Некоммерческое   акционерное   общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электропривода и автоматизации  промышленных установок

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

методические  указания к выполнению

 лабораторных работ

для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика

 

 

Алматы 2008

СОСТАВИТЕЛИ: П.И. Сагитов, Ю.А. Цыба.

Электрические машины. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2008. – 37с.

  

Методические  указания содержат необходимые технические сведения о стендах, программу выполнения работ, методику подготовки, проведения экспериментов и анализа полученных результатов.

Методические  указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 050718 – Электроэнергетика.

1 Лабораторная работа №1. Исследование однофазного трансформатора

 1.1  Цель работы  

Ознакомление с устройством, принципом действия и режимами работы однофазного трансформатора, исследование его характеристик. 

1.2 Общие сведения 

Трансформатор представляет собой статический электромагнитный преобразователь с двумя или больше обмотками, предназначенный (наиболее часто) для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты. Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко применяют при передаче электрической энергии на большие расстояния, при распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

Трансформатор может быть понижающим или повышающим.При этом коэффициент трансформации определяется из выражения

где U₁– напряжения на первичной обмотке;

U₂ – напряжения на вторичной обмотке;

w₁ – число витков первичной обмотки;

w₂ – число витков вторичной обмотки.

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение полезной мощности Р₂, отдаваемой трансформатором в нагрузку, к мощности Р₁, потребляемой им из первичной сети:  или,. Практически к.п.д. трансформаторов очень высок. Так, для трансформаторов малых мощностей (до 1000 ) .

Одним из наиболее часто употребляемых на практике способов определения основных параметров трансформаторов являются испытания их в режимах холостого хода  и короткого замыкания.

На рисунке 1.2 приведена схема измерения исследуемых параметров. 

 

Рисунок 1.1 – Схема измерения исследуемых параметров однофазного трансформатора

1.3  Программа работы 

1.3.1     Ознакомиться с назначением и техническими характеристиками элементов комплектующих лабораторный стенд.

1.3.2     Изучить устройство однофазного трансформатора.

1.3.3     Собрать схему исследований по рисунку 1.2.

1.3.4  Испытание однофазного трансформатора в режиме холостого хода.

1.3.5  Испытание однофазного трансформатора в режиме короткого замыкания.

1.3.6  Испытание однофазного трансформатора в режиме нагрузки.

1.3.7     Определение параметров схемы замещения трансформатора.

1.3.8     Построение внешней характеристики трансформатора.

1.3.9     Построение векторных диаграмм для различных режимов    работы трансформатора.

 1.4  Порядок и методика выполнения работы 

1.4.1      Проверить отсутствие напряжения на стенде, состояние измерительных приборов, клемм и соединительных проводников.

1.4.2      Схема для исследований трансформатора в режиме холостого хода приведена на рисунке 1.2. Холостым ходом трансформатора (х.х) является такой предельный режим его работы, когда вторичная обмотка трансформатора разом­кнута и ток вторичной обмотки . Опыт х.х. позволяет определить коэффициент трансформации, ток, потери и сопротивления х.х.  трансформатора. При опыте х.х. первичную обмотку трансформатора включают в сеть переменного тока с напряжением  (рисунок 1.2). Под действием приложенного напряжения по первичной обмотке протекает ток , равный току х.х., который устанавливается 5—10% номинального.

 

Рисунок 1.2 - Схема опыта х.х. однофазного трансформатора

 

Для измерения тока х.х., приложенного к первичной обмотке напряжения и потребляемой мощности в цепь первичной обмотки трансформатора, включены измерительные приборы (амперметр А, вольтметр V и ваттметр W). Вторичная обмотка трансформатора замкнута на вольтметр, сопротивление которого очень велико, так что ток вторичной обмотки . Во вторичной обмотке трансформатора тока нет и, следовательно, нет падения напряжения в сопротивлении этой обмотки, то  э. д. с.  и определяется показанием вольтметра, включенного в эту обмотку.

В первичной обмотке протекает ток х.х., очень малый по сравнению с номинальным, так что падение напряжения в сопротивлении первичной обмотки будет очень мало по сравнению с приложенным напряжением. Поэтому приложенное напряжение практически уравновешивается э. д. с. первичной обмотки: . Следовательно, э. д. с. первичной обмотки определяется показанием вольтметра, включенного в цепь первичной обмотки при опыте х. х., поэтому коэффициент трансформации

 

. 

Результаты проведенных исследований заносятся в таблицу 1.1.  

Таблица 1.1 – Исследование трансформатора в режиме  холостого хода

Экспериментальные данные
U1, B	I1, A	P, Bт	U2, B
238

 

 

 

 

1.4.3      Схема для исследований трансформатора в режиме короткого замыкания приведена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Схема опыта к.з. однофазного трансформатора

 Опыт к.з. производится при значительно пониженном напряжении и является вторым предельным режимом работы трансформатора, который наряду с опытом х.х. позволяет определить параметры трансформатора при любой нагрузке. При опыте к.з. вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной подводят такое пониженное , при котором в обмотках трансформатора протекают номинальные токи. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания, которое составляет всего несколько процентов от номинального.

Так как падение напряжения в полном сопротивлении обмоток трансформатора при номинальном токе  составляет несколько процентов от номинального напряжения, т.е.  то ток  окажется больше номинального тока во столько раз, во сколько поминальное напряжение больше падения напряжения в полном сопротивлении обмоток при номинальном токе 

.                       

Отношение  называют кратностью тока короткого замыкания. Потери в проводах обмоток трансформатора пропорциональны току во второй степени , так что в случае, когда ток к.з. окажется, например, в 20 раз больше номинального тока, потери в проводах обмоток будут в 400 раз больше (если не учитывать увеличения сопротивления обмоток от нагрева). Выделение большой мощности в проводах обмоток вызывает резкое повышение их температуры, вследствие которого возможно нарушение целости изоляции и выход трансформатора из строя.

При опыте к.з. трансформатора для понижения напряжения используют индукционный регулятор, трансформатор и др. В цепь первичной обмотки включают амперметр А, вольтметр V и ваттметр W (рисунок 1.3).

Опыт к.з. позволяет определить напряжение , потери в обмотках трансформатора  и сопротивления к.з. трансформатора .

Напряжение U₁ определится показанием вольтметра при номинальном токе трансформатора, потери в обмотках  (потери в меди) - показанием ваттметра. При опыте к.з. полезная мощность трансформатора равна нулю, а потери в стали ничтожно малы, так как мал магнитный поток в сердечнике. Поэтому мощность, потребляемая трансформатором при к.з., расходуется на нагревание проводов обмоток:  где - номинальный ток первичной обмотки. Сопротивления к.з.: активное   полное  индуктивное .

Результаты проведенных исследований заносятся в таблицу 1.2.

 

Экспериментальные данные
U1, B	I1, A	P, Bт	I 2, А
			0,69

 

 

 

Таблица 1.2 – Исследование трансформатора в режиме короткого замыкания 

1.4.4      В соответствии с рисунком 1.1 проводятся исследования трансформатора в режиме нагрузки.

При переходе от режима холостого хода к номинальному  режиму изменение напряжения вторичной обмотки можно определить из выражения

 DU = (U_a cos j + U_p sinj) I₂/I_н  

где j – фазовый сдвиг между током и напряжением вторичной обмотки;

I₂  – ток вторичной обмотки.

Результаты проведенных исследований для разных значений нагрузки  заносятся в таблицу 1.3. 

