Студент должен знать:

• 
  принцип работы синхронного двигателя;
  
• 
  конструктивные особенности синхронного двигателя и способы его пуска;
  
• 
  работу синхронного двигателя при изменении тока возбуждения и при изменении нагрузочного момента на валу двигателя;
  

уметь:

• 
  рассчитывать электромагнитную мощность, электромагнитный момент, перегрузочную способность и построить рабочие характеристики синхронного двигателя.
  

Теоретическое обоснование

Известно, что частота вращения ротора синхронного двигателя при изменениях нагрузки остается неизменной, равной синхронной частоте вращения. Однако при перегрузке двигателя или же при резком уменьшении напряжения в сети возможно «выпадение» двигателя из синхронизма. Поэтому при выполнении экспериментов необходимо, контролировать синхронную частоту вращения двигателя. Это удобнее всего делать стробоскопическим способом: либо с помощью строботахометра, либо с помощью стробоскопических меток, нанесенных в виде чередующихся черных и белых полос на поверхность муфты, соединяющей валы двигателя и нагрузочного устройства. Число этих полос должно быть равно числу полюсов 2р двигателя. Так, при частоте тока 50 Гц, если 2р = 2 (n₁ = 3000 об/мин), то должна быть одна белая и одна черная полосы, а если 2р = 2 (n₁ = 1500 об/мин), то должны быть две белые и две черные полосы и т. д.

Вращающаяся поверхность с нанесенными полосами должна освещаться лампой, включенной в сеть переменного тока (50 Гц). Если в процессе работы двигателя полосы кажутся неподвижными, то ротор двигателя вращается с синхронной частотой вращения, если же они кажутся вращающимися в сторону противоположную фактическому вращению муфты, то это свидетельствует о «выпадении» двигателя из синхронизма.

Рабочие характеристики синхронного двигателя представляют собой зависимость тока статора I₁, потребляемой мощности Р₁ нагрузочного момента М₂ и КПД η от полезной мощности двигателя при токе возбуждения I_в = I_1ном, соответствующем cosφ₁ = 1.

Анализируя результаты лабораторной работы, в первую очередь устанавливают, соответствуют ли номинальные параметры двигателя, полученные опытным путем тем, паспортным данным двигателя. Затем, используя U-образные характеристики двигателя, определяют зоны работы двигателя с отстающим и опережающим током статора. Необходимо определить при каком значении тока возбуждения работа двигателя наиболее экономична. При этом необходимо также иметь в виду влияние индуктивного характера нагрузки, создаваемой потребителями электроэнергии, включенными в общую сеть с синхронным двигателем. Анализируя рабочие характеристики двигателя, следует дать заключение о соответствии формы полученных графиков типовым, приведенным в учебнике.

---

Ход работы

1. 
   Ознакомиться с конструкцией синхронного двигателя и устройством для его нагрузки, записать паспортные данные двигателя и данные измерительных приборов.
   
2. 
   Собрать схему по рисунку 10.1.
   

Рисунок 10.1 – Схема включения трехфазного синхронного двигателя

3. 
   Произвести пуск двигателя, снять данные для построения характеристик двигателя.
   

Схема соединений и пуск двигателя. Для измерения активной мощности, потребляемой двигателем из сети, в схеме (рисунок 10.1) предусмотрен трех­фазный двухэлементный ваттметр W, токовые катушки которого включены через трансформаторы тока. В цепь обмотки возбуждения включен переключатель П, позволяющий на время пуска двигателя замкнуть обмотку возбуждения ОВ на активное сопротивление r(положение 1), а по окончании пуска подключить эту обмотку к источнику постоянного тока (положение 2), т. е. возбудить двигатель.

В качестве нагрузочного устройства синхронного двигателя в схеме предусмотрен генератор постоянного тока независимого возбуждения. Величина нагрузочного момента на валу двигателя М₂ регулируется электрическим сопротивлением нагрузочного реостата r_нг, включенного на выводы обмотки якоря генератора, и изменением тока возбуждения генератора (регулировочным реостатом r_рг). Для увеличения нагрузочного момента уменьшают либо нагрузочное сопротивление R_нг, либо сопротивление реостата r_т в цепи возбуждения генератора.

Нагрузочный момент на валу двигателя (Н∙м)
(10.1)
Мощность на выходе нагрузочного генератора (Вт)
Р_г = U_г I_г. (10.2)
где n₁ - синхронная частота вращения, об/мин;

η_г = f(P_г) - КПД генератора (в долях единицы), задается в виде графика;

U_г и I_г - напряжение (В) и ток (А) в цепи якоря генератора, измеряют­ся вольтметром V_г и амперметром А_г.

При включении двигателя в сеть возникает значительный пусковой ток в обмотке статора.

Для предохранения амперметра А1 от разрушения большим пусковым током в схеме предусмотрен шунтирующий ключ К. Амперметр А2 в цепи ОВ синхронного двигателя должен иметь двустороннюю шкалу (ноль посередине).

---

После сборки схемы и проверки ее преподавателем осуществляют асинхронный пуск синхронного двигателя. Для этого ключ К, замыкают, а переключатель П ставят в положение 1, т. е. замыкают обмотку возбуждения двигателя на активное сопротивление r. Затем включают рубильник Р1, подключающий к сети обмотку статора. Ротор двигателя начинает вращаться, и, разгоняясь, приближается к синхронной частоте вращения. При этом стрелка амперметра А2 отклоняется влево и вправо от нуля. Когда нарастание частоты вращения ротора прекратится, то в момент отклонения стрелки А2 в какую-либо сторону следует возбудить двигатель, т. е. быстро перевести переключатель П в положение 2, подав напряжение в цепь ОВ. После этого двигатель втягивается в синхронизм и процесс заканчивается. Далее следует разомкнуть ключ К и потенциометром R_п установить такую величину тока возбуждения I_в = I_в.о.ном, при которой ток статора имеет минимальное значение.

