Контрольная работа по дисциплине "Электрические машины"

Комитет образования и науки Волгоградской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Волгоградский технический колледж»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для студентов по выполнению лабораторных работ

по дисциплине ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

для специальности 220703 «Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)» (углубленная подготовка)

Волгоград 2016

Рассмотрено на заседании цикловой комиссии электротехнических и электромеханических дисциплин и рекомендовано к утверждению: Протокол № ___ от «____»_____201 г. Председатель ______Сердобинцева Т.П.

Разработала Данилова В. – преподаватель ГБПОУ «Волгоградский технический колледж»

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

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

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

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

В результате выполнения лабораторных работ студент должен:

уметь:

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

знать:

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

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

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

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

Подготовка к выполнению лабораторной работы должна включать в себя следующее:

• повторение соответствующего теоретического раздела курса по учебнику и конспекту лекций;

• тщательное изучение содержания работы по руководству и усвоение ее целевого назначения и программы;

• составление заготовки отчета или конспекта каждым студентом отдельно.

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

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

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

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

3) Проведение лабораторной работы и предварительная обработка полученных результатов.

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

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

4) Составление отчета и представление его преподавателю.

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

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

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

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТАХ В ЛАБОРАТОРИИ

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

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

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

1. студент, находясь в лаборатории, должен быть предельно дисциплинированным и внимательным; беспрекословно выполнять все указания преподавателей и лаборантов; находиться непосредственно у исследуемой лабораторной установки;

2. запрещается подходить к другим установкам, распределительным щитам и пультам и делать на них какие-либо включения или переключения; включать схему под напряжение, если кто-нибудь касается ее неизолированной токоведущей части; производить какие-либо пересоединения в схеме, находящейся под напряжением; во время работы электрической машины касаться вращающихся частей или наклоняться к ним близко; оставлять без наблюдения лабораторную установку или отдельные приборы под напряжением;

3. при перемещениях движков и рукояток пускорегулирующей аппаратуры необходимо следить за тем, чтобы рука была в соприкосновении только с изолированной рукояткой;

1. одежда студента не должна иметь свободно свисающих концов шарфов, косынок, галстуков и т. п., а прическа или головной убор должны исключать возможность «свисания» прядей волос;

2. если схема содержит конденсаторы, то после ее отключения необходимо разрядить конденсаторы, замкнув накоротко их выводы;

3. при работе с лабораторной установкой, находящейся под напряжением, студенты должны стоять на изоляционных резиновых ковриках, имеющихся у каждой лабораторной установки;

4. о всех замеченных случаях неисправности в работе установок и нарушении правил техники безопасности каждый студент должен немедленно доложить преподавателю;

5. если произошел несчастный случай, лабораторную установку следует немедленно отключить, оказать пострадавшему первую помощь и сообщить об этом преподавателю.

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

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

Категорически запрещается:

• трогать руками оголенные провода и части приборов, находящихся под напряжением, даже если оно не велико;

• прикасаться к вращающимся частям электродвигателей;

• заменять или брать оборудование или приборы с других мест без разрешения преподавателя или лаборанта;

• отходить от приборов и машин, находящихся под напряжением или оставлять схему под напряжением.

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

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Исследование однофазного трансформатора.

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

Студент должен знать:

• принцип действия и устройство силового трансформатора;

уметь:

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

Теоретическое обоснование

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

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

При анализе характеристик х. х. трансформатора следует обратить внимание на их криволинейность, обусловленную магнитным насыщением магнитопровода, наступающим при некотором значении первичного напряжения. Ток х. х. i_0ном и мощность х. х. Р_0ном, полученные опытным путем, сравнивают с их значениями по каталогу на исследуемый трансформатор. Значительное превышение опытных значений i_0ном и Р_0ном над каталожными указывает на наличие дефектов в трансформаторе: к. з. между частью пластин в магнитопроводе или межвитковое к. з. в небольшой части витков какой-либо из обмоток.

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

Ход работы

1) Опыт холостого хода.

В схеме включения однофазного трансформатора при опыте х. х. применен регулятор напряжения РНО (рисунок 1.1, а), позволяющий плавно регулировать подводимое к первичной обмотке напряжение. В качестве первичной обычно используют обмотку низшего напряжения НН. Всего делают не менее пяти замеров через приблизительно одинаковые интервалы тока х. х., изменяя подводимое к трансформатору напряжение от 0,5U_1ном до 1,15U_1ном. Показания измерительных приборов заносят в таблицу 1.1.