п1.3 – Исследование трансформатора в режиме  нагрузки

Экспериментальные данные
I 2, А	U2, B	P1, Bт	U1, B	I1, A
0,54
0,6
0,66
0,74
0,84
0,97

 1.5       Содержание отчета 

1.5.1     Схемы исследования трансформатора в различных режимах.

1.5.2     Данные измерений, полученные в режиме холостого хода, короткого замыкания и режиме  нагрузки.

1.5.3     Из опыта холостого хода определяется коэффициент трансформации , потери в магнитопроводе Р_ст, которые равны потерям х.х, и сопротивление трансформатора в режиме холостого хода Z_хх.

1.5.4     По данным опыта короткого замыкания определяют потери P_п в проводах обмоток при номинальном токе, сопротивление трансформатора Z_к, а также напряжение короткого замыкания U_к и его активную U_а (в процентах) и реактивную U_р составляющие.

1.5.5     По данным опыта в рабочем режиме строится внешняя характеристика трансформатора U₂ = f(I₂) и зависимость h = f(I₂) с учетом паспортных данных трансформатора (таблица 1.4). Расчётные величины зависимости h = f(I₂) заносятся в таблицу 1.5. 

Таблица 1.4 – Паспортные данные трансформатора для активной нагрузки

Sн, BA	U2н, B	I 2н, А
100	110	0,909091

 

 

           Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение полезной мощности, отдаваемой трансформатором в нагрузку, к мощности, потребляемой им из первичной сети:  или,. Практически к.п.д. трансформаторов очень высок. Так, для трансформаторов малых мощностей (до 1000 ) .

Таблица 1.5 – Расчётные величины зависимости h = f(I₂)

Расчетные величины
I 2н, А	β	η
0,54
0,6
0,66
0,74
0,84
0,97

 

 

 

 

 

 

 1.5.6     Рассчитываются параметры схемы замещения трансформатора, которые заносятся в таблицу 1.6.

1.5.7     Выводы.

Таблица 1.6 – Расчетные параметры схемы замещения трансформатора

Расчетные значения

S0, BA

Z0, Oм

X0, Oм

R0, Oм

cosφ0

φ0, град

α0, град

Расчетные значения

Sк, BA

Zк, Oм

Xк, Oм

Rк, Oм

сosφк

φк, град

R1, Oм

R2, Oм

Xк, Oм

Xк, Oм

 

 

 

 

 

1.6 Контрольные вопросы  

1.6.1.  Устройство и принцип действия трансформатора.

1.6.2.  Назначение и область применение трансформаторов.

1.6.3.  Как определяется коэффициент трансформации трансформатора?

1.6.4.  Как определяется h трансформатора, и зависимость h = f(I₂)?

1.6.5.  Особенности работы трансформатора в режиме х.х. и к.з., какие параметры трансформатора позволяет определить каждый из этих режимов?     

2 Лабораторная работа №2. Исследование трёхфазного трансформатора 

2.1 Цель работы  

Ознакомление с устройством, принципом действия и режимами работы трёхфазного трансформатора, исследование его характеристик. 

2.2  Общие сведения 

Свойства любого трансформатора могут быть оценены по его характеристикам. Исследование последних производится на основе схемы замещения, параметры которой определяются из опытов холостого хода и короткого замыкания.

         Режимом холостого хода называется такой  режим, когда напряжение, подведенное к первичной обмотке равно номинальному значению, а вторичная  обмотка  разомкнута. При холостом ходе ток, идущий на создание магнитного потока (намагничивающий ток), мал и не превышает 5 – 10 % от номинального. Малы будут и потери в меди на активном сопротивлении первичной обмотки. Вся подведенная мощность тратится,  в основном, на потери в стали (на вихревые токи и гистерезис).

         Режимом  опытного  короткого замыкания называется такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко, т.е. U2 = 0, а к первичной обмотке подведено такое пониженное напряжение Uк (напряжение короткого замыкания), при котором в обмотках трансформатора протекают  токи, равные номинальным.  При этом вся подведенная мощность тратится на потери в меди первичной и вторичной обмотках трансформатора.

Любой нагрузочный режим трансформатора может быть получен путем взаимного наложения режимов холостого хода и короткого  замыкания.

Обмотки высокого и низкого напряжения могут соединяться либо в звезду (Y), либо в треугольник (∆), либо в звезду с выведенной нулевой точкой (Y₀). На рисунке 2.1, а и 2.1, б показаны две возможные схемы соединения обмоток.

При соединении Y/Y и ∆/∆ отношение линейных напряжений U1л и U2л

U1л/U2л = ω₁/ ω₂ =;

при соединении Y/∆

U1л/U2л =;

при соединении ∆/ Y

U1л/U2л= /

где – коэффициент трансформации.

Соединения Y/Y-0  применяется в тех случаях, когда нагрузка носит смешанный осветительно-силовой характер. При этом двигатели включаются на Uл=220В или Uл=380В, а лампы между одним из линейных проводов и нейтральным проводом, т.е. на Uл=220В, Uф =127В или Uл=380В, Uф =220В.

Соединение Y/∆ - принимается в тех случаях, когда номинальное напряжение выше 400 В.

Соединение Y-/∆ применяется, когда трансформатор обслуживается главным образом в линии электропередач. Соединение обмоток  этих трансформаторов по способу Y-/∆ предусматривает возможность заземления системы на стороне высокого напряжения. 

2.3 Программа работы 

2.3.1     Ознакомиться со схемой, конструкцией и паспортными данными трехфазного трансформатора.

2.3.2  Собрать схему исследований. 

2.3.3     Провести опыт холостого хода.

2.3.4  Провести опыт короткого замыкания.

2.3.5     Испытание трёхфазного трансформатора в режиме нагрузки.

2.3.6     Построить характеристики трансформатора (внешнюю U₂=f(I₂) и зависимости: I₁=f(I₂), I₁=f(cosj _1Ф), η  = f (I₂)).

2.3.7  Основные выводы и заключение. 

2.4 Порядок и методика выполнения работы 

2.4.1     Проверить отсутствие напряжения на стенде, состояние измерительных приборов, клемм и соединительных проводников.

2.4.2     Схемы для исследований трансформатора в режиме холостого хода приведены на рисунке 2.1, а или 2.1, б.

Рисунок 2.1 – Схема исследования трехфазного трансформатора при соединении обмоток Y/Y (а) и при соединении обмоток Y/∆ (б)   

Холостым ходом трансформатора является такой предельный режим его работы, когда вторичная обмотка трансформатора разом­кнута и ток вторичной обмотки . Опыт х.х. позволяет определить коэффициент трансформации, ток, потери и сопротивления х.х. трансформатора. Для этого включить трансформатор в сеть, предварительно установив с помощью  автотрансформатора  наименьшее напряжение U = 0,5 Uн. Затем увеличивая напряжение до U =1,2 Uн, измеряют напряжения, токи и мощность. Данные опыта заносятся в таблицы 2.1 и 2.2 и по ним определяют коэффициент трансформации. Коэффициент трансформации определяется для схемы соединения обмоток, которая была собрана и исследована по указанию преподавателя.

Таблица 2.1 – Определение коэффициента трансформации

Эксперимент
U 1ф, В	U 2ф, В	U 2л, В

 

 

 

 Таблица 2.2 – Опыт холостого хода

Эксперимент
U 1ф, В	I 1ф, A	P 1, Вт

 

 

 

2.4.3     Опыт к.з. производится при значительно пониженном напряжении и является вторым предельным режимом работы трансформатора, который наряду с опытом х.х. позволяет определить параметры трансформатора при любой нагрузке. При опыте к.з. вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко, а к первичной обмотке подводят такое пониженное , при котором в обмотках трансформатора протекают номинальные токи. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания, которое составляет всего несколько процентов от номинального.

