Методические указания для студентов по выполнению лабораторных работ по МДК 01.01 Электрические машины и аппараты
методическая разработка на тему

Министерство образования и науки РФ

Лянторский нефтяной техникум (филиал) федерального государственного бюджетного  образовательного  учреждения высшего профессионального образования «Югорский государственный университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для студентов по выполнению лабораторных работ

по ПМ 01. Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования

МДК01.01 Электрические машины и аппараты

для специальности 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

г. Лянтор

2015

Одобрено на заседании методического совета техникума

протокол № ___ от _________2015 г

председатель _____________ Энвери Л.А.

Разработала Карпунина Л.Н. – преподаватель высшей квалификационной категории ЛНТ (филиала) федерального государственного бюджетного  образовательного  учреждения высшего профессионального образования «Югорский государственный университет»

Рецензенты: Медведева Л.В. - преподаватель высшей квалификационной категории ЛНТ (филиала) федерального государственного бюджетного  образовательного  учреждения высшего профессионального образования «Югорский государственный университет»

Содержание

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания составлены в соответствии с программой профессионального модуля ПМ01 «Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования» по специальности 140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)» и предназначены для выполнения лабораторных работ по МДК01.01 «Электрические машины и аппараты» очной и заочной форм обучения, но могут быть использованы и для других электротехнических дисциплин, содержащих раздел «Электрические машины».

Междисциплинарный курс 01.01 «Электрические машины и аппараты» базируется на знании учебных дисциплин и прежде всего математики, физики электротехники и электроники. Программой профессионального модуля  предусмотрено 52 часа лабораторных работ по МДК01.01.

Дидактическая цель лабораторных работ – осмыслить и закрепить материал лекций, а также получить первые практические навыки в изучении разделов МДК.

Лабораторные занятия являются одним из важнейших элементов учебного процесса. При проведении лабораторных занятий преследуется три основные цели: возможность на практике убедиться в теоретических положениях; развитие творческого мышления (критическое осмысление результатов эксперимента); пробудить любознательность и воображение студента.

Поэтому приобретенные практические навыки при выполнении лабораторных работ не могут быть восстановлены другими видами учебных занятий. Подготовке, выполнению и защите лабораторных работ, обработке и анализу полученных результатов студенты должны уделять самое серьезное внимание. Все этапы работы, связанные с лабораторными занятиями, должны отвечать определенным требованиям.

В данный сборник входит 22 лабораторные работы, в каждой работе даются краткие методические указания, и их следует строго выполнять. Далее указаны номер, наименование и количество часов, отведенного на каждую работу.

В результате выполнения лабораторных работ студент должен:

 уметь:

• определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;

знать:

• технические параметры, характеристики и особенности различных видов электрических машин;

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1) Предварительная (домашняя) подготовка к выполнению лабораторной работы.

Перед выполнением лабораторных работ студент должен строго выполнить весь объем домашней подготовки; знать, что выполнению каждой работы предшествует проверка готовности студента.

Подготовка к выполнению лабораторной работы должна включать в себя следующее:

• повторение соответствующего теоретического раздела курса по учебнику и конспекту лекций;
• тщательное изучение содержания работы по руководству и усвоение ее целевого назначения и программы;
• составление заготовки отчета или конспекта каждым студентом отдельно.

Заготовка отчета должна включать в себя: цель и порядок работы, рабочие схемы, таблицы и основные расчетные соотношения.

2)  Получение допуска к работе. Знакомство в лаборатории с оборудованием стенда и требованиями техники безопасности.

К выполнению лабораторных работ могут быть допущены студенты, прошедшие инструктаж по ТБ. Инструктаж проводится в учебной группе в начале семестра на первом лабораторном занятии. На этом же занятии студентов знакомят с основными требованиями, предъявляемыми к выполнению лабораторных работ и оформлению отчетов по ним. На последующих занятиях студенты обязаны придерживаться указаний преподавателя в отношении мер предосторожности, а также целесообразной сборки электрических цепей.

Студенты допускаются к лабораторным занятиям, во-первых, только после представления преподавателю отчета по лабораторной работе, выполненной на предыдущем занятии, во-вторых, после того, как представлены каждым студентом заготовки нового отчета. При этом студенты должны показать удовлетворительные знания при ответах на контрольные вопросы на допуск, составленные к данной лабораторной работе, знать порядок выполнения работы.

3) Проведение лабораторной работы и предварительная обработка полученных результатов.

Уяснив последовательность эксперимента, усвоив электрическую схему соединения отдельных элементов цепи, студенты записывают паспортные данные электрических машин, аппаратов, измерительных приборов и элементов исследуемой электрической цепи.

Изучая теоретическое обоснование, студент должен иметь в виду, что основной целью изучения теории является умение применить ее на практике для решения практических задач.

4) Составление отчета и представление его преподавателю.

После выполнения работы студент должен представить отчет о проделанной работе с полученными результатами и выводами и устно ее защитить. Отчеты по лабораторным работам выполняются в отдельной тетради в клетку. Необходимо оставлять поля шириной 25…30 мм для замечаний преподавателя. Содержание отчета должно включать в себя: цель работы, порядок выполнения, электрические схемы, основные расчетные соотношения, таблицы данных наблюдений и расчетов, диаграммы и кривые, выводы по работе, представленные в виде письменных ответов на вопросы. Все таблицы, графики и диаграммы должны иметь заголовки, поясняющие зависимость, которую они характеризуют. Вычерчивание схем, таблиц, графиков необходимо выполнять чертежным инструментом (линейка, циркуль, лекало и т.д.) карандашом либо чернилами. Элементы схем должны быть вычерчены тщательно с использованием обозначений по ГОСТ.

Дифференцированный зачет выставляется по итогам выполнения и защиты каждой лабораторной работы. При отсутствии студента по неуважительной причины студент выполняет работу самостоятельно, в свое личное время и защищает на консультации по указанию преподавателя.

Неаккуратное выполнение лабораторной работы, несоблюдение принятых правил и плохое оформление чертежей и схем могут послужить причиной возвращения работы для доработки.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТАХ В ЛАБОРАТОРИИ

Лабораторные стенды в лаборатории «Электромеханического оборудования» являются действующими электроустановками, отдельные элементы которых находятся под напряжением. Поэтому при определенных условиях, возникающих из-за нарушения установленных правил, лабораторные стенды могут стать источником поражения человека электрическим током и других видов травматизма. Положение усугубляется еще и особенностью монтажа элементов лабораторного стенда, предусматривающего максимальную доступность учащихся к приборам, машинам и пускорегулирующей аппаратуре, создающего дополнительные опасности при выполнении лабораторных и практических работ.

Тело человека обладает электропроводностью, а поэтому при соприкосновении с двумя неизолированными элементами установки, находящимися под напряжением через тело человека проходит электрический ток. Достигнув опасных значений, этот ток приводит либо к сильным ожогам (электрическая травма), либо к тяжелым поражениям нервной, сердечной и дыхательной систем организма человека (электрический удар). Последствия поражения электрическим током бывают тяжелыми и могут привести к смертельному исходу.

Специфика работы студентов с электрооборудованием состоит в том, что при несоблюдении правил техники безопасности студенты подвергается не только опасности поражения электрическим током, но и опасности механических ударов со стороны вращающихся частей электрических машин и тормозных устройств. Необходимо помнить, что многие элементы схемы лабораторной установки, находящиеся под напряжением, доступны для прикосновения, а вращающиеся части, хотя и имеют обычно защитные устройства, все же не исключают «захвата» частей одежды или механического удара. Поэтому студенты в лаборатории должны соблюдать исключительную осторожность и правила техники безопасности: 

1. студент, находясь в лаборатории, должен быть предельно дисциплинированным и внимательным; беспрекословно выполнять все указания преподавателей и лаборантов; находиться непосредственно у исследуемой лабораторной установки;
2. запрещается подходить к другим установкам, распределительным щитам и пультам и делать на них какие-либо включения или переключения; включать схему под напряжение, если кто-нибудь касается ее неизолированной токоведущей части; производить какие-либо пересоединения в схеме, находящейся под напряжением; во время работы электрической машины касаться вращающихся частей или наклоняться к ним близко; оставлять без наблюдения лабораторную установку или отдельные приборы под напряжением;
3. при перемещениях движков и рукояток пускорегулирующей аппаратуры необходимо следить за тем, чтобы рука была в соприкосновении только с изолированной рукояткой;

4. одежда студента не должна иметь свободно свисающих концов шарфов, косынок, галстуков и т. п., а прическа или головной убор должны исключать возможность «свисания» прядей волос;
5. если схема содержит конденсаторы, то после ее отключения необходимо разрядить конденсаторы, замкнув накоротко их выводы;
6. при работе с лабораторной установкой, находящейся под напряжением, студенты должны стоять на изоляционных резиновых ковриках, имеющихся у каждой лабораторной установки;
7. о всех замеченных случаях неисправности в работе установок и нарушении правил техники безопасности каждый студент должен немедленно доложить преподавателю;
8. если произошел несчастный случай, лабораторную установку следует немедленно отключить, оказать пострадавшему первую помощь и сообщить об этом преподавателю.

Инструктаж по технике безопасности должен быть зафиксирован в специальном журнале, где каждый студент должен расписаться.

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

Категорически запрещается:

• трогать руками оголенные провода и части приборов, находящихся под напряжением, даже если оно не велико;
• прикасаться к вращающимся частям электродвигателей;
• заменять или брать оборудование или приборы с других мест без разрешения преподавателя или лаборанта;
• отходить от приборов и машин, находящихся под напряжением или оставлять схему под напряжением.

Помните, что электрический ток, проходящий через тело человека, величиной в 0,025 А уже является опасным для жизни человека.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема:  Испытание однофазного трансформатора.

Цель: Ознакомиться с устройством трансформатора; усвоить практические приемы лабораторного исследования трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания.

Студент должен знать:

• принцип действия и устройство силового трансформатора;

уметь:

• определять опытным путем потери мощности однофазного трансформатора, строить внешние характеристики и графики зависимости трансформатора.

Теоретическое обоснование

Внешние характеристики. С увеличением нагрузки трансформатора напряжение на клеммах его вторичной обмотки изменяется. Зависимость этого напряжения от нагрузки выражается графически внешними характеристиками трансформатора U2 = f(I2).

Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки и от величины коэффициента мощности cosφ2: при активной и активно-индуктивной нагрузках внешние характеристики имеют падающий вид, причем чем меньше коэффициент мощности cosφ2, тем больше наклон характеристики к оси абсцисс; при активно-емкостной нагрузке внешняя характеристика имеет восходящий вид (рис. 1.3, а).

 При анализе характеристик х. х. трансформатора следует обратить внимание на их криволинейность, обусловленную магнитным насыщением магнитопровода, наступающим при некотором значении первичного напряжения. Ток х. х. i0ном  и мощность х. х. Р0ном, полученные опытным путем, сравнивают с их значениями по каталогу на исследуемый трансформатор. Значительное превышение опытных значений i0ном и Р0ном  над каталожными указывает на наличие дефектов в трансформаторе: к. з. между частью пластин в магнитопроводе или межвитковое к. з. в небольшой части витков какой-либо из обмоток.

Рисунок  1.1 - Схемы включения однофазного трансформатора при опытах х. х. (а) и к. з.

Ход работы

1) Опыт холостого хода.

