Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
ТРАНСФОРМАТОРЫ И МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Методические  указания к лабораторным работам
для специальности 5В071800

Алматы 2014

Составители: П.И. Сагитов, Р.М. Шидерова, Н.К. Алмуратова. Электрические машины. Трансформаторы и машины постоянного тока. Методические  указания к лабораторным работам для специальности 5В071800. – Алматы: АУЭС, 2013. – 36с.

Методические  указания содержат необходимые технические сведения о стендах, программу выполнения работ, методику подготовки, проведения экспериментов и анализа полученных результатов, контрольные вопросы. Исследуются схемы построения, статические и динамические  характеристики, способы регулирования скорости и тормозные режимы электрических машин постоянного и  переменного тока.

Методические  указания предназначены для специальности 5В071800.

Ил.18, табл.12, библиогр. – 5 назв.

Рецензент: доцент кафедры ЭПП  М.В. Башкиров

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет  энергетики и связи» на 2013 г.

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2014 г.

Содержание

1  Описание лабораторного стенда

4

2 Методические указания к проведению лабораторных работ

5

2.1 Описание сборки схемы

5

Работа №1. Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора

5

Работа №2. Исследование генераторов постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

7

Работа №3. Исследование электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения

13

Приложение А.  Краткое описание модулей стенда

22

Приложение Б. Паспортные и расчетные данные электрических машин

32

Приложение В. Тарировочные кривые

33

Приложение Г. Паспортные и расчетные данные трансформатора

34

Приложение Д. Преобразователь частоты

34

 

1 Описание лабораторного стенда

    Лабораторный стенд (см.рисунок 1) предназначен для использования в качестве учебного оборудования для проведения лабораторно-практических занятий при исследовании трансформаторов, асинхронных и синхронных машин, а также машин постоянного тока.

В состав стенда входят: модуль питания стенда; модуль питания;  модуль измерителя мощности; модуль добавочных сопротивлений №1; модуль добавочных сопротивлений №2; модуль силовой; модуль преобразователя частоты; модуль автотрансформатора; модуль однофазного трансформатора; модуль измерительный; каркас 2x5; электромашинный агрегат; методическое описание; техническое описание.

Краткое описание модулей стенда представлено в Приложении А.

                   

2 Лабораторная работа №1. Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора

Цель работы: экспериментальное исследование свойств однофазного двухобмоточного трансформатора.

Рисунок 1 - Общий вид лабораторного стенда

Программа выполнения работы.

Снять внешнюю характеристику трансформатора при активной нагрузке и сравнить ее с расчетной.

В лабораторной работе используются следующие модули:

– модуль питания стенда (МПС);

– модуль питания (МП);

– модуль однофазного трансформатора (ОдТр);

– модуль измерительный (МИ).

Перед проведением работы необходимо привести модули в исходное состояние. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF1 модуля питания стенда:

– установить переключатель SA2 модуля однофазного трансформатора в положение «∞».

В работе используется однофазный двухобмоточный трансформатор, каталожные данные которого приведены в Приложении Г.

2.1 Внешняя характеристика трансформатора

Внешняя характеристика представляет собой зависимость вторичного напряжения трансформатора от тока нагрузки U2 = f(I2) при U1 = U= const; сosφ2=const.

Схема для снятия внешней характеристики представлена на рисунке 1.

Рисунок 2.1 – Схема для снятия внешней характеристики трансформатора

Однофазный трансформатор подключается к нерегулируемому источнику переменного тока «~220» модуля МП. Для создания нагрузки во вторичную цепь трансформатора включается регулируемое сопротивление RP2. Контроль параметров в первичной и вторичной обмотках осуществляется с помощью приборов PV и PA модуля МИ.

Опыт проводится в следующем порядке:

– включить автоматические выключатели QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно, трансформатор работает на холостом ходу, данную точку занести в таблицу 1;

– переключателем SA2 модуля ОдТр изменять ток вторичной обмотки до тех пор, пока ток в первичной обмотке не будет равен I1 »I

 

I = ,

где SН – полная мощность (Приложение Г), кВА;

U – номинальное вторичное напряжение (Приложение Г), В.

Переключатель SA2 в положение «0» не выводить.

Данные опыта занести в таблицу 1.

Т а б л и ц а 2.1

Данные опыта

Расчетные данные

U2

I1

Ктр

Kнг

I2

В

А

А

После проведения опыта SA2 перевести в положение «∞», отключить автоматы QF2, QF1.

По опытным данным можно построить внешнюю характеристику трансформатора и рассчитать коэффициенты нагрузки и трансформации.

Коэффициент трансформации:

,

где U2, U1 – напряжения вторичной и первичной обмоток на холостом ходу.

Ток вторичной обмотки, А:

.

Коэффициент нагрузки:

КНГ = .

2.2 Контрольные вопросы

1. Почему ток холостого хода трансформатора очень мал и составляет несколько процентов от номинального тока?