Для снятия характеристик короткого замыкания трансформатора опыт проводится также по схемам, представленным на рисунке 2.1, а или 2.1, б. При этом с помощью автотрансформатора  устанавливается  напряжение близкое к нулю U =( 2÷3 )%Uн. Трансформатор, с замкнутой накоротко вторичной обмоткой, присоединяют к источнику питания. Затем повышают напряжение от 0 до тех пор, пока ток трансформатора не будет равен (1.1÷ 1.2)Iн. Данные опыта заносят  в таблицу 2.3.

 

                  Таблица 2.3 – Опыт короткого замыкания

Эксперимент
U 1ф, В	I 1ф, A	P 1, Вт

 2.4.4     Исследования трансформатора в режиме нагрузки также проводятся в соответствии с рисунком 2.1, а или 2.1, б. Как было отмечено выше, любой нагрузочный режим трансформатора может быть получен путем взаимного наложения режимов холостого хода и короткого  замыкания. Поэтому при исследовании трансформатора в рабочем режиме опыт необходимо повторять при разных значениях сопротивления нагрузки R_н4. Результаты эксперимента заносят в таблицу 2.4.

 

               Таблица 2.4 – Работа трансформатора под нагрузкой

Далее в соответствии с таблицей 2.5 для режима нагрузки вычисляют коэффициент мощности (cosj) и коэффициент полезного действия (η).

  Таблица 2.5 - Расчетные параметры трансформатора при работе под нагрузкой

SH, BA	I1нф, А	Р0, Вт	Рк, Вт
300	0,4545	7	30
Расчетные величины
R4, Ом	сosφ1ф	β	η

 

 

 

 

 

По полученным экспериментальным и расчётным данным строятся зависимости U₂=f(I₂),  I₁=f(I₂), I₁=f(cosj _1Ф), η  = f (I₂). 

2.5  Содержание отчета 

2.5.1     Схемы исследования трансформатора для различных режимов его  работы.

2.5.2     Данные измерений, полученные в режиме холостого хода, короткого замыкания и режиме  нагрузки.

2.5.3       Расчётные значения коэффициента мощности (cosj) и коэффициента полезного действия (η).

2.5.4       Зависимости U₂=f(I₂),  I₁=f(I₂), I₁=f(cosj _1Ф), η  = f (I₂).

2.5.5       Выводы. 

2.6 Контрольные вопросы  

2.6.1     Устройство и принцип действия трёхфазных трансформаторов.

2.6.2     Назначение и область применение трёхфазных трансформаторов.

2.6.3     Что называется коэффициентом трансформации и как он определяется для разных схем соединения обмоток?

2.6.4     Как определяется коэффициент полезного действия трансформатора (h )  и какой характер имеет зависимость h = f(I₂)?

2.6.5     Цель и порядок проведения опытов холостого хода и короткого замыкания?

2.6.6     Какие виды потерь определяются из опытов короткого замыкания и холостого хода?

2.6.7     Какова причина не симметрии токов холостого хода в фазах трехфазного стержневого трансформатора?

2.6.8     При какой нагрузке трансформатор будет работать с максимальным к.п.д.?

2.6.9     В чем отличие опытного короткого замыкания от эксплуатационного?

2.6.10  Порядок построения векторных диаграмм  х.х. и  к.з.

3 Лабораторная работа №3. Исследование электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением 

3.1 Цель работы  

Ознакомление с устройством, принципом действия двигателя постоянного тока независимого возбуждения и исследование его характеристик. Освоить способы регулирования частоты вращения двигателя. 

3.2 Общие сведения 

Двигатели постоянного тока находят широкое применение в промышленных, транспортных и др. установках, где необходимо глубокое и плавное регулирование скорости вращения (прокатные станы, мощные металлорежущие станки, электрическая тяга на транспорте и т.д.).

По способу возбуждения двигателя постоянного тока аналогично генераторам подразделяются на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Все типы двигателей в соответствии с разнообразными требованиями к ним различными типами приводов, имеют разнообразные характеристики.

Свойства двигателей определяются в основном пусковыми, рабочими и регулировочными характеристиками.

В пусковом режиме поведение двигателя характеризуется пус­ковыми токами и вращающим моментом, которые обычно не должны превышать двукратных величин номинальных значений.

Рабочие характеристики показывают зависимость частоты вращения п, вращающего момента М, потребляемого от сети тока I, и к.п.д h от внешней нагрузки P₂ при номинальном значении напряжения сети (рисунок 3.1). С увеличением полезной мощности вращающий момент увеличивается. Ход кривой изменения вра­щающего момента несколько отличается от прямой линии из-за уменьшения магнитного потока за счет реакции якоря.

Рисунок 3.1 -  Рабочие характеристики      Рисунок 3.2 - Механическая и                                                                  

двигателя независимого возбуждения      скоростная характеристика двигателя

                                                                       независимого возбуждения

К.п.д. двигателя в момент пуска равен нулю. При увеличе­нии нагрузки двигателя примерно до 0,3 номинальной величины, к.п.д. возрастает почти прямолинейно, а затем при нагрузке от 0,5 и более изменяется незначительно. При больших нагрузках к.п.д. несколько уменьшается.

Ход кривой частоты вращения якоря показывает, что при уве­личении нагрузки значение п на 5...8% уменьшается от установ­ленного значения. Указанное снижение обусловливается увеличе­нием падения напряжения в якоре. Противоположное воздействие оказывает уменьшение магнитного потока главных полюсов за счет реакции якоря.

Регулировочные характеристики (скоростные) определяют пределы изменения частоты вращения якоря (рисунок 3.2). Последняя прямо пропорциональна напряжению, подводимому к двигателю, сопро­тивлению в цепи якоря и обратно пропорциональна магнитному потоку главных полюсов

 

         где  - конструктивная постоянная двигателя;

            Ф - магнитный поток одного полюса;

          w - скорость вращения, 1/с;

U - напряжение сети;

I - ток якорной цепи;

R =R_Я+R_Р - суммарное сопротивление якорной цепи;

R_Я - сопротивление обмоток якоря и щеточного контакта;

R_P -  добавочное внешнее сопротивление в цепи якоря.

В другой форме записи при постоянстве магнитного потока Ф уравнение может быть приведено к виду

где   - скорость идеального холостого хода (при I=0), равная ;

- падение скорости при данном токе и сопротивлении якорной цепи.

Как видно из уравнения, ско­ростная характеристика двигателя представляет собой прямую линию, наклон которой к оси   абсцисс определяется коэффициентом .

Чтобы получить уравнение механической характеристики, воспользуемся известной зависимостью между электромагнитным моментом и током якоря двигателя

I

где  - падение скорости при данном моменте нагрузки и сопротивлении якорной цепи.

3.3 Программа работы 

3.3.1     Ознакомиться с устройством и принципом действия двигателя постоянного тока независимого возбуждения и  рассмотреть возможные способы регулирования его частоты вращения.     

3.3.2     Ознакомиться с лабораторным стендом  и схемой исследования.

3.3.3     Собрать схему согласно рисунку.

3.3.4     Испытать двигатель методом нагрузочного генератора, получить     его механическую и рабочие характеристики.

