Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине Электротехника и электроника. Раздел "Электрические машины"

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Иркутской области

 «Иркутский техникум речного и автомобильного транспорта»

Методические указания

 по выполнению практических работ

по дисциплине Электротехника и электроника

Раздел «Электрические машины»

специальность 23.02.03 Техническое обслуживание

и ремонт автомобильного транспорта

 (базовый уровень)

Иркутск

Медведева Л.В. Методические указания  по выполнению практических работ по дисциплине Электротехника и электроника. Раздел «Электрические машины». – Иркутск: ГБПОУ ИО «Иркутский техникум речного и автомобильного транспорта», 2017 г. – 21 с.

Методическая разработка предназначена для обучающихся учебных заведений СПО, изучающих дисциплину Электротехника и электроника в рамках программ ПССЗ или ПКРС технического профиля.

Содержание

№		Стр
	Введение	4
1	Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором	6
2	Определение неисправностей машин переменного тока	8
3	Расчёт двигателя постоянного тока с независимым возбуждением	10
4	Определение неисправностей машин постоянного тока	12
	Эталоны ответов	14
	Список использованной литературы	14
	Приложение	15

Введение

Выполнение практических работ является одной из форм работы по дисциплине «Электротехника и электроника».

В результате освоения раздела «Электрические машины» обучающийся должен уметь:

-       производить расчёт электрических цепей*;

-       определять неисправности электрических машин*.

знать:

-       методы расчета и измерения основных параметров электрических цепей;

-       устройство и принцип действия электрических машин;

-       принцип регулирования электрических машин*.

Практические работы выполняются аудиторно. Время выполнения 2 академических часа. Форма предоставления отчёта – рабочая тетрадь.

Критерии оценки выполнения практических работ:

- правильность и полнота выполнения задания;

- правильность устных ответов.

Оценка «5» (отлично):

- задание выполнено правильно в полном объёме (допустима 1 ошибка), даны правильные ответы на вопросы.

Оценка «4» (хорошо):

- задание выполнено в полном объёме, допущено не более двух ошибок, даны правильные ответы на вопросы.

- задание выполнено в полном объёме, допущена одна ошибка в ответах на вопросы.

- задание выполнено в полном объёме, допущено 1 ошибка в задании, одна в ответах на вопросы.

Оценка «3» (удовлетворительно):

- задание выполнено в неполном объёме (не менее 80 %),

        * - вариативная часть учебной дисциплины.

- задание выполнено в полном объёме, допущено не более 3 ошибок , в том числе не более 1 ошибки в ответах на вопросы.

Работа возвращается на доработку:

- задание выполнено в объёме менее 80 %, допущено более 3 ошибок.

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов.

Основные источники:

1. Электротехника и электроника: учебник для учреждений сред.проф. образования/ Б.И. Петленко, Ю,М. Иньков – М.: Академия, 2010.

Интернет - ресурсы:

1.   Информационный сайт для электриков   – режим доступа           http://www.electricdom.ru/index.htm

2.   Информационный сайт. Видео по электротехнике и электронике – режим доступа http://www.chipdip.ru/video.aspx

3.   Курс лекций по электронике и электротехнике.- режим доступа: http://nfkgtu.narod.ru/electroteh.htm;

4.   Лекции по электронике. - режим доступа: http://studentik.net/lekcii/lekcii-texnicheskie/296-jelektronika.html;

Видео:

1.   Как работает электродвигатель. - режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=hvaiAA9TO94

2.   Устройство асинхронного двигателя 3D. - режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=1XP_5CBOZv4

3.   Принцип работы асинхронного двигателя. - режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=uXwamyaiUKo

4.   Электродвигатель постоянного тока. Принцип работы. - режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=uPdv7l9zx2c

Практическая работа

Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя

с фазным ротором

Цель: производить расчёт электрических цепей, знать методы расчета основных параметров электрических цепей, знать устройство и принцип действия электрических машин, принцип регулирования электрических машин.