2. Чем объяснить, что КПД трансформатора, как правило, определяют расчетным способом?

3 Лабораторная работа №2. Исследование генераторов постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

Цель работы: исследовать рабочие свойства генераторов постоянного тока путем снятия опытных характеристик.

Программа выполнения работы.

1. Изучить схему для экспериментального исследования генератора постоянного тока (в дальнейшем изложении ГПТ), состав и назначение модулей, используемых в работе.

2. В лаборатории собрать схему для проведения каждого опыта и провести пробное включение.

3. Снять внешнюю характеристику ГПТ параллельного возбуждения             (с самовозбуждением) UЯ = f(IЯ) при регулировочном сопротивлении в цепи возбуждения rРГ =0.

4. Снять характеристику холостого хода ГПТ независимого возбуждения     UЯ = f(iВ) при IЯ = 0 и n=const.

5. Снять характеристику короткого замыкания ГПТ независимого возбуждения IЯ = f(iЯ) при UЯ = 0 и n = const.

6. Снять внешнюю характеристику ГПТ независимого возбуждения             UЯ = f(IЯ) при iЯ = const.

7. Снять регулировочную характеристику ГПТ независимого возбуждения   iВ = f(IЯ) при UЯ = const.

8. Обработать результаты экспериментов и составить отчет по работе.

В лабораторной работе используются следующие модули:

– модуль питания стенда (МПС);

– модуль питания (МП);

– модуль добавочных сопротивлений №1 (МДС1);

– модуль добавочных сопротивлений №2 (МДС2);

– силовой модуль (СМ);

– модуль измерительный (МИ).

Генератор постоянного тока (М2) входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя асинхронную машину переменного тока (М1), а также импульсный датчик частоты вращения (М3).

3.1 Внешняя характеристика ГПТ параллельного возбуждения

Внешняя характеристика представляет собой зависимость UЯ =f(IЯ) при  rРГ=0 и n=const и снимается на понижение напряжения. Схема для снятия характеристики приведена на рисунке 1.

Рисунок 3.1 - Схема для снятия внешней характеристики

ГПТ параллельного возбуждения

В качестве приводного двигателя выступает асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором М1, запитываемый трехфазным напряжением 3x380 В.

Якорная цепь генератора постоянного тока подключается к регулируемым сопротивлениям МДС1. Обмотка возбуждения LM включается параллельно якорной цепи.

Для контроля тока статора IC приводного двигателя, тока нагрузки IЯ и напряжения генератора UЯ используются стрелочные приборы модуля измерительного ~A, =A, =V.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– установить переключатель SA1 МДС1 в положение «¥»;

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей питания. Генератор приводится во вращение при отключенной нагрузке. Контролируется напряжение на зажимах генератора. Если напряжение UЯ отсутствует, то это означает, что магнитный поток, создаваемый током обмотки возбуждения, направлен навстречу потоку остаточной индукции и следует поменять полярность обмотки возбуждения машины постоянного тока при отключенных автоматах QF1 и QF2. Напряжение генератора при токе нагрузки IНАГР=IЯ =0 заносят в таблицу 1;

– после снятия точки холостого хода переключателем SА1 модуля МДС1 изменять сопротивление в сторону уменьшения, увеличивать ток нагрузки. Изменять ток нагрузки до 1,5А, и данные опыта занести в таблицу 1.

Внимание! Не переводить SA1 в положение «0».

Т а б л и ц а 1

UЯ, В

IЯ, А

IС, А

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение.

3.2 Характеристика холостого хода ГПТ независимого возбуждения

Эта характеристика представляет собой зависимость ЕЯ = f(iВ) IЯ = 0, n=const.

Схема для снятия характеристики холостого хода ГПТ независимого возбуждения представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Схема для снятия характеристик ГПТ

независимого возбуждения

В качестве приводного двигателя выступает асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором М1, запитываемый трехфазным напряжением 3x380 В.

Обмотка возбуждения машины постоянного тока включается через последовательно соединенные сопротивления RP1 и RP2 модуля МДС2 к «=220» модуля МП В якорную цепь двигателя постоянного тока вводится сопротивления модуля МДС1.

При выключенных автоматах QF1, QF2 установить все модули в начальное состояние:

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞».

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞»;

– переключатель SA2 модуля МДС2 установить в положение «0».

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП. Генератор постоянного тока приводится во вращение и при iВ = 0 измеряют напряжение от потока остаточной индукции. Данные занести в таблице 2;

– переключатель SA1 модуля МДС2 вывести в положение «0»;

– переключателем SA2 модуля МДС2 изменять ток возбуждения.

Данные опыта занести в таблицу 2.

Т а б л и ц а 2

iВ, А

UЯ, В

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматы QF2, QF1.

Расчетные данные.

Ток возбуждения генератора, А:

.

По данным опыта построить характеристику холостого хода и определить степень насыщения магнитной цепи ГПТ при номинальной ЭДС:

ЕЯН = UН + IЯН∙rЯ,

где     UН – номинальное напряжение;

          rЯ – сопротивление цепи якоря (Приложение Б).