U-образные характеристики синхронного двигателя представляют собой зависимость тока статора I₁, и коэффициента мощности cosφ₁ от тока возбуждения двигателя I_в при неизменной полезной мощности двигателя (Р₂ = соnst) (рисунок 10.2).

Данные для построения U-образных характеристик получают следующим образом. После пуска синхронного двигателя подключают к генератору нагрузочный реостат R_нг (замыкают Р3) и увеличивают т возбуждения генератора до значения, при котором ток статора достигнет величины I₁ = 0,5I_1ном.

Одновременно корректируют величину тока возбуждения двигателя, отыскав такое его значение I_в = I_в.ном, при котором ток статора имеет минимальное при заданной нагрузке значение, представляющее собой активный ток статора I₁ = I_1а.

Затем потенциометром R_п увеличивают ток возбуждения I_в до значения, при котором ток статора достигнет номинального значения. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока I₁ снимают показания амперметров А1 и А2 и ваттметра W и заносят и в таблицу 10.1. Всего снимают пять показаний. Потом восстанавливаю прежнее значение тока возбуждения I_в.ном и постепенно уменьшаю его до величины, при которой ток статора вновь достигнет номинального значения. Показания приборов заносят в таблицу 10.1

Затем потенциометром R_п

---

увеличивают ток возбуждения I_в до значения, при котором ток статора I₁ достигает номинального значения. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока снимают показания амперметров A1 и А2 и ваттметра W и заносят их в таблицу 10.1. Всего снимают пять показаний. Потом восстанавливают прежнее значение тока возбуждения I_в.ном и постепенно уменьшают до величины, при котором ток статора вновь достигнет номинального значения. Показания приборов заносят в таблицу 10.1.

Мощность, потребляемая двигателем из сети (Вт):
P₁ = P'₁k_трC_w, (10.3)
где k_тр - коэффициент трансформации трансформатора тока;

C_w - цена деления ваттметра, Вт/дел.

Коэффициент мощности двигателя
(10.4)

где U₁ – напряжение сети, В.



Рисунок 10.2 – U – образные характеристики синхронного двигателя
Рабочие характеристики. После пуска двигателя устанавливают ток возбуждения I_в.0.ном. Затем замыкают Р3 и Р4 (см. рисунок 10.1) и нагружают генератор, постепенно доводя ток статора до значения I₁ = I_1ном. Приблизительно через одинаковые интервалы этого тока снимают показания приборов и заносят их в таблицу 10.2. При каждом снятии показаний приборов следует изменить ток возбуждения двигателя и установить величину I_в.ном, соответствующую минимальному значению тока статора при данном нагрузочном моменте М₂.

Затем выполняют расчеты: подводимая к двигателю мощность (10.3) (Вт); мощность на выходе генератора по (10.2) (Вт); момент валу двигателя по (10.1) (Нм); полезная мощность двигателя (Вт)
Р₂ = Р_г /η_г, (10.5)

коэффициент мощности двигателя по (10.4) КПД (%)
η = (Р₂/Р₁) ∙100 (10.6)
По данным таблицы 10.2 строят рабочие характеристики синхронного двигателя в одних осях координат.

Таблица 10.1 – Результаты измерения и вычисления

Номер измерения	Измерения			Вычисления
	Iв, А	I1, А	P'1, дел.		P1, Вт	cos φ

---

Таблица 10.2 – Результаты измерения и вычисления

Номер измерения и вычисления

Измерения

Вычисления

Iв А

Iв1, А

Р'1, дел

U1, В

Uг, В

Iг, А

Р1, Вт

Рг, Вт

М2, Н∙м

Р2, Вт

cosφ

η, %

Контрольные вопросы

1. 
   Объясните принцип работы синхронного двигателя.
   
2. 
   Какие существуют способы пуска синхронных двигателей
   
3. 
   С какой целью при асинхронном пуске синхронного двигателя обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление?
   
4. 
   Почему при регулировке тока возбуждения меняется величин тока статора синхронного двигателя?
   
5. 
   При каких условиях синхронный двигатель работает с отстающим током статора, а при каких с опережающим?
   
6. 
   Что такое выпадение синхронного двигателя из синхронизма, и при каких условиях оно происходит?
   

Содержание отчета

1. 
   Номер, тема и цель работы.
   
2. 
   Схема опыта – рисунок 10.1
   
3. 
   Паспортные данные двигателя и измерительных приборов.
   
4. 
   Ход работы.
   
5. 
   Результаты измерений и расчетов - 10.1 и 10.2.
   
6. 
   График U – образных и рабочих характеристик.
   
7. 
   Ответы на контрольные вопросы.
   
8. 
   Вывод о проделанной работе
   

Литература

1. 
   Кацман М. М. Электрические машины - М.: Высшая школа, 2000, с. 289…295.
   
2. 
   Кацман М.М. Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. - 4-е изд., стер.- М.: Издательский центр «Академия», 2008г. – 256 с.
   

---

Смотрите также файлы

• I know a face, a lovely face As full of beauty as of grace.docx

• .docx

• Зат есім Сын есім.doc

• Урок геометрии в 8 классе по теме Площади. Теорема Пифагора.docx

• Определение результатов хозяйственной деятельности за отчётный период.docx