Инфоурок / Другое / Другие методич. материалы / Лабораторный практикум по дисциплине "Основы электротехники"

Лабораторный практикум по дисциплине "Основы электротехники"

Курсы профессиональной переподготовки
124 курса

Выдаем дипломы установленного образца

Заочное обучение - на сайте «Инфоурок»
(в дипломе форма обучения не указывается)

Начало обучения: 29 ноября
(набор групп каждую неделю)

Лицензия на образовательную деятельность
(№5201 выдана ООО «Инфоурок» 20.05.2016)


Скидка 50%

от 13 800  6 900 руб. / 300 часов

от 17 800  8 900 руб. / 600 часов

Выберите квалификацию, которая должна быть указана в Вашем дипломе:
... и ещё 87 других квалификаций, которые Вы можете получить

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>

библиотека
материалов


Мhello_html_m66f38fbe.jpgинистерство образования и науки Самарской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

среднего образования

«Тольяттинский индустриально-педагогический колледж»

(ГАПОУ СО «ТИПК»)















ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ


по дисциплине «Основы электротехники»

для студентов специальности

08.02.01. Строительство и эксплуатация зданий и сооружений
























Тольятти 2016 г.

Еремеева В.В.. Лабораторный практикум по дисциплине «Основы электротехники» для студентов специальностей среднего профессионального образования 08.02.01. Строительство и эксплуатация зданий и сооружений Тольятти, Изд-во ТИПК, 2016.- 37 с.

Практикум содержит методические рекомендации для студентов к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Основы электротехники». Раскрывает методы сборки и тестирования реальных и виртуальных электрических схем, способы измерений электротехнических величин, методы учета погрешностей измерений, содержит указания к выполнению работ по исследованию режимов работы трансформаторов, содержит методики измерения и построения вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов, электронных систем и т.д. с помощью лабораторного оборудования и виртуальных схем, описывает использование инновационных педагогических технологий при проведении лабораторных работ в лаборатории «Электротехники, электроники и автоматизации производства».







Утверждено

протокол заседания научно-методического совета ГАПОУ СО «ТИПК»

____ от «____»______________ 2016 г.

Председатель Чернова С.Н.___________________ /




















© ГАПОУ СО «ТИПК»

Содержание


Введение 3

Лабораторная работа №1 «Исследование неразветвленной цепи переменного тока». 3

Лабораторная работа №2 «Исследование трехфазной цепи переменного тока при соединении приёмников «звездой»». 3

Лабораторная работа №3 «Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением». 3

Лабораторная работа №3 «Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением». 3

Лабораторная работа №4 «Схема управления асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором». 3

Лабораторная работа №5 «Изучение принципа действия выпрямителей и сглаживающих фильтров».. 3

Список источников и литературы 3

Список оборудования 3


Введение

Цель проведения лабораторного практикума по дисциплине «Основы электротехники» - выработка практических навыков и умений по измерению, расчетам электрических параметров различных схем и устройств, по сборке электрических схем, по проектированию, измерению и расчетам электронных устройств.

В результате выполнения лабораторного практикума обучающийся должен уметь:

  • читать электрические схемы;

  • вести оперативный учёт работы энергетических установок.

  • В результате выполнения лабораторного практикума обучающийся должен знать:

  • основы электротехники и электроники;

  • устройство и принцип действия электрических машин и трансформаторов, аппаратуры управления электроустановками.

Общие компетенции, формируемые в результате выполнения лабораторного практикума:

  • ОК-2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

  • ОК-3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

  • ОК-6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

  • ОК.7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчинённых), за результат выполнения заданий.

  • ОК.9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Лабораторный практикум рассчитан на 10 часов аудиторных занятий.

Занятия проводятся в специально оборудованной лаборатории, оснащение которой позволяет провести все виды указанных работ.

Перед выполнением лабораторных работ необходимо ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, проверить рабочее место на наличие опасных факторов, подготовить рабочее место к работе, подготовить ручку и бланк отчета по лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

Тема «Исследование неразветвленной цепи переменного тока».

Цель лабораторной работы: исследование процессов, происходящих в неразветвленной цепи однофазного переменного тока с R и L, построение векторных диаграмм.

Содержание работы.

2.1. Исходные данные


Заданы:

1) эквивалентная схема исследуемой цепи, состоящая из источника ЭДС, резистора R и катушки индуктивности L (рис. 2.1).

2) расчетные параметры элементов схемы Em, Rp, Lp (табл. 2.1).

3) рабочая схема исследуемой цепи и схема включения измерительных приборов (рис. 2.2).

hello_html_m159d4013.gif






Рис. 2.1 - Эквивалентная схема исследуемой цепи






Таблица 2.1-Варианты заданий


Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Еm , В

50

55

60

65

70

50

55

60

65

70

f, Гц

150

150

150

150

150

150

150

150

150

150

Rр , Ом

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

Lр , мГн

150

165

185

200

215

235

250

265

285

300


2.2. Теоретические сведения и методические указания

Переходным называется процесс в электрической цепи или схеме, возни­кающий в ней при переходе от одного (старого) установившегося состояния к другому (новому) установившемуся состоянию. Переходные процессы в цепи возникают в результате различных коммутаций, следствием которых являются скачкообразные изменения параметров отдельных элементов или структуры схемы цепи. Так как запасы энергии в реактивных элементах схемы не могут измениться скачкообразно, то для перехода схемы в новое энергетическое со­стояние требуется некоторое время, называемое временем переходного про­цесса Тп.

Независимыми начальными условиями называются значения токов в ка­тушках iL(0) и напряжений на конденсаторах uС(0) в момент коммутации при
t = 0, которые определяют начальные запасы энергии в реактивных элементах схемы.

При включении схемы R, L с нулевыми начальными условиями iL(0) = 0 к источнику постоянной ЭДС e(t) = Еm = const напряжения на отдельных элемен­тах будут изменяться во времени по закону:

uR(t) =E·(1 – e pt), uL(t) = E·e pt.

Здесь p = –R / L есть коэффициент затухания (корень характеристиче­ского уравнения), характеризующий скорость затухания переходного процесса. Постоянная времени hello_html_m66d188f8.gif , практическая продолжительность переходного про­цесса Тп = 4 = 4L / R.

При включении схемы R, L с нулевыми начальными условиями iL(0) = 0 к источнику синусоидальной ЭДС e(t) =Em·sin(t+) напряжение на резисторе будет изменяться во времени по закону:

uR(t) = uRу(t) + uRсв(t) = URm·sin(t + ) + A·ept.

Амплитуда и начальная фаза установившейся составляющей напряжения uRу(t) = URm·sin(t + ) определяются из расчета схемы в установившемся синусоидальном режиме:

hello_html_6656df58.gif, Im = Em / Z, URm = Im·R, = arctg(XL / R).

Амплитуда свободной составляющей напряжения А определяет интен­сивность переходного процесса. Она зависят от параметров элементов схемы и от начальной фазы источника ЭДС: A = URm·sin( ).

При значении начальной фазы ( ) = 90 амплитуда свободной со­ставляющей на­пряжения максимальна, переходной процесс протекает с макси­мальной интен­сивностью. При значении начальной фазы ( )= 0 амплитуда свободной составляющей на­пряжения равна нулю, включение цепи происходит без переходного процесса.


2.3. Расчетная часть

1. Определить в общем виде функции uR(t) и uL(t) в переходном режиме при включении схемы с нулевыми начальными условиями к источнику постоянной ЭДС e(t) = Еm = const. Для 3-х сочетаний значений параметров элементов [а) R = Rр , L = Lр ; б) R = 2Rр , L = Lр ; в) R = Rр , L = 2Lр] определить для исследуемых функций коэффициент затухания р, постоянную времени и продолжительность переходного процесса Тп. Результаты расчетов внести в табл. 2.2.