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

i₀ = (I_о / I_1ном)100; (1.1)

коэффициент мощности в режиме х. х.

cosφ₀ = P₀/(U₁I_о); (1.2)

коэффициент трансформации

k = U₂₀/ U₁; (1.3)

Полученные значения вычисленных величин занести в таблицу 1.1. Величины, соответствующие номинальному первичному напряжению U_1ном, следует выделить, например, подчеркнув их жирной линией. По данным таблицы строят характеристики х. х. трансформатора (на общей координатной сетке): I₀; Р₀; cosφ₀ = f(U₁). На характеристиках отмечают точки I₀._ном; Р_0.ном и cosφ₀._ном, соответствующие номинальному напряжению U_1ном (рисунок 1.2, а).

2) Опыт короткого замыкания.

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

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

Опыт к. з. проводят в такой последовательности: устанавливают рукоятку РНО на нулевую отметку, а затем, включив рубильник, медленно повышают напряжение посредством РНО, изменяя величину тока к. з. от нуля до значения 1,2I_1ном. Показания измерительных приборов, снятые через приблизительно одинаковые интервалы тока к. з., а также результаты вычислений заносят в таблицу 1.2. Значения величин, соответствую­щих значению тока к.з. I_1k = I_1ном. подчеркивают жирной линией.

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

u_k = (U_k/U_1ном)100; (1.4)

коэффициент мощности при опыте к. з.

cosφ_k = P_k/( U_k I_k); (1.5)

По данным таблицы строят характеристики к. з. (на общей координатной сетке): P_k; I_k; cosφ_k = f (U_k). На характеристиках отмечают точки U_kном, P_kном, соответствующие току к. з. I_k1 = I_1ном (рис. 1.2, б).

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

Приведенное значение мощности к. з. (Вт)

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

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

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

u_ka = u_k..ном·cosφ_k (1.7)

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

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

Приведенное к рабочей температуре напряжение к. з.

u'_k.ном = (1.9)

где

u_k.р = (1.10)

u_k.р - реактивная составляющая к. з.

При любой нагрузке напряжение на клеммах вторичной обмотки трансформатора

U₂ = U₂₀(1- 0,01·ΔU); (1.11)

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

ΔU - изменение вторичного напряжения, вызванное нагрузкой трансформатора.

Для построения внешней характеристики необходимо рассчитать не менее пяти значений напряжения U₂ при разных значениях коэффициента нагрузки β = I₂/I_2ном. например при β = 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и 1,2.

Расчет ΔU ведут по формуле (%):

ΔU = βu'_k (cosφ_k cosφ₂ + sinφ_k sinφ₂) (1.12)

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

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

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

(1.13)

где S_ном - номинальная мощность трансформатора, В·А.

Результаты вычислений заносят в таблицу 1.4.

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

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

Коэффициент нагрузки, соответствующий максимальному значению КПД,

β' = (1.14)

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

(1.15)

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

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

Таблица 1.1 – Результаты измерений и вычислений

Номер измерения и вычисления	Измерения				Вычисления
	U1, В	Iо, А	P0, Вт	U20, В	i0, %	cosφ2	k

Таблица 1.2 – Результаты измерений и вычислений

Номер измерения и вычисления	Измерения			Вычисления
	Uk,В	I1k,A	Pk, Вт	uk,%	cosφk

Таблица 1.3 – Результаты измерений и вычислений

β	cosφ2 = 1		cosφ2 = 0,8 (инд)		cosφ2 = 0,8 (емк)
	ΔU, %	U2, B	ΔU, %	U2, B	ΔU, %	U2, B

Таблица 1.4 – Результаты измерений и вычислений

β		0,25	0,50	0,75	1,0	1,2
η	при cosφ2 = 1
	при cosφ2 = 0,8

Контрольные вопросы

1. Объясните устройство и принцип действия трансформатора.

2. Что такое коэффициент трансформации и как его определить опытным путем?

3. Почему с увеличением первичного напряжения при опыте х. х. уменьшается коэффициент мощности трансформатора?

4. Почему мощность х. х. принимают за магнитные потери, а мощность к. з. - за электрические потери?

5. Почему при опыте к. з. ток в первичной обмотке достигает номинального значения при напряжении в несколько раз меньшем номинального?

6. Почему с ростом напряжения U_k график I_1k = f (U_k) прямолинеен, а график Р_к = f (U_k) - криволинеен?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.

2. Паспортные данные трансформаторов, измерительных приборов и регулятора напряжения.

3. Схемы включения однофазного трансформатора при опытах х.х. и к.з. (рисунок 1.1).