В схеме включения однофазного трансформатора при опыте х. х. применен регулятор напряжения РНО (рисунок 1.1, а), позволяющий плавно регулировать подводимое к первичной обмотке напряжение. В качестве первичной обычно используют обмотку низшего напряжения НН. Всего делают не менее пяти замеров через приблизительно одинаковые интервалы тока х. х., изменяя подводимое к трансформатору напряжение от 0,5U1ном до 1,15U1ном. Показания измерительных приборов заносят в таблицу 1.1.

Затем выполняют расчеты: ток х. х. в процентах от номинального первичного тока,

                                         i0 = (Iо / I1ном)100;                                                (1.1)

коэффициент мощности в режиме х. х.

                                                   cosφ0 = P0/(U1Iо);                                           (1.2)

коэффициент трансформации

                                                     k = U20/ U1;                                                                             (1.3)

Полученные значения вычисленных величин занести в таблицу 1.1. Величины, соответствующие номинальному первичному напряжению U1ном, следует выделить, например, подчеркнув их жирной линией. По данным таблицы строят характеристики х. х. трансформатора (на общей координатной сетке): I0; Р0; cosφ0 = f(U1). На характеристиках отмечают точки I0.ном; Р0.ном и cosφ0.ном, соответствующие номинальному напряжению U1ном (рисунок 1.2, а).

2) Опыт короткого замыкания.

При опыте к. з. трансформатора (рисунок 1.1, б) напряжение обычно подводят к обмотке ВН, номинальное значение тока в которой меньше, чем в обмотке НН. В некоторых случаях это позволяет включать ваттметр в первичную цепь без трансформатора тока.

Вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко медным проводом достаточного поперечного сечения, чтобы не создавать во вторичной цепи трансформатора значительного электрического сопротивления.

Опыт к. з. проводят в такой последовательности: устанавливают рукоятку РНО на нулевую отметку, а затем, включив рубильник, медленно повышают напряжение посредством РНО, изменяя величину тока к. з. от нуля до значения 1,2I1ном. Показания измерительных приборов, снятые через приблизительно одинаковые интервалы тока к. з., а также результаты вычислений заносят в таблицу 1.2. Значения величин, соответствующих значению тока к.з. I1k = I1ном. подчеркивают жирной линией. 

Затем выполняют расчеты: напряжение к. з. в процентах от номинального первичного напряжения

uk = (Uk/U1ном)100;                                              (1.4)

коэффициент мощности при опыте к. з.

cosφk = Pk/( Uk Ik);                                                (1.5)

По данным таблицы строят характеристики к. з. (на общей координатной сетке): Pk; Ik; cosφk  = f (Uk). На характеристиках отмечают точки Ukном, Pkном, соответствующие току к. з. Ik1 = I1ном (рис. 1.2, б).

Полученные из опыта к. з. значения Рk.ном и ukном следует привести к рабочей температуре θ2 = 75°С.

Приведенное значение мощности к. з. (Вт)

Р'k.ном = Рk.ном [1 + α(θ2 – θ1)]                              (1.6)

где α = 0,004 - температурный коэффициент для меди и алюминия;

θ1 = температура обмоток трансформатора при проведении опыта, °С. В связи с тем что температура обмоток трансформатора влияет лишь на активную составляющую напряжения к. з.

uka = uk..ном·cosφk                                           (1.7)

то и приводить к рабочей температуре следует лишь активную составляющую напряжения к. з.

u'ka = uk.ном [1 + α(θ2 – θ1)]                                (1.8)  

Приведенное к рабочей температуре напряжение  к.  з.

u'k.ном  =                                        (1.9)

где

 uk.р  =                                       (1.10)

uk.р  - реактивная составляющая к. з.

При любой нагрузке напряжение на клеммах вторичной обмотки трансформатора

        U2 = U20(1- 0,01·ΔU);                                    (1.11)

где U20 - напряжение на вторичной обмотке в режиме х. х., принимаемое за номинальное напряжение на выходе трансформатора, В;

      ΔU - изменение вторичного напряжения, вызванное нагрузкой трансформатора.

Для построения внешней характеристики необходимо рассчитать не менее пяти значений напряжения U2 при разных значениях коэффициента нагрузки        β = I2/I2ном. например при  β = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и 1,2.

Расчет ΔU ведут по формуле (%):

                                         ΔU =  βu'k (cosφk cosφ2 + sinφk sinφ2)               (1.12)

Расчеты ΔU  выполняют три раза: при cosφ2  = 1, cosφ2  = 0,8 (нагрузка активно-индуктивная) и cosφ2  = 0,8 (нагрузка активно-емкостная). В последнем случае получают отрицательные значения ΔU. Результаты вычислений заносят в таблице 1.3 и строят на общей координатной сетке три внешние характеристики.

Проведя ординату при β = 1,0 (номинальная нагрузка), отмечают на характеристиках напряжения, соответствующие номинальной нагрузке трансформатора (рисунок 1.3, а).

Зависимость КПД трансформатора от нагрузки. Для построения графика          η = f (β) при cosφ2 = 1 и cosφ2 = 0,8 определяют КПД трансформатора для ряда значений коэффициента нагрузки β = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и 1,2, воспользовавшись для этого выражением

                     (1.13)

где Sном - номинальная мощность трансформатора, В·А.

Результаты вычислений заносят в таблицу 1.4.

По этим данным строят графики η = f (β) при cosφ2 = 1 и cosφ2 = 0,8 (рисунок 1.3, б).

Максимальное значение КПД трансформатора соответствует такой нагрузке, при которой электрические потери трансформатора равны магнитным потерям.

Коэффициент нагрузки, соответствующий максимальному значению КПД,

β' =                                           (1.14)

На оси абсцисс отмечают значение β', и проведя в этой точке ординату, определяют максимальные значения КПД. Максимальное значение КПД можно получить по (1.13), если подставить в это выражение β:

                                                                (1.15)

Рисунок 1.2 -  Характеристики х. х (а) и к. з. (б) трансформатора

Рисунок 1.3 - Внешние характеристики  (а) и графики зависимости КПД  трансформатора от нагрузки (б)

Таблица 1.1 – Результаты измерений и вычислений

Таблица 1.2 – Результаты измерений и вычислений

Таблица 1.3 – Результаты измерений и вычислений

Таблица 1.4 – Результаты измерений и вычислений

Контрольные вопросы

1. Объясните устройство и принцип действия трансформатора.
2. Что такое коэффициент трансформации и как его определить опытным путем?
3. Почему с увеличением первичного напряжения при опыте х. х. уменьшается коэффициент мощности трансформатора?
4. Почему мощность х. х. принимают за магнитные потери, а мощность к. з. - за электрические потери?
5. Почему при опыте к. з. ток в первичной обмотке достигает номинального значения при напряжении в несколько раз меньшем номинального?
6. Почему с ростом напряжения Uk график I1k = f (Uk) прямолинеен, а график Рк = f (Uk) - криволинеен?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Паспортные данные трансформаторов, измерительных приборов и регулятора напряжения.
3. Схемы включения однофазного трансформатора при опытах х.х. и к.з. (рисунок 1.1).
4. Ход работы.
5. Результаты  измерений и расчетов (таблицы 1.1…1.4).
6. Характеристики х.х. и к.з. (рисунок 1.2), внешние характеристики и графики зависимости КПД трансформатора от нагрузки (рисунок 1.3).
7. Ответы на контрольные вопросы.
8. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины – М.: Высшая школа, 2000, с. 43…50.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Тема: Определение групп соединения обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора.

Цель: Экспериментально подтвердить теоретические сведения о группах соединения трансформаторов и приобрести практические навыки по опытному определению групп соединения трехфазных трансформаторов.

Студент должен знать

• группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов;
• влияние схемы соединения  на отношение линейных напряжений;
• группы соединения трансформаторов - основные и производные;
• группы соединения, предусмотренные ГОСТ;

уметь:  

• определять группу соединения трансформатора методами фазометра и вольтметра, строить топографические диаграммы линейных напряжений для разных групп соединения и определять напряжение между точками диаграммы.

Теоретическое обоснование

При анализе результатов лабораторной работы необходимо иметь в виду следующее:

1. Группы соединения трансформаторов определяются не только схемой соединения обмоток ВН и НН, но и маркировкой их выводов (направлением намотки).
2. Исследованные в лабораторной работе четыре группы соединения являются основными и каждая из них, может быть преобразована в две производные группы соединения путем круговой перемаркировки выводов обмоток либо на стороне ВН, либо на стороне НН; следует указать, какие производные группы соединения могут быть получены из каждой основной.
3. Необходимо отметить, какие из групп соединения, рассмотренных в данной работе, предусмотрены ГОСТ.

В данной работе воспользуемся обоими методами - сначала методом фазометра, а затем методом вольтметра.

Определение группы соединения. При опытном определении группы соединения трансформаторов наибольшее применение получили два метода: метод фазометра, основанный на непосредственном измерении угла фазового сдвига между соответствующими линейными напряжениями обмоток ВН и НН; метод вольтметра, основанный на измерении напряжений между выводами обмоток ВН и НН и сравнением этих напряжений с напряжениями, полученными в результате расчетов.

Рисунок 2.1 - Схемы соединения обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора для опытного определения групп соединения

Ход работы

Собрав схему, показанную на рисунок 2.1 а, включают трансформатор в сеть и измеряют угол α фазового сдвига между линейными напряжениями Uав и uаb (метод фазометра). Затем соединяют проводом клеммы А и а (пунктирная линия на рисунке) и вольтметром измеряют напряжения UbB и UсС (метод вольтметра), которые должны быть одинаковыми и равными значению

UbB = UcC = Uab(kл - 1)                                            (2.1)

где

kл  = UAB/Uab                                                                              (2.2)

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 2.1.

Построение топографической диаграммы. Выбрав масштаб напряжения mu (В/мм), строят топографическую диаграмму линейных напряжений, соответствующих схеме рисунок 2.1, а, с учетом измеренного угла а фазового сдвига между векторами линейных напряжений UАВ и Uаb (рисунок 2.2, а). Измерив расстояния между точками диаграммы В - b и С - с, определяют напряжения

UbB = ·mu;    UсC = ·mu                                      (2.3)

где mu - масштаб напряжения, принятый при построении топографической диаграммы, В/мм.

Полученные по (2.3) напряжения должны быть одинаковыми и равными измеренным и вычисленным по (2.1) значениям напряжений, что будет свидетельствовать о правильно выполненных измерениях, вычислениях и построениях.

При опытном определении групп соединения, соответствующих схемам рисунок 2.1, б, в и г, следует придерживаться изложенного порядка для схемы по рисунку 2.1, а, но при вычислении напряжений UbB и UсС необходимо пользоваться формулами: рисунка 2.1, б

UbB = UсС = Uxy(kл + 1)            (2.4)

рисунок 2.1, в

UbB = UсС = Uab                                     (2.5)

рисунок 2.1, г

 UbB = UсС = Uxy                                    (2.6)

Рисунок 2.2 -  Топографические диаграммы линейных напряжений нулевой (а), шестой (б), одиннадцатой (в) и пятой (г) групп соединения

Таблица 2.1 – Результаты измерений

Контрольные вопросы

1. Чем определяется группа соединения трансформатора?
2. Какие группы соединения могут быть получены при одинаковой схеме соединения обмоток ВН и НН?
3. Какие группы соединения называют основными, а какие - производными?
4. Каким образом из основных групп соединения можно получить производные?
5. Перечислите группы соединения, предусмотренные ГОСТ, нарисуйте соответствующие им схемы соединения обмоток и топографические диаграммы.
6. В чем состоит метод фазометра при определении группы соединения трансформатора?
7. С какой целью при определении группы соединения по методу вольтметра соединяют выводы А - а (см. рисунок 2.1, а)?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Паспортные данные трансформатора, фазометра и вольтметра.
3. Схемы соединения обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора для опытного определения групп соединения (рисунок 2.1).
4. Ход работы.
5. Результаты измерений и расчетов (таблица 2.1).
6. Топографические диаграммы линейных напряжений.
7. Контрольные вопросы.
8. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины – М.: Высшая школа, 2000, с.61…65.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: Исследование параллельной работы трехфазных двухобмоточных силовых трансформаторов.

