Определение коэффициента полезного действия.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Кафедра микропроцессорных средств автоматизации
ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
МАШИНЫ, ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ
УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ
Методические указания
к лабораторным работам
Издательство
Пермского государственного технического университета
2007
Составители:
М.И. Кузнецов, А.М. Костыгов
УДК 621.3+621.313+681.527
Э45
Рецензент
зав. кафедрой конструирования и технологии электрической изоляции
Пермского государственного технического университета
доктор технических наук, профессор
Н.М. Труфанова
Электромеханика, электрические машины электромашинные
Э45устройства автоматики: метод. указания к лаборат. работам / сост. М.И. Кузнецов, А.М. Костыгов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. – 138 с.
ISBN 978-5-88151-774-8
Включает лабораторные работы по трансформаторам, машинам постоянного тока, асинхронным и синхронным машинам.
Содержит необходимый перечень лабораторных работ по курсам: «Электрические машины», «Электромеханика», «Электромашинные устройства автоматики». Лабораторные работы составлены на основе лабораторных стендов фирмы «Учприбор» с использованием новых технологий в исследовании электрических машин.
|
|
|
Предназначен для подготовки бакалавров и специалистов следующих направлений и специальностей: 220200 «Автоматизация и управление»; 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств»; 220305 «Автоматизированное управление жизненным циклом продукции»; 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»; 140211 «Электроснабжение».
УДК 621.3+621.313+681.527
ISBN 978-5-88151-774-8 © ГОУ ВПО
«Пермский государственный технический университет», 2007
СОДЕРЖАНИЕ
Правила работы студентов в лаборатории электрических машин. 4
Работа № 1. Испытание трехфазного двухобмоточного
трансформатора. 9
Работа № 2. Группы соединения трансформаторов. 17
Работа № 3. Параллельная работа трансформаторов. 21
Работа № 4. Исследование несимметричных коротких замыканий
трехфазного двухобмоточного трансформатора. 25
Работа № 5. Исследование формы кривых тока холостого хода
и напряжений трансформаторов. 34
Работа № 6. Исследование асинхронного трехфазного двигателя
с контактными кольцами при помощи круговой диаграммы.. 40
Работа № 7. Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в трехфазном и однофазном режимах 51
|
|
|
Работа № 8. Определение КПД короткозамкнутого асинхронного двигателя методом разделения потерь и исследование рабочих
характеристик. 58
Работа № 9. Исследование асинхронной машины
в режиме генератора. 64
Работа № 10. Исследование генератора постоянного тока при независимом и параллельном возбуждении. 71
Работа № 11. Исследование двигателя постоянного тока
параллельного возбуждения. 77
Р абота № 12. Исследование двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. 83
Работа № 13. Разделение потерь и определение КПД
электрической машины постоянного тока. 88
Работа № 14. Исследование параллельной работы генераторов
постоянного тока. 92
Работа № 15. Испытание трехфазного синхронного генератора. 96
Работа № 16. Испытание трехфазного синхронного двигателя. 104
Работа № 17. Исследование синхронного генератора, работающего параллельно с сетью бесконечно большой мощности 109
Работа № 18. Определение параметров синхронной машины. 120
ПРАВИЛА РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
В ЛАБОРАТОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Организация работы
1.К работе в лаборатории электрических машин допускаются студенты, прослушавшие соответствующий раздел курса «Электрические машины» и проинструктированные по правилам работы в лаборатории и правилам техники безопасности. Ознакомление с ним оформляется распиской студента в соответствующих документах (контрольном листе инструктажа по технике безопасности).
|
|
|
2. Перед выполнением каждой лабораторной работы студент должен:
-ознакомиться с содержанием работы;
- изучить теоретический материал, относящийся к работе;
- выяснить цели и задачи, поставленные в работе;
- изучить схему соединений установки и последовательность выполнения всех операций;
- выполнитьнеобходимые расчеты (если это требуется);
- подготовить черновик отчета предстоящей работы.
3. Перед началом работ вся группа разбивается на бригады по 3– 4 человека в каждой.
4. Преподаватель проверяет подготовленность студентов к выполнению лабораторной работы.
5. Бригада получает у лаборанта необходимые приборы, аппараты, провода и приступает к выполнению работы.
6. Студент, допущенный к работе, должен ясно представить себе задачу проводимого эксперимента.
7. Студенты неподготовленные, а также не сдавшие своевременно отчет по предыдущей работе, к выполнению очередной лабораторной работы не допускаются.
|
|
|
8. Студенты, не выполнившие по той или иной причине лабораторную работу, выполняют ее на дополнительном занятии, сверх учебного расписания.