4. Ход работы.

5. Результаты измерений и расчетов (таблицы 1.1…1.4).

6. Характеристики х.х. и к.з. (рисунок 1.2), внешние характеристики и графики зависимости КПД трансформатора от нагрузки (рисунок 1.3).

7. Ответы на контрольные вопросы.

8. Вывод о проделанной работе.

Литература

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

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Исследование пусковых и эксплуатационных свойств трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором

Цель: Изучить конструкцию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; освоить приемы опытной проверки обозначений выводов обмотки статора и экспериментального исследования асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки. Получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о пусковых свойствах трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а также приобрести практические навыки в сборке схем и пуске этих двигателей.

Студент должен знать:

• принцип действия и устройство трехфазного асинхронного двигателя;

• понятие о скольжении;

• электромагнитный момент асинхронного двигателя;

• зависимость момента от скольжения; перегрузочная способность асинхронного двигателя;

• рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

уметь:

• экспериментально проверять обозначение выводов обмотки статора;

• собирать схему, производить пробный пуск двигателя и реверсирование двигателя.

Теоретическое обоснование

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

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

Характеристика частоты вращения n₂ = f(Р₂) имеет падающий вид, т. е. с ростом нагрузки частота вращения ротора уменьшается. Это объясняется ростом скольжения s. При этом чем больше активное сопротивление обмотки ротора r'₂, тем больше наклон этой характеристики к оси абсцисс, так как увеличение r'₂ вызывает рост электрических потерь в цепи ротора , а следовательно, рост скольжения, величина которого пропорционально электрическим потерям в роторе s = Р_э2/Р_эм.

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

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

Ход работы

1. Проверка обозначения выводов обмотки статора.

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

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

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

3) Снятие данных и построение рабочих характеристик. Замкнув рубильник 1 (при замкнутом ключе 2), включают двигатель в сеть (см. рисунок 5.1). Затем, разомкнув ключ 2, с помощью электромагнитного тормоза (ЭМТ) либо другого нагрузочного устройства создают на валу двигателя нагрузочный момент М и увеличивают его до тех пор, пока ток в цепи статора не достигнет значения I₁ = 1,2I_1ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы тока I₁ снимают показания приборов и заносят их в таблицу 5.1. Первый отсчет по приборам делают в режиме х. х. (М₂ = 0). Всего необходимо снять не менее пяти показаний, из них одно должно соответствовать номинальному режиму (I₁ = I_1ном).

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

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

фазных обмоток статора асин­хронного двигателя

Затем выполняют расчеты: подводимого к двигателю мощность (Вт)

P₁ = P^'₁k_тC_w; (5.1)

полезная мощность двигателя – мощность на валу (Вт)

P₂ = 0,105М₂n₂, (4.2)

если М_а измеряется в кГ·М, то

Р₂ = 1,03M₂ n₂ ; (5.3)

КПД двигателя

(5.4)

коэффициент мощности

(5.5)

Скольжение

(5.6)

где k_т - коэффициент трансформатора тока;

M₂ - нагрузочный момент, Нм;

n₂ - частота вращения ротора, об/мин;

С_w - цена деления ваттметра, Вт/дел.

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

Рисунок 5.3 – Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Таблица 5.1 – Результаты измерений и расчетов

Номер измерения	Измерения					Вычисления
	U1, В	I1, А	P'1, дел	n2, об/мин	M2, Н∙м	P1, Вт	P2, Вт	η, %	cosφ	s

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

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

(6.1)

Перед каждым пуском двигателя необходимо убедиться в полной остановке ротора.

Далее следует определить кратность пускового тока I_п.ср/I_1ном, где I_1ном - номинальный ток двигателя, А.

Пуск двигателя переключением обмотки статора со звезды на треугольник. Схема соединений остается прежней (рисунок 6.1). Пуск производят в следующем порядке. Поставив переключатель 2 в нейтральное положение, замыкают рубильник Р1; затем переключатель переводят в положение «звезда» и фиксируют величины начального пускового тока I'_п и пускового напряжения U'_п. После разгона ротора переключатель быстро переводят в положение «треугольник». При этом обращают внимание на то, что «бросок» тока при переключении обмотки статора со звезды на треугольник намного меньше начального пускового тока. Пуск включением обмотки на звезду следует повторить три раза и определить среднее значение начального пускового тока (6.1) и его кратность I_п.ср/I_1ном. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 6.2.