2. В выбранных масштабах mu и mt построить в одной системе координат семейство графических диаграмм для исследуемых функций uR(t) и uL(t) в пере­ходном режиме для 3-х сочетаний значений параметров элементов а), б), в). По­строение графических диаграмм выполнить на ЭВМ.

  1. Определить графически постоянную времени переходного процесса для каждого из 3-х сочетаний значений параметров элементов а), б), в). Результаты расчетов внести в табл. 2.2.

  2. Определить в общем виде функцию uR(t) и в переходном режиме при включении схемы с нулевыми начальными условиями к источнику синусоидальной ЭДС e(t) = Em·sin( t + ).

  3. Для значений параметров элементов R = Rр, L = Lр определить амплитуды установившейся и свободной составляющих напряжения на резисторе URm и Аm в переходном режиме, а также значения начальной фазы источника , при которых амплитуда свободной составляющей переходного процесса: а) макси­мально положительна, б) равна нулю, в) максимально отрицательна. Резуль­таты расчетов внести в табл. 2.3.

  4. В выбранных масштабах mu и mt построить в одной системе координат семейство графических диаграмм для исследуемых функций uR(t) в переходном режиме для значений начальной фазы источника согласно а), б), в). Построение диаграмм выполнить на ЭВМ.

  5. Определить графически на диаграммах п. 7 свободные составляющие переходного процесса для заданных значений начальной фазы источника со­гласно а), б), в).


Таблица 2.2-Таблица для заполнения результатов работы

Параметры

р, с-1

, с

Тп, с

, с (граф.)

а) R= Rр, L=Lр





б) R=2Rр, L= Lр





в) R=Rр,L=2Lр





Таблица 2.3-Таблица для заполнения результатов работы

URm, В

Аm, В

а) , гр

б) , гр

в) , гр







2.4. Экспериментальная часть


Собрать электрическую цепь по рабочей схеме рис. 2.2. Установить заданные параметры отдельных элементов. Для каждого из заданных значений параметров элементов получить на экране электронного осциллографа исследуемую функцию напряжения uR(t). Сравнить полученные осциллограммы с расчетными графическими диаграммами.


hello_html_14eb200f.gif








рис. 2.2 - Рабочая схема исследуемой цепи и схема включения измерительных приборов


2.5. Анализ результатов работы


Сравнить результаты эксперимента с данными расчета и дать заключение о степени их соответствия. В случае их существенного расхождения указать возможные причины.

2.6. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (эквивалентные схемы исследуемых цепей и параметры их элементов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. графические диаграммы функций;

  7. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­ментальных результатов.


Контрольные вопросы

  1. Что называется переходным процессом в электрической цепи? Какими уравнениями можно описать переходной процесс? Запишите уравнение для ис­следуемой цепи.

  2. Что такое коэффициент затухания, постоянная времени и продолжи­тельность переходного процесса? Напишите формулы для названных величин для исследуемой цепи.

  3. Как по графической диаграмме функции определить постоянную времени переходного процесса?

  4. Почему интенсивность переходного процесса в цепи при включении ее к источнику синусоидальной ЭДС зависит от начальной фазы, т.е. от момента включения?

  5. Какие методы расчета переходного процесса вы знаете? Назовите их.


Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.


Тема «Исследование трехфазной цепи переменного тока при соединении приёмников «звездой»».

Цель лабораторной работы: исследование процессов, происходящих в цепи трехфазного переменного тока, при соединении приемников «звездой», построение векторных диаграмм токов и напряжений.

Содержание работы.

4.1. Исходные данные

Заданы:

  1. эквивалентная схема исследуемой трехфазной цепи с нагрузкой, соеди­нённой звездой без нулевого провода (рис. 4.1). На входе схемы действует сим­метричный трехфазный генератор с напряжением Uл / Uф = 127/73В.

  2. комплексные сопротивления фаз для 3 типов нагрузки:

  1. симметричная нагрузка RА = RВ = RС = Rф;

  2. несимметричная однородная нагрузка RА RВ RС;

3)несимметричная неоднородная нагрузка ZА=RА, ZВ=RВ+jXВ, ZC=RС+jXС (табл. 12.1).

3hello_html_m2dd7db99.gif) рабочая схема исследуемой цепи и схемы включения измерительных приборов (рис. 4..2).








Рис. 4.1 - Эквивалентная схема исследуемой трехфазной цепи с нагрузкой

Таблица 4.1-Варианты заданий

Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1)Rф, Ом

80

90

100

110

120

85

95

105

115

125

2)RА, Ом

80

90

100

110

120

85

95

105

115

125

RВ , Ом

75

140

85

160

95

130

70

150

80

160

RС , Ом

130

70

150

80

160

75

140

85

150

95

3)RА, Ом

80

90

100

110

120

85

95

105

115

125

RВ, Ом

46

75

64

83

65

72

62

79

71

105

ХВ, Ом

66

50

77

72

101

45

72

69

91

68

RС, Ом

68

81

79

63

98

57

75

60

94

79

ХС, Ом

42

39

62

90

69

63

58

86

66

97

4.2. Теоретические сведения и методические указания

Симметричный трехфазный генератор обеспечивает на выходе два уровня напряжения линейное UЛ и фазное Uф, соотношение между которыми составляет UЛ/Uф=hello_html_1798100.gif. В промышленных условиях номинальное напряжение трехфазного генератора UЛ/Uф=380/220В, в лаборатории ТОЭ уровень этого напряжения снижен по соображениям техники безопасности до UЛ/Uф=127/73В. Наличие двух уровней напряжения в трехфазном генераторе позволяет подключать к нему приемники с различными номинальными напряжениями, что обеспечивается способом соединения фаз приемника между собой. Если отдельные фазы приемника рассчитаны на фазное напряжение генератора, то они соединяются по схеме звезды (с нулевым проводом или без него).

При отсутствии нулевого провода симметрия фазных напряжений на приемнике нарушается и зависит от характера нагрузки. При несимметричной нагрузке между нулевыми точками приемника и генератора возникает напряжение Un (напряжение смещения нейтрали), в результате чего фазные напряжения на приемнике перекашиваются, становятся несимметричными.

Расчет токов и напряжений в фазах приемника выполняется, как правило, по методу двух узлов. Фазные напряжения генератора принимаются симметричными: UА=Uф·e j0, UB=Uф·e -j120, UC=Uф·ej120, а потенциал его нейтрали равным нулю N=0. Определяется напряжение (потенциал) нейтрали приемника

hello_html_24609801.gif,

а затем находятся его фазные напряжения:

U A n = U A Un; U Вn = U В Un; UCn = UC Un.

Линейные (фазные) токи определяются по закону Ома:

I A = U An/Z A ; I В = U Вn/Z В ; IC = UCn/ZC .

Для измерения токов в нескольких ветвях цепи применяется коммутатор токовых цепей, позволяющий включать измерительные приборы (амперметр, ваттметр, фазометр) поочередно в любую ветвь цепи.

Показание фазометра равно углу сдвига фаз между вектором напряжения U = U·ej и вектором тока I = I·ej, которые подведены к обмоткам прибора, т.е. = . Если к фазометру подведен базовый вектор напряжения UО=U·e j0 с начальной фазой, равной нулю, и измеряемый вектор тока I = I·ej, то показание фазометра будет численно равно на­чальной фазе (аргументу) вектора тока со знаком минус, т.е. = 0 = .. В качестве базового вектора напряжения принимается фазное напряжение фазы А генератора U0=UА=Uф·ej0. Если к фазометру подведен базовый вектор тока I0=I·e j0 с на­чальной фазой, равной нулю, и измеряемый вектор напряже­ния U=U·ej, то показание фазо­метра будет численно равно начальной фазе (аргументу) вектора напряжения, т.е. = 0 = .. Базовый вектор тока, совпадающий с началом отсчета углов (Iо = Iоej0), на стенде получается от спе­циального источника.