 Задание: По паспортным данным рассчитать параметры трёхфазного асинхронного двигателя (АД) с фазным ротором: потребляемую мощность при номинальной нагрузке на валу, КПД, момент на валу двигателя, максимальный момент, число пар полюсов,  синхронную скорость (по таблице синхронных скоростей), скольжение. Начертить схему трёхфазного АД с фазным ротором для прямого пуска.

Данные к практической работе

Вариант	Паспортные данные АД с фазным ротором  тип МТ и МТВ, линейное напряжение 380 В, частота 50 Гц
	Р2   (кВт)	n1 (об/мин)	Iн (А)	Rр (Ом)	Мmax/Мн
1	1,4	885	5,3	0,69	2,3
2	1,7	840	5,9	0,77	2,6
3	2,2	895	7,5	0,67	2,3
4	2,7	840	8,9	0,73	2,5
5	3,5	870	11,6	0,67	2,2
6	4,1	870	11,8	0,6	2,5
7	5,3	885	15,3	0,6	2,6
8	5,8	915	16	0,5	2,4
9	7,5	695	21	0,47	2,5
10	8,2	990	24,6	0,46	2,6
11	9	675	26	0,49	2,5
12	11	710	30	0,11	2,6
13	13	690	34,7	0,13	2,5
14	16	715	45,7	0,1	2,6
15	1,4	890	5,6	0,69	2,3
16	1,7	850	6	0,77	2,6
17	2,2	910	7,5	0,67	2,4
18	2,7	860	9	0,73	2,5
19	3,5	890	12	0,67	2,2
20	4,1	890	12	0,6	2,4
21	5,3	880	16	0,6	2,6
22	5,8	920	16	0,5	2,3
23	7,5	670	20	0,47	2,5
24	8,2	985	25	0,46	2,5
25	22	740	58	0,09	2,6

Ход работы

1.       Повторить устройство, принцип действия трёхфазного АД (приложение А).

2.       Выписать из таблицы паспортные данные АД с фазным ротором в соответствие со своим вариантом.

3.       Начертить схему АД с фазным ротором для прямого пуска.

4.       На основании паспортных данных определить:

- потребляемую мощность при номинальной нагрузке на валу   Р₁=U_л·I_н

- КПД  η = Р₂/Р₁

- момент на валу двигателя М_ном = 9,55 Р₂/n₁

- максимальный момент М_max

- число пар полюсов р

- синхронную скорость n (по таблице синхронных скоростей)

- скольжение s _ном      s _ном  = 1-    

Контрольные вопросы.

1.       Как выполнен статор трёхфазного АД?

2.       Как выполнен ротор трёхфазного АД?

3.       Что называется «синхронной» и «механической» скоростью?

4.       Почему называется асинхронный двигатель?

5.       Перечислить способы пуска АД.

6.       Как осуществляется реверс АД?

7.        Как осуществляется регулирование скорости АД?

8.       Способы включения однофазного АД.

Практическая работа

Определение неисправностей машин переменного тока

 Цель: определять неисправности электрических машин, знать устройство и принцип действия электрических машин.

Задание: Определить возможные неисправности асинхронных двигателей по внешним признакам изменения режимов работы.