3.3.5     Исследовать регулировочные свойства двигателя и построить характеристики.  

3.4  Порядок и методика выполнения работы  

3.4.1     Проверить отсутствие напряжения на стенде, состояние измерительных приборов, клемм и соединительных проводников. Ознакомиться с лабораторным стендом  и схемой исследования.

3.4.2     Собрать электрическую схему представленную на рисунке 3.2 и включив переключатель подать на двигатель напряжение.

Рисунок 3.1 – Схема исследования двигателя постоянного тока независимого возбуждения   

Для регулирования скорости вращения в цепь возбуждения двигателя включается регулировочный реостат r_р. Для создания нагрузки на валу двигателя используется генератор постоянного тока независимого возбуждения.

Для изменения направления вращения якоря изменяют направление тока в обмотке якоря. В последнем случае перемена концов проводов на зажимах якоря должны быть сделаны так, чтобы ток в обмотке возбуждения не изменял направление.

3.4.3     Снятие рабочих характеристик. Рабочими характеристиками двигателя называют зависимость тока двигателя I, скорости вращения n, вращающего момента М, подводимого к двигателю мощности Р₁, и к.п.д.  от полезной мощности на валу Р₂ при неизменном напряжении на зажимах двигателя и токе возбуждения: I, n, M, Р₁, =f(Р₂) при U=const, i_в=const.

При снятии рабочих характеристик двигатель приводят во вращение с номинальной скоростью n_н и нагружают до номинальной мощности Р_н=U_нI. Значения Р_н и n_н указывают в паспортных данных двигателя (таблица 3.1). Величина тока возбуждения, полученная после установки n_н, принимается за номинальную- i_вн и поддерживается во время опыта постоянной. При номинальном режиме работы двигателя выполняют первый отсчет по приборам. После этого двигатель перегружают примерно на 10-15% и вновь записывают показания всех приборов. Остальные точки (5-6) рабочих характеристик получают в процессе плавного уменьшения нагрузки от (1,1-1,15)Р_н до нуля. Результаты эксперимента заносят в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.1 – Паспортные данные двигателя М3 (СЛ-26111В)

Uн, В	110	IВ, А	0,1
Iн, А	0,9	Rя, Ом	60
Мн, Нм	0,0343	ηдв	0,5
UВ, В	110

 

 

 

  Таблица 3.2 – Исследование рабочих характеристик двигателя М3

 

3.4.4     Снятие регулировочной характеристики I_я = f(I_в) осуществляют следующим образом: уменьшая момент нагрузки поддерживая частоту вращения двигателя неизменной на уровне n_дв= 2850об/мин увеличением тока возбуждения. Результаты эксперимента заносят в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Экспериментальные данные регулировочной характеристики двигателя (n_дв= 2850об/мин = const)

	Номер опыта
	1	2	3	4	5	6
Iя, А
IB, А

 

 

 

3.4.5     Исследование возможности регулирования частоты вращения двигателя, изменением тока возбуждения.

Скорость вращения двигателя определяется из выражения

.

Из приведенной формулы видно, что регулировать скорость вращения двигателя независимого возбуждения можно тремя способами:

а) изменением подводимого к зажимам двигателя напряжения;

б) изменением величины сопротивления в цепи якоря;

в) изменением магнитного потока возбуждения.

Первый способ применяется сравнительно редко. Однако, в некоторых случаях этот способ незаменим, поскольку он обеспечивает в широком диапазоне плавное регулирование скорости вращения. Два других способа (особенно последний) на практике получили широкое применение.

Зависимость скорости вращения от тока возбуждения осуществляется при неизменном напряжении на зажимах и момента на валу

n=f(i_в)   при  U=U_н     и  М₂=const.

Нагрузив двигатель до номинальной нагрузки, устанавливают ток возбуждения и номинальное напряжение на зажимах якоря. Поддерживая напряжение неизменным, уменьшают ток возбуждения i_в и измеряют скорость вращения. Данные опыта сводят в таблицу 3.4 и строят характеристику n=f(i_в).

 

	Номер опыта
	1	2	3	4	5	6
Iя, А
n, об/мин
IB, А

 

 

 

 

Таблица 3.4 – Исследование возможности регулирования частоты вращения двигателя, изменением тока возбуждения  (R1-обрыв) 

3.5  Содержание отчета 

3.5.1     Схема исследования двигателя независимого возбуждения и полученные экспериментальные данные.  

3.5.2     Рабочие характеристики I, n, M, Р₁,  = f(Р₂) при  U=const, i_в=const, построенные по экспериментальным данным.

3.5.3     Регулировочная характеристика I_я = f(I_в) и характеристика n=f(i_в).

3.5.4     Анализ полученных результатов исследований, выполненный в соответствии с пунктами 3.4.3, 3.4.4 и 3.4.5 настоящей методики. 

3.6       Контрольные вопросы 

3.6.1     Элементы конструкции машин постоянного тока и их назначения.

3.6.2     Классификация двигателей постоянного тока.

3.6.3     Влияние реакции якоря на скоростные характеристики двигателя.

3.6.4     Назначение пускового и регулировочного реостатов.

3.6.5     Способы регулирования скорости двигателя независимого возбуждения и их анализ.

3.6.6     Способы реверсирования двигателя постоянного тока.

3.6.7     В каких случаях двигатель может пойти в разнос.

3.6.8     Рабочие характеристики и их анализ. 

4 Лабораторная работа №4. Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением 

4.1 Цель работы  

Ознакомление с устройством, принципом действия генератора постоянного тока с независимым возбуждением, изучение режимов его работы и исследование характеристик.  

4.2 Общие сведения 

Электрические генераторы, преобразующие ме­ханическую энергию в электрическую. Генераторы устанавливаются на электрических станциях, где приводятся во вращение с помощью паровых и гидравлических турбин. Кроме того, они широко применяют­ся в различных транспортных устройствах: на автомобилях, самолетах, тепловозах, кораблях, передвижных электростанциях и др., где при­водятся во вращение главным образом от двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин, В ряде случаев генераторы используются в качестве источников питания в установках связи, устройствах авто­матики, измерительной техники и пр.;

Вра­щающиеся электрические машины обладают свойством обратимости, т.е. могут работать как в генераторном, так  и в двигательном режимах и переходить из одного режима в другой, при этом каждый преобразователь может изменять направление преобразуемой им энергии. 

Генераторы постоянного тока по способу питания обмотки возбуждения разделяются на генераторы с самовозбуждением, когда обмотка питается от обмотки якоря того же генератора, и с независимым возбуждением. В последнем случае ее питание осуществляется от независимого источника.

Характеристика холостого хода генератора показывает зави­симость э.д.с. якоря от тока возбуждения, снятую при постоян­ном числе оборотов. Для генераторов с независимым возбужде­нием при постоянстве частоты вращения э.д.с. обмотки якоря прямо пропорциональна магнитному потоку, т.е. она определя­ется магнитной характеристикой машины. Примерный вид этой характеристики приведен на рисунке 4.1

Внешняя характеристика показывает зависимость изменения напряжения на зажимах генератора U_Г от изменения тока нагрузки I_Г при  неизменных значениях частоты вращения якоря  и  тока возбуждения (рисунок 4.2).

Рисунок 4.1- Характеристика холос -      Рисунок 4.2-Внешняя характеристика

того хода генератора постоянного           генератора постоянного тока с незави-     

тока с независимым возбуждением          симым возбуждением                         

 В генераторах независимого возбуждения с увеличением тока нагрузки напряжение на его зажимах падает, что объ­ясняется снижением э.д.с. за счет реакции якоря и увеличением падения напряжения в его обмотке.