4.3. Расчетная часть

  1. Произвести расчет схемы трехфазной цепи для каждого из заданных видов нагрузки (п. 1, 2, 3) в комплексной форме. В результате расчета определить напряжение смещения нейтрали Un, напряжения на фазах нагрузки Uan, U Вn,, U Сn, линейные (фазные) токи IА, IB, IС. Результаты расчета записать в виде комплексных чисел (U = Uej, I = Iej ) в табл. 4.2.

  2. Для каждого из заданных видов нагрузки (п. 1, 2, 3) определить активные мощности каждой из фаз генератора РЕА, РЕB, РЕС и каждой из фаз приемника РНА, РНB, РНС , а также мощность всей цепи Р. Результаты расчета записать в табл. 4.3.

  3. По результатам расчета для каждого вида нагрузки построить векторные диаграммы токов и напряжений.


Таблица 4.2-Таблица для заполнения результатов работы

Тип на­грузки

Uл / Uф

UAn, B

UBn, В

Ucn, В

Un, В

IА , А

IB , А

IС , А

1)вычис.









1)измер.









2)вычис.









2)измер.









3)вычис.









3)измер.










Таблица 4.3-Таблица для заполнения результатов работы

Тип нагр.

РЕА , Вт

РЕB , Вт

РЕС , Вт

РНА , Вт

РНB , Вт

РНС , Вт

Р, Вт

1) вычис.








1) измер.








2) вычис.








2) измер.








3) вычис.








3) измер.









4.4. Экспериментальная часть

  1. Собрать электрическую цепь в соответствии с рабочей схемой рис. 4.2. Включить источник энергии. Измерить линейные (UАВ , UВС , UСА) и фаз­ные (UА , UВ , UС) напряжения на зажимах трехфазного генератора. Среднеариф­метиче­ские значения этих напряжений записать в табл. 4.2.

  1. Установить параметры нагрузки согласно п. 1 исходных данных и про­извести измерения комплексных линейных (фазных) токов IА , IB , IС. Модули комплексных токов измерить амперметром, а начальные фазы фазометром по схеме рис. 4.2. Результаты измерений записать в табл. 4.2. Измерить (вольтметром) фазные напряжения (UАn , UВn , UСn) на фазах нагрузки. Результаты измерений записать в табл. 4.2. Измерить (ваттметром) активные мощности фаз генератора РЕА, РЕB, РЕС и фаз нагрузки РНА, РНB, РНС . Результаты измерений записать в табл. 4.3.

  2. Установить параметры нагрузки согласно п. 2 исходных данных и про­извести измерения комплексных линейных (фазных) токов IА , IB , IС , фазных напряжений (UАn , UВn , UСn) на фазах нагрузки, активных мощностей фаз генератора РЕА, РЕB, РЕС и фаз нагрузки РНА, РНB, РНС. Результаты измерений записать в табл. 4.2 и в табл. 4.3.

  3. Установить параметры нагрузки согласно п. 3 исходных данных и про­извести измерения комплексных линейных (фазных) токов IА , IB , IС, фазных напряжений (UАn , UВn , UСn) на фазах нагрузки, активных мощностей фаз генератора РЕА, РЕB, РЕС и фаз нагрузки РНА, РНB, РНС. Результаты измерений записать в табл. 4.2 и в табл. 4.3.

hello_html_721bd397.gif






Рис 4.2 – Рабочая схема



4.5 .Анализ результатов работы

  1. Сравнить результаты эксперимента с данными расчета и дать заключение о степени их соответствия. В случае их существенного расхождения указать возможные причины.

  2. На основе анализа результатов работы определить, как влияет несимметрия нагрузки и ее характер на симметрию фазных напряжений.

  3. Сделать вывод о роли нулевого провода для обеспечения нормальной работы несимметричной трехфазной цепи.

4.6. Содержание отчета


Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

  1. титульный лист по стандартной форме;

  2. цель работы;

  3. исходные данные (эквивалентную схему исследуемой цепи и параметры ее элементов);

  4. таблицы с результатами вычислений и измерений;

  5. основные расчетные формулы и уравнения;

  6. векторные диаграммы токов и напряжений;

  7. выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­ментальных результатов.


Контрольные вопросы


  1. В каких случаях трехфазная нагрузка включается по схеме звезды без нулевого провода?

  2. Какова роль нулевого провода в трехфазной цепи?

  3. Могут ли напряжения на отдельных фазах нагрузки в несимметричном режиме: 1) увеличиться до линейного? 2) быть равными нулю? 3) быть симмет­ричными?

  4. По какой схеме включаются в трехфазную сеть асинхронные электро­двигатели?

  5. Какие напряжения (токи) приемника называются линейными, а какие -фазными? Назовите их.


Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.


Тема «Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением».

Цель лабораторной работы: исследование работы генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Снятие рабочих характеристик.

Содержание работы.

8.1. Ход работы.


Изучение механических характеристик генераторов постоянного тока с параллельным и независимым возбуждением

Схемы таких генераторов приведены на рис. 8.1

hello_html_69e95e9.png

Рис 8.1 Схемы генераторов

Вращающий момент генераторов определяется из выражения

М. = kФI (8.1)

а э. д. с. генераторов

Е = kФw. (8.2)

В формулах: w — угловая скорость, рад/с; U-подводимое напряжение, В; I — ток в цепи якоря, А; Rя — сопрoтивление обмотки якоря, Ом; Rр— сопротивления реостата в цепь якоря. Ом; Ф — магнитный поток возбуждения, генераторов Вб; k- коэффициент, зависящий от конструкции машины.

Подставив в уравнение (8.1) значение тока якоря из формул (8.2), получим уравнение механической характеристики генераторов (8.3)

Поскольку выражение (8.3) — это уравнение прямой, значит механические характеристики генераторов параллельного и независимого возбуждения прямолинейны (рис.). Характеристика R =Rя называется естественной, остальные — искусственными.

Скорость идеального холостого хода определяется из уравнения (8.3) при условии, что М = 0.

Величину сопротивления якоря генераторов параллельного и независимого возбуждения ориентировочно можно определить из выражения:

Номинальное значение к.п.д. можно вычислить, как:

Где Рном – номинальная мощность генераторов, кВт.

Угловая скорость генераторов на естественной механической характеристике при номинальном моменте называется номинальной.

hello_html_27ee7de2.png

Рис 8.2 - График

Согласно уравнениям (8.2) и (8.3) увеличение сопротивления реостата в цепи якоря приводит к увеличению угла наклона механической характеристики, т.е. к снижению скорости.

Тормозные режимы генераторов

Для п генераторов оследовательного возбуждения возможны лишь два режима электрического торможения: противовключением и динамическое. Режима рекуперативного торможения у генераторов этого типа нет, так как Э.Д.С. не может быть выше напряжения сети в связи с тем, что скорость идеального холостого хода не имеет конечной величины [см. формулу (8.2)].

hello_html_5b6a2a31.png hello_html_m5971c273.png

Рис.8.4 график Рис. 8.3 схема


Динамическое торможение может быть осуществлено двумя способами: с самовозбуждением (рис.8.3) и с независимым возбуждением (рис.8.4). При торможении с самовозбуждением необходимо сохранить направление тока возбуждения таким же, как при нормальной работе генератора. Без этого машина размагнитится, и торможения не получится.