Цель: Изучить условия включения трансформаторов на параллельную работу и принцип распределения нагрузки между параллельно работающими трансформаторами; приобрести практические навыки по включению трехфазных трансформаторов на параллельную работу.

Студент должен знать: 

• назначение параллельной работы трансформаторов, условия и порядок включения трансформаторов на параллельную работу, конструкцию трансформаторов;

уметь:

• распределять нагрузку между параллельно работающими трансформаторами.

Теоретическое обоснование

Проверка условий включения трансформаторов на параллельную работу. Для лучшего использования трансформаторов при их параллельной работе необходимо, чтобы нагрузка между ними распределялась пропорционально их номинальным мощностям. Поэтому включение трансформаторов на параллельную работу допускается лишь при соблюдении следующих условий:

1. трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации, т. е. при одинаковых первичных напряжениях вторичные напряжения трансформаторов должны быть равны;
2. трансформаторы должны принадлежать к одной группе соединения;
3. трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения к. з.;
4. схема соединений при включении трансформаторов должна обеспечивать одинаковый порядок следования фаз как на стороне ВН, так и на стороне НН.

Помимо этого рекомендуется, чтобы отношение номинальных мощностей трансформаторов, включенных для параллельной работы, было не более чем 3:1.

Нарушение первого и второго условий вызывает появление больших уравнительных токов между обмотками трансформаторов, что ведет к чрезмерному перегреву трансформаторов, т. е. делает их совместную работу невозможной. Что же касается третьего условия, то неравенство напряжений к. з. трансформаторов более чем на 10% от их среднего значения ведет к тому, что распределение нагрузки между трансформаторами становится в значительной степени непропорциональной их номинальным мощностям.

Равенство коэффициентов трансформации и напряжений к.з. обеспечивается подбором трансформаторов по их паспортным данным.

Коэффициенты трансформации k1 и k11 не должны различаться более чем на ± 0,5% от их среднего значения:

                                              (3.1)

где  - среднее геометрическое значение коэффициентов трансформации.

Напряжения к. з. uk1 и uk2 не должны различаться более чем на ± 10% от их среднего значения:

        (3.2)

где uk = (uk1 + uk11)/2 - среднее арифметическое значение напряжений к.з.

При анализе результатов лабораторной работы основное внимание уделяют вопросу распределения нагрузки между параллельно работающими трансформаторами.

Ход работы

1) Прежде чем подключить трансформаторы на параллельную работу, т. е. включить рубильник 3, при замкнутом рубильнике 1 (рисунок 3.1) необходимо провести фазировку трансформаторов, т. е. проверку соответствия фаз вторичных ЭДС трансформаторов Тр1 и Тр2. Для этого соединяют проводом одну пару противолежащих клемм рубильника и вольтметром V0 измеряют напряжение между двумя несоединенными парами противолежащих клемм рубильника 3. Если вторичные напряжения трансформаторов равны, их группы соединения одинаковы и порядок следования фаз у них один и тот же, то показания вольтметра V0 равны нулю. В этом случае рубильник 3 можно замкнуть, т. е. включить трансформаторы на параллельную работу. Если же вольтметр V0 показывает некоторое напряжение, то необходимо выяснить, какое из условий параллельной работы нарушено (обычно это нарушение одинакового порядка следования фаз), устранить его и вновь провести фазировку трансформаторов.

2) Снятие данных и построение внешних характеристик при uk11= uk1. После включения трансформаторов на параллельную работу подключают нагрузку Rн включают рубильник 4. Нагрузку постепенно увеличивают, пока нагрузочный ток каждого трансформатора не достигнет значения I11 = 1,2I2ном. При этом приблизительно через одинаковые интервалы тока нагрузки снимают показания приборов и заносят их в таблицу 3.1. Следует снять не менее пяти замеров и одно из них должно соответствовать номинальной нагрузке трансформаторов.

По полученным данным строят внешние характеристики на общей координатной сетке.

3) Снятие данных и построение внешних характеристик при uk1≠ uk11.

После включения трансформаторов на параллельную работу следует разомкнуть рубильник 2, шунтирующий трехфазный дроссель Др. При этом последовательно вторичным обмоткам трансформатора Тр2 оказывается подключенным дроссель, что приводит к увеличению напряжения к. з. uк11 этого трансформатора. В результате нарушается равенство напряжений к.з. параллельно работающих трансформаторов. Затем нагружают трансформаторы (замыкают рубильник 4) и увеличивают нагрузку до тех пор, пока ток нагрузки более нагружаемого трансформатора не достигнет значения I2 = 1,2I2ном.

Приблизительно через одинаковые интервалы тока нагрузки этого трансформатора снимают не менее пяти показаний приборов и заносят их в таблицу 3.1. При этом одно из показаний должно соответствовать номинальному значению пока нагрузки наиболее нагружаемого трансформатора. По полученным данным строят внешние характеристики трансформаторов.

Сравнивая данные таблицы 2.1 при uk1 = uk11, и uк1 < uк11, а также внешние характеристики трансформаторов для этих случаев параллельной работы, следует сделать вывод о влиянии неравенства напряжений к. з. на распределение нагрузки между трансформаторами. Известно, что длительная перегрузка трансформаторов недопустима. Поэтому по результатам лабораторной работы необходимо определить, насколько один из трансформаторов окажется недогруженным при номинальной нагрузке другого трансформатора (при неравенстве напряжений к.з.).

Если менее нагружаемым является трансформатор Тр2, то при номинальной нагрузке трансформатора Тр1 его недогрузка (%)

                     (3.3)

где I211ном - номинальный ток нагрузки Тр2, А;

     I211 - ток нагрузки Тр2 при номинальной нагрузке Тр1, А.

Рисунок 3.1 – Схема включения трехфазных двухобмоточных трансформаторов на параллельную работу

Таблица  2.1 – Результаты измерений  

Контрольные вопросы

1. С какой целью применяют параллельную работу трансформаторов?
2. Каковы условия включения трансформаторов на  параллельную работу?
3. Почему не допускается включение на параллельную работу трансформаторов с разными группами соединения, даже при одинаковых вторичных напряжениях?
4. Каковы допуски на различие коэффициентов трансформации и напряжений к.з. для трансформаторов, включаемых на параллельную работу?        
5. Что такое фазировка трансформаторов, для чего и как она выполняется?        
6. От чего зависит распределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Рисунок 3.1 - Схема включения трехфазных двухобмоточных трансформаторов на параллельную работу.
3. Ход работы.
4. Результаты измерений и расчетов, таблица 3.1.
5. Внешние характеристики трансформаторов U2 = f(I21); U2 = f(I211);  U2 = f(I2) при одинаковых напряжениях к.з.
6. Ответы на контрольные вопросы.
7. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины – М.: Высшая школа, 2000, с. 66…70.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Тема: Исследование  однофазного автотрансформатора при различных коэффициентах трансформации

Цель: Экспериментально подтвердить особые свойства автотрансформатора сравнением его параметров с параметрами трансформатора, полученными при исследовании совмещенной модели.

Студент должен знать:

• устройство автотрансформаторов, особенности рабочего процесса, достоинства и недостатки по сравнению с обычными двухобмоточными трансформаторами;
• область  применения автотрансформаторов;  

уметь: 

• собирать схемы понижающего трансформатора, понижающего автотрансформатора, повышающего автотрансформатора и выполнять к ним опыты х. х. и номинальной нагрузки.

Теоретическое обоснование

Совмещенная модель трансформатора и автотрансформатора представляет собой однофазный трехобмоточный трансформатор, состоящий из магнитопровода (стержневого или броневого) и трех одинаковых электрически не связанных между собой обмоток. Различные комбинации соединения этих обмоток дают возможность исследовать все предлагаемые в данной работе варианты. Опытное исследование всех этих вариантов на одной модели позволяет сравнить результаты экспериментов и дать сравнительную оценку свойствам трансформатора и автотрансформатора (повышающего и понижающего). Обычно мощность исследуемой совмещенной модели невелика (300…500 ВА) и поэтому проста в изготовлении. Небольшая мощность модели способствует упрощению электрических схем исследования (включение ваттметров без трансформаторов тока и напряжения).

Задавшись размерами  магнитопровода, определим число витков одной обмотки совмещенной модели

w = 0,95U/(4.44fBcSckc)              (4.1)

где U - напряжение на выводах обмотки, В;

      f - частота тока, Гц;

     Вc - магнитная индукция в стержне магнитопровода, Тл;

     Sc - площадь поперечного сечения стержня, м2;

     kc - коэффициент заполнения магнитопровода сталью (при толщине листов 0,35 мм и с = 0,90).

В стержне магнитопровода броневого типа из тонколистовой горячекатаной электротехнической стали марок 1211 или 1511 при частоте тока f  = 50 Гц магнитная индукция Вс = 1,20…1,35 Тл, а в магнитопроводе из холоднокатаной стали марок 3411, 3412 или 3413 индукция Вс = 1,50…1,65 Тл. При анализе результатов лабораторной работы сравнивают параметры совмещенной модели в различных режимах ее работы. При этом дают объяснение различию одного и того же параметра при работе модели в различных режимах. Рассмотрим сравнение некоторых параметров.

1) Номинальное изменение напряжения при нагрузке ∆Uном у автотрансформатора меньше, чем у трансформатора. Это объясняется тем, что падение напряжения во вторичной цепи автотрансформатора меньше, чем у трансформатора, так как в автотрансформаторе оно вызывается током

I12 = I2 – I1

а в трансформаторе током I2 (сравните величины этих токов по результатам измерений).

2) Сравнивая электрические потери на нагрев обмоток Рэ, следует иметь в виду, что эти потери в автотрансформаторе меньше, чем у трансформатора, так как у автотрансформатора всего лишь одна обмотка, да к тому же на общем участке ее витков, принадлежащих первичной и вторичной цепям, ток I12 намного меньше вторичного тока трансформатора. Этим же, в частности, объясняется и более высокий КПД автотрансформаторов.

3) Ток х. х. повышающего автотрансформатора несколько больше, чем у  понижающего. Объясняется это тем, что в понижающем авто трансформаторе первичная МДС создается двумя последовательно соединенными обмотками, а в повышающем - лишь одной.

Рисунок 4.1 - Схемы соединений для исследования автотрансформатора:

а - понижающий трансформатор; б - понижающий автотрансформатор; в - повышающий  автотрансформатор

Ход работы

Исследование понижающего трансформатора. После сборки схемы по рисунку 4.1, а провести опыт х. х. трансформатора.

Для этого при разомкнутом рубильнике 2 включить рубильник 1 и регулятором РНО установить номинальное первичное напряжение. Снять показания приборов и занести их в таблицу 4.1.