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

U'_п = U₁- jI_пx_р (6.2)

Пуск двигателя выполняется следующим образом: при разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник Р1 и на двигатель подается пониженное напряжение U'_п (6.2), при этом фиксируют показания амперметра и вольтметра; после разгона ротора включают рубильник 2 и двигатель оказывается под полным напряжением сети. Пуск при разомкнутом рубильнике 2 повторяют три раза, каждый раз при неподвижном роторе. Значения начального пускового тока I'_п и пускового (пониженного) напряжения на фазной обмотке статора U'_п заносят в таблицу 6.2, а затем определяют среднее значение пускового тока I_п.ср (6.1) и его кратность I'_п.ср/ I_1ном.

Зависимость пускового момента от напряжения. Собирают схему по рисунку 6.3 и после проверки ее преподавателем устанавливают на выходе РНТ минимальное напряжение, вставляют в специальное отверстие диска электромагнитного тормоза (моментомера) ЭМТ шпильку, зацепляющую диск с полюсом электромагнита. После этого включают рубильник Р1 и плавно повышают напряжение на обмотке статора U_1к до значения, при котором ток в обмотке статора достигнет значения I_1к = (2,5 ÷ 3,0) I_1ном.

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

Измерения при токе I_1k I_1ном следует проводить по возможности быстрее, не допуская чрезмерного перегрева двигателя. По полученным данным на координатную сетку наносят точки и по лекалу через эти точки проводят плавную кривую, продолжив ее за пределы экспериментально полученных точек, т. е. экстраполируют график на участке АВ (рисунку 6.4) до номинального (фазного) напряжения U_1ном.

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

М_п.ном = М_пА(U_1ном/U_1А) ² (6.3)

где U_1А - напряжение, соответствующее пусковому моменту М_пА, т. е. наибольшему значению момента, полученному экспериментально.

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

Этот график используют для определения пусковых моментов при различных методах пуска двигателя: при пуске двигателя непосредственным включением в сеть - момент М_п, соответствующий номинальному фазному напряжению на обмотке статора U_1ном; при методах пуска двигателя при пониженном напряжении сети U'_п (переключением обмотки статора со звезды на треугольник и с включением реакторов в цепь статора) - момент М'_п.

Затем для каждого метода пуска определяют кратность пускового момента М_п/ М_2ном, где

(6.4)

М_{2 ном} - номинальное значение момента на валу двигателя, Н∙м;

Р_{2 ном} - номинальная мощность двигателя, Вт;

n_2ном - номинальная частота вращения, об/мин.

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

Рисунок 6.1 - Схема включения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при пуске переключением обмотки статора со звезды на треугольник	Рисунок 6.2 - Схема включения трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при реакторном пуске
Рисунок 6.3 - Схема включения трехфазного асинхронного двигателя для опытного получения данных зависимости пускового момента Мп, от напряжения сети U1.	Рисунок 6.4 - График зависимости момента асинхронного двигателя от напряжения сети

Таблица 6.1 - Результаты измерений и вычислений

Номер пуска	Iп, А	Iп.ср, А	U1, В	Iп.ср/I1 ном	Mп, Нм	Mп/Mном
1 2 3

Таблица 6.2 - Результаты измерений и вычислений

Метод пуска	Измерения		Вычисления
	I'п, А	U'п, В	I'п.ср, А	I'п.ср/ Iном	U'п/ U'1ном	М'п Н∙м	М'п/ М2ном	Iп.ср/ Iп	М'п/ Мп
Переключением обмотки статора со Y на ∆
Реакторный

Таблица 6.3 – Результаты вычислений

Номер измерения	1	2	3	4	5	6
U1к, В
Мп, Н∙м

Контрольные вопросы

1. На чем основан принцип действия асинхронного двигателя?

2. Что такое скольжение, и каким, оно обычно бывает у асинхронных двигателей общего применения?

3. С какой целью у асинхронного двигателя обычно делают все шесть выводов обмотки статора?

4. Как определить начало и конец фазной обмотки статора?

5. Что такое реверс и как его осуществить в трехфазном асинхронном двигателе?

6. В чем сущность метода непосредственной нагрузки при исследовании асинхронного двигателя

7. Какие характеристики асинхронного двигателя называют рабочими?

8. Почему относительная величина тока х. х. у асинхронного двигателя больше, чем у трансформатора такой же мощности?

9. Как изменится вращающий момент асинхронного двигателя, если напряжение на его выводах обмотки статора уменьшить в раз?

10. Что такое перегрузочная способность, асинхронного двигате­ля и какова, ее зависимость от напряжения питания двигателя?