Механические характеристики режима динамического торможения (см. рис8.3, четыре засечки) нелинейны вследствие непостоянного магнитного потока. В области, обозначенной пунктирными линиями, торможение практически отсутствует. Рассмотренный режим используют редко, в основном как аварийный при исчезновении напряжения сети.

Механические характеристики динамического торможения с независимым возбуждением аналогичны соответствующим характеристикам п генератора параллельного возбуждения (см. рис. 8.3, две засечки). Такой способ торможения нашел широкое применение в приводе рудничных электровозов, ходового механизма роторных экскаваторов и др.

Торможение противовключением осуществляется, как и у генераторов параллельного возбуждения, двумя способами: включением в цепь якоря реостата с большим сопротивлением и изменением полярности обмотки якоря.

При первом способе механическая характеристика будет продолжением характеристики двигательного режима. При торможении противовключением по второму способу характеристика располагается в квадранте II (линия с тремя засечками).

Генератор со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбуждения: последовательную ОВпосл и параллельную ОВпар (см. рис. 8.4), которые совместно создают поток возбуждения машины.

Генераторы со смешанным возбуждением допускают все три режима электрического торможения: рекуперативное с отдачей энергии в сеть, динамическое и противовключением.

Для генераторов возможны следующие режимы торможения: рекуперативное с отдачей энергии в сеть, противовключением и динамическое. Рекуперативное торможение с отдачей энергии в сеть происходит при угловой скорости выше синхронной (о). С сверхсинхронной скоростью ротор может вращаться, например, при спуске ковша экскаватора или при спуске груза лебедкой. В режиме рекуперативного торможения момент и ток ротора имеют отрицательные знаки, и машина работает в режиме асинхронного генератора, превращая механическую энергию, сообщаемую валу машины спускающимся грузом, в электрическую и отдавая ее в сеть. Механическая характеристика этого режима является продолжением характеристики двигательного режима и располагается во II квадранте (см. рис.8.3).

Режим торможения противовключением аналогичен соответствующему режиму двигателя постоянного тока с независимый возбуждением. Этот режим, может быть, достигнут двумя путями:

1) увеличением сопротивления реостата в цепи ротора. В точке, а момент двигателя меньше момента статического сопротивления и поэтому груз увлекает за собой ротор в направлении, обратном направлению вращения магнитного поля статора. Это вызывает быстрое возрастание Э.Д.С., тока ротора и тормозного момента. В точке в момент, создаваемый опускающимся грузом, и тормозной момент двигателя уравновешиваются, и скорость опусканий становится постоянной. При необходимости ускорения опускания груза в цепь ротора вводят следующую ступень реостата реверсом, т, е. переключением двух фаз статора. В результате вращающееся поле статора изменяет направление вращения, а ротор по инерции вращается в прежнем направлении. Ток и момент при этом изменяют свои знаки: момент становится тормозным, что вызывает быструю остановку двигателя. Вследствие встречного вращения ротора и поля статора Э.Д.С. ротора достигает большой величины. Для ограничения броска тока при переходе в режим противовключения в цепь фазного ротора двигателя вводят ступень противовключения.


Механическая характеристика генераторов постоянного тока с последовательным возбуждением

Обладая весьма мягкой механической характеристикой (рис), генератор с последовательным возбуждением сравнительно плавно преодолевает перегрузку, имеет высокий пусковой момент и мало перегружает сеть при пуске и вынужденной остановке под нагрузкой. Это послужило основанием к применению такого рода двигателей для привода рудничных электровозов, ходовой части роторных экскаваторов.

hello_html_m5682ee52.png

Рис. 8.5 - Схема

При нагрузках менее 15—20% номинальной скорость вследствие снижения магнитного потока недопустимо возрастает, а при холостом ходе, когда Ф≈0, скорость может достигнуть величины, при которой произойдет авария (разнос двигателя). Поэтому двигатель с последовательным возбуждением нельзя пускать вхолостую.

Уhello_html_m18915307.png этих генераторов обмотка возбуждения ОВ включена последовательно с якорем, и по ней протекает тот же ток, что и по обмотке якоря. Поэтому при изменении нагрузки будет изменяться и магнитный поток, оказывая большое влияние на скорость двигателя. Наиболее наглядно это видно из уравнения скоростной характеристики, которое показывает, что при изменении магнитного потока скорость двигателя может изменяться в широких пределах, придавая механической характеристике большую мягкость. Однако вследствие насыщения магнитной цепи магнитный поток изменяется не пропорционально току. Наибольшее изменение магнитного потока и, следовательно, скорости будет при малых нагрузках, когда машина ненасыщенна. Зависимость магнитного потока от тока возбуждения (характеристика намагничивания) является сложной нелинейной функцией и не имеет аналитического выражения. Поэтому нет и аналитической зависимости для механической характеристики.









Рис.8.6 - График


На рис.8.6 приведены естественные и искусственные механические характеристики генератора последовательного возбуждения при различных добавочных сопротивлениях в цепи якоря. Введение сопротивления в цепь якоря делает характеристику еще более мягкой.

Изучение схем пуска генераторов , функции времени.

При пуске генератор преодолевает момент инерции привода и механизма, а также силу трения, которая при трогании с места всегда больше, чем при работе, так как коэффициент трения покоя обычно превышает коэффициент трения движения. Кроме того, пуск многих горных машин и конвейеров часто осуществляется в условиях заштыбовки и завала, поэтому при пуске двигатель должен развивать значительно больший вращающий момент, чем при работе с установившейся скоростью.

В начальный момент пуска ток генераторов к резко возрастает, так как в неподвижном якоре генераторов постоянного тока отсутствует противо-Э.Д.С., а в неподвижном роторе включенного в сеть генераторов переменного тока индуктируется большая э.д.с. Большие пусковые токи могут вызвать перегрев обмоток, искрение щеток и значительные электродинамические усилия в обмотках генератора, вызывающие повреждения изоляции. По условиям коммутации генераторы постоянного тока должны иметь пусковой ток не выше 0% номинального.

hello_html_m3f119848.png

Рис.8.7

При большом пусковом токе возникают колебания напряжения шахтной электросети, отрицательно влияющие на работу как самого генератора , так и других приемников, подключенных к сети, поскольку при этом снижаются вращающие моменты двигателей, световые потоки ламп и т. д. Кроме пускового тока, необходимо ограничивать ускорения и особенно стараться избежать рывка, величина которого является производной от ускорения (м/с3). Чрезмерное ускорение и рывок опасны для прочности конструкции. Особенно это недопустимо в транспортных устройствах для перевозки подъема людей из шахты. В зависимости от величины статического момента различают следующие режимы пуска: легкий, когда начальный статический момент Мс, не превышает 40% номинального значения (насосы, вентиляторы, турбокомпрессоры, преобразовательные электромашинные агрегаты).

Пуск двигателей в простейших системах электропривода осуществляют с помощью пускового реостата. Большинство асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, применяют для привода горных машин, запускают непосредственным включением на полное напряжение сети. И лишь для мощных синхронных и асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в ряде случаев применяются пуск при пониженном напряжении с мощью автотрансформаторов и реакторов, включаемых на время пуска в цепь статора. В сложных системах электропривода постоянного тока пуск осуществляют плавным увеличением напряжения на якоре.

Для облегчения тяжелых условий пуска (например, мощных конвейеров) иногда используют специальные средства — различные виды муфт (электромагнитные, гидравлические и др.). В этих случаях двигатель пускается вхолостую и передача движения исполнительному органу осуществляется включением муфты до полного разгона двигателя. Однако при этом увеличивается общее время пуска рабочей машины, хотя время работы двигателя большими пусковыми токами уменьшается.