Затем провести опыт номинальной нагрузки трансформатора. Для этого замкнуть рубильник 2 и при номинальном первичном напряжении нагрузочным реостатом Rн установить номинальный ток нагрузки во вторичной обмотке трансформатора I2ном. При этом снять показания приборов и занести их в таблицу 3.1.

Исследование понижающего автотрансформатора. Понижающий автотрансформатор по схеме, показанной на рисунке 4.1, б, имеет такой же коэффициент трансформации, что и понижающий трансформатор (рисунок 4.1, а). После сборки схемы понижающего автотрансформатора и проверки ее преподавателем провести опыт х. х. (при разомкнутом рубильнике 2) и опыт номинальной нагрузки (при замкнутом рубильнике 2). Порядок проведения опытов такой же, как и для понижающего трансформатора.

Исследование повышающего автотрансформатора. Собрав схему по рисунку 4.2, в, после проверки ее преподавателем проводят сначала опыт х. х., а затем опыт номинальной нагрузки, где за номинальный ток нагрузки I2ном принимают такое его значение, при котором ток в первичной обмотке равен допускаемому значению I1доп.

После заполнения таблицу 4.1 результатами измерений выполняют расчеты: номинальное изменение вторичного напряжения при нагрузке (%)

                                          (4.2)

сумма потерь в трансформаторе (Вт)

∑ P  =  P1 – P2                                                                             (4.3)

электрические потери (Вт)

Рэ = ∑P – Р0                                                                              (4.4)

КПД (%)

η = (Р2/Р1)100                                                 (4.5) 

Таблица 4.1 – Снятые характеристики

Контрольные вопросы

1. В чем состоит конструктивное различие между трансформатором и автотрансформатором?
2. Объясните принцип передачи мощности из первичной цепи во
   вторичную у трансформатора и у автотрансформатора.        
3. Каковы достоинства автотрансформатора перед трансформатором?
4. При каких значениях коэффициента трансформации применение автотрансформатора наиболее выгодно?
5. Каковы недостатки автотрансформатора, ограничивающие его применение?
6. Почему токи х. х. у понижающего и повышающего автотрансформаторов неодинаковы?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Рисунок 4.1 - Схемы соединений для  исследования  автотрансформатора.
3. Ход работы.
4. Ответы на контрольные вопросы.
5. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины – М.: Высшая школа, 2000, с. 72…75.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Тема: Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.  

Цель: Изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; освоить приемы опытной проверки обозначений выводов обмотки статора и экспериментального исследования асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки.

Студент должен знать: 

• принцип действия и устройство трехфазного асинхронного двигателя;
• понятие о скольжении;
• электромагнитный момент асинхронного двигателя;
• зависимость момента от скольжения; перегрузочная способность асинхронного двигателя;
• рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

уметь: 

• экспериментально проверять обозначение выводов обмотки статора;
• собирать схему, производить пробный пуск двигателя и реверсирование двигателя.

Теоретическое обоснование

При анализе результатов лабораторной работы в первую очередь следует сделать заключении о соответствии данных номинального режима, полученных экспериментально, паспортным данным электродвигателя. Затем, анализируя рабочие характеристики, нужно объяснить двигателя вид полученных графиков.

Например, график тока I1 = f(P2) не выходит из начала координат, так как в режиме х. х. (Р2 = 0) двигатель потребляет из сети ток х. х. I10, обусловленный потерями х. х.

Характеристика частоты вращения n2 = f(Р2) имеет падающий вид, т. е. с ростом нагрузки частота вращения ротора уменьшается. Это объясняется ростом скольжения s. При этом чем больше активное сопротивление обмотки ротора r'2, тем больше наклон этой характеристики к оси абсцисс, так как увеличение r'2 вызывает рост электрических потерь в цепи ротора , а следовательно, рост скольжения, величина которого пропорционально электрическим потерям в роторе s = Рэ2/Рэм.

Небольшое значение коэффициента мощности соsφ2 в зоне малых нагрузок двигателя объясняется тем, что в режиме х. х. и при небольшой нагрузке двигателя ток статора меньше номинального и в значительной части является намагничивающим током, имеющим фазовый сдвиг относительно напряжения сети близкий к 90°.

Значительная величина намагничивающего тока в асинхронных двигателях обусловлена наличием воздушного зазора между статором и ротором. С ростом нагрузки двигателя ток I1, потребляемый двигателем из сети, увеличивается в основном за счет активной составляющей, что и способствует росту коэффициента мощности соsφ2.

Ход работы

1. Проверка обозначения выводов обмотки статора.

 Для правильного соединения обмотки статора в звезду или в треугольник необходимо точно знать маркировку выводов обмотки статора. Это делают следующим образом. Сначала определяют пары выводов каждой фазной обмотки статора. Это можно сделать с помощью «сигнальной» лампы, включенной, как это показано на рисунке 5.2, а. Прикоснувшись концом одного из проводов этой лампы какого-либо вывода обмотки статора, концом другого провода, подключенного к сети, касаются поочередно других выводов обмотки. При прикосновении к одному из выводов лампа загорается. Это свидетельствует о том, что пара выводов, которых караются в данный момент концы проводов, принадлежат одной фазной обмотке. Эту пару выводов отмечают и переходят к отысканию выводов второй, а затем и третьей фазных обмоток.

Затем определяют начала и концы каждой фазной обмотки. Для этого, обозначив произвольно начала и концы всех трехфазных обмоток соединяют последовательно какие-либо две из них (например, фазные обмотки А и В), как это показано на схеме рисунок 5.2, б, и подключают их к источнику переменного тока. Последовательно в цепь включают резистор r такого сопротивления, чтобы ток в цепи этих обмоток превысил номинального значения. К оставшейся третьей фазной обмотке подключают вольтметр (можно воспользоваться «сигнальной лампой). Если предварительная маркировка выводов обмоток А и В была правильной, то вольтметр, подключенный к выводам фазы С, не покажет напряжения (лампа не загорится). Объясняется это тем что ось результирующего потока фазных обмоток А и В Ф = ФА + ФВ направлена под углом 90° к оси фазной обмотки С и поэтому не наводит в ней ЭДС. Если же предварительная маркировка выводов одной из обмоток, например обмотки В, оказалась неправильной и схема имела вид, представленный на рисунке 5.2, в, то ось результирующего потока обмоток А и В совпадает с осью фазной обмотки С и наводит в той обмотке некоторую ЭДС, при этом вольтметр на выводах обмотки С покажет напряжение (лампа загорится).

2) Схема включения и пробный пуск двигателя. Схема включения двигателя (см. рисунок 5.1) содержит двухэлементный ваттметр, предназначенный для измерения активной мощности, потребляемой двигателем из сети. Токовые катушки этого ваттметра включены в сеть через измерительные трансформаторы тока. После проверки схемы преподавателем осуществляют пробный пуск двигателя замыканием рубильника. Предварительно следует замкнуть ключ 2, шунтирующий амперметр А, с целью предохранения его от чрезмерно большого пускового тока двигателя. Затем двигатель отключают от сети и меняют местами любую пару проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. В этом случае вращающееся поле статора при включении обмотки статора в сеть будет вращаться в направлении, противоположном тому, какое было до переключения проводов. Другими словами, произойдет реверс двигателя, т. е. его ротор будет вращаться в другую сторону.

3) Снятие данных и построение рабочих характеристик. Замкнув рубильник 1 (при замкнутом ключе 2), включают двигатель в сеть (см. рисунок 5.1). Затем, разомкнув ключ 2, с помощью электромагнитного тормоза (ЭМТ) либо другого нагрузочного устройства создают на валу двигателя нагрузочный момент М и увеличивают его до тех пор, пока ток в цепи статора не достигнет значения           I1 = 1,2I1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока I1 снимают показания приборов и заносят их в таблицу 5.1. Первый отсчет по приборам делают в режиме х. х. (М2 = 0). Всего необходимо снять не менее пяти показаний, из них одно должно соответствовать номинальному режиму (I1 = I1ном).

Рисунок 5.1 - Схема включения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором для исследования методом непосредственной нагрузки

Рисунок 5.2 - Схемы для определения выводов «начало» и «конец»

фазных обмоток  статора асинхронного двигателя

Затем выполняют расчеты: подводимого к двигателю мощность (Вт)

P1 = P'1kтCw;                                                         (5.1)

полезная мощность двигателя – мощность на валу (Вт)

P2 = 0,105М2n2,                                                   (4.2)

 если Ма измеряется в кГ·М, то

Р2 = 1,03M2 n2 ;                                                      (5.3)

КПД двигателя

                                                        (5.4)

коэффициент мощности

                                                      (5.5)

Скольжение

                                                    (5.6)

где kт - коэффициент трансформатора тока;

      M2 - нагрузочный момент, Нм;

      n2 - частота вращения ротора, об/мин;

      Сw - цена деления ваттметра, Вт/дел.

По данным таблицы 5.1 строят рабочие характеристики двигателя (на одной координатной сетке); I1; n2; М2; η; s; cosφ = f(P2), примерный вид которых показан на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Таблица 5.1 – Результаты измерений и расчетов

Контрольные вопросы

1. На чем основан принцип действия асинхронного двигателя?
2. Что такое скольжение, и каким, оно обычно бывает у асинхронных двигателей общего применения?
3. С какой целью у асинхронного двигателя обычно делают все шесть выводов обмотки статора?
4. Как определить начало и конец фазной обмотки статора?
5. Что такое реверс и как его осуществить в трехфазном асинхронном двигателе?
6. В чем сущность метода непосредственной нагрузки при исследовании асинхронного двигателя
7. Какие характеристики асинхронного двигателя называют рабочими?
8. Почему относительная величина тока х. х. у асинхронного двигателя больше, чем у трансформатора такой же мощности?
9. Как изменится вращающий момент асинхронного двигателя, если напряжение на его выводах обмотки статора уменьшить в раз?
10. Что такое перегрузочная способность, асинхронного двигателя и какова, ее зависимость от напряжения питания двигателя?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Схема опыта (рисунок 5.1).
3. Ход работы.
4. Паспортные данные асинхронного двигателя, измерительных приборов и регулировочных устройств.
5. Результаты измерений и расчетов (таблица 5.1).
6. Рабочие характеристики двигателя.
7. Ответы на контрольные вопросы.
8. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины. – М.: Высшая школа, 2000, с. 100…101; 137…145; 162…175.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Тема: Опытное изучение способов пуска трехфазного асинхронного двигателя

Цель: Получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о пусковых свойствах трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а также приобрести практические навыки в сборке схем и пуске этих двигателей.

Студент должен знать: 

• пусковые свойства трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутым ротором,
• способы пуска при пониженном напряжении;
• влияние напряжения питания на величины пускового тока и пускового момента.

уметь:

• сравнивать различные методы пуска асинхронных двигателей короткозамкнутым ротором.

Теоретическое обоснование

Анализируя результаты лабораторной работы, необходимо дать сравнительную оценку пусковым свойствам асинхронного двигателя при различных методах пуска, рассмотренных в данной лабораторной работе. При этом следует иметь в виду основные пусковые параметры двигателя - начальные пусковой ток и пусковой момент, полученные в результате экспериментов. При сравнении удобно воспользоваться отношениями I'п.ср/Iп.ср, М'п/Мп, где Iп.ср и Мп - начальные значения пускового тока и пускового момента при пуске двигателя непосредственным включением в сеть. Вполне очевидно, что для метода пуска непосредственным включением двигателя в сеть эти отношения равны единице, а для специальных методов пуска они меньше единицы. При выводах о достоинствах и недостатках методов пуска необходимо учитывать еще и такие показатели, как сложность пусковой операции и ее экономичность, имея в виду стоимость дополнительных устройств.