Коэффициент насыщения Кμ определяется отношением отрезков АС к АВ (см.рисунок 3.3):

Кμ = ,

где АС – МДС всей магнитной цепи,


АВ – МДС воздушного зазора.

Рисунок 3.3 - Характеристика холостого хода ГПТ НВ

При Кμ < 1,2 магнитная цепь слабо насыщена, при Кμ=1,2…1,35 – умеренно насыщена и при Кμ > 1,35 – сильно насыщена.

Характеристика короткого замыкания ГПТ независимого возбуждения.

Эта характеристика представляет собой зависимость IЯ = f(iВ) при UЯ = 0 и n = const и снимается при замыкании выходных зажимов цепи якоря генератора накоротко.

Установить модули в исходное состояние:

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞».

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞»;

– переключатель SA2 модуля МДС2 установить в положение «1100».

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно, запустится приводной двигатель;

– при iВ = 0 снять значение IЯ (из-за наличия остаточного магнитного потока ток якоря может быть отличен от нуля), данную точку занести в таблицу 3;

– переключателями SA1 и SA2 модуля МДС2 увеличивать ток возбуждения до тех пор, пока IЯ = IН.

Данные занести в таблицу 3.

Т а б л и ц а 3

iВ, А

IЯ, А

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматы QF2, QF1.

3.3 Внешняя характеристика ГПТ независимого возбуждения

Эта характеристика UЯ = f(IЯ) снимается на понижение напряжения при постоянном токе возбуждения iВ = const.

Чтобы сравнить внешние характеристики ГПТ параллельного и независимого возбуждения нужно, чтобы они выходили из одной точки, т.е. при  IЯ = 0 напряжение UЯ были одинаковыми.

Установить модули в исходное состояние:

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞».

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞»;

– переключатель SA2 модуля МДС2 установить в положение «1100».

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно;

– переключателями SA1 и SA2 модуля МДС2 установить такой ток возбуждения, при котором UЯ было бы равно напряжению генератора параллельного возбуждения при IЯ = 0 (см. таблицу 1) и этот ток возбуждения поддерживать постоянным.

– изменяя переключателем SA1 модуля МДС1 сопротивление увеличивать ток нагрузки или ток генератора до IЯ = 1,3А.

Внимание! SA1 не выводить в положение «0».

Данные опыта занести в таблицу 4.

Т а б л и ц а 4

IЯ, А

iВ =

UЯ, В

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние, отключить автоматы QF2, QF1.

3.4 Регулировочная характеристика ГПТ независимого возбуждения

Эта характеристика представляет зависимость iВ = f(IЯ) при UЯ = const и n=const.

Привести модули в исходное состояние:

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞».

– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «∞»;

– переключатель SA2 модуля МДС2 установить в положение «1100».

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматические выключатели QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно;

– переключателями  SA1 и SA2 модуля МДС2 установить UЯ, которое было при номинальном токе IЯН при снятии внешней характеристики (см.таблицу 4). Эту точку заносят в таблицу 5;

– изменяя положение переключателя SA1 модуля МДС1 от положения «¥» в сторону уменьшения, увеличивают ток якоря, при этом напряжение генератора должно быть постоянным. Это достигается увеличением тока возбуждения. Внимание! SA1 модуля добавочных сопротивлений №2 не выводить в положение «0».

Данные опыта заносятся в таблицу 5.

Т а б л и ц а 5

IЯ, А

UЯ =

iВ, А

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматы QF2, QF1.

3.5 Контрольные вопросы

1. При каких условиях происходит самовозбуждение ГПТ параллельного возбуждения?

2. Почему внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения более мягкая, т.е. напряжение на зажимах генератора значительно уменьшается с нагрузкой по сравнению с генератором независимого возбуждения?

3. Определить коэффициент насыщения магнитной системы ГПТ при напряжении, которое соответствует номинальному току генератора независимого возбуждения.

4 Лабораторная работа №3. Исследование электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Цель работы: ознакомиться со способами пуска двигателя параллельного возбуждения, исследовать механические, рабочие и регулировочные свойства двигателя путем снятия соответствующих характеристик.

Программа выполнения работы.

1. Изучить схему для экспериментального исследования электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения (в дальнейшем изложении ДПТ ПВ), состав и назначение модулей, используемых в работе.

2. Собрать схему для экспериментального исследования ДПТ ПВ. Провести пробное включение.

3. Снять естественную механическую характеристику.

4. Снять искусственную механическую характеристику при введении сопротивления в цепь якоря.

5. Снять искусственную механическую характеристику при ослаблении магнитного потока.

6. Снять рабочие характеристики ДПТ ПВ.

7. Снять регулировочные характеристики двигателя при изменении напряжения, подводимого к зажимам двигателя.

8. Снять регулировочные характеристики двигателя посредством ослабления магнитного потока.