Нормальный пуск применяют для двигателей с продолжительным режимом работы (конвейеры, насосы, роторные экскаваторы, буровые станки, вентиляторы и др.), а форсированный — для двигателей приводов, работающих с большой частотой включения (подъемные машины, рабочие двигатели одноковшовых экскаваторов и др.). Во втором случае в целях экономии времени пуск производят с предельно допустимыми моментами и токами.

При наличии упругих элементов и кинематического зазора между отдельными звеньями механизма большие моменты двигателя при пуске могут вызвать механические перенапряжения, удары, поломки машины и др. Тогда искусственно понижают начальный момент двигателя до (0,3—0,5) Мном.

Кроме обмотки возбуждения, питаемой постоянным током, ротор синхронного двигателя снабжается специальной пусковой короткозамкнутой обмоткой, с помощью которой двигатель пускается в ход как асинхронный. В установившемся режиме пусковая обмотка сглаживает колебания угловой скорости и тока статора при изменении нагрузки, напряжении и частоты сети. Постоянный ток в обмотку возбуждения подают лишь тогда, когда частота вращения ротора становится близкой к синхронной (подсинхронной). И поэтому двигатель втягивается в синхронизм. Чем меньше скольжение и величина статического момента, тем благоприятнее условия вхождения двигателя в синхронизм.

Асинхронный пуск синхронного двигателя возможен как при том, так и при пониженном напряжении. В последнем случае пуск осуществляют в следующем порядке: статор включают пониженное напряжение (при этом двигатель втягивается в синхронизм) и затем переключают его на полное напряжение.

Контрольные вопросы:


1. Что называется генераторов?

2. Устройство генераторов.

3. Каким свойством обладают электродвигатели и генераторы?

4. Что такое механическая характеристика?


Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.

Тема «Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением».

Цель лабораторной работы Исследование работы генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.

Содержание работы:

3.1. Краткие теоретические сведения.

Хотя в промышленности применяется главным образом переменный ток, генераторы постоянного тока широко используются в различных промышленных, транспортных и других установках (для питания электроприводов с широким регулированием скорости вращения, в электролизной промышленности, на судах, тепловозах и т. д.). В этих случаях генераторы постоянного тока обычно приводятся во вращение электродвигателями переменного тока, паровыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания.

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения.

(Различаются генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением.

Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением (рис. 3-1, а), в которых обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от постороннего источника (аккумуляторная батарея, вспомогательный генератор или возбудитель постоянного тока, выпрямитель переменного тока), и на магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоянных магнитов. Генераторы последнего типа изготовляются только на малые мощности. В данной главе рассматриваются генераторы с электромагнитным возбуждением.

В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе.

Во всех генераторах с электромагнитным возбуждением на возбуждение расходуется 0,3—5% номинальной мощности машины. Первая цифра относится к самым мощным машинам, а вторая — к машинам мощностью около 1 кет.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения делятся на 1) генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые (рис. 3-1, б), 2) генераторы последовательного возбуждения, или сериесные (рис. 3-1, в), и 3) генераторы смешанного возбуждения, или компаундные (рис. 3-1, г).

Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, расположенные на общих главных полюсах: параллельную и последовательную. Если эти обмотки создают н. с. одинакового направления, то их включение называется согласным; в противном случае соединение обмоток возбуждения называется встречным. Обычно применяется согласное включение обмоток возбуждения, причем основная часть н. с. возбуждения (65—80%) создается параллельной обмоткой возбуждения.




hello_html_m3ee04e21.jpg


Рис. 3-1. Схемы генераторов и двигателей независимого (а), параллельного (б), последовательного (в) и смешанного (г) возбуждения (сплошные стрелки — направления токов в режиме генератора, штриховые стрелки — в режиме двигателя)

На рис. 3-1, г конец параллельной обмотки возбуждения (от реостата возбуждения) приключен за последовательной обмоткой возбуждения («длинный шунт»), однако этот конец может быть присоединен и непосредственно к якорю («короткий шунт»). Существенной разницы в этих вариантах соединения нет, так как падение напряжения в последовательной обмотке составляет только 0,2—1,0% от Uu и ток iB мал. Обычно применяется соединение, изображенное на рис. 3-1, г-


3.2. Исходные данные.

Дана схема генератора с параллельным возбуждением. Обмотка возбуждения полюсов включена параллельно обмотке якоря. Во время работы генератора ток, проходящий по обмотке якоря IЯ от положительной щетки растекается по двум параллельным ветвям:

внешней сети и обмотке возбуждения. Ток сети I и ток возбуждения IB притекая к отрицательной щетке, в сумме своей равны току якоря. Поэтому можно написать:

IЯ = I + IB

Полезная мощность генератора характеризуется величиной тока, отдаваемого генератором в сеть. Поэтому ток возбуждения должен быть по возможности малым. Обычно ток возбуждения у генераторов с параллельным возбуждением составляет 2,5% от номинального тока якоря. Для создания необходимой намагничивающей силы обмотка возбуждения изготовляется из большого числа витков тонкой медной изолированной проволоки.

hello_html_m208bee65.jpg


Если при холостом ходе генератора менять ток возбуждения регулировочным реостатом, то при постоянной скорости якоря э. д. с. генератора будет также меняться. Зависимость между э. д. с. и током возбуждения машины, как известно, называется характеристикой холостого хода. У генератора с параллельным возбуждением эта характеристика аналогична характеристике холостого хода генератора с независимым возбуждением.

При нагрузке генератора с параллельным возбуждением напряжение его меняется в зависимости от тока нагрузки. У генератора с параллельным возбуждением напряжение с нагрузкой меняется от трех причин:

1) вследствие падения напряжения в обмотке якоря и переходном контакте щеток;

2) вследствие уменьшения магнитного потока, вызванного действием реакции якоря;

3) под действием первых двух причин напряжение генератора (или напряжение на щетках якоря) с нагрузкой уменьшается. Ток возбуждения при постоянном сопротивлении цепи возбуждения пропорционален напряжению на щетках якоря.

Поэтому с уменьшением напряжения на якоре ток возбуждения также уменьшится, что приведет к уменьшению магнитного потока полюсов, а это, в свою очередь, вызовет дополнительное уменьшение э. д. с. и напряжения на зажимах генератора.
Этого не было у генератора с независимым возбуждением, так как обмотка возбуждения машины питалась от независимого (отдельного) источника постоянного напряжения.


Если при постоянной скорости вращения якоря и неизменном сопротивлении цепи возбуждения менять сопротивление внешней сети, то ток сети будет также меняться. Отмечая величину тока сети по амперметру, включенному в цепь якоря, и определяя напряжения генератора по вольтметру, включенному на зажимы машины, можно установить зависимость между током нагрузки и напряжением генератора. Эта зависимость, как известно, называется внешней характеристикой. Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением дана на фиг. 285. Характеристика показывает, что с увеличением нагрузки напряжение генератора уменьшается. В пределах нормальной работы уменьшение напряжения с нагрузкой у генераторов этого типа бывает невелико (сплошная часть характеристики). У генераторов с дополнительными полюсами оно составляет 8—15% при номинальной нагрузке. При работе генератора изменение напряжения устраняют путем изменения сопротивления цепи возбуждения с помощью регулировочного реостата. Дальнейшее увеличение тока нагрузки сопровождается значительным уменьшением напряжения (пунктирная часть характеристики). При некоторой величине сопротивления внешней цели ток нагрузки достигает максимального критического значения I
МАКС по достижении которого ток начинает уменьшаться, даже если сопротивление внешней цепи будет становиться меньше. Это объясняется тем, что на величину тока сети оказывает влияние не только величина сопротивления сети, но также и напряжение генератора. Как только ток сети достигнет критического значения IМАКС . вышеуказанные факторы, влияющие на уменьшение напряжения, становятся преобладающими и, несмотря на уменьшение сопротивления сети, ток сети будет уменьшаться.