Для получения объективных результатов лабораторной работы, необходим эксперименты выполнять на одном том же двигателе с включением в цепь обмотки статора одного и того же амперметра. Применение разных двигателей и амперметров, даже одного и того же типа, внести погрешность в эксперимент, результаты которого будут фиксировать не только особенности метода пуска двигателя, но и специфические свойства различных экземпляров двигателей и измерительных механизмов  амперметр. Применяемый в лабораторной   работе двигатель должен нормально работать при соединении обмотки статора в треугольник.

Ход работы

Пуск двигателя непосредственным включением в сеть. Этот метод пуска отличается простотой, однако в момент подключения двигателя к сети в цепи статора значительный пусковой ток, в пять-семь раз превышающий номинальный ток двигателя.

После сборки схемы по рисунку 6.1 и проверки ее преподавателем следует поставить переключатель 2 в положение «треугольник» и включить рубильник Р1. В момент включения стрелка амперметра отклонится, показывая начальную величину пускового тока Iп; это показание заносится в таблицу 6.1. Пуск двигателя повторяют три раза, а затем определяют среднее значение начального пускового тока (А)

                                                    (6.1)

Перед каждым пуском двигателя необходимо убедиться в полной остановке ротора.

 Далее следует определить кратность пускового тока Iп.ср/I1ном, где I1ном - номинальный ток двигателя, А.

Пуск двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник. Схема соединений остается прежней (рисунок 6.1). Пуск производят в следующем порядке. Поставив переключатель 2 в нейтральное положение, замыкают рубильник Р1; затем переключатель переводят в положение «звезда» и фиксируют величины начального пускового тока I'п и пускового напряжения U'п. После разгона ротора переключатель быстро переводят в положение «треугольник». При этом обращают внимание на то, что «бросок» тока при переключении обмотки статора со звезды на треугольник намного меньше начального пускового тока. Пуск включением обмотки на звезду следует повторить три раза и определить среднее значение начального пускового тока (6.1) и его кратность Iп.ср/I1ном. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 6.2.

Реакторный пуск двигателя. При реакторном пуске двигателя напряжение понижается за счет падения напряжения на индуктивном сопротивлении реакторов хР. При этом напряжение на выводах обмотки статора (В)

U'п = U1- jIпxр                                                 (6.2)

Пуск двигателя выполняется следующим образом: при разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник Р1 и на двигатель подается пониженное напряжение U'п (6.2), при этом фиксируют показания амперметра и вольтметра; после разгона ротора включают рубильник 2 и двигатель оказывается под полным напряжением сети. Пуск при разомкнутом рубильнике 2 повторяют три раза, каждый раз при неподвижном роторе. Значения начального пускового тока I'п и пускового (пониженного) напряжения на фазной обмотке статора U'п заносят в таблицу 6.2, а затем определяют среднее значение пускового тока Iп.ср (6.1) и его кратность I'п.ср/ I1ном.

Зависимость пускового момента от напряжения. Собирают схему по рисунку 6.3 и после проверки ее преподавателем устанавливают на выходе РНТ минимальное напряжение, вставляют в специальное отверстие диска электромагнитного тормоза (моментомера) ЭМТ шпильку, зацепляющую диск с полюсом электромагнита. После этого включают рубильник Р1 и плавно повышают напряжение на обмотке статора U1к до значения, при котором ток в обмотке статора достигнет значения I1к = (2,5 ÷ 3,0) I1ном.

При этом через приблизительно одинаковые интервалы пускового момента Мп. снимают не менее пяти показаний вольтметра и моментомера ЭМТ и заносят их в таблицу 6.3.

Измерения при токе I1k > I1ном следует проводить по возможности быстрее, не допуская чрезмерного перегрева двигателя. По полученным данным на координатную сетку наносят точки и по лекалу через эти точки проводят плавную кривую, продолжив ее за пределы экспериментально полученных точек, т. е. экстраполируют график на участке АВ (рисунку 6.4) до номинального (фазного) напряжения U1ном.

Из теории известно, что пусковой момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату фазного напряжения: Мп ≡ U21. Используя это положение, вычисляют величину пускового момента Мп.ном, соответствующую номинальному напряжению на обмотке статора:

Мп.ном = МпА(U1ном/U1А) 2                                    (6.3)  

где U1А - напряжение, соответствующее пусковому моменту МпА, т. е. наибольшему значению момента, полученному экспериментально.

Рассчитанное по (6.3) значение момента должно быть равно или мало отличаться от значения момента МпВ т.е. момента, полученного экстраполяцией графика Мп = f(U1), что будет свидетельствовать о правильно выполненной экстраполяции.

Этот график используют для определения пусковых моментов при различных методах пуска двигателя: при пуске двигателя непосредственным включением в сеть - момент Мп, соответствующий номинальному фазному напряжению на обмотке статора U1ном; при методах пуска двигателя при пониженном напряжении сети U'п (переключением обмотки статора со звезды на треугольник и с включением реакторов в цепь статора) - момент М'п.

Затем для каждого метода пуска определяют кратность пускового момента Мп/ М2ном, где

                                             (6.4)

М2 ном - номинальное значение момента на валу двигателя, Н∙м;

Р2 ном - номинальная мощность двигателя, Вт;

n2ном - номинальная частота вращения, об/мин.

Полученные значения величин пускового момента и его кратности для метода пуска двигателя непосредственным включением в сеть заносят в таблицу 6.1, а для методов пуска при пониженном напряжении в таблицу 6.2.

Таблица 6.1 - Результаты измерений и вычислений

Таблица 6.2 - Результаты измерений и вычислений

Таблица 6.3 – Результаты вычислений

Контрольные вопросы

1. Какие показатели определяют пусковые свойства асинхронных двигателей?
2. Каковы достоинства и недостатки метода пуска асинхронных двигателей непосредственным включением в сеть?
3. На чем основаны методы уменьшения пускового тока асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором? Перечислите эти методы.
4. Каков общий недостаток методов пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении?
5. На сколько уменьшается пусковой ток асинхронного двигателя при его пуске методом переключения обмотки статора со звезды на треугольник? Как при этом изменяется пусковой момент?
6. Какова зависимость пускового момента асинхронного двигателя от напряжения, подводимого к обмотке статора?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Схемы включения асинхронного двигателя (Рисунки 6.1, 6.2, 6.3).
3. Ход работы.
4. Паспортные данные двигателя и измерительных приборов.
5. Результаты измерений и расчетов (Таблицы 6.1, 6.2 ,и 6.3).
6. График зависимости пускового момента асинхронного двигателя от напряжения сети (рисунок 6.4).
7. Ответы на контрольные вопросы.
8. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины – М.: Высшая школа, 2002, с. 193…199.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Тема: Исследование трехфазного асинхронного двигателя в однофазном и конденсаторном режимах.

Цель: Приобрести практические навыки в сборке схем включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть; получить экспериментальное подтверждение сведений о свойствах трехфазного асинхронного двигателя, работающего в однофазном и конденсаторном режимах.

Студент должен знать:

• свойства трехфазного асинхронного двигателя в однофазном и конденсаторном режимах;

уметь:

• производить сборку схем включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть

Теоретическое обоснование

Для исследования асинхронного двигателя во всех трех режимах используют трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором общепромышленного назначения мощностью не более 600 Вт. Это целесообразно, во-первых, потому, что на практике обычно возникает потребность применения трехфазного двигателя в однофазном или конденсаторном режимах именно такой мощности, во-вторых, при небольшой мощности двигателя емкость рабочего конденсатора невелика и обычно составляет 5…20 мкф (в зависимости от мощности двигателя и напряжения питания) и, наконец, в-третьих, при такой мощности двигателя схема соединений не усложняется измерительными трансформаторами тока.

Если в трехфазном режиме работы обмотки статора двигателя должны соединяться в треугольник, то следует воспользоваться схемой, представленной на рисунке 7.1, а. Здесь для измерения активной мощности Р1 потребляемой двигателем, служат два ваттметра W1 и W2. В трехфазном режиме мощность P1 равна сумме показаний ваттметров (P1=Р'1+Р''1). В однофазном и конденсаторном режимах ваттметр W2 оказывается отключенным и мощность Р1 определяется показанием ваттметра W1, т. е. P1 = Р'1. В рассматриваемой схеме применены два амперметра: А1 для измерения линейного тока I1 и A2 для измерения тока в фазной обмотке двигателя Iф1.

Если же в трехфазном режиме двигателя обмотки статора должны соединяться звездой, то применяется схема соединений обмотки статора, представленная на рисунке 7.1, б, в которой использован такой же комплект измерительных приборов, как и в схеме, показанной на рисунке 7.1, но с одним амперметром.

Ход работы

Исследование двигателя в трехфазном режиме. Собирают схему соединений по рисунку 7.1 и после проверки ее преподавателем ставят переключатель П в положение 1, при котором двигатель становится трехфазным, и замыкают рубильник, подключающий двигатель к сети. После этого постепенно нагружая двигатель электромагнитным тормозом (ЭМТ), доводят нагрузочный момент до значения, при котором ток в фазной обмотке двигателя достигнет значения Iф1 = l,2 I1ном, где 2 I1ном - номинальное значение фазного тока двигателя. При этом через примерно одинаковые интервалы тока нагрузки Iф1, например Iф1 = Iф10, Iф1 = 0,5 I1ном; Iф1 = 0,75 I1ном; Iф1 = I1ном; Iф1= 1,2 I1ном, снимают показания приборов и заносят их в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 – Результаты измерений и вычислений

Затем выполняют расчеты: коэффициент мощности

                                                 (7.1)

полезная мощность двигателя (Вт)

Р2 = 0,105М2 n2                                            (7.2)

КПД двигателя  (%)

                                               (7.3)

Здесь М2 - нагрузочный момент, Нм.

Однофазный и конденсаторный режимы двигателя. Для исследования двигателя в однофазном режиме необходимо поставить переключатель П в положение 2, включить двигатель в сеть и по окончании процесса пуска перевести переключатель П в нейтральное положение. При этом двигатель будет работать как однофазный.

Для получения данных, необходимых для построения рабочих характеристик, двигатель нагружают посредством ЭМТ до тока нагрузки в фазной обмотке Iф1= 1,2 I1ном. При этом через определенные интервалы тока Iф1 снимают показания приборов, делают необходимые вычисления и полученные значения величин заносят в таблицу 7.1. При этом коэффициент мощности двигателя

                                                    (7.4)

где P1 - мощность, потребляемая двигателем в однофазном режиме, Вт, определяется по показанию ваттметра W1, т. е. P1 = Р'1; I1 - ток  в линейном проводе, А.

Полезную мощность двигателя определяют по (7.2), а КПД по (7.3).

Для исследования двигателя в конденсаторном режиме необходимо переключатель П поставить в положение 2 и после пуска двигателя оставить его в том же положении. Порядок проведения опыта такой же, что и в однофазном режиме.

Построение рабочих характеристик. Рабочие характеристики двигателя для всех трех режимов работы строят по данным таблицы 7.1. При этом графики, предназначенные для сравнения между собой величин Р2, cosφ, n2 и η, строят в функции фазного тока Iф1. Для удобства графики одноименных (сравниваемых) величин всех трех режимов работы асинхронного двигателя строят в одних осях координат. На каждом их графиков проводят ординату при Iф1= I1ном отмечают на характеристиках номинальные значения величин.