	Признаки		Неисправность
1	Сталь статора или ротора нагревается даже при холостом ходе	А	Подводимое напряжение ниже номинального. Обрыв в фазе статора или ротора. Заклинивание ротора и статора.
2	Ненормальный шум во время работы машины	Б	Недостаточная смазка, неисправность или износ шарико- или роликоподшипников.
3	Повышенная вибрация	В	Недостаточная смазка, неисправность или износ подшипников. Задевание крыльчатки вентилятора за корпус. Короткое замыкание в обмотке статора.
4	Перегрев подшипников	Г	Недостаточная жёсткость фундамента. Некачественная балансировка ротора.
5	Понижено сопротивление  изоляции обмоток	Д	Неправильное включение статора. Межвитковое, междуфазное замыкание в обмотке статора. Обрыв одной из фаз, замыкание обмотки статора на корпус.
6	При работе ощущается напряжение на металлических конструкциях	Е	Подводимое напряжение ниже номинального. Обрыв в фазе статора или ротора. Перегрузка двигателя на валу.
7	АД не запускается на холостом ходе	Ж	Замыкания между отдельными листами сердечников вследствие образования заусенцев при обточке или из-за ударов.
8	АД не запускается под нагрузкой	З	Оголённые токоведущие части касаются деталей машины. Отсыревание обмоток.
9	АД не развивает номинальные обороты	И	Отсыревание обмоток. Засорение машины токопроводящей пылью.
10	Перегрев обмоток статора	К	Перегрузка двигателя на валу. Обрыв в фазе ротора (для АД с фазным ротором).

Ход работы

1.         Повторить устройство, принцип действия трёхфазного АД (Приложение А).

2.         Изучить внешние признаки изменения режимов работы, определить возможные неисправности асинхронных двигателей. Заполнить таблицу отчёта

Таблица отчёта

Признаки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Неисправность

Контрольные вопросы.

1.            В чём отличие статоров трёхфазного и однофазного АД.

2.            Назвать два вида роторов АД и их  конструктивное отличие.

3.            Какая скорость называется синхронной? По какой формуле определяется?

4.            Какая скорость называется механической? По какой формуле определяется?

5.            К чему приводит выход из строя конденсатора в пусковой обмотке однофазного АД?

Практическая работа

Расчёт двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Цель: производить расчёт электрических и магнитных цепей, знать устройство и принцип действия электрических машин, принцип регулирования электрических машин.

Задание: По паспортным данным рассчитать параметры двигателя постоянного тока (ДПТ) с параллельным возбуждением:  потребляемую мощность, КПД,  момент на валу, пусковой ток. Построить электромеханическую характеристику (ЭМХ)  n ~ (I). По ЭМХ  определить скорость n при I= 2·I_{ном .} Начертить электрическую схему.

Данные к практической работе

Вариант	Паспортные данные ДПТ с  параллельным   возбуждением   напряжение питания 220В
	Р2   (кВт)	n (об/мин)	Iн (А)	Rя (Ом)
1	2,5	1230	14	1,63
2	3	1200	17	1,43
3	4,5	1050	26	0,94
4	5,5	1460	31	0,53
5	6	1130	33	0,56
6	6,5	1570	34	0,32
7	8	1510	44	0,3
8	8,5	870	47	0,42
9	9,5	1420	50	0,19
10	12	790	65	0,26
11	13	1240	68	0,12
12	16	710	85	0,17
13	17	1160	90	0,07
14	21	660	110	0,11
15	22	630	112	0,05
16	2,5	1200	16	1,63
17	6,5	1490	36	0,32
18	3	1250	18	1,43
19	8	1500	40	0,3
20	4,5	1100	28	0,94
21	8,5	870	47	0,42
22	5,5	1400	35	0,53
23	12	800	70	0,26
24	6	1200	36	0,56
25	16	750	75	0,17

Ход работы

1.     Повторить устройство, принцип действия и электромеханическую характеристику ДПТ (Приложение Б)

2.     Выписать из таблицы паспортные данные ДПТ с параллельным возбуждением в соответствие со своим вариантом.

3.     Начертить схему ДПТ с параллельным возбуждением.

4.     На основании паспортных данных определить:

- потребляемую мощность при номинальной нагрузке на валу Р₁=U·I

- КПД  η = Р₂/Р₁

- момент на валу двигателя М_эм = 9,55 Р₂/n₁

- пусковой ток I_п = U/R_я

- построить ЭМХ по двум точкам n₀ и n_н   n₀ = U/с_еФ,  где с_еФ =

- по ЭМХ  определить скорость n при I= 2·I_ном

Контрольные вопросы

1.   Что входит в статор машины постоянного тока?