9. Порядок выполнения лабораторных работ и отчетности по ним определяется методическими указаниями к лабораторным работам.
10. При выполнении лабораторных работ студент должен строго соблюдать правила работы в лаборатории и правила техники безопасности, а также бережно относиться к оборудованию. Указания преподавателей и лаборантов подлежат неукоснительному выполнению.
11. Студентам при проведении работ запрещается без разрешения преподавателя отлучатся из лаборатории, переходить от стенда к стенду, переносить приборы и аппараты с соседних пультов и стендов, разрезать провода и производить какие-либо переделки в машинах, аппаратах и приборах.
12. По окончании работы студент обязан отключить установку, сдать приборы, аппараты и провода в исправном состоянии лаборанту и привести рабочее место в надлежащий порядок.
13. Студенты, нарушающие дисциплину, правила работы в лаборатории и правила техники безопасности, отстраняются от работы и удаляются из лаборатории. Преподаватель докладывает об этом декану факультета для наложения административного взыскания. Возобновить работу в лаборатории они могут только с разрешения декана.
14. Если в результате нарушения настоящих правил нанесен ущерб оборудованию лаборатории, виновные помимо административной несут и материальную ответственность.
Указания к проведению и оформлению работ
1. Перед началом занятий в лаборатории студент изучает руководство по проведению намеченной работы и соответствующую литературу.
2. Необходимо ознакомиться с устройством и паспортными данными испытаний машины, проверить соответствие приборов и аппаратуры паспортным данным и записать эти данные в рабочую тетрадь.
3. Приборы и аппараты подбирают по паспортным данным машины в зависимости от тех характеристик, которые будут сниматься.
Сначала выясняют, какие величины во время опыта должны оставаться постоянными и какие должны изменяться. Для измерения постоянных величин подбирают приборы с максимальным значением шкалы на 20–25 % больше измеряемых величин. Для величин, изменяющихся в больших пределах, подбирают приборы по максимальному значению измеряемой величины только в том случае, если для нижних пределов требуется особая точность. В противном случае выбирают прибор с разными пределами измерения и во время опыта переключают прибор с одного предела на другой.
4. Сборку схемы производят в следующем порядке. Сначала собирают главную токовую цепь, затем в соответствующих местах присоединяют параллельные цепи (обмотки параллельного возбуждения, цепи вольтметра и т.д.).
5. Закончив сборку схемы, проверяют ее правильность, приглашают преподавателя или лаборанта для окончательной проверки и получают у него разрешение на включение схемы под напряжение.
Категорически запрещается включать схему после ее сборки или каких-либо переключений в ней без проверки и разрешения преподавателя.
6. Начав опыт, перед регистрацией отдельных точек любой характеристики рекомендуется предварительно (без записей) быстро провести опыт, чтобы определить ее границы и интервалы между отдельными размерами. Число точек должно быть достаточным для построения и исследования изучаемой характеристики.
7. Все схемы таблицы с опытными данными, графики и результаты исследований записываются и вычерчиваются каждым студентом в своей рабочей тетради и предъявляются руководителю по окончании работы.
8. Разобрать схему можно лишь после просмотра руководителем черновых записей и получения от него разрешения.
9. По каждой работе составляется отчет по установленной форме и представляется преподавателю каждым студентом в отдельности. Отчеты, признанные руководителем неудовлетворительными, возвращаются для переделки и исправления.
10. Отчеты должны быть лаконичными, выполнены чернилами чисто и аккуратно, либо студент готовит компьютерный вариант.
Графики и кривые вычерчивают на миллиметровой бумаге или клетчатой бумаге по линейке и лекалу. По осям координат наносят равномерные шкалы измеряемых величин в удобных масштабах и их размерность. Чертежи и графики наклеиваются на листы отчета в соответствии с текстом.
Правила техники безопасности
1. Каждый работающий в лаборатории должен ясно себе представлять, что несоблюдение правил техники безопасности при работе с электроустановками может привести к поражению электрическим током, вызывающим тяжелые травмы, в некоторых случаях и смерть человека.
2. При выполнении работ с вращающими машинами запрещается работать в широкой распахивающейся одежде, в расстегнутой куртке, в платках или шарфиках с болтающимися концами.
3. Запрещается торможение вала выключенной (а тем более включенной) машины рукой или ногой.
4. Наличие напряжения в цепях следует проверять только с помощью индикатора или вольтметра.
5. Включить собранную схему под напряжение и начинать эксперимент разрешается только после проверки ее преподавателем или лаборантом.