9. Провести обработку экспериментальных данных, составить отчет и сделать заключение по работе.

В лабораторной работе используются следующие модули:

– модуль питания стенда (МПС);

– модуль питания (МП);

– модуль автотрансформатора (ЛАТР);

– силовой модуль (СМ);

– модуль добавочных сопротивлений №1 (МДС1);

– модуль добавочных сопротивлений №2 (МДС2);

– модуль измерительный (МИ);

– модуль измерителя мощности (МИМ).

Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние:

– переключатель SA1 модуля ЛАТР установить в нижнее положение, ручку автотрансформатора установить в крайнее положение против часовой стрелки;

– переключатель SA1 МДС1 установить в положение «¥»;

– переключатель SA1 МДС2 установить в положение «0»;

– переключатель SA2 МДС2 установить в положение «0».

Исследуемая машина постоянного тока входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя собственно исследуемую машину постоянного тока М2, нагрузочную машину – машину переменного тока – М1 и импульсный датчик скорости М3.

4.1 Естественная механическая характеристика ДПТ ПВ

Естественная механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет собой зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя и отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря: n = f(IН) при U=const, iВ=const и RДЯ=0.

Схема для снятия естественной механической характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема для снятия естественной

механической характеристики

Якорная цепь через добавочное сопротивление RP1 модуля МДС2 и обмотка возбуждения через добавочное сопротивление RP2 модуля МДС2 двигателя постоянного тока подключаются к регулируемому источнику постоянного тока модуля ЛАТР.

Асинхронный двигатель подключается через добавочные сопротивления (МДС1) непосредственно к сети (МП) (асинхронная машина работает в режиме асинхронного генератора).

Значения тока якоря IЯ, напряжения якоря UЯ, можно определить с помощью приборов модуля измерительного. Параметры цепи статора наблюдать на индикаторе модуля измерителя мощности.

Значение скорости наблюдать на индикаторе силового модуля.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно;

– переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;

– ручкой автотрансформатора установить напряжение UЯ=200В, произвести первое измерение;

– переключателем SA1 МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А или ток статора не достигнет 1,3А;

– при увеличении скорости ДПТПВ следует остановить ДПТ, отключить автомат QF2, и изменить направление вращения асинхронного генератора (поменять местами фазы «А» и «В»).

Данные опыта занести в таблицу 1.

Т а б л и ц а 1

n, об/мин

IЯ, А

После проведения опыта установить модули в исходное состояние.

4.2 Искусственная механическая характеристика ДПТ ПВ при введении сопротивления в цепь якоря

Искусственная механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет собой зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя при введении дополнительного сопротивления в цепи якоря: n = f(IН) при  U=const, iВ=const.

Схема для снятия искусственной механической характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения представлена на рисунке 3.1.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно;

– переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;

– ручкой автотрансформатора установить номинальное напряжение UЯ=UН=220В;

– переключатель SA1 МДС2 установить в положение, отличное от нуля, произвести первое измерение;

– переключателем SA1 МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А или ток статора не достигнет IС=IН=1,3А;

– при увеличении скорости ДПТПВ следует остановить ДПТ, отключить автомат QF2, и изменить направление асинхронного генератора (поменять местами фазы «А» и «В»).

Данные опыта занести в таблицу 2.

Т а б л и ц а 2

RДЯ =

n, об/мин

IЯ, А

После проведения опыта установить модули в исходное состояние.

4.3 Искусственная механическая характеристика ДПТПВ при ослаблении магнитного потока

Искусственная механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения при ослаблении потока представляет собой зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя при введении дополнительного сопротивления в цепь обмотки возбуждения: n = f(IН) при U = const, iВ = const.

Схема для снятия искусственной механической характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения представлена на рисунке 1.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 МПС и МП соответственно;

– переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;

– ручкой автотрансформатора установить номинальное напряжение UЯ=UН=220В;

– переключатель SA2 МДС2 установить в положение, отличное от нуля, произвести первое измерение;

– переключателем SA1 МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А или ток статора не достигнет 1,3А;

– при увеличении скорости ДПТПВ следует остановить ДПТ, отключить автомат QF2, и изменить направление асинхронного генератора (поменять местами фазы «А» и «В»).

Данные опыта занести в таблицу 3.

Т а б л и ц а 3

Rдв =

n, об/мин

IЯ = IН, А

После проведения опыта установить модули в исходное состояние.

4.4 Рабочие характеристики ДПТ ПВ

Рабочие характеристики двигателя представляют собой зависимости частоты вращения, электромагнитного момента, тока якоря и КПД от полезной мощности на валу двигателя при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя ω; М, IЯ, ŋ=f2) при UЯ=UЯН=const, iВ=const.

Схема для снятия рабочих характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения представлена на рисунке 1.

