Учебники 80154

5.10.Расчет постоянного магнита в координатах индукции (Н) и напряженности (В).

5.11.Расчет постоянного магнита в координатах магнитного потока (Ф)

иМДС (F).

5.12.Дать определение и физический смысл эквивалентной призме постоянного магнита.

ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА№2

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН НА НАГРЕВ

1.ЦЕЛЬРАБОТЫ

1.1.Изучить методы испытаний электрических машин на нагрев.

1.2.Определить температуру нагрева обмоток электрических машин методом сопротивления.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕПОЯСНЕНИЯ

Испытанию на нагревание подвергаются все виды электрических машин. ГОСТ 11828-86 «Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний устанавливает методы испытаний на нагревание» и ГОСТ Р 527762007 «Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики» нормируют предельные длительно допустимые превышения температуры частей электрических машин при различных способах измерения температуры.

Задачей испытания на нагревание является определение теплового состояния машины, установившегося при ее нагрузке в номинальном (или ином заданном) режиме работы, характеризуемого превышением температуры отдельных частей, а для некоторых видов машин – температурой, поскольку температура охлаждающей среды для них достаточно определена.

2.1. Режимы работы электрических машин Электрические машины могут работать в различных режимах. Режим S1 – продолжительный номинальный.

Режим S2 – кратковременный номинальный.

Режим S3 – повторно-кратковременный номинальный.

Режим S4 – повторно-кратковременный номинальный с частыми пусками.

Режим S5 – повторно-кратковременный номинальный с частыми пусками и электрическим торможением.

Режим S6 – перемежающийся номинальный.

11

Режим S7 – перемежающийся номинальный с частыми реверсами и электрическим торможением.

Режим S8 – перемежающийся номинальный с двумя частотами вращения и более.

Испытание машины на нагревание в режиме S2 проводят при условии, что к началу испытания все части машины находятся в практически холодном состоянии. Во всех других режимах испытание на нагревание можно начинать независимо от теплового состояния частей машины. Испытания на нагревание заканчиваются для режима S1 при достижении практически установившейся температуры; для режима S2 -– после окончания нормальной деятельности режима; для S3, S4, S5 – по достижении в местах измерений практически повторяющейся температуры в конце рабочих периодов и пауз; для режимов S6, S7, S8 – после достижения в местах измерения практически повторяющейся температуры в конце соответствующей части цикла.

2.2. Пределы допускаемых превышений температуры В зависимости от предельной температуры, характеризующей

нагревостойкость, изоляционные материалы разделяются на классы. В электромашиностроении применяются материалы семи классов: Y, A, E, B, F, H, C.

Класс Y – с предельной нагревостойкостью до 900 0С.

Класс A – с предельной нагревостойкостью до 1050 0С.

Класс E – с предельной нагревостойкостью до 1200 0С.

Класс B – с предельной нагревостойкостью до 1300 0С.

Класс F – с предельной нагревостойкостью до 1550 0С.

Класс H – с предельной нагревостойкостью до 1800 0С. Класс C – с предельной нагревостойкостью с 1800 0С и выше. 2.3. Методы измерения температуры

Температура отдельных частей электрических машин может быть измерена: методом заложенных термопреобразователей; методом встроенных термоприемников; методом термометра и методом сопротивления.

2.3.1. Метод заложенных термоприемников Термоприемниками, которые закладываются при изготовлении

электрических машин, могут служить термометры сопротивления, полупроводниковые терморезисторы, термопары. Они закладываются в месте машины, где ожидаются наибольшие температуры. Для изготовления термометров сопротивления используют медь и платину. Их достоинства: стабильный температурный коэффициент сопротивления, линейная зависимость сопротивления от температуры. Для температур до 2000 0С пригодны медные термометры сопротивления, для более высоких температур (до 6500 0С) – платиновые.

Терморезисторы - характерная их особенность – значительное изменение их сопротивлений с повышением температуры. Материалом для изготовления

12

металлических терморезисторов служит платина, медь, никель, вольфрам. Медные и никелевые терморезисторы изготавливают из калиброванного микропровода в стеклянной изоляции. Существенный недостаток терморезисторов по сравнению с термометрами сопротивления – большой разброс их характеристик, что требует градуировки каждого терморезистора.

Термопары – наиболее распространенный вид термоприемников. Для электрических машин применяют стандартные хромель-алюмалюмель и хромель-копель термометры. Первые создают ЭДС 0,04 мВ на 10 0С, а вторые – 0,07 мВ на 10 0С. Применяют также нестандартные термопары из медьконстантан с ЭДС 0,04 мВ на 10 0С.

2.3.2. Метод встроенных термоприемников.

В отличие от метода заложенных термоприемников, когда термоприемники закладываются при изготовлении электрической машины и служат для контроля температуры, как при испытаниях, так и во время ее эксплуатации. В данном случае, приемники встраиваются в отдельные части электрических машин во время испытаний. Термоприемниками могут служить термометры сопротивлений, терморезисторы или термопары.