Анализируя результаты лабораторной работы, в первую очередь сравнивают номинальные значения полезной мощности, коэффициента мощности и КПД двигателя в трехфазном режиме с его паспортными данными и делают заключение о соответствии результатов исследования паспортным данным двигателя.

Потом сравнивают одноименные рабочие характеристики двигателя во всех трех режимах работы и дают объяснение причинам, вызвавшим расхождение этих характеристик; определяют относительную величину того или иного параметра двигателя в однофазном и конденсаторном режимах по сравнению с соответствующим параметром в трехфазном режиме работы двигателя. Например, определяют в процентах величины активной мощности в однофазном и конденсаторном режимах двигателя по сравнению с номинальной мощностью двигателя Рном в трехфазном режиме,

;                                 (7.5)

Затем объясняют причины расхождения одноименных параметров двигателя в однофазном и конденсаторном режиме.

Рисунок 7.1 – Схемы включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы однофазной асинхронного двигателя.
2. Почему в однофазном двигателе пусковой момент равен нулю?
3. Каковы условия возникновения вращающегося магнитного поля статора в двигателе с двухфазной обмоткой на статоре?
4. В каких случаях вращающееся поле статора является круговым, а в каких - эллиптическим?
5. Когда в качестве фазосдвигающего элемента используют активное сопротивление,  а когда - емкость?
6. В чем конструктивная разница между однофазным и конденсаторным двигателями?
7. С какой целью в цепь конденсаторного двигателя включают пусковую емкость и как ее включают?
8. В каком из режимов, однофазном или конденсаторном, лучше рабочие свойства асинхронного двигателя?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Схема опыта (рисунок 7.2).
3. Ход работы.
4. Паспортные данные трехфазного двигателя.
5. Таблица результатов измерения и вычисления (таблица 7.1).
6. Ответы на контрольные вопросы.
7. Вывод о проделанной работе.

Литература

1) Кацман М. М. Электрические машины. - М.: Высшая школа, 2002, с. 208…217

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Тема: Исследование трехфазного синхронного генератора.

Цель: Изучить устройство синхронного генератора и приобрести практические навыки в сборке схем и снятии характеристик; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах синхронного генератора.

Студент должен знать:

• типы синхронных генераторов, их устройство и способы возбуждения реакции якоря синхронного генератора при активной, индуктивной емкостной и смешанной нагрузках;
• характеристики холостого хода, короткого замыкания внешние и регулировочные;
• номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки и номинальное изменение тока возбуждения;
• отношение короткой замыкания синхронного генератора;
• потери и КПД синхронной машины;

 уметь:

• собирать схему, производить пробный пуск генератора и проверять возможность регулирования параметров генератора.

Теоретическое обоснование

Внешняя характеристика - это зависимость напряжения на выходе генератора U1 от тока нагрузки I1, при неизменных частоте вращения (n2 = n1), токе возбуждения Iв = соnst и коэффициенте мощности соs φ1= соnst.

Характеристика холостого хода – эта характеристика представляет собой зависимость ЭДС генератора в режиме х. х. Ей от тока возбуждения Iв при номинальной частоте вращения n2 = n1. Характеристику х. х. принято строить в относительных величинах ЭДС Е0* и тока возбуждения Iв* : Е0 = f(Iв*), где

Е0* = Е0: U1ном и Iв* = Iв/Iв.оном. За базовые величины при определении относительных значений ЭДС и тока возбуждения принимают соответственно номинальное значение напряжения на выходе генератора U1ном и ток возбуждения Iв0ном соответствующий ЭДС х. х., равной номинальному напряжению генератора U1ном. 

Регулировочная характеристика - это зависимость тока возбуждения генератора Iв от тока нагрузки I1 при неизменных частоте вращении n2 = n1 и напряжении U1 = U1ном.

Характеристика короткого замыкания - это зависимость тока статора при опыте к. з. I1k от тока возбуждения Iв при неизменной частоте вращения n2 = n1. Характеристику к. з. принято строить в относительных единицах: I*1k = f(I*в), где I*1k  = I1k/ I1ном, I*в = Iв/ Iв.0.ном.

Анализируя результаты лабораторной работы, дают заключение о соответствии характеристик генератора, полученных опытным путем, типовым характеристикам, веденным в учебнике. При этом объясняют физические процессы, уловившие форму того или иного графика. Например, объясняют, почему характеристика х.х. имеет криволинейный вид, а ее ветви при намагничивании и размагничивании не совпадают. При сравнении опытной характеристики х. х. с нормальной следует дать количественную оценку.

Расхождению этих характеристик, рассчитав наибольшую величину этого расхождения (%):

Е0.наиб = (Е*0.оп - Е*0.нор)                                        (8.1)

где Е*0оп и Е*0.нор - относительные значения напряжений х. х., взятых по опытной и нормальной характеристикам х. х. соответственно при токе возбуждения Iв, соответствующем наибольшему расхождению этих характеристик.

При анализе внешних и регулировочных характеристик генератора следует объяснить причины, вызвавшие их расхождение при активной и активно-реактивной видах нагрузки. Анализируя свойства генератора, целесообразно воспользоваться понятиями номинального изменения напряжения при сбросе нагрузки (8.2) и номинального изменения тока возбуждения (8.3).

Анализируя результат опыта к. з., необходимо объяснить прямолинейный вид характеристики к. з. Показания приборов, снятые при увеличении тока возбуждения (при намагничивании), соответствуют восходящей ветви характеристики х. х., а показания, снятые при уменьшении тока возбуждения (при размагничивании), - нисходящей ветви этой характеристики.

За характеристику х. х. принимают среднюю линию, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями. При снятии данных восходящей ветви характеристики х. х. необходимо, чтобы изменение тока возбуждения Iв происходило только в направлении нарастания, а при снятии данных нисходящей ветви - только в направлении убывания. Для сравнения характеристики х. х. , полученной опытным путем, с нормальной характеристикой х. х. синхронной машины следует обе характеристики строить в одних осях координат.

Ниже приведены данные нормальной характеристики х. х. синхронной машины:

I*в   ....   0,5     1,0     1,5      2,0     2,5     3,0     3,5 5

E*0  .... 0,58    1,0     1,21    1,33   1,40   1,46   1,51

Ход работы

Пуск двигателя выполняется следующим образом: поставить рукоятку пускового реостата ПР в положение «Пуск», а движок регулировочного реостата rрг в положение, соответствующее минимальному сопротивлению; затем включить рубильник Р1 и рычаг ПР медленно перевести в положение «Работа». Затем движок реостата rрг поставить в положение, соответствующее синхронной частоте вращения. После включения цепи возбуждения генератора рубильником Р2 контроль за частотой вращения удобно вести по показанию частотомера ПР, показание которого не должно отличаться от номинальной частоты тока в обмотке статора, например 50 Гц.

Для остановки двигателя необходимо разомкнуть рубильник Р1  поставить рычаг ПР в положение «Пуск»..

После сборки схемы (рисунок 8.1) и проверки ее преподавателем выполняют пробный пуск генератора. Для этого пускают приводной двигатель и, замкнув рубильник Р2, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения генератора Iв, наблюдая за показаниями вольтметра V и частотомера Нz. Затем, увеличивая сопротивление реостата rрг в цепи возбуждения приводного двигателя, устанавливают синхронную частоту вращения. После этого, регулируя величину тока возбуждения генератора Iв потенциометром Rп устанавливают на выходе генератора номинальное напряжение U1ном. 

После пуска приводного двигателя и установки номинальной частоты вращения доводят величину тока возбуждения генератора Iв до значения, при котором ЭДС х. х. Е0 = 1,3U1ном, а затем постепенно уменьшают ток возбуждения до нуля. При этом через приблизительно одинаковые интервалы ЭДС Е0, снимают показания приборов (амперметра А2 и вольтметра V) и заносят их в таблицу 8.1.

Опыт проводят следующим образом. Включают приводной двигатель, устанавливают синхронную частоту вращения n2 = n1 и поддерживают ее неизменной в течение всего опыта. Затем подключают активную нагрузку (включением рубильника Р3) и регулируют сопротивление нагрузки Rн величину тока возбуждения таким образом, чтобы при номинальном напряжении (U1 = U1ном) ток нагрузки генератора был номинальным (I1 = I1ном). Потом постепенно разгружают генератор до х. х. (I1 = 0) и получают данные внешней характеристики при активной нагрузке (соs φ1 = 1). После этого опыт повторяют при активно-индуктивной нагрузке (Р3 разомкнут, Р4 замкнут). Показания амперметра А1 и вольтметра V заносят в таблицу 8.2 и строят две внешние характеристики генератора в одних осях координат.

При соsφ1 = 1 и соsφ1 < 1 номинальное изменение напряжения генератора (%) при сбросе нагрузки

                                         (8.2)

где U0 = Е0 - напряжение генератора в режиме х. х., В.

Генератор постепенно нагружают на активную нагрузку (Р3 замкнут) и регулируют ток возбуждения Iв таким образом, чтобы напряжение на выходе генератора в течение всего опыта оставалось неизменным и равным номинальному. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока нагрузки (амперметр A1) измеряют ток возбуждения генератора (амперметр А2). Показания приборов заносят в таблицу 8.3. Опыт повторяют при активно - индуктивной нагрузке (Р3 отключен, Р4 включен).

По регулировочным характеристикам определяют номинальное изменение тока возбуждения (%)

                                             (8.3)

где Iв.ном и Iв.0.ном - значения токов возбуждения, соответствующие номинальному напряжению генератора Uном при номинальной нагрузке и в режиме х. х. соответственно, А.

Собирают схему опыта трехфазного к. з. синхронного генератора (рисунок 8.2) и после проверки ее преподавателем включают приводной двигатель при отключенном возбуждении генератора (Р2 разомкнут). Установив номинальную частоту вращения (n2 = n1) и поддерживая ее в течение всего опыта неизменной, включают рубильник Р2 и потенциометром Rа постепенно увеличивают ток возбуждения генератора до значения, при котором ток к. з. I1k = 1,2I1ном.

При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока I1k (амперметр А1) измеряют ток возбуждения Iв (амперметр А2). Одно измерение должно соответствовать току I1k  = I1ном. Показания приборов заносят в таблицу 8.4.

Затем показания приборов пересчитывают на относительные значения и строят характеристику к. з. Отношение короткого замыкания

                                                  (8.4)

где Iв.к.ном - ток возбуждения генератора при опыте к. з., соответвующий номинальному току статора (I1k = I1ном), А.

Для явнополюсных синхронных машин ОКЗ = 0,9 ÷ 1,9.

Рисунок 8.1 - Схема включения трехфазного синхронного генератора

Рисунок 8.2 - Схема включения трехфазного синхронного генератора при опыте

трехфазного к. з.

Таблица 8.1 - Результаты измерений

Таблица 8.2-  Результаты измерений

Таблица 8.3-  Результаты измерений

Таблица 8.4 – Расчетные величины

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция синхронных машин с явнополюсным и неявнополюсным роторами?
2. Какие способы возбуждения применяются в синхронных генераторах?
3. Можно ли регулировать напряжение синхронного генератора изменением частоты вращения ротора?
4. Почему характеристики х. х. синхронного генератора при намагничивании и размагничивании не совпадают?
5. Почему внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора, снятые при разных видах нагрузки, не совпадают?
6. Чем объясняется прямолинейный вид характеристики к. з. синхронного генератора?
7. Что такое отношение короткого замыкания синхронного генератора и как влияет его величина на свойства генератора?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Паспортные данные двигателя и измерительных приборов.
3. Рисунок 8.1 - Схема включения трехфазного синхронного генератора.
4. Ход работы.
5. Результаты измерений и расчетов - таблицы 8.1 - 8.4.
6. Внешняя, регулировочная и характеристика холостого хода.
7. Ответы на контрольные вопросы.
8. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины - М.: Высшая школа, 2002, с. 289…295.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Тема: Исследование трехфазного синхронного генератора, включенного на параллельную работу с сетью.