2.   Как выполнен якорь машины постоянного тока?

3.   Что необходимо для  работы двигателя постоянного тока?

4.   Что необходимо для  работы генератора постоянного тока?

5.   Нарисовать электромеханическую характеристику ДПТ с независимым и последовательным возбуждением.

Практическая работа

Определение неисправностей машин постоянного тока

Цель: определять неисправности электрических машин, знать устройство и принцип действия электрических машин, принцип регулирования электрических машин.

Задание: Определить возможные неисправности асинхронных двигателей по внешним признакам изменения режимов работы.

Признаки			Неисправность
1	Сталь статора или якоря местами нагревается даже при холостом ходе.	А	Размагничен, обрыв обмотки возбуждения, окисление коллектора.
2	Ненормальный шум во время работы.	Б	Отсыревание обмоток, засорение токоповодящей пылью.
3	Недопустимая вибрация	В	Перегружен при пуске, напряжение в сети ниже номинального, обрыв в цепи якоря или пускового реостата
4	Понижено сопротивление изоляции обмоток.	Г	Недостаточная жёсткость фундамента, некачественная балансировка якоря.
5	Искрение под щётками.	Д	Сильный нажим щёток, повышенное искрение, перегрузка.
Генератор
6	Нет  напряжения на выводах.	Е	Низкая частота вращения, обрыв или плохой контакт в обмотке якоря и на коллекторе.
7	Напряжение ниже номинального на холостом ходу	Ж	Замыкания отдельных листов сердечников вследствие образования заусенцев.
Двигатель
8	Не запускается	З	Недостаточная смазка, износ или неисправность подшипников.
9	Частота вращения ниже номинальной.	И	Плохо закреплённые щёткодержатели, щётка только частью касается коллектора (не притёртая)
10	Перегрев обмотки якоря.	К	Замыкание между коллекторными пластинами, междувитковое замыкание обмотки якоря, плохая вентиляция.
11	Перегрев коллектора	Л	Перегрузка, напряжение в сети ниже номинального.

Ход работы

1.         Повторить устройство, принцип действия машины постоянного тока (Приложение Б).

2.         Изучить внешние признаки изменения режимов работы, определить возможные неисправности машин постоянного тока. Заполнить таблицу отчёта

Таблица отчёта

Признаки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Неисправность

Контрольные вопросы.

1.     Перечислить конструктивные элементы статора и их назначение.

2.     Перечислить конструктивные элементы якоря.

3.     На каких законах основано действие генератора? двигателя?

4.     Перечислить способы регулирования скорости ДПТ.

5.     Как осуществляется реверс двигателя постоянного тока.

Эталоны ответов

Практическая работа «Определение неисправностей машин переменного тока»

Признаки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Неисправность	Ж	В	Г	Б	И	З	А	Е	К	Д

Практическая работа «Определение неисправностей машин постоянного тока»

Признаки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Неисправность	Ж	З	Г	Б	И	А	Е	В	Л	К	Д

Список использованной литературы

1.       Кисаримов Р.А. Справочник электрика. - М: ИП РадиоСофт, 1999. – 320 с.

2.       Электрические машины и микромашины: учеб. для электротехн. спец. вузов/ Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. – М.: Вш, 1990. – 528 с.

3.       Электротехника и электроника: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/ Б.И. Петленко, Ю.М. Иньков; под редакцией Б.И. Петленко.0 М.: Академия, 2010. – 320 с.

Приложение А

Асинхронный двигатель (АД)

Конструкция.

АД состоит из двух частей: статор и ротор (рис. 1).

Статор – неподвижная часть. Выполнен аналогично статору синхронного генератора. Имеет шихтованный сердечник и трёхфазную обмотку, которая подключается звездой или треугольником к сети трёхфазного тока.