  4.3       Программа работы 

4.3.1      Ознакомиться с устройством и принципом действия генератора постоянного тока независимого возбуждения, изучить его параметры, режимы  работы и характеристики. 

4.3.2      Ознакомиться с лабораторным стендом  и схемой исследования.

4.3.3      Собрать схему согласно рисунку.

4.3.4      Снять характеристику холостого хода Е₀=f(I_B) и провести опыт короткого замыкания.

4.3.5      Снять внешнюю характеристику U=f(I_B).

4.3.6      Снять регулировочную характеристику I_B=f(I_H).  

4.4       Порядок и методика выполнения работы  

4.4.1     Проверить отсутствие напряжения на стенде, состояние измерительных приборов, клемм и соединительных проводников. Ознакомиться с лабораторным стендом  и схемой исследования.

4.4.2      Собрать электрическую схему представленную на рисунке 4.3 и включив переключатель подать напряжение на приводной двигатель генератора.

Рисунок 4.3 - Схема испытания генератора независимого возбуждения 

4.4.3      Снятие и исследование характеристики холостого хода E₀ = f(Iв)  осуществляется при постоянстве частоты вращения. При этом, вначале ток возбуждения генератора Iв увеличивают от 0 до 0,074А, занося значения U_пр в таблицу 4.1, а затем меняя направление тока Iв на противоположное, переключением полярности напряжения на обмотке возбуждения  уменьшают Iв записывая в таблицу значения U_обр. По полученным данным строят прямую и обратную ветви характеристики холостого хода генератора. Паспортные данные генератора приведены в таблице 4.2. 

Таблица 4.1 – Опыт холостого хода.  n=2800 об/мин

	Номер опыта
	1	2	3	4	5	6
IВ, А	0	0,044	0,052	0,06	0,07	0,074
Uпр, В
Uобр, В

 

 

 

 

 Таблица 4.2 – Паспортные данные генератора типа СЛ-26111  

Uн, В	110	Р1, Вт	99
Iн, А	0,9	Р2, Вт	55
Мн, Нм	0,147	n, об/мин	4000
UВ, В	110	η	0,55
IВ, А	0,1

 

 

 

 

4.4.4      Характеристика короткого замыкания – это зависимость тока короткого замыкания I_кз от тока возбуждения I_в, снятая при замкнутых накоротко через амперметр якорной цепи (U = 0) и постоянной скорости вращения генератора

I_кз=f (I_в)   при  U=0, и  n=n_н=const.

Зависимость I_кз=f(I_в) имеет прямолинейный характер, так как при малых значениях  I_в машина ненасыщена, т.е.  Е  пропорциональна  I_в (начальный участок х.х.),  а I_кз= Е /R_а, следовательно, I_кз  пропорционален I_в. 

Не подавая  питания в цепь обмотки возбуждения, доводят скорость вращения генератора до номинальной, измеряют ток I_кз, обусловленный потоком остаточного магнитизма, далее подают питание в обмотку возбуждения   при максимальном сопротивления r_рв в цепи возбуждения. Затем постепенно увеличивают ток возбуждения так, чтобы ток I_кз не превышал номинального значения тока якоря, и снимают данные.

         Так как характеристика короткого замыкания прямолинейна, то достаточно снять две точки.

Данные сводят в таблицу 4.3 и строят характеристику.

 

Таблица 4.3 – Опыт короткого замыкания

	Номер опыта
	1	2
IВ, А
IГ, А
n, об/мин

 

 

 

 

 4.4.5      Внешнюю характеристику генератора U_Г = f(I_Г) снимают при разных значениях тока нагрузки при  неизменных значениях частоты вращения якоря  и  тока возбуждения I_ВН.  Значения I_Г и U_Г заносят в таблицу 4.4.

По полученным данным строят внешнюю характеристику генератора U_Г = f(I_Г). 

     Таблица 4.4 – Внешняя характеристика при n=2800 об/мин 

	Номер опыта
	1	2	3	4	5	6	7
IГ, А	0	0,06	0,1	0,12	0,16	0,19
UГ, В

 

 

 

4.4.6      Снятие регулировочной характеристики. Регулировочная характеристика показывает, как необходимо изменять ток возбуждения  I_в  генератора при изменении тока нагрузки  I_я ,  чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным:

I_в = f(I_я)  при  U = U_н = const,   n = n_н = const.

Регулировочная характеристика получается на основании следующего опыта. Генератор возбуждают до номинального напряжения при холостом ходе и записывают при   I_я =0  ток  I_в.  Затем постепенно генератор нагружают путем изменения сопротивления  R_н  при  n = n_н  и одновременно увеличивают ток возбуждения так, чтобы напряжение все время оставалось равным U_Г = 50В. Данные сводят таблицу в 4.5 и строят характеристику. 

Таблица 4.5 – Регулировочная характеристика при U_Г = 50В

	Номер опыта
	1	2	3	4	5	6
IЯ, А
IВ, А

 

 

 

 4.5 Содержание отчета 

4.5.1     Схема исследования генератора независимого возбуждения и полученные экспериментальные данные. 

4.5.2     Характеристика холостого хода E₀ = f(Iв).

4.5.3     Результаты опыта короткого замыкания и характеристика.

4.5.4     Внешняя характеристика генератора U_Г = f(I_Г).  

4.5.5     Регулировочная характеристика генератора I_я = f(I_в).

4.5.6     Анализ полученных результатов исследований, выполненный в соответствии с пунктами 4.4.3, 4.4.4 и 4.4.5 настоящей методики.

4.6        Контрольные вопросы 

4.6.1     Основные элементы конструкции генераторов постоянного тока.

4.6.2     Принцип действия генератора постоянного тока.

4.6.3     Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения.

4.6.4     Область применения генераторов постоянного тока с независимым возбуждением.

4.6.5     Объяснить вид кривой регулировочной характеристики.

4.6.6     Объяснить вид кривой  внешней  характеристики.

4.6.7     Как определить коэффициент насыщения?

4.6.8     Как изменяется характер размагничивающего действия реакции якоря при изменении насыщения?

4.6.9     Чем объясняется нелинейность характеристики холостого хода?

4.6.10  В чем отличие опытного к.з. от эксплутационного?

4.6.11  Что понимается под свойством обратимости машин постоянного тока? 

5 Лабораторная работа №5. Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором  

5.1 Цель работы  

Ознакомление с устройством, принципом действия и режимами работы трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и исследование его характеристик. 

5.2 Общие сведения 

Асинхронные двигатели малой мощности от долей ватта до 500 Вт применяют в различных отраслях промышленности, как в трехфазном, так и в однофазном исполнении. По своему устройству трехфазные асинхронные двигатели малой мощности, используемые в автоматиче­ских устройствах, не отличаются от трехфазных асинхронных двигате­лей общего применения. Маломощные асинхронные двигатели выпол­няют преимущественно с короткозамкнутым ротором. Работа трехфазных двигателей малой мощности не отличается от работы обычных трехфазных двигателей.

У асинхронных двигателей довольно жесткая ско­ростная характеристика - зависимость числа оборотов от величины нагрузки или полезной мощности двигателя Р, отдаваемой в нагрузку: n₂=f(P). Так, если нагрузка уве­личивается от нуля до номинальной, то частота вращения ротора меняется всего на 1- 6%.