2.3.3. Метод термометра Этот метод позволяет определить температуру поверхности в точке

приложения термометра. Под термином «термометр» понимают не только лабораторные стеклянные термометры расширения – ртутные или спиртовые с ценой деления не более 10 оС, но и любые переносные термоприемники, в том числе и термометры сопротивления. При использовании термометров расширения элемент, соприкасающийся с измеряемой частью машины, следует обернуть оловянной или алюминиевой фольгой и плотно прижать к нагреваемой части машины. При наличии переменных магнитных полей в месте измерения, следует применять спиртовые термометры, т.к. в ртутных могут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев ртути. Теплочувствительные элементы термометра следует изолировать от охлаждающего воздуха.

2.3.4. Метод сопротивления Метод сопротивления широко используется для определения среднего

превышения температуры изолированных обмоток электрических машин. Метод основан на измерении сопротивления обмотки от ее температуры. Для определения превышения температуры обмотки над температурой охлаждающей среды измеряют сопротивление обмотки при постоянном токе в практически холодном и в нагретом состоянии. Превышение температуры обмотки над температурой охлаждающей среды можно определить по формуле:

где ϑн,ϑх- соответственно температура обмотки в нагретом и

практически холодном состоянии, 0С; ϑ0 - температура охлаждающей среды;

ϑ - температура, к которой отнесен температурный коэффициент сопротивления материала α, 0С;

rн, rх – соответственно сопротивлением обмотки в нагретом и в практически холодном состоянии.

При температуре ϑ =150 C температурный коэффициент меди

α = 0,004 = 1/250, тогда 1 / α −ϑ = 235.

Для медной обмотки превышение температуры может быть определено по формуле:

2.3.5. Непосредственные методы определения нагрева электрических машин

Непосредственные методы определения нагрева электрических машин дают наиболее правильные результаты и поэтому предпочтительны. Особое внимание следует уделять испытанию на нагревание асинхронных машин, проектируемых с высоким использованием материалов. Обычно ток асинхронного двигателя, соответствующий номинальной полезной мощности, определяют после испытания на нагревание, поэтому он может несколько отличаться от номинального тока двигателя. Превышение температуры обмотки двигателя должно быть определено при номинальной мощности. Для получения требуемого результата проводят испытания на нагревание непосредственным методом при номинальном токе, а затем пересчитывают результаты на номинальную мощность по формуле:

где ∆ϑ- искомое значение превышения температуры обмотки двигателя, 0С;

∆ϑн - превышение температуры двигателя при номинальном токе, 0С;

I – ток двигателя, соответствующий номинальной полезной мощности, А;

Iн – номинальный ток двигателя, А.

14

3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1.Определить с помощью моста постоянного тока сопротивление статорной обмотки асинхронного двигателя в практически холодном состоянии и результаты записать в табл. 2.1.

Собрать схему и включить двигатель при номинальной мощности на валу. Через определенные интервалы времени двигатель отключить и произвести замер сопротивления фаз обмотки статора. По результатам испытаний рассчитать превышение температуры медной обмотки статора над окружающей средой по формуле (2.2). Вычисления занести в табл. 2.1 и построить зависимость ∆ϑ=f (t).

В расчетах принять ϑ0 =ϑx = 250 С.

3.2. В заключение сделать анализ результатов и ответить на вопросы:

3.2.1.Какие существуют методы определения сопротивления обмоток, кроме применяемого в данной работе?

3.2.2.Какие погрешности могут возникнуть при определении температуры нагрева якоря в машинах постоянного тока, если определять сопротивление всей якорной цепи?

3.2.3.Увеличится ли интенсивность нагрева электрической машины, если

ееиспытывать в заторможенном состоянии при номинальном токе и почему?

3.2.4.Что понимается под термином «превышение температуры»?

3.2.5.Что понимается под термином «практически установившаяся температура»?

4.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

4.1.Какие существуют методы определения сопротивления обмоток кроме применяемого в данной лабораторной работе?

15

4.2.Какие погрешности могут возникнуть при определении температуры нагрева якоря в машинах постоянного тока, если определять сопротивление всей якорной цепи?

4.3.Увеличится ли интенсивность нагрева электрической машины, если

ееиспытывать в заторможенном состоянии при номинальном токе и почему?

4.4.Что понимается под термином «превышение температуры»?

4.5.Что понимается под термином «практически установившаяся температура»?

5.ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

5.1.Пределы допускаемых превышений температуры для различных классов нагревостойкости изоляционных материалов.

5.2.Какие существуют методы измерения температуры?

5.3.Чем отличается метод заложенных термоприемников от метода встроенных термоприемников?

5.4.Дать анализ различным методам измерения температуры, указать достоинства и их недостатки.

5.5.Непосредственные методы определения температуры.

5.6.Косвенные методы определения температуры.

5.7.Режимы работы электрических машин.

5.8.Что понимается под коэффициентом инерции вращающихся частей электрических машин, и для каких режимов работы важно знать коэффициент инерции?