При коротком замыкании напряжение генератора становится равным нулю, а э. д. с, наводимая в обмотке якоря за счет остаточного магнетизма полюсов, будет создавать в цепи ток короткого замыкания. Иногда случается, что впервые включаемый генератор с параллельным возбуждением не дает напряжения. Это может произойти потому, что сердечники полюсов не имеют остаточного магнетизма или обладают им, но неправильное соединение обмотки возбуждения привело к тому, что ток в обмотке создал магнитный поток возбуждения, направленный против потока остаточного магнетизма, и произошло размагничивание полюсов. В этом случае концы обмотки возбуждения нужно отсоединить и подключить их на некоторое время к источнику постоянного напряжения (например, к аккумуляторной батарее). Этого будет достаточно для приобретения полюсами остаточного магнетизма, и генератор будет создавать небольшую э. д. с. при работе с отключенной обмоткой полюсов. Если генератор включают впервые и нет уверенности в правильном присоединении обмотки возбуждения, то, пустив его в ход, касаются концами обмотки возбуждения якорных выводов на щитке (соблюдая правила техники безопасности) и наблюдают за показаниями вольтметра генератора. Если показания вольтметра увеличиваются, то это означает, что обмотка возбуждения соединена правильно. Если же показания вольтметра уменьшаются, то нужно поменять местами концы обмотки возбуждения. После установления правильности включения обмотки возбуждения генератор останавливают и прочно закрепляют концы обмотки возбуждения на его щитке. Изменение направления вращения генератора с параллельным возбуждением влечет за собой изменение направления индуктированной э. д. с. в обмотке якоря, перемену полярности щеток и изменение направления тока в обмотке возбуждения, а это приводит к размагничиванию полюсов.



Поэтому на генераторах с параллельным возбуждением указывают направление вращения якоря.


Контрольные вопросы:

1.Как классифицируются генераторы постоянного тока?

2. Устройство генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.

3. Что такое коллектор? Для чего он предназначен?

4. Основное свойство машин постоянного тока.

5. У генератора с параллельным возбуждением напряжение с нагрузкой меняется от трех причин. Указать эти причины?

6. Как устраняют изменение напряжения при работе генератора?

7. Что будет происходить, если при холостом ходе генератора менять ток возбуждения регулировочным реостатом?

8. Чему равно напряжение генератора при коротком замыкании?

9. В чём может быть причина, если впервые включаемый генератор с параллельным возбуждением не дает напряжения и как её устранить?

10 Что будет происходить в генераторе, если при постоянной скорости вращения якоря и неизменном сопротивлении цепи возбуждения менять сопротивление внешней сети?


Примечание:

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.


Тема «Схема управления асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором».

Цель лабораторной работы: исследование работы трехфазного асинхронного электродвигателя. Пуск вход и снятие рабочих характеристик.

Содержание работы.


4.1 Краткие теоретические сведения.


Трёхфазный асинхронный двигатель с фазным ротором, или асинхронный двигатель с контактными кольцами, применяется значительно реже, чем двигатель с короткозамкнутым ротором. Фазный ротор используется, когда необходимо плавно регулировать частоту вращения двигателя в установившемся режиме или обеспечивать большой пусковой момент при соблюдении ограничений по пусковому току.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором производится путем включения в цепь обмотки ротора пускового реостата, который отключается после выхода двигателя на установившийся режим работы. Регулирование скорости вращения в установившемся режиме также производится при помощи реостата, изменяющего суммарное активное сопротивление обмотки ротора и, соответственно, скольжение двигателя.

Для оценки свойств электрической машины и пригодности ее для работы в заданных условиях необходимо иметь рабочие характеристики машины. Для асинхронного двигателя применяются два основных метода опытного определения рабочих характеристик: непосредственный и косвенный. Непосредственный метод получения рабочих характеристик путем изменения момента нагрузки на валу применяется обычно для двигателей малой мощности. Асинхронные двигатели с фазным ротором изготавливаются, как правило, на средние и большие мощности, поэтому их характеристики определяются косвенным методом.


4.2 Ход работы.

4.2.1. Экспериментальная часть

а) Определить номинальное напряжение обмотки статора и обмотки ротора.

б) Осуществить пуск двигателя с включением в цепь ротора пускового реостата.

в) Осуществить регулирование частоты вращения двигателя путем изменения активного сопротивления обмотки ротора с помощью реостата.

г) Провести опыт холостого хода и снять зависимости тока и потребляемой из сети мощности от приложенного к статору напряжения при отсутствии нагрузки на валу двигателя >hello_html_70322b83.png >.


д) Провести опыт нагрузки двигателя и снять зависимости скорости, потребляемого тока и мощности из сети от момента нагрузки на валу при номинальном напряжении питания двигателя >hello_html_232af724.png> при трех значениях сопротивления реостата: > hello_html_2d26aace.png>, > hello_html_514eaf31.png>, > hello_html_m4903c801.png>.

е) Провести опыт короткого замыкания и снять зависимости момента и тока короткого замыкания от приложенного к статору напряжения >hello_html_3027a9c1.png >.

4.2.2 Анализ и обработка результатов измерений


а) Рассчитать коэффициент трансформации номинальных напряжений статора и ротора.

б). По результатам опыта холостого хода построить характеристики холостого хода >hello_html_70322b83.png >и произвести разделение потерь холостого хода.

в) По результатам опыта нагрузки рассчитать и построить рабочие характеристики двигателя > hello_html_4631c30f.png> при трех значениях сопротивления реостата: > hello_html_2d26aace.png>, >hello_html_514eaf31.png >, > hello_html_m4903c801.png>.

г) По результатам опыта короткого замыкания построить характеристики короткого замыкания > hello_html_3027a9c1.png> и определить кратности пускового момента и пускового тока при номинальном напряжении питания.

д) По результатам опытов рассчитать параметры электрической схемы замещения двигателя.

е) Используя найденные параметры схемы замещения, построить механическую характеристику >hello_html_m58e0b8c2.png >.

В качестве базы для проведения эксперимента используется асинхронный двигатель с фазным ротором А56/2 со следующими параметрами:


кратность максимального момента - 2,0

коэффициент полезного действия - 75%

коэффициент мощности - 0,74

Паспортные данные:

Pн = 2,8 кВт;

схема соединения статора > hello_html_m12bfb9d3.png>:

Iн = 22,8/13,0 А;

Uн = 127/220 В;

nн = 920 об/мин;

сопротивление фазы обмотки статора R1 = 0,46 Ом

схема соединения ротора Y:

Uрн=90 В

Iрн=21,2 А



4.3. Порядок выполнения работы

Определение коэффициента трансформации обмоток

Коэффициент трансформации обмоток определяется как отношение напряжения обмотки статора к напряжению обмотки ротора при номинальном напряжении, приложенном к обмотке статора. Обмотка ротора разомкнута и соединена в звезду, а обмотка статора - в треугольник, двигатель при этом не вращается.

Пуск и регулирование двигателя с помощью реостата

Пуск двигателя производят с помощью реостата, подключенного к цепи ротора. Перед пуском реостат устанавливают в положение "номинальный режим", по мере увеличения частоты вращения ротора сопротивление пускового реостата постепенно снижают вплоть до его уменьшения до нулевого значения. Регулирование скорости АД с фазным ротором в установившемся режиме осуществляют, изменяя сопротивление реостата.