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1, QF2;

– включить SА1 модуля автотрансформатора и установить напряжение

UЯ  = 0,75∙UЯН и произвести первое измерение;

– переключателем SA1 МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А или ток статора не достигнет 1,3А;

– при увеличении скорости ДПТПВ следует остановить ДПТ, отключить автомат QF2, и изменить направление асинхронного генератора (поменять местами фазы «А» и «В»).

Данные опыта занести в таблицу 4.

          Т а б л и ц а 4

Данные опыта

Расчетные данные

UЯ

IЯ

n

ω

iВ

РЯ

ΔPЭЛ.В.

Р1

См

М

IЯ0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

1/с

А

Вт

Вт

Вт

Н×м

А

Н×м

Н×м

Вт

%

После проведения опыта установить модули в исходное состояние.

Расчетные данные.

Мощность, подводимая к якорю двигателя, Вт:

РЯ = UЯ∙IЯ.

Электрические потери в цепи возбуждения, Вт:

ΔPЭЛ.В. = .

Ток возбуждения ДПТ, А:

;

rВ – сопротивление обмотки возбуждения (Приложение Б).

Мощность, подводимая к ДПТ, Вт:

Р1 = РЯ + ΔPЭЛ.В.

Электромагнитный момент, Н∙м:

М=СМ∙IЯ.

Момент холостого хода двигателя, пропорциональный механическим потерям и потерям в стали, Н∙м:

М0 = СМ∙IЯ0,

где См, IЯ0 – принимаются в зависимости от угловой частоты вращения (Приложение В).

Полезный момент на валу ДПТ, Н∙м:

М2 = М - М0.

Полезная мощность на валу двигателя, Вт Р2 = ω∙М2.

КПД, %                                         .

По данным таблицы 3 и 4 построить рабочие характеристики.

4.5 Регулировочные характеристики двигателя при изменении напряжения, подводимого к зажимам двигателя

Схема для снятия регулировочных характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, представлена на рисунке 1.

Частота вращения двигателей постоянного тока определяется выражением:

.

Снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения, подводимого к зажимам двигателя, проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2;

– включить SА1 модуля автотрансформатора и установить ручкой  напряжение UЯ = UЯН;

– изменением положения переключателя SA1 МДС1 нагружают ДПТ до тех пор, пока ток якоря ДПТ не достигнет примерно значений Iя ≈ 0,5Iян и это положение переключателя оставляют неизменным, что соответствует М2 const;

– изменять положение ручки автотрансформатора таким образом, чтобы напряжение на зажимах цепи якоря UЯ уменьшалось примерно до 0,5∙UЯН.

Полученные данные занести в таблицу 5.

          Т а б л и ц а 5

Данные опыта

Расчетные данные

UЯ

IЯ

n

ω

iВ

РЯ

ΔPЭЛ.В.

Р1

СМ

М

IЯ0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

1/с

А

Вт

Вт

Вт

Н×м

А

Н×м

Вт

%

После проведения опыта установить модули в исходное состояние.

Расчетные данные.

Мощность, подводимая к двигателю, Вт:

Р1= UТП∙IЯ + iВ2∙rВ 20.

Остальные расчетные данные вычисляются так же, как при снятии рабочих характеристик.

По данным таблицы 3.5 построить зависимости n = f(UЯ) и η = f(UЯ).

4.6  Регулировочные характеристики двигателя посредством ослабления магнитного потока

Снятие регулировочной характеристики посредством ослабления магнитного потока осуществляется при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря и постоянном напряжении на зажимах двигателя: UЯ = const и RЯД = 0.

Частота вращения двигателей постоянного тока определяется выражением:

.

Снятие регулировочных характеристик посредством ослабления магнитного потока проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2;

– включить SА1 модуля автотрансформатора и установить ручкой напряжение UЯ = UЯН;

– изменением положения переключателя SA1 модуля добавочных сопротивлений №1 нагружают ДПТ до тех пор, пока ток якоря ДПТ не достигнет примерно значений Iя ≈ 0,5∙IЯН и это положение переключателя оставляют неизменным, что соответствует М2 const;

– переключателем SA2 модуля МДС2 вводить сопротивление в цепь обмотки возбуждения, тем самым ослабляя магнитный поток, частота вращения не должна превышать 1800 об/мин.

Полученные данные занести в таблицу 6.

Т а б л и ц а 6

Данные опыта

Расчетные данные

UЯ

IЯ

n

ω

iВ

РЯ

ΔPЭЛ.В.

Р1

СМ

М

IЯ0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

1/с

А

Вт

Вт

Вт

Н×м

А

Н×м

Вт

%

После проведения опыта установить модули в исходное состояние.

Расчетные данные:

Мощность, подводимая к двигателю, Вт:

Р1= UТП∙IЯ + iВ2∙(rВ 20 + RДВ).

Остальные расчетные данные вычисляются так же, как при снятии рабочих характеристик.

По данным таблицы 6 построить зависимости n = f(iВ) и η = f(iВ).

4.7 Контрольные вопросы

1. Как изменить направление вращения ДПТ?