11. Какие показатели определяют пусковые свойства асинхронных двигателей?

12. Каковы достоинства и недостатки метода пуска асинхронных двигателей непосредственным включением в сеть?

13. На чем основаны методы уменьшения пускового тока асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором? Перечислите эти методы.

14. Каков общий недостаток методов пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении?

15. На сколько уменьшается пусковой ток асинхронного двигателя при его пуске методом переключения обмотки статора со звезды на треугольник? Как при этом изменяется пусковой момент?

16. Какова зависимость пускового момента асинхронного двигателя от напряжения, подводимого к обмотке статора?

• Содержание отчета

• Номер, тема и цель работы.

• Схема опыта (рисунок 5.1).

• Ход работы.

• Паспортные данные асинхронного двигателя, измерительных приборов и регулировочных устройств.

• Результаты измерений и расчетов (таблица 5.1).

• Рабочие характеристики двигателя. Паспортные данные двигателя и измерительных приборов.

• Результаты измерений и расчетов (Таблицы 6.1, 6.2 ,и 6.3).

• График зависимости пускового момента асинхронного двигателя от напряжения сети (рисунок 6.4).

• Ответы на контрольные вопросы.

• Вывод о проделанной работе.

Литература

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

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Исследование пусковых и эксплуатационных свойств трехфазного двигателя с пусковой обмоткой

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

Студент должен знать:

• свойства трехфазного асинхронного двигателя в однофазном и конденсаторном режимах;

уметь:

• производить сборку схем включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть

Теоретическое обоснование

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

Если в трехфазном режиме работы обмотки статора двигателя должны соединяться в треугольник, то следует воспользоваться схемой, представленной на рисунке 7.1, а. Здесь для измерения активной мощности Р₁ потребляемой двигателем, служат два ваттметра W1 и W2. В трехфазном режиме мощность P₁ равна сумме показаний ваттметров (P₁=Р^'₁+Р^''₁). В однофазном и конденсаторном режимах ваттметр W2 оказывается отключенным и мощность Р₁ определяется показанием ваттметра W1, т. е. P₁ = Р^'₁. В рассматриваемой схеме применены два амперметра: А1 для измерения линейного тока I₁ и A2 для измерения тока в фазной обмотке двигателя I_ф1.

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

Ход работы

Исследование двигателя в трехфазном режиме. Собирают схему соединений по рисунку 7.1 и после проверки ее преподавателем ставят переключатель П в положение 1, при котором двигатель становится трехфазным, и замыкают рубильник, подключающий двигатель к сети. После этого постепенно нагружая двигатель электромагнитным тормозом (ЭМТ), доводят нагрузочный момент до значения, при котором ток в фазной обмотке двигателя достигнет значения I_ф1 = l,2 I_1ном, где 2 I_1ном - номинальное значение фазного тока двигателя. При этом через примерно одинаковые интервалы тока нагрузки I_ф1, например I_ф1 = I_ф10, I_ф1 = 0,5 I_1ном; I_ф1 = 0,75 I_1ном; I_ф1 = I_1ном; I_ф1= 1,2 I_1ном, снимают показания приборов и заносят их в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 – Результаты измерений и вычислений

Режим работы

Номер измерения и вычисления

Измерения

Вычисления

U1 В

I1 А

Iф1 А

Р'1 Вт

Р''1 Вт

n2 об/мин

М2 Нм

Р1 Вт

Р2 Вт

соsφ

Η %

трехфазный

1

2

3

4

5

однофазный

1…

5

конденсаторный

1…

5

Затем выполняют расчеты: коэффициент мощности

(7.1)

полезная мощность двигателя (Вт)

Р₂ = 0,105М₂ n₂ (7.2)

КПД двигателя (%)

(7.3)

Здесь М₂ - нагрузочный момент, Нм.

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

Для получения данных, необходимых для построения рабочих характеристик, двигатель нагружают посредством ЭМТ до тока нагрузки в фазной обмотке I_ф1= 1,2 I_1ном. При этом через определенные интервалы тока I_ф1 снимают показания приборов, делают необходимые вычисления и полученные значения величин заносят в таблицу 7.1. При этом коэффициент мощности двигателя

(7.4)

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

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

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

Построение рабочих характеристик. Рабочие характеристики двигателя для всех трех режимов работы строят по данным таблицы 7.1. При этом графики, предназначенные для сравнения между собой величин Р₂, cosφ, n₂ и η, строят в функции фазного тока I_ф1. Для удобства графики одноименных (сравниваемых) величин всех трех режимов работы асинхронного двигателя строят в одних осях координат. На каждом их графиков проводят ординату при I_ф1= I_1ном отмечают на характеристиках номинальные значения величин.