Цель: Приобрести практические навыки в сборке схемы и включении синхронного генератора на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации; получить  экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах синхронного генератора, включенного на параллельную работу.

Студент должен знать: 

• условные характеристики синхронных генераторов,
• средства повышения устойчивости параллельной работы генераторов,
• способы уменьшения колебания ротора,
• условия перехода синхронного генератора в асинхронный режим;

уметь: 

• собирать схемы и включать синхронный генератор на параллельную работу с сетью методом точной синхронизации.

Теоретическое обоснование

Схема включения. В качестве приводного двигателя синхронного генератора (рисунок 9.1) используют двигатель постоянного тока параллельного возбуждения. Для измерения активной мощности генератора в схеме применен трехфазный двухэлементный ваттметр W, токовые обмотки которого включены  в линейные провода через трансформаторы тока.

Для точной синхронизации генератора использован ламповый синхроноскоп (возможно включение стрелочного синхроноскопа). Лампы этого синхроноскопа соединены по схеме «на погасание». Возможно включение ламп синхроноскопа и по схеме «на вращение света».

Включение генератора на параллельную работу. При включении трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью необходимо соблюдение следующих условий:

1. ЭДС генератора должна быть равна напряжению сети;
2. частота ЭДС генератора и частота напряжения сети должны быть равны;
3. ЭДС генератора должна находиться в противофазе с напряжением сети;
4. чередование фаз генератора должно соответствовать чередованию фаз сети.

Приведение генератора в состояние, удовлетворяющее перечисленным условиям, называется синхронизацией. Соблюдение условий синхронизации проверяется с помощью синхроноскопа. Простейший синхроноскоп - ламповый, состоящий из трех ламп накаливания, которые могут быть включены по двум схемам: «на погасание» и «на вращение света».

При использовании синхроноскопа по схеме «на погасание» каждая лампа включается в разрыв определенной фазы (рисунок 9.1). В этом случае момент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех трех ламп. При несоблюдении условий синхронизации лампы часто вспыхивают и гаснут. Однако по мере приближения генератора к условиям синхронизации вспыхивание ламп становится все реже. Когда вспыхивания ламп становятся настолько редкими, что пауза между ними продолжается не менее 5…7 с, следует в момент погасания ламп замкнуть рубильник Р2, подключающий генератор к сети на параллельную работу.

При включении ламп по схеме «на вращение света» (рисунок 9.2) соблюдению условий по синхронизации соответствует погасание лампы 2 и горение с одинаковой яркостью ламп 1 и 3. При несоблюдении условий синхронизации лампы вспыхивают поочередно, создавая эффект вращения света. По мере приближения к соблюдению условий синхронизации частота «вращения света» замедляется.

Рисунок 9.1 – Схема включения трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью

Рисунок 9.2 – Соединение ламп синхроноскопа по схеме «вращение света»

Возможен случай, когда лампы, включенные по схеме «на погасание», создают эффект вращения света, и наоборот, включенные по схеме «на вращение света» одновременно гаснут и загораются. Такое явление обусловлено несоответствием чередования фаз на генераторе чередованию фаз сети. В этом случае следует поменять местами провода, соединяющие генератор с зажимами рубильника Р2 (см. рисунок 9.1).

После пуска приводного двигателя генератор возбуждают включением Р3 и затем по показанию частотомера Hz устанавливают синхронную частоту вращения (n2 = n1). С помощью потенциометра Rп устанавливают ЭДС генератора E0  = U1ном, равную напряжению сети Uс. После этого, медленно перемещая движок регулировочного реостата rрг в цепи обмотки возбуждения приводного двигателя, наблюдают за поведением ламп синхроноскопа, добиваясь их состояния, соответствующего соблюдению условий синхронизации. Добившись этого, включают рубильник Р2.

U - образные характеристики генератора. Эти характеристики представляют собой зависимость тока статора Ix от тока возбуждения Iв при неизменной полезной мощности генератора Р2. U - образные кривые снимают для трех значений полезной мощности генератора: Р2 = 0 (режим х. х.), Р2 = 0,25Р2ном, Р2 = 0,5Р2ном.

Включив генератор на параллельную работу с сетью, увеличивают ток возбуждения генератора Iв до тех пор, пока ток в цепи статора генератора не достигнет приблизительно номинального значения (I1 ≈ I1ном). При этом приблизительно через одинаковые интервалы тока возбуждения Iв измеряют ток статора I1 показания приборов А1 и А2 заносят в таблицу 9.1. Затем постепенно уменьшают ток возбуждения Iв до тех пор, пока ток статора I1, пройдя через минимум, не возрастет опять до номинального значения. После этого восстанавливают прежнее значение тока возбуждения Iв, то при котором ток статора имеет минимальное значение и, воздействуя на регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения приводного двигателя, доводят активную нагрузку генератора до значения Р2 = 0,25Р2ном. Данные U-образной характеристики для этой нагрузки генератора снимают в изложенном выше порядке и заносят их в таблицу 9.1. Опыт повторяют для нагрузки генератора Р2 = 0,5 Р2ном. Особо внимательно измеряют ток статора в зоне его минимальных значений.

На построенном графике следует указать зоны работы генератора
с опережающим и отстающим токами статора. Точки на кривых, соответствующие минимальному току статора, соединяют пунктирной линией (рисунок 9.3):        

        (9.1)

Рисунок 9.3 - U - образные характеристики синхронного генератора

Ход работы

1. Ознакомиться с конструкцией синхронного генератора и приводного двигателя; записать их паспортные данные и данные измерительных приборов.
2. Собрать схему по рисунку 9.1 и после проверки ее преподавателем произвести пуск генератора, проверить возможность регулировки параметров генератора.
3. Включить синхронный генератор на параллельную работу сетью методом точной синхронизации.
4. Снять данные и построить U-образные характеристики синхронного генератора.

Таблица 9.1 – Результаты измерений и вычислений

Контрольные вопросы

1. Какие условия необходимо соблюсти, прежде чем включить синхронный генератор на параллельную работу?
2. Каким прибором контролируется соблюдение условий синхронизации?
3. Как нагрузить синхронный генератор, подключенный на параллельную работу с сетью?
4. Изложите порядок действий при снятии данных для построения U-образных характеристик синхронного генератора.
5. Как определить, при какой величине тока возбуждения синхронный генератор, включенный на параллельную работу с сетью, будет работать с коэффициентом мощности cosφ1 = 1?
6. Если изменится активная нагрузка этого генератора, то потребуется ли изменить ток возбуждения, чтобы cosφ1 остался равным единице.

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Паспортные данные трехфазного двигателя.
3. Схема опыта (рисунок 9.1).
4. Ход работы.
5. Таблица результатов измерения и вычисления (таблица 9.1).
6. U-образные характеристики синхронного генератора.
7. Ответы на контрольные вопросы.
8. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины - М.: Высшая школа, 2000, с. 270…288.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Тема: Исследование трехфазного синхронного двигателя.

Цель: Изучить устройство синхронного двигателя и приобрести практические навыки в сборке схемы, пуске и снятии данных для построения характеристик двигателя; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах трехфазных синхронных двигателей.

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 Iв = I1ном, 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 rнг, включенного на выводы обмотки якоря генератора, и изменением тока возбуждения генератора (регулировочным реостатом rрг). Для увеличения нагрузочного момента уменьшают либо нагрузочное сопротивление Rнг, либо сопротивление реостата rт в цепи возбуждения генератора.

Нагрузочный момент на валу двигателя (Н∙м)

        (10.1)

Мощность на выходе нагрузочного генератора (Вт)

Рг = Uг Iг.                                                          (10.2)

где n1 - синхронная частота вращения, об/мин;

      ηг  = f(Pг) - КПД генератора (в долях единицы), задается в виде графика;

      Uг и Iг - напряжение (В) и ток (А) в цепи якоря генератора, измеряются вольтметром Vг и амперметром Аг.

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 Rп установить такую величину тока возбуждения Iв = Iв.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 Iв 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 Rнг (замыкают Р3) и увеличивают т возбуждения генератора до значения, при котором ток статора достигнет  величины I1 = 0,5I1ном.

Одновременно корректируют величину тока возбуждения двигателя, отыскав такое его значение Iв = Iв.ном, при котором ток статора имеет минимальное при заданной нагрузке значение, представляющее собой активный ток статора           I1 = I1а.

Затем потенциометром Rп увеличивают ток возбуждения Iв 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 Iв.ном и постепенно уменьшаю его до величины, при которой ток статора вновь достигнет номинального значения. Показания приборов заносят в таблицу 10.1

Затем потенциометром Rп увеличивают ток возбуждения Iв 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 Iв.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'1kтрCw,                                                         (10.3)

где kтр - коэффициент трансформации   трансформатора тока;

      Cw - 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 Iв.0.ном. Затем замыкают Р3 и Р4 (см. рисунок 10.1) и нагружают генератор, постепенно доводя ток статора до значения  I1 = I1ном. 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 Iв.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 = Рг /ηг,                                                    (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

Таблица 10.2 – Результаты измерения и вычисления

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. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу – М.: Высшая школа, 2001, с. 84…88.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

Тема: Исследование синхронного реактивного конденсаторного двигателя.

Цель: Изучить устройство синхронного реактивного конденсаторного двигателя и приобрести практические навыки в сборке схем соединения и опытном исследовании двигателя для определения его основных параметров; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах реактивных синхронных двигателей.

Студент должен знать:

• устройство и принцип действия синхронного реактивного и конденсаторного двигателя;

уметь:

• рассчитать реактивный момент и угловую характеристику двигателя, моменты входа и выхода из синхронизма.

Теоретическое обоснование

Схема соединений. Синхронный реактивный двигатель (рисунок 11.1) в отличие от обычного синхронного двигателя не имеет обмотки возбуждения. Его ротор представляет собой явнополюсную шихтованную конструкцию из тонколистовой электротехнической стали с короткозамкнутой пусковой клеткой.

Исследуемый двигатель является конденсаторным, т. е. на его статоре имеются две однофазные обмотки А и В, оси которых сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 90 эл. град. В цепь обмотки В включен фазосдвигающий элемент - конденсатор Сраб. Емкость этого конденсатора выбрана таким образом, чтобы обеспечить в двигателе круговое вращающееся поле при номинальной нагрузке.

Для измерения активной мощности, потребляемой двигателем из сети, в схеме применен однофазный ваттметр. Для предохранения амперметра А от повреждения большим пусковым током в схему включен ключ К2. Подводимое к двигателю напряжение регулируют с помощью РНО.

Предполагается, что исследуемый двигатель имеет небольшую мощность (не более 50 Вт) и для его нагрузки используют ленточный тормоз маятникового типа МТ.

Для контроля за синхронной частотой вращения ротора двигателя на шкиве, насаженном на вал двигателя, нанесены стробоскопические метки.