2. Почему у ДПТ возрастает ток якоря при увеличении нагрузки на его валу?

3. Почему при уменьшении тока возбуждения частота вращения ДПТ возрастает?

4. Как должен изменяться ток якоря при уменьшении тока возбуждения и постоянном моменте сопротивления на валу двигателя?

5. Как изменится вид механической характеристики двигателя, если ввести в цепь якоря регулировочное сопротивления Rрг?

Приложение А

Описание модулей стенда

Модуль питания стенда.

Модуль питания стенда предназначен для ввода трехфазного напряжения 380В из сети в лабораторный комплекс, защиты комплекса от токов короткого замыкания, подачи силовых и низковольтных напряжений питания на модули стенда.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.1.

Рисунок А.1 - Модуль питания стенда

Модуль содержит автоматический выключатель QF1, вторичный источник питания ±15В, +5В. Подключение стенда к источнику питания, подача силового и низковольтного напряжений на модули выполняется с помощью соединительных кабелей, подключаемых с тыльной стороны модуля.

На лицевой части имеется индикация подачи силового напряжения по фазам A, B и С, а также низковольтных напряжений питания +5В, +15В и –15В. Кроме этого  возможен контроль и низковольтных напряжений с лицевой панели (выведены соответствующие клеммы напряжений и общего провода).

Модуль питания.

Модуль питания предназначен для подачи трехфазного напряжения 380В на модули при наборе схемы, защиты подключенных модулей от токов короткого замыкания.

На лицевой панели модуля расположен автоматический выключатель QF2, клеммы трехфазного напряжения  А, В, С, N (клеммы продублированы), индикация наличия фазных напряжений, клеммы фазного напряжения ~220В и выпрямленного напряжения =220В.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.2.

Рисунок А.2 - Модуль питания

Модуль измерителя мощности.

Модуль измерителя мощности (ИМ) предназначен для измерения электрических параметров трехфазной сети переменного тока.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.3.

Рисунок А.3 - Модуль измерителя мощности

На лицевой панели размещаются:

– входные А, В, С и N (генератор) и выходные А1, В1, С1 и N (нагрузка) клеммы подключения модуля;

– кнопка «Сеть» для подачи питания на измеритель мощности;

– разъем подключения модуля к персональному компьютеру по последовательному порту RS-232;

– кнопка фиксации показаний прибора.

Измеритель мощности содержит трехстрочный дисплей.

В таблице А.1 приведены измеряемые параметры.

Т а б л и ц а А.1

Верхняя строка

V1 – фазное значение напряжения;

V12 – линейное значение напряжения;

А1 – фазное значение тока;

А – среднее значение тока трех фаз;

W – значение активной мощности;

Var – значение реактивной мощности.

Средняя строка

V2 – фазное значение напряжения;

V23 – линейное значение напряжения;

А2 – фазное значение тока;

V – среднее значение напряжения;

WH – количество потребляемой активной мощности в час;

VarH – количество потребляемой реактивной мощности в час.

Нижняя строка

V3 – фазное значение напряжения;

V13 – линейное значение напряжения;

А3 – фазное значение тока;

PF – коэффициент мощности;

HZ – частота сети.

Под трехстрочным дисплеем находятся кнопки управления:

DISPLAY – переключение показаний измеряемых величин;

CHANNEL – переключение показаний между фазами (только для значений W, WH, Var, VarH);

MAX –  переключение между максимальным, минимальным и действующим значением.

RESET – сброс показаний;

HOLD – фиксирование показаний.

Модуль добавочных сопротивлений № 1.

Модуль добавочных сопротивлений №1 применяется для создания регулируемой трехфазной активной нагрузки.

Действующие значения фазных токов не должны превышать в длительном режиме и кратковременно допустима нагрузка до 1,5А.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.4.

Рисунок А.4 - Модуль добавочных сопротивлений №1

Модуль добавочных сопротивлений №2.

Модуль добавочных сопротивлений №2 используется в стенде для ввода добавочных сопротивлений в якорную цепь и цепь обмотки возбуждения машины постоянного тока.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.5.

Рисунок А.5 - Модуль добавочных сопротивлений №2

Шкала переключателя SA1, предназначенного для подключения к якорной цепи, имеет следующие деления 0, 20, 40, …, 160, ∞ Ом. Значения токов через эти сопротивления не должны превышать 1,0А в длительном режиме и кратковременно допустима перегрузка до 1,5А.

Предусмотрена защита по току резисторов RP1, срабатывание защиты сигнализируется светодиодом. В случае срабатывания защиты вывести переключатель SA1 в положение «∞».

Шкала переключателя SA2, предназначенного для подключения к цепи возбуждения, имеет следующие деления 0, 220, 440, 660, 880, 1100 Ом. Значения токов через эти сопротивления не должны превышать 0,25А в длительном режиме и кратковременно допустима перегрузка до 0,3А..

 

Силовой модуль.

