проведение опыта.

Изменение напряжения на двигателе производится переключением отпаек обмоток трехфазных трансформаторных групп на первичной и вторичной сторонах. Следует иметь в виду, что переключение напряжения на первичной стороне в сторону больших напряжений ведет к уменьшению напряжения на вторичной стороне. На вторичной стороне трансформатора для уменьшения напряжения на двигателе следует переключатель устанавливать на меньшие значения. Во всем диапазоне измерений делают 6 – 7 замеров. При этом надо снять точку при напряжении несколько ниже половины его номинального значения. Данные измерений занести в табл. 4.1.

В таблице приняты обозначения: U_0Л – линейное напряжение сети, В; I_0Л – линейный ток сети, А; P_W0 – активная мощность одной фазы, Вт; Q_W0 – реактивная мощность одной фазы, вар; n₀ – частота вращения вала, об/мин. Остальные величины пояснены в ходе расчета.

 

Таблица 4.1. Характеристики холостого хода

Из опыта	Из расчета
U0Л, B	I0Л, A	PW0, Вт	QW0, вар	n0, об/мин	U0Ф, B	Q0, вар	Р0, Вт	рэл1, Вт	рмх+рст+рд Вт	cosφ0

 

Студенты-электромеханики проводят опыт на типовом асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором при включении обмоток статора треугольником (Δ).

Реальные испытания асинхронного двигателя лучше проводить с использованием измерительных комплектов К50 или К505, которыми токи, напряжения и мощности могут измеряться в каждой фазе отдельно без переборки схемы. Ток и напряжение холостого хода берутся как средние арифметические значения токов и напряжений фаз. Мощность холостого хода Р₀ определяется суммированием модулей мощностей всех фаз. Измерения при использовании измерительных комплектов длительны, но позволяют получить более точную и достоверную информацию о машине (симметричность напряжений и токов, равенство сопротивлений фаз обмоток и т.д.).

Обработка результатов испытаний.Обмотки статора асинхронного двигателя соединены звездой (Y). Поэтому линейное напряжение сети U_0Л равно линейному напряжению двигателя и определится по показанию вольтметра. Потребляемый двигателем из сети линейный ток холостого хода I_0Л, равный фазному току, определится по показанию включенного амперметра I_0Ф = I_0Л.

Мощность, потребляемая двигателем из сети, равна утроенному показанию однофазного ваттметра, Р₀ = 3Р_W0. Аналогично находится и потребляемая реактивная мощность, Q₀ = 3Q_W0.

После определения базовых величин режима холостого хода рассчитывается фазное напряжение двигателя и коэффициент мощности:

; .

Электрические потери в обмотке статора двигателя, сумма потерь механических, в стали и добавочных потерь машины определятся по формулам:

р_эл1 = 3(I_0Ф)² r_{1 75}; р_Σ = р_мх + р_ст + р_д = Р₀ – р_эл1.

 

Приняты следующие обозначения величин: р_эл1 – электрические потери в обмотке статора, Вт; I_0Ф – фазный ток, равный измеренному амперметром линейному току (I_0Ф = I_0Л), схема обмоток «звезда» (Y), А; r_{1 75} – активное сопротивление фазы обмотки, которое приведено к рабочей температуре 75^оС (см. п. 1.4), Ом; р_Σ – сумма потерь двигателя механических, в стали сердечника и добавочных, Вт; р_мх – механические потери, Вт; р_ст – потери в стали сердечника статора, Вт; р_д – добавочные потери, р_д = 0,005 Р_Н, Вт; P₀ – полная активная мощность холостого хода, Вт.

Потерями в обмотке ротора при холостом ходе обычно пренебрегают, так как ток холостого хода ротора мал, а потери в стали сердечника ротора пренебрежимо малы до скольжения s = 0,2, при котором частота перемагничивания не превышает 10 Гц. В расчетных данных должны быть результаты, позволяющие получить по построенным опытным кривым точки, соответствующие номинальному напряжению U = U_Н и напряжению, равному половине его номинального значения, U = 0,5 U_Н. По полученным результатам опыта строят зависимости I₀; P₀; Q₀; n₀; cosφ₀ = f (U₀) на шкальной диаграмме согласно требованиям к техническому отчету [2, 3] (рис. А.2). Вид получаемых зависимостей показан на рис. 1.1. Неиспользованные результаты расчета потребуются в дальнейшем для построения круговой диаграммы двигателя.

 

Только для студентов-электромехаников!

Обработка результатов испытаний при включении обмоток статора треугольником (Δ).Обмотки статора асинхронного двигателя соединены треугольником (Δ), поэтому линейное напряжение сети U_0Л равно напряжению фазы U_0Ф двигателя и соответствует показанию вольтметра (U_0Ф = U_0Л). Линейный ток холостого хода I_0Л двигателя больше фазного тока I_0Ф.

Мощность, потребляемая двигателем из сети, равна утроенному показанию однофазного ваттметра, Р₀ = 3Р_W0. Аналогично определяется и потребляемая реактивная мощность, Q₀ = 3Q_W0.

После определения базовых величин режима холостого хода рассчитываются фазный ток двигателя и коэффициент мощности:

; .

Электрические потери в обмотке статора двигателя, сумма потерь механических, в стали и добавочных потерь машины определятся как

р_эл1 = 3(I_0Ф)² r_{1 75}^о = (I_0Л)² r_{1 75}^о; р_Σ = р_мх + р_ст + р_д = Р₀ – р_эл1.

Приняты следующие обозначения величин: р_эл1 – электрические потери в обмотке статора, Вт; I_0Ф – фазный ток, А, r_{1 75}^о – активное сопротивление фазы обмотки, приведенное к рабочей температуре 75^оС (см. п. 1.4), Ом; р_Σ – сумма потерь двигателя механических, в стали и добавочных, Вт; р_мх – механические потери, Вт; р_ст – потери в стали, Вт; р_д – добавочные потери р_д = 0,005 Р_Н, Вт; P₀ – полная активная мощность холостого хода, Вт.

Потерями в обмотке ротора при холостом ходе обычно пренебрегают, так как ток холостого хода ротора мал, а потери в стали сердечника ротора пренебрежимо малы до скольжения s = 0,2, при котором частота перемагничивания не превышает 10 Гц. Построенные опытные кривые должны включать в себя точки, соответствующие номинальному напряжению U = U_Н и напряжению, равному половине его номинального значения, U = 0,5 U_Н. По полученным результатам опыта строят зависимости I₀; P₀; Q₀; n₀; cosφ₀ = f (U₀) на шкальной диаграмме согласно требованиям к техническому отчету [2, 3] (рис. А.2). Вид получаемых зависимостей показан на рис. 1.1. Неиспользованные результаты расчета потребуются в дальнейшем для построения круговой диаграммы двигателя.