6. Все переключения в схемах и устранение в них недостатков должны производиться при снятом напряжении.
7. После включения схемы установки под напряжение необходимо проследить за поведением измерительных приборов и в случае ненормальных режимов их работы немедленно отключить схему от источника питания, выявить и устранить в ней недостатки.
8. Запрещается касаться руками неизолированных токоведущих частей машин и аппаратов, а также оголенных проводов, находящихся под напряжением.
9. Запрещается размыкать цепи возбуждения машин постоянного тока, находящихся в рабочем состоянии, вторичные обмотки трансформаторов тока, когда по первичным протекает ток.
10. При повреждении изоляции проводов их следует немедленно заменить, а при повреждении изоляции прибора машины или аппарата установки необходимо немедленно их отключить и о повреждении сообщить преподавателю.
11. При испытании агрегатов запрещается стоять против муфт, соединяющих электрические машины.
12. На рабочем месте не должны находиться посторонние предметы: книги, чемоданчики, сумки, лишние приборы, провода, реостаты и т.п.
13. Следует соблюдать осторожность при измерении скорости машин ручными тахометрами.
14. По окончании работы напряжение с пульта управления должно быть снято.
15. В случае поражения электрическим током надо немедленно освободить находящихся под током, принять необходимые меры по оказанию помощи пострадавшему и вызвать врача.
16. Для освобождения находящегося под током необходимо быстро отключить установку (снять напряжение). Если этого быстро сделать нельзя, пострадавшего освобождают от тока, перерезая провода (кабель) инструментом с изолирующей рукояткой.
17. Все работающие в лаборатории должны знать местонахождение аптечки с медикаментами и защитными средствами, необходимыми для оказания первой помощи, а также кнопок аварийного отключения напряжений постоянного тока.
18. При возникновении пожара немедленно сообщить об этом преподавателю или лаборанту и приступить к тушению средствами, имеющимися в лаборатории. Напряжение с электроустановок при этом должно быть немедленно снято.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Испытание трехфазного двухобмоточного
трансформатора
Цель работы: проведение опытов холостого хода и короткого замыкания, расчет эксплуатационных величин и характеристик трансформатора.
План работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные трансформатора, аппаратуры и измерительных приборов.
2. Определить коэффициент трансформации.
3. Провести опыт холостого хода трансформатора.
4. Провести опыт короткого замыкания трансформатора.
5. Построить зависимости 
и определить параметры холостого хода трансформатора.
6. Построить зависимости 
, 
, 
. Определить параметры короткого замыкания трансформатора.
7. Рассчитать и построить зависимости процентного изменения напряжения трансформатора:
а) 
при 
, 
;
б) 
при 
.
8. Построение кривой зависимости КПД трансформатора от коэффициента нагрузки 
при .
9. Определение нагрузки трансформатора, при которой наступает максимум КПД.
10. Рассчитать и построить внешние характеристики 
, при 
, 
; 
.
Порядок выполнения работы
1. Определение коэффициента трансформации:
а) собрать схему (рис. 1);
|
б) подать напряжение в схему и переносным вольтметром замерить напряжение для каждой фазы в отдельности при разомкнутой вторичной обмотке (табл. 1).
2. Проведение опыта холостого хода:
а) собрать схему (рис. 2);
Рис. 1
Таблица 1
| Фаза | 
|  
| 
|
| А | |||
| В | |||
| С |
б) установить наименьшее напряжение автотрансформатора, включить схему под напряжение;
в) повышая напряжение трансформатора до 
произвести 5–7 замеров тока, напряжения, мощности (табл. 2), 
;
г) отключить схему автоматом А.
Таблица 2
| U2 | IA | PA | IC | PC | |||||
| дел. | В | дел. | А | дел. | Вт | дел. | А | дел. | Вт |
3. Проведение опыта короткого замыкания:
а) собрать схему (рис. 3);
Рис. 2 Рис. 3
б) установить минимальное напряжение автотрансформатора, включить схему;
в) увеличивая напряжение, измерить напряжение, мощность и ток для 
(табл. 3);
Таблица 3
| Uк | IкA | PА | IкC | PC | |||||
| дел. | В | дел. | А | дел. | Вт | дел. | А | дел. | Вт |
г) отключить схему автоматом F.
Обработка результатов эксперимента
1. По данным табл. 1 определить коэффициент трансформации
.
2. Рассчитать номинальный ток трансформатора, используя известную формулу
,
где 
– номинальная мощность трансформатора, В·А,
– номинальное напряжение трансформатора, В,
= 220 В.
3. Используя табл. 2, рассчитать в относительных единицах ток холостого хода, напряжение и мощность:
; 
; 
; 
; 
; 
.