Модуль силовой предназначен для упрощения набора силовых схем с электрическими машинами, а именно, для соединения силовых преобразователей с клеммами, расположенными на лицевой панели модуля с соответствующей мнемосхемой изображений электрических машин. Реальное подключение к электромашинному агрегату выполняется с тыльной стороны.

На силовом модуле асинхронный электродвигатель имеет выводы как статорной, так и роторной цепи, однако лабораторные стенды комплектуются машинами как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором (комплектность зависит от варианта стенда). Если в лабораторном комплексе используется асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, то выходы роторной цепи не используются.

На лицевой панели модуля имеется индикатор для отображения частоты вращения электродвигателей. Модуль содержит  датчик напряжения (ДН) и  датчик тока (ДТ). Датчики обеспечивают потенциальное разделение силовых цепей и цепей управления и позволяют получить напряжения, пропорциональные значениям входных силовых токов и напряжений.

Датчик тока включаются в цепь последовательно, датчик напряжения – параллельно. При неправильном включении датчика ток возможен выход его из строя или срабатывание предохранителя на плате внутри модуля.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.6.

Рисунок А.6 - Силовой модуль

Преобразователь частоты.

Преобразователь частоты (ПЧ) обеспечивает преобразование переменного напряжения 3x380В в трехфазное напряжение с регулируемыми значениями напряжения и частоты.

Модуль преобразователя частоты содержит:

– преобразователь частоты Altivar 31;

– силовые клеммы A, B, C подачи трехфазного напряжения на преобразователь;

– силовые клеммы A1, B1, C1 для снятия выходного напряжения преобразователя;

– выходы звена постоянного тока преобразователя «+», «–» ;

– клеммы маломощных аналоговых сигналов управления преобразователя      (XS1 – вход 1, XS3 – вход 2);

– клеммы аналоговых выходов XS5;

– универсальный цифровой вход LI6 (клемма XS9);

– клеммы XS7, XS8 цифрового выхода 1;

– потенциометр RP1 задания частоты/момента;

– кнопку SB1 сброса внешней ошибки;

– переключатель со средним положением  SA1 для задания направления вращения;

– тумблер SA2 для подачи сигнала на универсальный цифровой вход;

– разъем XR1 в данном модуле не используется.

Внешний вид модуля представлен на рисунке А.7.

Рисунок А.7 - Модуль частотного преобразователя

Подробное описание модуля Преобразователя частоты представлено в Приложении Д.

Модуль однофазного трансформатора.

Модуль предназначен для исследования однофазного трансформатора.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.8.

Рисунок А.8 - Модуль однофазного трансформатора

Сопротивление RP1 предназначено для введения добавочного сопротивления в первичную обмотку трансформатора, максимальный допустимый ток 1,2А.

Сопротивление RP2 предназначено для введения добавочного сопротивления во вторичную обмотку трансформатора, максимально допустимый ток 3,6 А.

На лицевую панель выведены клеммы первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Модуль однофазного трансформатора.

Модуль предназначен для исследования однофазного трансформатора.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.9.

Рисунок А.9 - Модуль однофазного трансформатора

Сопротивление RP1 предназначено для введения добавочного сопротивления в первичную обмотку трансформатора, максимальный допустимый ток 1,2А.

Сопротивление RP2 предназначено для введения добавочного сопротивления во вторичную обмотку трансформатора, максимально допустимый ток 3,6 А.

На лицевую панель выведены клеммы первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Модуль измерительный.

Модуль измерительный служит для измерения сигналов постоянного и переменного тока и имеет в своем составе:

– универсальный цифровой мультиметр;

– вольтметр постоянного тока -250…0…250В;

– амперметр постоянного тока -2…0…2А;

– вольтметр переменного тока 0…250В;

– амперметр переменного тока 0…2А.

Внешний вид модуля приведен на рисунке А.10.

Рисунок А.10 - Модуль измерительный

Приложение Б

Паспортные и расчетные данные электрических машин

Т а б л и ц а Б.1 – Паспортные данные машины постоянного тока

Наименование параметра

Значение

Тип

ПЛ-072

Мощность, Вт

180

Номинальное напряжение питания обмотки якоря, В

220

Номинальное напряжение питания обмотки возбуждения, В

200

Номинальная частота вращения, об/мин

1500

Номинальный ток якоря, А

1,3

к.п.д.

0,63

Масса, кг

7,65

Сопротивление обмотки якоря RЯ,20°C (расчетное значение), Ом

17,5

Сопротивление обмотки возбуждения RОВ,20°C (расчет. значение), Ом

820

Механические потери, Рмех ДПТ, Вт

15

Т а б л и ц а Б.2 – Паспортные и расчетные данные асинхронного двигателя с фазным/короткозамкнутым ротором

Наименование параметра

Значение

Тип

AIS71ВУ3/АИР63В4УЗ

Мощность, Вт

370

Номинальное напряжение питания обмотки статора, В, D Y

380

Номинальная частота вращения, об/мин

1320/1370

Номинальный ток фазы статора, А

1,18/1,37

cos j

0,7

Номинальный момент, Н×м

1,4

Активное сопротивление статора r1,27°C , Ом

19

Механические потери, Рмех АД, Вт

11

Момент холостого хода, М0, Н·м

0,07

 Потери в стали сердечника статора при номинальном напряжении, DРСТ.1 ,Вт

4,75

Примечание: механические характеристики, как естественные, так и искусственные, желательно снимать при пониженном напряжении, а затем момент пересчитывать по формуле:

UПОНИЖ, Л=220 В, М=МОПЫТ×(380/220)2» МОПЫТ×3.