Характеристики холостого хода

Характеристиками холостого хода называются зависимости I0, P10, cosj0 = f(U1) при P2=0 или M=0, где I0 - ток статора; P10 - мощность, потребляемая двигателем при холостом ходе; cosj0 - коэффициент мощности при холостом ходе; P2 - мощность на валу; M - момент на валу.

Во время проведения опыта холостого хода устанавливают момент, равный нулю, и изменяют питающее напряжение от (1,1÷1,2)Uн до (0,4÷0,5)Uн (всего не менее 10 точек). Для каждой точки сохраняют показания приборов для последующей обработки. Коэффициент мощности рассчитывают по формуле: > hello_html_m62e3c7fb.png>.

Рабочие характеристики

При проведении опыта нагрузки устанавливают напряжение питания, равное номинальному Uн, и изменяют момент нагрузки в диапазоне от 0 до 1,25Mн (всего не менее 10 точек). Для каждой точки сохраняют показания приборов для последующей обработки. Опыт проводят при трех значениях сопротивления реостата: >R=0 >, >hello_html_514eaf31.png >, >hello_html_m4903c801.png >.

Номинальный момент двигателя (Нм) может быть рассчитан, используя паспортные данные двигателя, по формуле Mн=P2н/W2н•103, где P2н - номинальная мощность на валу двигателя, кВт; W2н=2pn2н/60 - номинальная угловая частота вращения, 1/с; n2н - номинальная частота вращения, об/мин.

По данным опыта вычисляются s1, P2, cosj1, h для построения рабочих характеристик.

Скольжение s и частота вращения ротора n2 связаны выражением s=(n1-n2)/n1, где n1 - частота вращения магнитного поля (синхронная частота вращения).

Мощность на валу двигателя, кВт: P2н=MW2•103, где W2 - угловая частота вращения ротора, 1/с. >hello_html_7b550f4d.png >.


Характеристики короткого замыкания

Опыт короткого замыкания проводится при заторможенном роторе и пониженном напряжении на зажимах статора. Напряжение питания изменяют от 0 до значения, при котором ток короткого замыкания не станет равным Iк=1,3I1н (достаточно 5-6 точек).Для каждой точки сохраняют показания приборов для последующей обработки.

По данным опыта короткого замыкания определяют пусковые свойства двигателя: кратность пускового тока Ki и кратность пускового момента KM. Если при некотором напряжении Uk измерены ток Ik и момент Mk, то пусковой момент двигателя без учета насыщения будет равен Mп=MkIп2/Ik2, где Iп - пусковой ток двигателя при номинальном напряжении U1н, определяемый из выражения Iп=IkU1н/Uk.Кратность пускового момента KM=Mп/Mн. Кратность пускового тока Ki=Iп/I1н.

Определение параметров схемы замещения двигателя

Параметры схемы замещения определяются по результатам опыта короткого замыкания.

- Полное сопротивление короткого замыкания > hello_html_m4f2305b6.png> ;

- Активное сопротивление короткого замыкания при при температуре 20°С > hello_html_43a45c49.png> ;

- Индуктивное сопротивление короткого замыкания > hello_html_7824613.png>;

- Активное сопротивление короткого замыкания при температуре 75°С

> hello_html_m2ccb6245.png>;

- Полное сопротивление короткого замыкания при температуре 75°С

> hello_html_m64857a1b.png>;

- Активное сопротивление фазы обмотки ротора при температуре 75°С

>hello_html_m1f4922ad.png >, где >hello_html_1cee8dc9.png > - приведенное к температуре 75°С активное сопротивление фазы обмотки статора.

Индуктивные сопротивления рассеяния фаз статора и ротора >X1 > и

>hello_html_m549a7a2f.png > по отдельности не известны, зато известно суммарное индуктивное сопротивление короткого замыкания. Для расчетов можно ориентировочно принять >hello_html_m5b40c9e9.png > и > hello_html_27312a27.png>.

hello_html_m594b683.png



Построение механической характеристики

Механическая характеристика двигателя рассчитывается по формуле:

> hello_html_26e20618.png>,

где > hello_html_61fc94d6.png> - число фаз обмотки статора;

>hello_html_mc211dc3.png > - синхронная угловая частота вращения поля;

> p> - число пар полюсов.

Механическая характеристика строится при изменении скольжения в диапазоне от 0 до 1,0.

Номинальный момент двигателя (Нм) может быть рассчитан, используя паспортные данные двигателя, по формуле Mн=P2н/W2н•103, где P2н - номинальная мощность на валу двигателя, кВт; W2н=2pn2н/60 - номинальная угловая частота вращения, 1/с; n2н - номинальная частота вращения, об/мин.

Скольжение s и частота вращения ротора n2 связаны выражением s=(n1-n2)/n1, где n1 - частота вращения магнитного поля (синхронная частота вращения).

Мощность на валу двигателя, кВт: P2н=MW2•103, где W2 - угловая частота вращения ротора, 1/с.


Контрольные вопросы

1. Объясните устройство и принцип работы трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором.

2. Перечислите способы пуска в ход асинхронных двигателей с фазным ротором.

3. Каких значений может достигать кратность пускового начального тока при прямом включении двигателя в сеть?

4. Объясните, чем вызвана необходимость пуска двигателя с включенным в цепь ротора пусковым реостатом.

5. Как зависят пусковой ток и пусковой момент двигателя от напряжения?

6. В каком случае возможно применение способа пуска двигателя переключением со звезды на треугольник?

7. Какие достоинства и недостатки присутствуют при регулировании частоты вращения ротора с помощью реостата, включенного в цепь фазного ротора?

8. Почему изменяется скольжение асинхронного двигателя с изменением нагрузки?

9. Как изменяется максимальный момент двигателя при регулировании с помощью реостата?

10. Объясните характер изменения I1, cosj1 и h при изменении полезной мощности P2.

11. Как определяется к.п.д. двигателя косвенным методом?

12. Какая мощность называется электромагнитной?

13. Перечислите виды потерь мощности в асинхронном двигателе. От чего эти потери зависят?

14. Как определяются электрические потери в короткозамкнутой обмотке ротора?

15. Как изменятся I1, cosj1 и h асинхронного двигателя при обрыве одной фазы питающей сети и той же нагрузке на валу?

16. Почему при обрыве одной фазы питающей сети и неизменной нагрузке на валу частота вращения двигателя снижается?


Примечание.

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5.


Тема «Снятие вольтамперной характеристики полупроводникового диода».

Цель лабораторной работы: научиться собирать электрическую схему и снимать вольтамперную характеристику полупроводникового диода.

Содержание работы.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5.

Тема «Изучение принципа действия выпрямителей и сглаживающих фильтров».

Цель лабораторной работы Изучение принципа действия выпрямителей и сглаживающих фильтров.

Содержание работы:

5.1 План работы.


1. исследование однополупериодного выпрямителя;

2. исследование емкостного фильтра.

3. исследование двухполупериодного выпрямителя;

4. составление отчета.


5.2 Краткие теоретические сведения.


hello_html_m4ddf1329.jpg

Процесс преобразования переменного напряжения сети в постоянное напряжение называется выпрямлением, а устройства, с помощью которых происходит это преобразование - выпрямителями. Выпрямители разделяются на неуправляемые и управляемые. В зависимости от числа фаз источника выпрямленного напряжения различают однофазные и многофазные (трехфазные).

Выпрямительные устройства, помимо выпрямителя, в который входит один или несколько диодов, включенных по определенной схеме. Обычно входит силовой трансформатор, сглаживающий фильтр и стабилизатор.

Трансформатор (Тр) служит для преобразования напряжения сети в напряжение той же частоты. Но с другой амплитудой, нужной для выпрямления с помощью выпрямителя (В), состоящего из выпрямительных диодов. Сглаживающий фильтр (Ф) уменьшает пульсацию выпрямленного напряжения, стабилизатор (Ст.) поддерживает неизменным напряжение на нагрузке при изменении напряжения сети и сопротивления нагрузки.