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

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

; (7.5)

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

Рисунок 7.1 – Схемы включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы однофазной асинхронного двигателя.

2. Почему в однофазном двигателе пусковой момент равен нулю?

3. Каковы условия возникновения вращающегося магнитного поля статора в двигателе с двухфазной обмоткой на статоре?

4. В каких случаях вращающееся поле статора является круговым, а в каких - эллиптическим?

5. Когда в качестве фазосдвигающего элемента используют активное сопротивление, а когда - емкость?

6. В чем конструктивная разница между однофазным и конденсаторным двигателями?

7. С какой целью в цепь конденсаторного двигателя включают пусковую емкость и как ее включают?

8. В каком из режимов, однофазном или конденсаторном, лучше рабочие свойства асинхронного двигателя?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.

2. Схема опыта (рисунок 7.2).

3. Ход работы.

4. Паспортные данные трехфазного двигателя.

5. Таблица результатов измерения и вычисления (таблица 7.1).

6. Ответы на контрольные вопросы.

7. Вывод о проделанной работе.

Литература

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

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения.

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

Студент должен знать:

• реакцию якоря машины постоянного тока, учет размагничивающего действия реакции якоря;

• конструкцию генератора и приводного двигателя, процесс работы и основные характеристики генератора независимого возбуждения;

уметь:

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

Теоретическое обоснование

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

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

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

Нагрузочная характеристика. Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость напряжения генератора U от тока возбуждения I_в при неизменных значениях тока нагрузки I_а = соnst и частоты вращения n = n_ном = соnst.

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

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика генератора - это зависимость тока возбуждения I_в от тока нагрузки I_a при номинальном напряжении U_ном и номинальной частоте вращения n_ном.

Ход работы

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

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

Рисунок 12.1 – Схема включения генератора постоянного тока независимого возбуждения

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

k_μ = (12.1)

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

Таблица 12.1 – Результаты измерений и расчетов

Номер измерения	Намагничивание		Номер измерения	Размагничивание
	Е0, В	Iв, А		Е0, В	Iв, А

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

Таблица 12.2 – Результаты измерений и расчетов

U/Uном	1,15	1,0	0,85	0,75	0,5
U, В
Iа = Iном, А
Iв, А

Затем строят нагрузочную характеристику. При снятии данных нагрузочной характеристики допускается изменять величину тока возбуждения только в направлении убывания. Вместе с нагрузочной характеристикой строят и характеристику х. х. (рисунок 12.3). Для построения характеристического треугольника на нагрузочной характеристике (кривая 1) отмечают точку а, соответствующую номинальному напряжению генератора. Затем откладывают вертикальный отрезок , равный падению напряжения в цепи якоря при номинальной нагрузке (I_номΣr₇₅), и проводят горизонтальный отрезок до пересечения с характеристикой х. х. (кривая 2). Сторона полученного треугольника аbс = I_в1 - I_в2 представляет величину, эквивалентную МДС реакции якоря при номинальном режиме работы генератора. Построив ряд характеристических треугольников для различных напряжений, можно выяснить влияние реакции якоря при различных степенях магнитного насы­щения магнитной системы машины (c₁b₁ сb с₂b₂).

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

Таблица 12.3 – Результаты измерений и расчетов

Iа /Iв ном	1,0	0,85	0,75	0,50	0
Iа, А
U, В
Iв, А

Затем строят внешнюю характеристику генератора.

Номинальное изменение напряжения генератора при сбросе нагрузки (%)

(12.2)

6) Снять данные для построения регулировочной характеристики. Данные для построения регулировочной характеристики получают следующим образом. Устанавливают номинальную частоту вращения и возбуждают генератор до номинального напряжения. Затем подключают нагрузку (замыкают Р2) и постепенно увеличивают ток нагрузки до номинального значения I_ном. При этом ток возбуждения увеличивают так, чтобы напряжение на выходе генератора оставалось равным номинальному. Через приблизительно одинаковые интервалы тока нагрузки снимают показания амперметров А1 и А2 и заносят их в таблицу 12.4. После этого процесс ведут в обратном направлении, т. е. уменьшают ток нагрузки вплоть до режима х. х. и ток возбуждения так, чтобы напряжение на выходе генератора оставалось равным номинальному.