Т а б л и ц а Б. 3 – Паспортные данные импульсного датчика скорости

Наименование параметра

Значение

Тип

TRD-S500VD

Напряжение питания, В

5

Разрешающая способность, имп/об

500

Приложение В

Тарировочные кривые

при iв =0,17 А

 

при iв =0,22 А

 
Зависимости СМ = f(w) и IЯ0 = f(w) машины постоянного тока ПЛ-072У3.

w, 1/с

 

СМ, В×с

 

w, 1/с

 

IЯ0, А

 

при iв =0,17 А

 

при iв =0,22 А

 

Приложение Г

Паспортные и расчетные данные трансформатора

Т а б л и ц а Г.1

Наименование параметра

Значение

Тип

ОСМ1-0,16.УЗ

Мощность, В×А

160

Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, В

220

Номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В

42

Активное сопротивление первичной обмотки трансформатора r1 при t° = 20° C, Ом

5,7

Активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора r2 при t° = 20° C, Ом

1,2

Приложение Д

Преобразователь частоты

Преобразователь частоты (ПЧ) обеспечивает получение трехфазного напряжения с регулируемой частотой из трехфазного напряжения сети.

Преобразователь частоты служит для управления асинхронным трехфазным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Внешний вид модуля ПЧ приведен на рисунке Д.1.

Рисунок Д.1 - Внешний вид модуля

На лицевую панель модуля вынесены:

– преобразователь частоты Altivar 31;

– силовые клеммы A, B, C подачи трехфазного напряжения на преобразователь;

– силовые клеммы A1, B1, C1 для снятия выходного напряжения преобразователя;

– выходы звена постоянного тока преобразователя «+», «–» ;

– клеммы маломощных аналоговых сигналов управления преобразователя      (XS1 – вход 1, XS3 – вход 2);

– клеммы аналоговых выходов XS5;

– универсальный цифровой вход LI6 (клемма XS9);

– клеммы XS7, XS8 цифрового выхода 1;

– потенциометр RP1 задания частоты/момента;

– кнопку SB1 сброса внешней ошибки;

– переключатель со средним положением SA1 для задания направления вращения;

– тумблер SA2 для подачи сигнала на универсальный цифровой вход;

– разъем XR1 в данном модуле не используется.

Исследование преобразователя частоты

Программирование преобразователя частоты.

Программирование производится с кнопочной панели преобразователя (см.рисунок Д.2).

Панель управления оснащена экраном, на котором отображаются текущие значения вызываемых параметров, значения вызываемых пользователем величин, сообщения преобразователя о текущем состоянии (коды неисправностей).

На кнопочной панели  расположены элементы управления и индикации, назначение которых пояснено ниже.

Рисунок Д.2 - Вид панель преобразователя

 


Нажатие на           или          не сохраняет выбора.

 


Длительное нажатие (>2с) на            или           убыстряет просмотр.

Сохранение, регистрация отображаемого выбора:  

Список литературы

1. Копылов И.П. Электрические машины.-М.: Высшая школа. –Логос. -2000. -607 с.

2. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. В двух томах. 3-е издание. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. -652(656) с.

3. Кацман М.М. Электрические машины. 5-е издание, переработанное и дополненное. – М.: Издательский центр «Академия», 2003.-496 с.

4. Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. -320 с.

5. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. - ч. 1,2. -М.: Высшая школа, 1987.

6. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. - ч.2 Машины переменного тока.- Л.: Энергия, 1973. - 412 с.

7. Пиотровский Л.М., Васютинский С.Б., Несговоров Е.Д. Испытания электрических машин. -ч.1.- М., Л.: Госэнергоиздат, 1960.-181 с.

8. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу.- М.: Высшая школа. 1983.- 215 с.

Сводный план 2013г., поз 17 

Сагитов Пулат Исмаилович
Раушан Манаповна Шидерова
Алмуратова Нургуль Канаевна

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
ТРАНСФОРМАТОРЫ И МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Методические  указания к лабораторным работам
для специальности 5В071800

Редактор Н.М. Голева
Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова 

Подписано в печать __.__.__ 
Формат 60x84 1/16
Тираж 100 экз.
Бумага типографская № 1
Объем 2,3   уч. – изд.л.
Заказ____.  Цена 1150 тг.

Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
«Алматинский  университет энергетики и связи»
050013, Алматы, Байтурсынова, 126