На рисунке 5.1 показаны зависимости вращающего момента М, коэффициента мощности соsj, КПД -h двигателя от мощ­ности Р. Зависимость коэффициента мощности от нагрузки довольно резко выражена. Значение соsj резко уменьша­ется (до 0,2) при сбросе нагрузки. Это объясняется тем, что в режиме холостого хода активная составляющая тока в роторе близка к нулю и ток в роторе имеет чисто реактив­ный характер. По мере увеличения нагрузки начинает воз­растать активная составляющая тока, что влечет за собой увеличение коэффициента мощности. При нагрузке, близ­кой к номинальному значению Р_Н, коэффициент мощности достигает своей максимальной величины (0,8-0,9), а при дальнейшем увеличении нагрузки - падает. Уменьшение коэффициента мощности при увеличении нагрузки вызвано возрастанием скольжения S, увеличением индук­тивного сопротивления ротора и, следовательно, возраста­нием индуктивной составляющей тока.

Для повышения коэффициента мощности необходимо, чтобы нагрузка асинхронного двигателя была номиналь­ной или близкой к ней. Если нагрузка не превышает 50% номинальной, для повышения коэффициента мощности це­лесообразно уменьшить подводимое к двигателю напряже­ние. Для этой цели статорную обмотку переключают с тре­угольника на звезду.

Отставание частоты вращения ротора от частоты вра­щения магнитного поля характеризуется так называемой величиной скольжения S. Под скольжением понимают разность между частотой вращения поля статора п₁ и часто­той вращения ротора п₂ , выраженную в процентах от час­тоты вращения поля статора

s = (n₁ - n₂) 100% /n₁.

Величина скольжения асинхронного двигателя в зави­симости от режима его работы может изменяться от 0 до 1. Случай S = 1 соответствует тому моменту, когда частота вращения ротора п₂ равна нулю, а это имеет место при пус­ке двигателя, а также в том случае, когда тормозящий мо­мент нагрузки больше вращающего момента. Для асинхрон­ных двигателей всегда указывается величина скольжения при номинальной нагрузке. Для двигателя с мощностью от I до 1000 кВт номинальное скольжение лежит в пределах 0,06 - 0,01. Из выше приведенного  выражения для s нетрудно определить частоту вращения асинхронного двигателя

n₂ = n₁ (1-s).

Ввиду того, что обмотка ротора обладает индуктивностью, протекающий по ней ток имеет активную и реактивную со­ставляющие. Механическую силу в двигателе создает толь­ко активная составляющая тока ротора, величина которой зависит от соотношения между активным и индуктивным сопротивлением обмотки ротора. Индуктивное сопротивле­ние обмотки ротора равно Х_L = 2лf₂L, где L - индук­тивность обмотки ротора; f₂, - частота изменения наводи­мой в нем ЭДС.

Выше говорилось о том, что ЭДС ротора наводится за счет наличия разности частот п₁ - п₂. Подставляя эту раз­ность в общую формулу f=pn/60, определяем частоту ЭДС ротора

                                            .                                   

Так как частота f₂ меняется с изменением нагрузки, то с из­менением нагрузки меняется и индуктивное сопротивление  X_L ротора. 

5.3 Программа работы 

5.3.1      Ознакомится с устройством и принципом действия трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, изучить его параметры, режимы  работы и характеристики. 

5.3.2      Ознакомиться с лабораторным стендом  и собрать схему исследования по рисунку 5.1, снять и построить рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

5.3.3      Снять и построить механическую характеристику трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

5.3.4      Проанализировать полученные характеристики.

5.4       Порядок и методика выполнения работы  

5.4.1     Проверить отсутствие напряжения на стенде, состояние измерительных приборов, клемм и соединительных проводников. Ознакомиться с лабораторным стендом  и схемой исследования (рисунок 5.2).

 

Рисунок 5.2 - Схема  исследования трехфазного асинхронного двигателя с

с короткозамкнутым ротором 

5.4.2      Собрать электрическую схему представленную на рисунке 5.2 и включив переключатель подать напряжение на двигатель. При этом в режиме холостого хода снять показания с приборов и занести их в таблицу 5.1. Затем, нагрузив двигатель до полной его остановки, записывают показания опыта короткого замыкания и заносят их в таблицу 5.2. Паспортные данные двигателя с к.з. ротором представлены в таблице 5.3.

 

 Таблица 5.1 –Опыт холостого хода

U, В	IФ, А	Р, Вт	n, об/мин

 

 

 Таблица 5.2 – Опыт короткого замыкания

IФ, А	Рн, Вт

 

 

 Таблица 5.3 – Паспортные данные двигателя

Рн, Вт	20	n0, об/мин	3000
nн, об/мин	2750	Sн	0,08333
Iн, А	0,18	Мп, Нм	0,0138
Мн, Нм	0,014	Iн, А	0,18

 

 

 

 

 

 5.4.3      Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:  n₂=f(P), соsj = f(P),  М= f(P),  I = f(P),  h = f(P) снимаются при разных величинах нагрузки или полезной мощности двигателя Р. При этом величина нагрузки регулируется током возбуждения I_В  нагрузочного генератора который соединён общим валом с двигателем. Данные эксперимента заносят в таблицу 5.4. По полученным результатам строят рабочие характеристики.

5.4.4      Механическая характеристика двигателя n₂=f(М) также  снимается методом нагрузочного генератора. Данные эксперимента заносят в таблицу 5.4. и по ним строят механическую характеристику.

 Таблица 5.4 – Рабочие характеристики двигателя

Опытные данные						Результаты вычисления
Двигатель				Генератор
Uдв.	Iдв.	Рф	n2	Uг	Iг	Р2	М	S	ηдв	ηг	cosφ1
B	A	Вт	об/мин	В	А	Вт	Нм	-	-	-	-

 

 

 

 

 

 

5.5            Содержание отчета 

5.5.1     Схема исследования трёхфазного асинхронного двигателя с к.з. ротором.

5.5.2     Экспериментальные данные зависимостей: n₂=f(P), соsj = f(P),  М= f(P),  I = f(P),  h = f(P) и рабочие характеристики асинхронного двигателя.

5.5.3     Экспериментальные данные зависимости n₂=f(М) и механическая характеристика.  

5.5.4     Анализ полученных результатов исследований, выполненный в соответствии с пунктами 5.4.2, 5.4.3  и 5.4.4 настоящей методики. 

5.6             Контрольные вопросы 

5.6.1     Устройство и принцип действия трёхфазного асинхронного двигателя с к.з. ротором.

5.6.2     Рабочие характеристики трёхфазного асинхронного двигателя с к.з. ротором.

5.6.3     Механическая характеристика трёхфазного асинхронного двигателя с к.з. ротором.

5.6.4     Чем отличаются рабочие и механические характеристики трёхфазного асинхронного двигателя с к.з. ротором от этих же характеристик обычного трёхфазного асинхронного двигателя. 

5.6.5     Регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателя с к.з. ротором.

5.6.6     Достоинства и недостатки трёхфазного асинхронного двигателя с к.з. ротором.

5.6.7     Область применения трёхфазных асинхронных двигателей с к.з. ротором.  

6 Лабораторная работа №6. Исследование сельсинов  

6.1 Цель работы  

Ознакомление с устройством, принципом действия сельсинов и исследование их характеристик в индикаторном и трансформаторном режимах работы. 