При этом необходимо в первой части опыта ток возбуждения менять только в сторону увеличения, а во второй части опыта - только в сторону уменьшения. Полученные в этом случае две ветви характеристики не совпадают, что объясняется явлением гистерезиса (рисунку 12.4).

Таблица 12.4 – Результаты измерений и расчетов

Номер измерения	Увеличение тока нагрузки		Уменьшение тока нагрузки
	Ia, A	Iв, А	Ia, A	Iв, А

По данным таблицы строят две ветви регулировочной характеристики. За регулировочную характеристику генератора принимают среднюю кривую, проведенную между двумя ветвями.

7) Обобщить результаты лабораторной работы, где следует проанализировать форму полученных графиков, сопровождая это необходимыми пояснениями и основываясь на физической сущности явлений, происходящих в рассматриваемом генераторе. Так, например, рассматривая характеристику х. х., следует объяснить причину расхождения ветвей этой характеристики при намагничивании и размагничивании генератора. Это же относится и к регулировочной характеристике.

При анализе внешней характеристики необходимо указать причины, вызывающие уменьшение напряжения на выходе генератора при росте нагрузки.

В заключение следует отметить, соответствуют ли номинальные параметры генератора, полученные опытным путем, его паспортным данным.

Рисунок 12.2 - Характеристика х. х. генератора постоянного тока независимого возбуждения	Рисунок 12.4 – Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения

Рисунок 12.3 – Построение характеристического треугольника генератора постоянного тока

Контрольные вопросы.

1. Какие способы возбуждения применяют в генераторах постоянного тока?

2. Дайте определение основным характеристикам генератора: холостого хода, нагрузочной, внешней и регулировочной. При каких условиях снимают данные для построения каждой из них?

3. Какими исходными данными необходимо располагать для построения характеристического треугольника?

4. Почему нагрузочная характеристика располагается ниже ха­рактеристики х. х.?

5. Почему ветви регулировочной характеристики, снятые при намагничивании и размагничивании генератора, не совпадают? какая из них располагается выше?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.

2. Схема опыта – рисунок 12.2.

3. Паспортные данные генератора, приводного двигателя и измерительных приборов.

4. Ход работы.

5. Результаты измерений и расчетов - таблицы 12.1- 12.4.

6. Характеристика х. х. генератора постоянного тока независимого возбуждения – рисунок 12.2.

7. Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения - рисунок 12.4.

8. Ответы на контрольные вопросы.

9. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины. – М.: Высшая школа, 2000, с. 377…379.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Тема: Исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Цель: Изучить устройство двигателя постоянного тока параллельного возбуждения и приобрести практические навыки в сбор схемы при опытном исследовании двигателя для получения данные его основных характеристик; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах двигателей постоянного тока параллельного возбуждения.

Студент должен знать:

• принцип действия и устройство двигателя постоянного тока, способы пуска и регулировки постоянного тока параллельного возбуждения;

уметь:

• рассчитывать и строить рабочие и регулировочные характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Теоретические обоснования

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения представляет собой зависимость частоты вращения n от тока в обмотке возбуждения I_в при неизменных напряжении питания U и нагрузке. В данной работе регулировочную характеристику снимают в режиме х.х.

Рабочие характеристики. Рабочие характеристики двигателя представляют собой зависимость частоты вращения n, потребляемого тока I, полезного (нагрузочного) момента М₂ и КПД η от полезной мощности Р₂ при неизменных значениях напряжения U и тока возбуждения I_в.

При анализе следует объяснить криволинейный вид регулировочной характеристики двигателя, а также форму рабочих характеристик двигателя. При анализе скоростной характеристики n = f (M₂) необходимо, кроме того, дать количественную оценку этой характеристике, рассчитав номинальное изменение частоты вращения двигателя при сбросе нагрузки (%):

(14.1)

Ход работы

1) Ознакомиться с конструкцией двигателя и нагрузочного устройства, записать паспортные данные двигателя и данные измерительных приборов.

2) Собрать схему по рисунку 14.1, после проверки ее преподавателем произвести пробный пуск двигателя.

Схема соединений и пробный пуск двигателя. Схема соединений (рисунок 14.1) включает в себя вольтметр V для контроля за напряжением в сети и два амперметра: А1 - для измерения рабочего тока, потребляемого двигателем из сети, и А2 - для измерения тока в обмотке возбуждения I_в. Кроме того, в схеме имеется два реостата: ПР - пусковой реостат для ограничения пускового тока и r_рг - регулировочный реостат для регулирования величины тока в обмотке возбуждения I_в. В качестве нагрузочного устройства в схеме предусмотрен электромагнитный тормоз ЭМТ. Возможно применение и других видов нагрузочных устройств для создания на валу двигателя тормозного момента.