Параметр, характеризующий отклонение выходного напряжения реального источника питания от постоянного, называется коэффициентом пульсации Кп. Его значение зависит от работы сглаживающего фильтра и стабилизатора и определяется по формуле:

Кп = U≈ / U=

где U≈ - переменная составляющая выходного напряжения;

U= - постоянная составляющая выходного напряжения.

Выпрямленное напряжение имеет пульсирующий характер. При этом частота повторения импульсов на выходе однополупериодного выпрямителя равна частоте выпрямленного напряжения, а двухполупериоднго выпрямителя – удвоенной частоте выпрямленного напряжения. Для снижения пульсации напряжения применяют специальные устройства – сглаживающие фильтры. Фильтры состоят из конденсаторов и катушек индуктивности. Принцип действия сглаживающего фильтра основан на том, что реактивные элементы (L и C) способны запасать энергию и в промежутки между импульсами отдавать ее нагрузке, заполняя тем самым паузы. По виду реактивных элементов различают емкостные, индуктивные и смешанные фильтры. Смешанные сглаживающие фильтры в зависимости от способа соединения входящих в них элементов подразделяются на Г - и П- образные.

Наиболее простым является емкостный фильтр, который состоит из конденсатора включенного параллельно нагрузке. Работа фильтра основана на способности конденсатора быстро запасать электрическую энергию, а затем относительно медленно отдавать ее в нагрузку. Емкостные фильтры, как правило, используются в выпрямителях малой мощности.

В выпрямителях с большими токами применяются индуктивные фильтры, которые являются индуктивной катушкой (дросселем) с относительно большой индуктивностью.

Его фильтрующие свойства основываются на способности индуктивности препятствовать любым изменениям тока, проходящим через нее. Это связано с тем, что при возрастании тока в индуктивности происходит накопление магнитной энергии, а когда ток начинает падать, энергия, накопленная в индуктивности, возвращается в цепь, к которой она подключена. Так как индуктивность подключается последовательно с нагрузкой, то через нее проходит весь ток нагрузки, то уменьшение его изменений одновременно уменьшает напряжения на нагрузке. Включение дросселя в схему фильтра приводит к появлению ЭДС самоиндукции, которая влияет на работу не только фильтра, но и выпрямителя. Наибольшее значения ЭДС самоиндукции возникают в однополупериодных выпрямителях, где не только меняется работа выпрямительного диода, но и возникают столь значительные напряжения, которые часто приводят к электрическим пробоям диодов. Поэтому дроссели в фильтрах применяют только в двухполупериодных схемах.

hello_html_1acb84e.jpg

На практике применяют комбинированные фильтры Г – и П – образные. Эти фильтры обеспечивают хорошее сглаживание тока в нагрузке. Их работу удобно объяснять, представляя напряжение на входе как сумму постоянной составляющей и целого ряда гармоник (переменных составляющих). Тогда индуктивность и емкость фильтра представляют собой делитель. На индуктивном сопротивлении делителя выделяется большая часть переменной, а на емкостной – большая часть постоянной составляющей напряжения выпрямителя.


5.3. Ход работы.


  1. Собрать схему опыта в соответствии с рисунком

hello_html_mbca01a4.jpgРис.5.1



Оборудование:


VD 1 – диод;

TV1 - трансформатор;

PV1 - вольтметр, 0-50 В;

N - Осциллограф;

R - Резистор, нагрузка 40 Ом

hello_html_6aea0ac2.jpgРис. 5.2.


2. Подключить осциллограф к вторичной обмотке трансформатора (точки 1-2) и наблюдать на экране форму входного напряжения.

Подключить клеммы осциллографа к нагрузке, на экране осциллографа наблюдать форму напряжения на нагрузке. Зарисовать в отчет форму входного и выходного напряжений. Подключить параллельно нагрузке конденсатор (рис 5.2). На экране осциллографа наблюдать форму напряжения на нагрузке.


Увеличить емкость конденсатора, выяснить влияние емкости конденсатора на пульсацию выходного напряжения. В отчет зарисовать формы напряжений на нагрузке.


Рис. 5.3.

hello_html_m32110e02.jpg


3.Собрать схему двухполупериодного выпрямителя (мостовая схема) в соответствии с рис 5.3. Подключить осциллограф и наблюдать форму выходного напряжения на нагрузке. Зарисовать в отчет форму напряжения на нагрузке.

hello_html_7da27919.jpg

Рис. 5.4


Оборудование:

VD1-VD4 –диоды мостового выпрямителя;


4. Подключить параллельно нагрузке батарею конденсаторов (емкостной фильтр). Подключить осциллограф и наблюдать форму выходного напряжения на нагрузке. Зарисовать в отчет форму напряжения на нагрузке.

5. Составить отчет о практической работе, в котором зарисовать электрические схемы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей и эпюры напряжений на нагрузке. Сделать заключение о форме напряжения на нагрузке и о влиянии емкостного фильтра на форму напряжения.


Контрольные вопросы:

1. Что называется источником вторичного электропитания?

2. Какое устройство в схеме вторичного электропитания выпрямляет ток?

3. Каким свойством обладает полупроводниковый диод?

4. Из каких элементов состоит простейший однополупериодный выпрямитель?

5. Для чего в схемах вторичного электропитания нужен сглаживающий фильтр?


Примечание:

Лабораторная работа рассчитана на 2часа.

Список источников и литературы


1. Берёзкина Т.Ф., Гусев Н.Г. Масленников В.В. Задачник по общей электротехнике с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2001.

2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники: Учебное пособие для студентов неэлектротехнических специальностей средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 2000.

3. Касаткин А.С. Основы электротехники: Учебное пособие для средних профессионально-технических училищ. – М.: Высшая школа, 2001.

4. Синдеев Ю.Г. Электротехника (с основами электроники): Учебное пособие для профессиональных училищ и колледжей. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2001.


Список оборудования


- мультимедийный учебный комплекс по темам:

«Цепи постоянного тока», «Цели переменного тока», «Электронные устройства», «Цифровая электроника», «Операционные усилители».

- стационарные лабораторные стенды;

- набор измерительных приборов и оборудования стендов;

- комплект приборов по направлению «Физические основы электротехники и электроники;

- комплект экспериментальных панелей по направлению «Электротехника и электроника»;

- педагогические программные средства вычислительной техники:

встроенные персональные компьютеры;

- оверхед-проектор «Горизонт»-250 Х.


Самые низкие цены на курсы переподготовки

Специально для учителей, воспитателей и других работников системы образования действуют 50% скидки при обучении на курсах профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца с присвоением квалификации (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок", но в дипломе форма обучения не указывается.

Начало обучения ближайшей группы: 29 ноября. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (10% в начале обучения и 90% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru


Общая информация

Номер материала: ДБ-313467
Курсы профессиональной переподготовки
124 курса

Выдаем дипломы установленного образца

Заочное обучение - на сайте «Инфоурок»
(в дипломе форма обучения не указывается)

Начало обучения: 29 ноября
(набор групп каждую неделю)

Лицензия на образовательную деятельность
(№5201 выдана ООО «Инфоурок» 20.05.2016)


Скидка 50%

от 13 800  6 900 руб. / 300 часов

от 17 800  8 900 руб. / 600 часов

Выберите квалификацию, которая должна быть указана в Вашем дипломе:
... и ещё 87 других квалификаций, которые Вы можете получить

Похожие материалы

Получите наградные документы сразу с 38 конкурсов за один орг.взнос: Подробнее ->>