Ротор – подвижная часть. Состоит: вал, шихтованный сердечник из электротехнической стали, обмотка ротора. Ротор бывает короткозамкнутый и фазный. Обмотка короткозамкнутого ротора выполняется из алюминиевых стержней, замкнутых по бокам короткозамыкающими кольцами (беличья клетка). Иногда пазы сердечника просто заливаются алюминием. Обмотка фазного ротора выполняется трёхфазной из медного провода. Соединяется «звездой» и через три кольца и три щётки замыкается на реостаты.

 

Принцип действия.

Обмотка статора, подключенная к сети трёхфазного тока, создаёт вращающееся магнитное поле. Скорость вращения магнитного поля называется синхронная скорость  n = 60f/p,  где р – число пар полюсов в одной фазе. Магнитное поле статора, пересекая обмотку ротора, индуктирует в ней ЭДС по закону электромагнитной индукции. Так как обмотка ротора замкнута, ЭДС создаёт  в ней ток ротора Iр. Ток ротора, взаимодействуя с магнитным полем статора, образует электромагнитный вращающий момент М_эм по закону электромагнитной индукции. Под действием момента ротор начинает вращаться. Механическая скорость – скорость вращения ротора  n₁ = n(1 – s), где s – скольжение, показывающее на сколько скорость ротора меньше скорости магнитного поля. Условие работы АД:  n₁ < n. Из-за неравенства скоростей двигатель называется Асинхронным.

  Таблица синхронных скоростей (для частоты 50 ГЦ)

р	1	2	3	4	5	6
n (об/мин)	3000	1500	1000	750	600	500

а                                                                      б Рис.2.  Условное обозначение трёхфазного асинхронного двигателя в электрической схеме: а – с фазным ротором, б – с короткозамкнутым ротором.

                              

Приложение Б

Конструкция машины постоянного тока (МПТ)

Конструктивно МПТ делится на 2 части: статор и якорь (рис. 3).

СТАТОР - неподвижная часть машины. В него входят: остов (станина), главные и добавочные полюса, щеточный аппарат, подшипниковые щиты.
        Остов отливают из стали. Выполняет 2 функции:

1) к нему крепятся полюса, щеточный аппарат, подшипниковые щиты, снаружи имеются приливы для транспортировки (ушки) и лапы для крепления к Фундаменту, люки для осмотра и вентиляции.

2) служит частью магнитопровода, т.е. через него проходит магнитный поток машины Ф. Полюса бывают главные и добавочные.

 Главные полюса (ГП)  являются электромагнитами и служат для создания основного магнитного потока Ф. Сердечники ГП для уменьшения действия вихревых токов выполняются шихтованными (h =0,5 - 1,5 мм), скрепляются заклепками. Болтами сердечник крепится к остову. К сердечникам ГП крепится полюсной наконечник, служащий для равномерного распределения магнитного потока Ф. На сердечнике ГП закрепляется обмотка из медного провода, которая называется обмоткой возбуждения ОВ. ОВ подключается последовательно, параллельно или независимо с ОЯ. Число ГП всегда четное 2,4,6,...,24 =2р. Добавочные полюса располагаются между ГП, их число равно числу ГП. Добавочные полюса компенсируют искажение магнитного поля, обеспечивая безыскровую работу. Сердечники ДП могут быть монолитные или шихтованные (сталь). Обмотка ДП подключается последовательно с ОЯ.

Щёточный аппарат состоит: щётка, щеткодержатель (рис.5), щёточная поворотная траверса (рис.6). Щетки предназначены  для соединения коллектора с внешней цепью, изготовлены на основе графика (УГ, Г, ЭГ). Щетки устанавливаются в щёткодержатель и прижимаются пружинами (нажимное устройство).  Нажим строго регулируется для устранения  повышенного износа, нагрева, искрения под щётками.