По данным табл. 2 построить зависимости 
; 
; 
в одних осях.
4. Определить параметры 
, 
, 
по опытным данным холостого хода. 
, 
, 
.
5. Используя табл. 3, построить в одних осях зависимости
, 
, 
,
где 
; 
, 
.
6. Определить параметры короткого замыкания 
, 
, 
, используя построенные кривые короткого замыкания:
; 
; 
;
коэффициент мощности
,
где 
– номинальный ток первичной обмотки трансформатора.
7. Определить стороны треугольника короткого замыкания в процентах от 
(см. табл. 3), 
:
;
; 
где 
, 
;
– температура окружающей среды во время опыта;
– температурный коэффициент материала обмотки, 
.
8. Расчет и построение зависимости процентного изменения напряжения трансформатора 
от коэффициента нагрузки 
, 
при 
и 
.
а) рассчитать для различных значений коэффициента нагрузки трансформатора:
; 
;
б) по данным табл. 4 построить зависимости при и .
Таблица 4
|
| 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1,01 | 1,25 | Примечание |
|
| 
| |||||
|
|
|
9. Расчет и построение зависимости процентного изменения напряжения трансформатора от 
, 
при , 
:
а) рассчитать для различных значений :
или
; 
.
б) заполнив табл. 5, построить зависимость
.
Таблица 5
| 
| 
| 
|
10. Расчет и построение зависимости 
при :
а) задаваясь значениями , определить КПД трансформатора
,
где 
– потери холостого хода при номинальном напряжении 
;
– потери короткого замыкания при номинальном токе ;
б) по данным табл. 6 построить зависимость ;
Таблица 6
|
| 
| 
| 
| 
|
| 0,25 | ||||
| 0,5 | ||||
| 0,75 | ||||
| 1,01 | ||||
| 1,25 |
в) определить нагрузку трансформатора, при которой достигается максимум КПД.
Наибольшее значение КПД достигает при такой нагрузке 
, когда потери в меди становятся равными потерями в стали:
,
отсюда
.
11. Расчет и построение внешней характеристики 
при 
и по формуле
.
.
Контрольные вопросы
1. Принцип действия и устройство трансформатора.
2. Схема и условия, при которых производится опыт холостого хода трансформатора.
3. Схема и условия, при которых производится опыт короткого замыкания.
4. Какую погрешность допускают, считая, что потери холостого хода равны магнитным потерям в стали?
5. Какую погрешность допускают, считая, что потери при опыте короткого замыкания равны потерям в обмотках трансформатора: 
?
6. Что произойдет, если включить трансформатор на напряжение 
?
7. Почему вектор тока холостого хода 
не совпадает по фазе с потоком Ф в сердечнике трансформатора?
8. Физический смысл напряжения короткого замыкания 
.
9. Нарисуйте и объясните характеристики трансформатора:
; 
; 
; ; 
.
10. Схема замещения трансформатора при холостом ходе, при коротком замыкании и определение параметров трансформатора.
11. Почему при холостом ходе 
мал?
12. Почему при холостом ходе при увеличении напряжения уменьшается?
13. Какие потери определяют из опыта холостого хода? Почему?
14. Какие потери определяют из опыта короткого замыкания? Почему?
15. Насыщена ли магнитная система трансформатора при холостом ходе и при коротком замыкании?
16. Почему при увеличении (уменьшении) сопротивления нагрузки будет изменяться ток в первичной обмотке трансформатора?
17. Почему при меньшем 
КПД ниже?
18. Начертить векторную диаграмму ЭДС трансформатора:
а) при индуктивной нагрузке,
б) при емкостной нагрузке,
в) при активной нагрузке.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
Исследование асинхронного трехфазного
двигателя с контактными кольцами при помощи
круговой диаграммы
Цель работы: построение рабочих характеристик асинхронного двигателя с контактными кольцами с использованием круговой диаграммы, построенной по данным опыта исследования холостого хода икороткого замыкания.
План работы
1. Ознакомиться с установкой, записать данные со щитка двигателя, аппаратуры и измерительных приборов.
2. Измерить сопротивление обмотки статора.
3. Провести опыт по исследованию холостого хода двигателя и построить зависимости
.
4. Провести опыт по исследованию короткого замыкания и построить зависимости
5. Построить по данным опытов исследования холостого хода и короткого замыкания упрощенную круговую диаграмму.
6. Построить рабочие характеристики двигателя
Порядок выполнения работы
Свойство любой электрической машины определяется рабочими характеристиками (режим двигателя). Для асинхронного двигателя применяются два основных метода опытного определения рабочих характеристик: непосредственный и косвенный.