6.2 Общие сведения  

Электрические машины синхронной связи служат для синхронного и синфазного поворота или вращения двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. В простейшем случае синхронная передача угла (синхронная связь) осуществляется с помощью двух одинаковых электрически соединенных между собой индукционных машин, называемых сельсинами (от слов self sinchroniring - самосинхронизирующийся). Одна из этих машин механически соединяется с ве­дущей осью и называется датчиком, а другая - с ведомой осью (непосредственно или с помощью промежуточного исполнительного двигателя) и называется приемником.

Различают два основных режима работы сельсинов; индикаторный и трансформаторный.

Индикаторный режим работы применяют его в том случае, когда к ведомой оси приложен весьма малый момент сопротивления (когда ось нагружена стрелкой или шкалой). При работе системы поворот ротора сельсина-датчика на некоторый угол приводит к появлению в обмот­ках синхронизации обоих сельсинов электрического тока и к возник­новению в сельсине-приемнике синхронизирующего момента, под дей­ствием которого его ротор стремится повернуться на такой же угол _П. Синхронизирующий момент создается при наличии между роторами обоих сельсинов некоторого пространственного угла =_Д – _П, назы­ваемого углом рассогласования. Как уже выше отмечалось, в индикаторном режиме на валу сельсина-приемника имеется незначительный момент сопротивления, поэтому для поворота ротора приемника вслед за поворотом ротора дат­чика требуется небольшой вращающий момент, который может быть получен от самого сельсина-приемника без дополнительных усилительных устройств. Обычно ротор датчика заторможен, поэтому его синхронизирующий момент воспринимается механизмом, поворачивающим ведущую ось, синхронизирующий же момент приемника поворачивает его ротор в ту же сторону и на тот же угол_П, на который поворачивается ротор датчика.

Трансформаторный режим работы применяется тогда, когда к ведомой оси приложен значительный момент сопротивления, т.е. когда приходится поворачивать какой-либо механизм. В этом случае сельсин-приемник отрабатывает заданный угол не самостоятельно, а с помощью электрически и механически связанного с ним исполнитель­ного двигателя.

При работе сельсинов в трансформаторном режиме обмотка воз­буждения сельсина-датчика СД механически связанного с ведущей осью, подключается к сети однофазного тока, а обмотка возбуждения сельсина-приемника СП - к усилителю, подающему пи­тание на обмотку управления исполнительного двигателя ИД. Обмот­ки синхронизации обоих сельсинов соединяются между собой линией связи ЛС.

Сельсины могут работать в режиме поворота и в режиме вращения. В первом случае, угол рассогласования между осями датчика и прием­ника после отработки заданного угла поворота характеризует стати­ческую ошибку системы синхронной связи. Во втором случае, ротор приемника вращается с той же скоростью, что и ротор датчика, а воз­никающий между ними в процессе вращения угол рассогласования ха­рактеризует динамическую точность системы. 

6.3 Программа работы 

6.3.1     Подробно ознакомится с устройством контактных и бесконтактных сельсинов.

6.3.2     Ознакомиться со схемой исследования сельсинов в индикаторном режиме работы.      

6.3.3     Определить погрешность сельсинов в индикаторном режиме работы и cнять кривую ошибок Δ= f ().  

6.3.4     Ознакомиться со схемой исследования сельсинов в трансформаторном режиме работы.

6.3.5     Снять зависимость величины линейного напряжения обмотки синхронизации от положения ротора: U = f () в трансформаторном режиме работы сельсинов 

6.4 Порядок выполнения работы 

6.4.1     Определение угла рассогласования между сельсинами и cнятие кривой ошибок Δ= f () в индикаторном режиме работы. Эксперимент   производится по схеме приведенной на рисунке 6.1.

Устанавливают сельсин - датчик в положение 0^о. Сельсин – приёмник также должен устанавливаться в положение 0^о. Затем поворачивают ось сельсина – датчика по часовой стрелке на угол, равный дат. = 45^о. Отмечают показания сельсина – приёмника пр. Опыт повторяют в соответствии с таблицей 6.1, т.е. устанавливаютдат. = 0^о, 45^о, 90^о и.т.д.,  при этом отмечают показания п. Измерения производятся в пределах от д = 0^о  до 270 ^о как по часовой стрелке, так и против неё. Данные опыта заносят в таблицу 6.1.

 

Рисунок 6.1 – Схема исследования сельсинов  в индикаторном режиме

 Таблица 6.1 – Индикаторный режим работы сельсинов

№ опыта	1	2	3	4	5
αдат, град	0	45	90	180	270
αпр, град
Δ, град

 

 

 

  

6.4.2     Зависимость величины выходного напряжения обмотки синхронизации от положения ротора: U_вых = f () в трансформаторном режиме работы сельсинов снимается следующим образом (рисунок 6.2). Ось сельсина приёмника затормаживается, а ось сельсина датчика поворачивают по часовой стрелке на угол, равный дат. = 45^о и отмечают по вольтметру  значения U_вых.

Опыт повторяют в соответствии с таблицей 6.2 и в неё же заносят данные опыта.

 Таблица 6.2 – Трансформаторный режим работы сельсинов

№ опыта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
αдат, град	0	45	60	90	135	150	180	225	270	315	360
U, B

 

 

 

 

Рисунок 6.2 - Схема исследования сельсинов в трансформаторном режиме

      6.5    Содержание отчета 

6.5.1     Схема исследования сельсинов в индикаторном режиме работы.

6.5.2     Данные замеров необходимые для определения угла рассогласования между сельсинами. Характеристика зависимости Δ= f () (кривая ошибок). Схема исследований по определению данной зависимости. Указать класс точности исследуемых сельсинов, определенный опытным путем.

6.5.3     Схема исследований сельсинов в трансформаторном режиме работы.

6.5.4      Зависимость величины выходного напряжения обмотки синхронизации от положения ротора: U_вых = f () в трансформаторном режиме и данные эксперимента.

6.5.5     Анализ полученных результатов исследований, выполненный в соответствии с пунктами 6.4.1 и 6.4.2 настоящей методики.

6.6 Контрольные вопросы  

6.6.1     Устройство и принцип действия контактных сельсинов.

6.6.2     Устройство и принцип действия бесконтактных сельсинов.

6.6.3     Назначение сельсинов в системах автоматики. Привести примеры применения сельсинов при их работе в индикаторном и трансформаторном режиме.

6.6.4     Что называется статическим синхронизирующим моментом сельсина?

6.6.5     Какой характер имеет зависимость ?

6.6.6     Как влияет сопротивление линии связи на Мст?

6.6.7     Какие свойства сельсинов характеризуют зависимости холостого хода?

6.6.8     Удельный статический синхронизирующий момент Мс уд., что он характеризует?

6.6.9     Удельное выходное напряжение, что оно характеризует?

6.6.10       От чего зависит точность работы сельсинов?  

7 Описание лабораторного стенда 

7.1 Лицевая панель и электрооборудование стенда 

Принципиальная электрическая схема стенда на лицевой панели разделена на четыре функциональных фрагмента (рисунок 7.1):

-       электрические машины;

-       трехфазный трансформатор;

-       однофазный трансформатор;

-       сельсины.

         В нижней части лицевой панели расположены необходимые органы управления и сельсины М4, М5.

         Для сборки изучаемых схем следует соединительными проводами произвести коммутацию соответствующих гнезд, выведенных на лицевую панель стенда.