К щеткам крепится гибкий щеточный канатик для отвода тока. Щеткодержатели  крепятся непосредственно к остову или на щеточной поворотной траверсе, которая в свою очередь крепится к остову.

ЯКОРЬ - подвижная часть машины. В него входит: вал, сердечник, обмотка якоря ОЯ, коллектор.

Вал выполняется литьем из стали.  На него напрессовывается сердечник якоря, выполненный из листов электротехнической стали фигурной формы (звездочек). При сборке образуются пазы, в которые закладывается обмотка якоря ОЯ, выполненная из медного провода с лаковой изоляцией. ОЯ выполняется в форме витков, концы которых припаиваются к коллекторным пластинам. ОЯ бывают петлевые, волновые, комбинированные.

Коллектор (рис. 4) имеет вид цилиндра, собранного из пластин твердотянутой меди изолированных миканитовыми или слюдяными прокладками. Поверхность коллектора обтачивают и шлифуют. Прокладки фрезеруют на 0,8-1,5мм ниже уровня пластин коллектора.  При работе по поверхности коллектора скользят щетки, т.о. он является подвижным электрическим контактом.

Способы включения обмотки возбуждения МПТ

 МПТ с независимым возбуждением            МПТ с параллельным    

                                                                                возбуждением

МПТ с последовательным возбуждением

                                                                           МПТ со смешанным возбуждением

 

Принцип действия двигателя постоянного тока (ДПТ)

Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Для работы ДПТ необходимо:

1. подключить обмотку возбуждения к источнику питания для создания основного магнитного потока Ф;

2. подключить обмотку якоря к источнику питания для создания тока якоря.

Ток якоря, взаимодействуя с магнитным потоком, создаёт вращающий электромагнитный момент М_ЭМ , под действием которого якорь начинает вращаться.

n = c_e I_я Ф,

          где c_e – конструктивная электрическая постоянная машины.

При вращении якоря в магнитном поле в обмотке якоря индуктируется ЭДС по закону электромагнитной индукции. Эта ЭДС направлена против тока якоря, созданного ЭДС внешнего источника питания, поэтому называется противоЭДС. Наличие противоЭДС приводит к тому, что в момент пуска – самый большой пусковой ток, при увеличении частоты вращения якоря – ток якоря уменьшается.

Принцип действия генератора постоянного тока (ГПТ)

Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

Для работы ГПТ необходимо:

1. подключить обмотку возбуждения к источнику питания для создания основного магнитного потока Ф;

2. приложить к валу генератора внешний вращающий момент М_вн.

При вращении вала обмотка якоря пересекает магнитное поле, по закону электромагнитной индукции в ней индуктируется ЭДС, которая создаёт напряжение на выводах генератора.

                                                    Е = c_м n Ф

где c_м – конструктивная магнитная постоянная машины.

Если к генератору подключить нагрузку (замкнуть цепь), то по обмотке якоря начнёт протекать ток якоря. Ток якоря, взаимодействуя с магнитным полем, создаёт электромагнитный тормозной момент. Это приводит к тому, что при подключении нагрузки к генератору его скорость падает.

Электромеханическая характеристика машины постоянного тока

 

             n  =      

Краткое описание документа:

Методическая разработка предназначена для обучающихся учебных заведений СПО, изучающих дисциплину Электротехника и электроника в рамках программ ПССЗ или ПКРС технического профиля. Цели практических работ соответствуют требованиям ФГОС по специальности 23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта. Цели расширены, за счёт вариативной части учебной дисциплины, поэтому методические указания по выполнению практических работ по дисциплине Электротехника и электроника могут быть использованы и для других специальностей технического профиля.

Отличительной особенностью разработки является разнообразие заданий для практических работ: расчёты параметров работы электрических машин, определение неисправностей по внешним признакам. Разработка содержит необходимый теоретический материал, Интернет-источники, критерии оценки выполнения практических работ.