Прежде чем включить двигатель в сеть, необходимо поставить рычаг пускового реостата ПР в положение «Пуск», соответствующее наибольшему сопротивлению реостата, а движок (рычаг) регулировочного реостата r_рг поставить в положение минимального сопротивления (в этом случае ток возбуждения, а следовательно, и магнитный поток будут наибольшим, что будет способствовать увеличению электромагнитного момента двигателя).

После замыкания рубильника Р1 рычаг ПР переводят на первую ступень и якорь двигателя приходит во вращение. Постепенно рычаг реостата переводят в положение «Работа», а затем с помощью регулировочного реостата устанавливают требуемую частоту вращения.

При сборке схемы необходимо обратить особое внимание на надежность всех соединений в цепи обмотки возбуждения, а при работе двигателя и его регулировке следует следить, чтобы эти соединения не нарушались. Такая предосторожность вызвана опасностью «разноса» двигателя при обрыве в цепи возбуждения.

Рисунок 14.1 - Схема включения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

3) Проверить возможность регулировки частоты вращения и реверсирования. Для реверса (изменения направления вращения) двигателя необходимо изменить направление тока либо в обмотке возбуждения, либо в обмотке якоря. Если же одновременно изменить направление тока обеих обмотках, то реверса не произойдет. В этом можно убедиться поменяв местами провода, присоединенные к рубильнику Р1.

4) Снять данные для построения регулировочной характеристики в режиме х.х.

Регулировочная характеристика. После пуска двигателя при минимальном сопротивлении реостата r_рг двигатель работает без какой-либо нагрузки. Затем постепенно увеличивают сопротивление r_рг до значения, при котором n = 1,2n_ном. При этом через приблизительно одинаковые интервалы частоты вращения снимают показания измерителя частоты вращения двигателя, например тахогенератора, и амперметра А2 и заносят их в таблицу 14.1.

По данным таблицы 14.1 строят регулировочную характеристику двигате­ля n = f (I_в).

Таблица 14.1 – Результаты измерений

n/nном	0,6	0,8	1,0	1,1	1,2
n, об /мин
Iв, А

5) Снять данные для построения рабочих характеристик.

Для получения данных, необходимых для построения рабочих характеристик, включают двигатель и нагружают его до номинального тока нагрузки при номинальной частоте вращения. При этом снимают показания амперметров А1 и А2, вольтметра V и ЭМТ. Затем постепенно разгружают двигатель до х. х. и через приблизительно одинаковые интервалы тока нагрузки снимают показания перечисленных приборов и заносят их в таблицу 14.2. Всего снимают не менее пяти показаний.

Таблица 14.2 – Результаты измерений и вычислений

Номер измерения и вычисления	Измерения					Вычисления
	U, B	I, A	Iв, A	n, об/мин	M, Hм	Р1, Вт	Р2, Вт	η, %

Рассчитав значение потребляемой мощности (Вт)

Р₁ = U I (14.2)

полезной мощности

P₂ = 1,105M₂n (14.3)

КПД двигателя (%)

η = (P₂/P₁)·100 (14.4)

строят рабочие характеристики двигателя в одних осях координат.

6) Составить отчет и сделать вывод о проделанной работе. Определив номинальные данные двигателя по его рабочим характеристикам, их следует сравнить с паспортными данными двигателя и сделать вывод об их соответствии.

Контрольные вопросы

1. С какой целью при пуске двигателя параллельного возбуждения на регулировочном реостате устанавливают минимальное сопротивление?

2. Какие способы регулировки частоты вращения возможны в двигателях параллельного возбуждения?

3. Почему регулировочная характеристика двигателя параллельного возбуждения криволинейна?

4. Какие характеристики двигателя параллельного возбуждения называют рабочими?

5. Почему при увеличении нагрузки двигателя параллельного возбуждения уменьшается частота вращения?

Содержание отчета

1. Номер, тема и цель работы.

2. Схема опыта – рисунок 14.1.

3. Паспортные данные двигателя и измерительных приборов.

4. Ход работы.

5. Результаты измерений и расчетов – таблицы 14.1, 14.2.

6. Рабочие и регулировочные характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

7. Ответы на контрольные вопросы.

8. Вывод о проделанной работе.

Литература

1. Кацман М. М. Электрические машины. – М.: Высшая школа, 2000, с. 377…399.

2. Кацман М. М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу – М.: Высшая школа, 2001, с. 102…105.

40