Электрооборудование стенда установлено в его корпусе за лицевой панелью и содержит:

-       резисторы R1, R2, R3, R4 блок E1;

-       трансформаторы Т1.1, Т1.2, Т1.3;

-       блок электрических машин, в который входят асинхронный двигатель М2, двигатель постоянного тока М1 с тахогенератором, нагрузочная машина М3;

-       трансформаторы Т 3.1, Т 3.2, Т 3.3;

-       блок предохранителей А, В, С.

 

         Вал асинхронного двигателя М2 механически соединен с валами двигателей М1 и М3 с помощью упругого резинового пассика.

         Плата блока Е1 представляет собой три двухтактных выпрямителя, собранных по мостовой схеме на диодах Д242 и обеспечивает напряжения питания для двигателя постоянного тока М1 и нагрузочной машины М3.

         Трансформаторы Т1.1, Т1.2, Т1.3 выполняют функцию трехфазного автотрансформатора со ступенчатым изменением фазного напряжения в переделах от 0 до 250 В. Изменение фазного напряжения осуществляется пакетным переключателем с надписью Т1. В отдельных работах используются однофазные трансформаторы Т1.1, Т1.3. Изменение их выходного напряжения осуществляется переключателями Т1.1 и Т1.3 также ступенчато в пределах от 0 до 100 В.

         Трансформаторы Т3.1, Т3.2, Т3.3 выполняют функцию испытуемого трехфазного трансформатора, а Т3.1 используется в качестве однофазного испытуемого трансформатора.

На панели приборов расположены:

-       амперметры переменного тока А1, А2 и постоянного тока А3, А4 (кл. точности 2,5);

-       вольтметры переменного тока VI, V2 и постоянного тока, V3, V4 (кл. точности 2,5);

-       ваттметры W1,W2 (кл. точности 2,5);

-       измеритель скорости n, (кл. точности 4,0).

Пределы измерений названных приборов указаны на панели.

В случае обрыва любой фазы гаснет соответствующая сигнальная лампа.

Трехфазное напряжение подаётся на стенд двухпозиционным переключателем S1 расположенным в левой части лицевой панели ниже индикаторных ламп «А», «В», «С». В случае обрыва любой фазы гаснет соответствующая индикаторная лампа.

Как уже отмечалось, принципиальная электрическая схема на лицевой панели разбита на фрагменты.

В верхней левой части расположен фрагмент схемы, где выполняются следующие лабораторные работы:

-       исследования двигателя постоянного тока;

-       исследование генератора постоянного тока;

-       исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

После сборки любой из вышеназванных схем тумблерами S2, S5, S6,

S7 включается необходимое в лабораторной работе напряжение.

         Пуск и остановка двигателя М2 осуществляется нажатием кнопок S3, S4 соответственно.

         Для получения постоянного напряжения 24В необходимого для питания двигателей М1 и М3 используется схема БП (блок питания) включаемая тумблером S7.

В случае необходимости изменения величины питающих напряжений используется  автотрансформаторы Т1.1. и Т1.3, коммутируемые тумблерами S5, S6 соответственно.

 ВНИМАНИЕ! Недопустимо одновременное использование трехфазного автотрансформатора Т1.1, Т1.2, Т1.3 и однофазных Т1.1,Т1.3 в одной лабораторной работе. Перед началом работы все они должны быть установлены в положение «0».

Неиспользуемые источники питания при проведении любой лабораторной работы на стенде должны быть обязательно в положении «Выключено» (нижнее положение тумблеров).

Изменением режимов нагрузки осуществляется изменением сопротивлений R1,  R2, R3 соответствующими переключателями в нижней части лицевой панели.

В верхней правой части лицевой панели расположен фрагмент схемы, где выполняются следующие лабораторные работы:

-       исследование трехфазного трансформатора;

-       исследование  групп соединения трехфазных трансформаторов.

         Трехфазное питание на данный фрагмент схемы включается тумблером S8. Регулирование подводимого напряжения осуществляется пакетным переключателем Т1, расположенном в нижней части лицевой панели.

         ВНИМАНИЕ! Одновременного включение ваттметров W1, W2 в первичную и вторичную цепь трехфазного трансформатора недопустимо.

         В нижней правой части лицевой панели расположены фрагменты схемы, где выполняются лабораторные работы:

-       исследование однофазного трансформатора;

-       исследование сельсинов в трансформаторном режиме;

-       исследование сельсинов в индикаторном режиме.

         Напряжение питания на данные схемы подаётся тумблерами S9 и S10. 

7.2 Указания мер безопасности 

7.2.1     При эксплуатации изделия необходимо соблюдать «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей».

7.2.2     Изделие эксплуатировать в помещении без повышенной опасности по степени поражения  электрическим током.

7.2.3     Включение питания изделия и выполнения работ производить только после разрешения преподавателя.

7.2.4     Сборку электрических схем для проведения лабораторной работы, техническое обслуживание производить при отключенном питании стенда.

7.2.5     Корпус стенда должен быть заземлен. Сопротивление контура заземления не более 4 Ом.

7.2.6     При замене предохранителя или перед вскрытием задней крышки необходимо отключить стенд от питающей сети.

7.3 Подготовка и порядок работы 

7.2.1      Перед началом работы необходимо тщательно изучить настоящий паспорт и подробно ознакомиться со схемой предстоящей лабораторной работы.

7.2.2      Начертить принципиальную схему работы в тетради. Продумать, каким образом производить коммутацию между узлами схем разобраться в их назначении, уяснить работу схемы и ее элементов. После этого вычертить монтажную схему с указанием мест подключения перемычек или составить таблицу соединений, согласно по которой будет производиться коммутация элементов аппаратов.

7.2.3      Сборку схемы производить только при отключенной питающей сети. После окончания сборки схемы тщательно поверить правильность соединений в соответствии с рисунками, прилагаемых к лабораторным работам. Убедиться в отсутствии коротких замыканий в монтаже схемы. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.

7.2.4      Приступая к работе, следует установить все тумблеры в нижнее положение, соответствующее их отключенному состоянию. При проведении работы следить за тем, чтобы величины измеряемых параметров не выходили за пределы их паспортных данных. При проведении работ, в которых токи нагрузки превышают 0,5 А рекомендуется между экспериментами делать паузы для того чтобы нагрузочные элементы и регулирующие элементы блока питания не перегревались.

  

Список литературы 

1.     Бертинов А.И. Специальные электрические машины. – М.: Энергоиздат, 1982 – 552 с.

2.     Сагитов П.И., Цыба Ю.А. Электрические машины систем автоматики. –  Алматы: АИЭС, 2004. -    90 с.

3. Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Логос, 2000. – 606с.

4.     Копылов И.П. Электромеханика планеты земля. – М.: МАИ, 1998. -   260с.

5.     Пиотровский Л.М. Электрические машины. – Л-д.: Энергия, 1972. – 497с.

6.     Брускин Д.Е., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и   микромашины. – М.: Высшая школа, 1972. – 430с.

7.     Гинзбург С.А., Лехтман И.Я., Малов В.С. Основы автоматики и телемеханики. – М.: Энергия, 1968. – 512с.

 

Содержание

1 Лабораторная работа № 1 Исследование однофазного трансформатора...	3
2 Лабораторная работа № 2  Исследование трёхфазного трансформатора..	8
3 Лабораторная работа № 3 Исследование электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением…………………………………………	13
4 Лабораторная работа № 4 Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением…………………………………………………..	18
5 Лабораторная работа № 5 Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором …………………………………….	23
6  Лабораторная работа № 6 Исследование сельсинов……………………...	27
7 Описание лабораторного стенда……………………………………………	31
Список литературы…………………………………………………………….	36