5.9.Какие значения коэффициента инерции принято считать нормальными?

5.10.Как зависит охлаждение машины от частоты вращения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1.Изучить методы определения момента инерции вращающихся частей электрических машин.

1.2.Определить момент инерции ротора методом крутильных

колебаний.

1.3.Определить момент инерции ротора методом крутильных колебаний с контрольным образцом.

16

1.4.Определить момент инерции исследуемого ротора метода

маятника.

1.5.Определить момент инерции вращающегося ротора методом самоторможения.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ

Для электрических машин, работающих в режимах с быстро изменяющейся частотой вращения, имеет большое значение момент инерции J вращающейся части, под которым понимается

где m – масса вращающейся части, кг; D – приведенный диаметр, м.

Для сплошного однородного цилиндра диаметром d, вращающегося

Для неоднородного тела, каким является вращающаяся часть электрических машин, как по форме, так и по материалу, расчетное определение приведенного диаметра представляет трудоемкую работу.

Метод крутильных колебаний пригоден для определения момента инерции относительно легких вращающихся частей; область его применения ограничена машинами мощностью до 100 кВт с массой вращающейся части не выше нескольких десятков килограммов.

Вращающаяся часть подвешивается в вертикальном положении на струне (рис. 3.1, а), приводится в крутильное колебательное движение и определяется период ее малых колебаний, который сравнивается с периодом колебаний эталонного тела с известным моментом инерции, подвешиваемого на этой же струне. Тогда искомый момент инерции определится из равенства

где Jн – момент инерции эталонного тела, кг м2; Тн – период колебаний эталонного тела, с;

Т – период колебаний данной вращающейся части, с.

17

В качестве эталонного тела служит сплошной цилиндр, по массе и диаметру подходящий к испытуемой вращающейся части. Чем длиннее и тоньше струна, тем больше период колебаний и тем точнее его определение. Период колебаний должен быть не меньше 1 с, диаметр струны – достаточным, чтобы ее растяжение не выходило из предела упругих деформаций, а ее длина ограничивается высотой помещения, в котором производится опыт. Преимуществом метода является то, что трение практически не влияет на результат опыта, трением о воздух при малых колебаниях можно пренебречь.

Однако применение этого метода встречает и некоторые затруднения. Во-первых, точка подвеса должна находиться строго на оси вращения; вращающаяся часть перед опытом должна быть отбалансирована, но результат этого пропадает, если точка подвеса смещена с оси вращения. Во-вторых, чем больше диаметр струны и чем меньше ее длина, тем в большей степени казывает нежелательное влияние на результат измерения ее остаточная деформация от сворачивания в бухту, а рихтовка для устранения такой деформации затруднительна. В-третьих, трудно определить период колебаний с достаточной точностью. Когда он мал, удобнее определить по секундомеру продолжительность нескольких периодов, отсчитывая ее между моментами перемены направления вращения.

а) б) в)

Рис. 3.1. Закрепление детали для определения момента инерции

Существует разновидность этого метода, состоящая в том, что вращающаяся часть подвешивается не на одной, а на двух струнах, однако при этом возникает сложность выбрать точки подвеса (рис. 3.1, б). В этом случае

где m – масса исследуемой вращающейся части, кг; q = 9,81 м/с2 – ускорение земного притяжения.

18

При использовании эталонного тела опыт можно проводить совместно с исследуемым телом (рис. 3.1, в). На рис. 3.1, в): 1 – исследуемое тело; 2 – контрольный образец.

В этом случае

предыдущего следует производить измерение продолжительности периодов колебаний между прохождениями маятника через положение равновесия. Момент инерции определяется по формуле:

19

части, равная половине произведения ее момента инерции J на квадрат угловой скорости ω, расходуется на покрытие суммы затормаживающих потерь ∑Р так, что

Вместо угловой скорости ωудобнее ввести частоту вращения n:

носит название постоянной самоторможения. Если через точки кривой самоторможения с ординатами nн + ∆n и n н - ∆n провести секущую, то ее угловой коэффициент, равный 2∆n/Т,

где Т – продолжительность самоторможения от n1 = nн + ∆n до n2 = nн ∆n, будет очень близок к угловому коэффициенту касательной к кривой в точке

n = nн, т.е. 2∆n/T ≈ dn/dt.

Когда машина не возбуждена, то затормаживающим являются только механические потери и при номинальной частоте вращения ∑Р = Рмех отсюда

3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1.Определить момент инерции методом крутильных колебаний.

Ротор электрической машины подвешивается на струне испытательного стенда. Затем он приводится в крутильное колебательное движение и с помощью секундомера определяется период малых колебаний. Результаты замера записываются в табл. 3.1. После этого опыта на струну подвешивается эталонное тело, которое также приводится в крутильное колебательное движение и определяется период колебаний. Момент инерции ротора находится по формуле (3.3), момент инерции эталонного тела – по (3.1).

20