§ 14.3. Опыт короткого замыкания

Схема соединений асинхронного двигателя при опыте к.з. ос­тается, как и в опыте х.х. (см. рис. 14.1). Но при этом измеритель­ные приборы должны быть выбраны в соответствии с пределами измерения тока, напряжения и мощности. Ротор двигателя следует жестко закрепить, предварительно установив его в положение, со­ответствующее среднему току к.з. С этой целью к двигателю подводят небольшое напряжение (U_K = 0,1U_ном) и, медленно повора­чивая ротор, следят за показанием амперметра, стрелка которого будет колебаться в зависимости от положения ротора двигателя. Объясняется это взаимным смещением зубцовых зон ротора и ста­тора, вызывающего колебания индуктивных сопротивлений обмо­ток двигателя.

Предельное значение тока статора при опыте к.з. устанавли­вают исходя из допустимой токовой нагрузки питающей сети и возможности провести опыт в минимальный срок, чтобы не вы­звать опасного перегрева двигателя. Для двигателей мощностью до 1 кВт возможно проведение опыта начиная с номинального на­пряжения U_K = 0,1U_ном .В этом случае предельный ток I_к = (1,5 ÷ 2,5)х I_1ном. Для двигателей большей мощности сила предельного тока I_к = (2,5 ÷ 5)х I_1ном. При выполнении опыта к.з. в учебных целях можно ограничиться предельным током I_к = (1,5 ÷ 2,5)х I_1ном. При выполне­нии опыта к.з. желательно соединение обмотки статора звездой.

Определив диапазон изменения тока статора при опыте к.з., опыт начинают с предельного значения этого тока, установив на индукционном регуляторе соответствующее напряжение к.з. U_K. Затем постепенно снижают это напряжение до значения, при кото­ром ток I_к достигнет нижнего предела установленного диапазона его значений. При этом снимают показания приборов для 5—7 то­чек, одна из которых должна соответствовать номинальному току статора (I_К = I_1ном). Продолжительность опыта должна быть мини­мально возможной. С этой целью измеряют лишь одно линейное напряжение (например, U_кАВ), так как некоторая несимметрия ли­нейных напряжений при опыте к.з. не имеет значения. Линейные токи измеряют хотя бы в двух линейных проводах (например, I_кА и I_кВ). За расчетное значение тока к.з. принимают среднее арифме­тическое этих двух значений. После снятия последних показаний приборов двигатель следует отключить и сразу же произвести за­мер активного сопротивления фазы обмотки статора r^/₁ ,чтобы определить температуру обмотки. Линейные напряжения и токи пересчитывают на фазные U_к и I_к по формулам, аналогичным (14.3) и (14.4).

Ваттметр W измеряет активную мощность к.з. P_к По полу­ченным значениям напряжений U_K, токов I_к и мощностей Р_к вы­числяют следующие параметры:

коэффициент мощности при к.з.

cos φ_к = P_к (m₁ U_к I_к); (14.9)

полное сопротивление к.з. (Ом)

z_к = U_к / I_к; (14.10)

активные и индуктивные составляющие этого сопротивления (Ом)

r_к = r_к соs φ_к; (14.11)

x_к = (14.12)

Измеренные и вычисленные величины заносят в таблицу, а за­тем строят характеристики к.з.: I_к; Р_к и cos φ_к = f(U_к) (рис. 14.3).

При опыте к.з. обмотки двигателя быстро нагреваются до ра­бочей температуры, так как при неподвижном роторе двигатель не вентилируется. Температуру (°С) обмотки Θ₁, обычно определяют по сопротивлению фазы r^/₂ , измеренному непосредственно после

Рис. 14.3. Характеристики к.з. трехфазного асинхронно­го

двигателя (3,0 кВт, 220/380 В, 1430 об/мин)

проведения опыта, по формуле

Θ₁ = [(r^/₁ – r_1.20)(255/r_1.20) ] + 20, (14.13)

где — r_1.20 сопротивление фазы обмотки статора в холодном со­стоянии (обычно при температуре 20 °С), Ом.

Если же температура обмотки оказалась меньше расчетной рабочей температуры Θ₂ для соответствующего класса нагревостойкости изоляции двигателя (см. § 8.4), то активное сопротивле­ние к.з. к_к (Ом) пересчитывают на рабочую температуру:

r_к = r^/_к [1 + α(Θ₂ – Θ₁)] (14.14)

где r_к' - активное сопротивление к.з. при температуре Θ₁ отли­чающейся от расчетной рабочей; α = 0,004.

Затем пересчитывают на рабочую температуру полное сопро­тивление к.з. z_k = , напряжение к.з. U_к = I_к z_k и мощность к.з. Р_к = m₁ I²_к r_к.

На характеристиках к.з. (рис. 14.3) отмечают значения вели­чин Р_к.ном, U_к.ном, соответствующих току к.з. I_к = I_1ном.

Ток и мощность к.з. пересчитывают на номинальное напряже­ние U_1ном:

I^/_к = I_п ≈ I_1ном (U_1ном / U_к.ном); (14.15)

Р^/_к ≈ Р_к.ном (U_1ном / U_к.ном)² (14.16)

Следует иметь в виду, что такой пересчет является прибли­женным, так как при U_K = U_1ном наступает магнитное насыщение сердечников (особенно зубцовых слоев) статора и ротора; это при­водит к уменьшению индуктивного сопротивления х_к, что не учи­тывается формулами (14.15) и (14.16). Кратность пускового тока равна I_п /I_ном.

Электромагнитная мощность в режиме к.з., передаваемая на ротор двигателя, равна электрическим потерям в обмотке ротора Р_Э2к, поэтому электромагнитный момент при опыте к.з. (Н м)

М_к ≈ М_п = P_э2к /ω₁ = (Р_к.ном - Р_э1к - Р_м.к)/ω₁,

где Р_э1к = m₁ I²_к._ном r₁ — электрические потери в обмотке статора при опыте к.з.

Магнитные потери при опыте к.з. Р_м.к приближенно опреде­ляют по характеристикам х.х. (см. рис. 14.2) при напряжении U₁ = U_K. В режиме х.х. магнитный поток Ф больше, чем в режиме к.з., но если в режиме х.х. магнитные потери происходят только в сердеч­нике статора (см. § 13.1), то в режиме к.з. (s = 1) магнитные потери происходят еще и в сердечнике ротора, так как f₂ = f₁.

Начальный пусковой момент получают пересчетом момента М_к на начальный пусковой ток I_п:

М_п ≈ М_К (I_П/ I_К)².

Затем определяют кратность пускового момента М_п/ М_ном.