Момент входа в синхронизм и момент выхода из синхронизма. Момент входа в синхронизм представляет собой наибольший момент сопротивления на валу двигателя, при котором ротор еще втягивается в синхронизм. Момент входа в синхронизм Мм - это асинхронный момент и при заданном напряжении питания U1 его величина определяется параметрами короткозамкнутой пусковой клетки на роторе.

Момент выхода из синхронизма Mвых - это максимальный реактивный момент. Дело в том, что если нагрузочный момент на валу двигателя достигнет значения, равного максимальному реактивному моменту, то работа двигателя становится неустойчивой, так как даже при незначительном увеличении нагрузки происходит разрыв магнитной связи между полюсами вращающегося магнитного поля статора и выступающими частями ротора. В этом случае ротор двигателя либо остановится, либо будет продолжать вращение под действием асинхронного момента с частотой вращения n2 < n1.

Ход работы

Пуск двигателя выполняют следующим образом. Собирают схему по рисунку 11.1 и после проверки ее преподавателем, замкнув ключ К2 при разомкнутом ключе К1, включают рубильник Р1 и с помощью РНО устанавливают номинальное напряжение (U1 = U1ном). Затем, замкнув ключ К1, запускают двигатель. Окончание процесса пуска и вхождение двигателя в синхронизм фиксируются по стробоскопическим меткам на шкиве двигателя, которые при синхронной частоте вращения кажутся неподвижными. После этого ключ К2 размыкают.

Рабочие характеристики. Посредством тормоза МТ постепенно увеличивают нагрузочный момент двигателя М2 до значения, при котором ток I1 = 1,2 I1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока I1 снимают показания приборов. Всего делают не менее пяти измерений и показания приборов заносят в таблицу 11.1. Затем выполняют расчеты: полезная мощность двигателя (Вт)

Р2 = 0,105М2n1                                          (11.1)

коэффициент мощности

                                          (11.2)

КПД  двигателя

η = (P2/P1)·100                                        (13.3)

По данным таблицы 11.1 в одних осях координат строят рабочие характеристики двигателя: зависимости тока I1 потребляемой мощности Р1, нагрузочного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности соsφ1 и КПД двигателя от полезной мощности P2.

Для экспериментального определения моментов Mвх и Мвых поступают следующим образом. Регулятором напряжения РНО устанавливают номинальное напряжение U1 = U1ном. Затем включают двигатель и с помощью тормозного устройства постепенно увеличивают нагрузку на валу двигателя до значения, при котором нарушится синхронное вращение ротора (стробоскопические метки на шкиве перестанут казаться неподвижными). Это значение момента и представляет собой момент выхода двигателя из синхронизма Мвык.

После этого плавно уменьшают величину нагрузочного момента М2 до тех пор, пока двигатель не втянется в синхронизм (стробоскопические метки вновь будут казаться неподвижными). Соответствующий этому нагрузочный момент на валу двигателя представляет собой момент входа в синхронизм Мвх. Опыт повторяют при пониженном напряжении 0,85U1ном и при повышенном напряжении 1,15 U1ном.

Результаты измерений заносят в таблицу 11.2 и определяют кратности моментов по отношению к номинальному моменту двигателя М2ном (см. таблицу 11.1): Мвх/М2ном и Мвых/М2ном.

Рисунок 11.1 - Схема включения синхронного реактивного конденсаторного двигателя

Таблица 11.1 - Результаты измерения и вычисления

Таблица 11.2 - Результаты измерения и вычисления

Анализ полученных в лабораторной работе результатов начинают с определения соответствия паспортных данных двигателя номинальным параметрам, полученным опытным путем.

Анализируя форму графиков рабочих характеристик, необходимо иметь в виду, что исследуемый двигатель относится к категории микродвигателей и поэтому некоторые из его графиков имеют несколько необычную форму. Например, величина тока двигателя в режиме х. х. незначительно отличается от тока в режиме номинальной нагрузки, а КПД двигателя весьма небольшой. Одной из причин, объясняющих это, является значительный намагничивающий ток двигателя, обусловленный отсутствием на роторе обмотки возбуждения и сравнительно большим средним значением воздушного зазора.

Анализируя результаты по определению моментов входа и выхода из синхронизма, удобно пользоваться для сравнения кратностями этих моментов. Следует указать, какое из отношений моментов представляет собой перегрузочную способность синхронного реактивного двигателя. Обобщая данные таблицы 11.2, следует сделать вывод о характере влияния напряжения сети на величину рассматриваемых моментов Мвх и Мвых.

Контрольные вопросы

1. Какова физическая сущность возникновения реактивного момента?
2. Какие применяются конструкции роторов в синхронных реактивных двигателях?
3. Чем объясняется значительная величина тока х. х. у реактивного двигателя?
4. Что такое момент входа в синхронизм и момент выхода из синхронизма?
5. От каких параметров зависит величина этих моментов?
6. Что такое перегрузочная способность реактивного двигателя и как ее определить экспериментально?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.
2. Схема опыта – рисунок 11.1
3. Паспортные данные двигателя и измерительных приборов.
4. Ход работы.
5. Результаты измерений и расчетов - 11.1 и 11.2.
6. Рабочие характеристики.
7. Ответы на контрольные вопросы.
8. Вывод о проделанной работе

Литература

3. Кацман М. М. Электрические машины - М.: Высшая школа, 2000, с. 305…307.
4. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу – М.: Высшая школа, 2001, с. 88…92.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

Тема: Исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения.

Цель: Изучить конструкцию генератора постоянного тока независимого возбуждения и приобрести практические навыки в сборке схем и опытном исследовании генератора при снятии данных и построении основных характеристик; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о генераторах постоянного тока независимого возбуждения.

Студент должен знать: 

• реакцию якоря машины постоянного тока, учет размагничивающего действия реакции якоря;
• конструкцию генератора и приводного двигателя, процесс работы и основные характеристики генератора независимого возбуждения;

уметь: 

• рассчитать реакцию якоря машины постоянного тока, произвести учет размагничивающего действия реакции якоря.

Теоретическое обоснование

В качестве приводного двигателя в схеме приведен двигатель постоянного тока параллельного возбуждения.

Генератор постоянного тока имеет независимое возбуждение, т. е. его обмотка возбуждения ОВ электрически не соединена с обмоткой якоря и подключена к постороннему источнику постоянного тока через потенциометр Rп.

Характеристика холостого хода. Характеристика х. х. представляет собой зависимость ЭДС генератора в режиме х. х. Е0 от тока возбуждения Iв при номинальной частоте вращения n = nном.

Нагрузочная характеристика. Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость напряжения генератора U от тока возбуждения Iв при неизменных значениях тока нагрузки Iа = соnst и частоты вращения n = nном = соnst. 

Внешняя характеристика. Внешняя характеристика генератора представляет собой зависимость напряжения на выходе генератора U от тока нагрузки Iа при номинальной частоте вращения n = nном = соnst и неизменном токе возбуждения Iв = соnst.

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика генератора - это зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки Ia при номинальном напряжении Uном и номинальной частоте вращения nном.

Ход работы

1) Ознакомиться в конструкцией генератора и приводного двигателя, записать их паспортные данные и данные измерительных приборов и регулирующих устройств.

2) Собрать схему по рисунку 12.1, после проверки ее преподавателем замыкают рубильник Р1 и пускают приводной двигатель. При этом Р2 и Р3 должны быть разомкнуты. Затем, установив номинальную частоту вращения, замыкают Р3 и потенциометром Rп устанавливают такую величину тока возбуждения Iв, при которой напряжение на выходе генератора равно номинальному. После этого замыкают Р2 и проверяют  возможность нагрузки генератора.

Рисунок 12.1 –  Схема включения генератора постоянного тока независимого возбуждения

3) Снять данные для построения характеристики холостого хода. Данные для построения этой характеристики получают следующим образом. При разомкнутых Р2 и Р3 устанавливают номинальную частоту вращения и в течение всего опыта поддерживают ее неизменной. Затем измеряют ЭДС генератора Еост (ЭДС остаточного магнетизма) и, включив Р3, потенциометром Rп постепенно увеличивают ток возбуждения Iв до величины, при которой ЭДС генератора достигнет значения Е0 = 1,15Uном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы ЭДС Е0 снимают показания вольтметра V и амперметра А2 и заносят их в таблицу 12.1. Так получают данные для построения восходящей (намагничивающей) ветви характеристики х. х. При этом необходимо следить за тем, чтобы изменения тока возбуждения происходили только в направлении его нарастания. Затем с помощью потенциометра постепенно уменьшают ток возбуждения до Iв = 0 и вновь снимают показания вольтметра V и амперметра А2 и заносят их в таблицу 12.1. Так получают данные нисходящей (размагничивающей) ветви характеристики х. х. В этом случае необходимо, чтобы изменения тока возбуждения происходили только в направлении его убывания. Построив обе ветви характеристики, проводят между ними среднюю линию, которую и принимают за характеристику х. х. (рисунок 12.2, а). Затем к характеристике х. х. проводят касательную, а из точки а (рисунок 12.2, б), соответствующей номинальному напряжению (Е0 = nном), проводят прямую ас. Коэффициент магнитного насыщения

 kμ  =                                                           (12.1)

Для машин постоянного тока kμ = 1,20…1,75.

Таблица 12.1 – Результаты измерений и расчетов

4) Снять данные для построения нагрузочной характеристики. Установив номинальную частоту вращения, возбуждают и нагружают генератор (рубильник Р2 и Р3 замкнуты) таким образом, чтобы при напряжении U = 1,15Uном ток нагрузки имел номинальное значение (Ia = Iном). Далее потенциометром Rп уменьшают ток возбуждения до такого минимального значения, при котором ток нагрузки сохраняет номинальное значение (при n = nном). Приблизительно через равные интервалы тока возбуждения снимают показания вольтметра V и амперметра А2, заносят их в таблицу 12.2.

Таблица 12.2 – Результаты измерений и расчетов

Затем строят нагрузочную характеристику. При снятии данных нагрузочной характеристики допускается изменять величину тока возбуждения только в направлении убывания. Вместе с нагрузочной характеристикой строят и характеристику х. х. (рисунок 12.3). Для построения характеристического треугольника на нагрузочной характеристике (кривая 1) отмечают точку а, соответствующую номинальному напряжению генератора. Затем откладывают вертикальный отрезок , равный падению напряжения в цепи якоря при номинальной нагрузке (IномΣr75), и проводят горизонтальный отрезок  до пересечения с характеристикой х. х. (кривая 2). Сторона полученного треугольника аbс = Iв1 - Iв2 представляет величину, эквивалентную МДС реакции якоря при номинальном режиме работы генератора. Построив ряд характеристических треугольников для различных напряжений, можно выяснить влияние реакции якоря при различных степенях магнитного насыщения магнитной системы машины (c1b1 < сb < с2b2).

5) Снять данные для построения внешней характеристики. Для получения данных внешней характеристики генератора поступают следующим образом. Устанавливают номинальную частоту вращения и, замкнув рубильник Р2 и Р3 (см. рисунок 12.1), увеличивают ток возбуждения Iв и ток нагрузки Iа до тех пор, пока генератор не окажется в режиме номинальной нагрузки U = Uном и Iа = Iа.ном. После этого постепенно разгружают генератор, не изменяя величины тока возбуждения (Iа = соnst) и поддерживая неизменной частоту вращения (n = соnst). При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока нагрузки снимают показания амперметра А1 и вольтметра V. Показания приборов заносят в таблицу 12.3.