Непосредственным методом, т.е. путем изменения нагрузочного момента, определяются обычно характеристики двигателей малой мощности. Асинхронные двигатели с контактными кольцами выпускаются, как правило, больших мощностей; их характеристики чаще определяются косвенным методом по опытам исследования холостого хода и короткого замыкания. Сущность этого метода состоит в том, что по данным опыта исследования холостого хода и короткого замыкания строят круговую диаграмму тока и из нее получают рабочие характеристики.
1. Опыт по исследованию холостого хода.
В этом опыте определяются характеристики при работе двигателя без нагрузки на валу. Характеристики холостого хода представляют собой зависимости тока статора, потребляемой мощности и коэффициента мощности двигателя от приложенного к статору напряжения при постоянной частоте 
. Опыт осуществляется по схеме рис. 1.
Рис. 1
Приложенное к статору двигателя напряжение изменяется с помощью регулируемого автотрансформатора в пределах
1,2–0,2 Uн, причем изменение напряжения следует производить в сторону уменьшения. Показания приборов в делениях записываются в табл. 1.
Таблица 1
| Uл | IA | IC | PA | PC | |||||
| дел. | Вт | дел. | А | дел. | А | дел. | Вт | дел. | Вт |
2. Опыт по исследованию короткого замыкания.
Характеристики короткого замыкания 
определяются по схеме рис. 1 при заторможенном роторе с использованием тех же приборов, но с другими пределами измерений.
При помощи тормозного устройства ротор закрепляется в неподвижном состоянии. Обмотка ротора закорачивается.
Во избежание перегрева обмоток машины опыт производится при пониженном напряжении с таким расчетом, чтобы максимальный ток не превышал 1,3 Iн. При проведении опыта необходимо стремиться к тому, чтобы температура обмоток за время опыта не изменялась значительно. С этой целью машину следует включать в сеть только на время, необходимое для отсчетов показаний приборов. Отсчеты в делениях следует производить быстро и опыт начинать с наибольшего значения тока короткого замыкания.
При помощи регулируемого автотрансформатора напряжение, подводимое к зажимам статора, предварительно увеличивается от нуля до такого значения, при котором ток короткого замыкания был бы равен 1,3 Iн. Снимаются 4–5 показаний приборов и записываются в табл. 2.
Таблица 2
| uк | IA | IC | PA | PC | |||||
| дел. | В | дел. | А | дел. | А | дел. | Вт | дел. | Вт |
По данным табл. 2 строятся характеристики короткого замыкания 
.
Обработка результатов эксперимента
1. Определить сопротивление фазы статора (методом амперметра – вольтметра или тестером), 
.
Сопротивление фазы при температуре 75 °С: 
где a = 0,004; q – температура окружающей среды.
2. По данным табл. 1 рассчитать зависимости:
Данные расчета свести в табл. 3.
Таблица 3
| U0, В | I0, А | cosj0, o. e. | P0, Вт | U02, B2 |
3. По данным табл. 3 построить зависимости в общих координатных осях
.
По опыту исследования холостого хода определить механические потери и потери в стали методом разделения потерь (рис. 2). При этом кривая 
экстраполируется до пере-
сечения с осью ординат. Точка пересечения этой кривой с осью ординат соответствует механическим потерям, так как при U1 = = 0 потери в стали PМГ = 0. С целью более точного определения потерь PМЕХ можно построить кривую 
, которая близка к прямой и, следовательно, более удобна для экстраполяции.
4. По данным табл. 2 рассчитать зависимости:
, 
, 
, 
.
Данные расчета свести в табл. 4.
Таблица 4
| Uк, B | Iк, A | Pк, Вт | cos jк, o. e. |
5. По результатам вычислений табл. 4 построить зависимости в общих координатных осях
6. На основании данных опыта по исследованию короткого замыкания определить параметры двигателя, т.е. полное (Zк), индуктивное (Хк) и активное (rк) сопротивление его при коротком замыкании. При этом взять такое значение Uк, при котором I1к = I1н.
7. Построить круговую диаграмму.
Для расчета и построения круговой диаграммы используются фазные значения токов и напряжений. По данным исследования холостого хода и короткого замыкания строится круговая диаграмма. В основу построения диаграммы берется схема замещения асинхронной машины с вынесенным намагничивающим контуром на зажимы напряжения. При этом в Г-образной схеме замещения ток намагничивающего контура I0" не зависит от скольжения. Ток намагничивающего контура I0" представляет собой ток, потребляемый машиной при синхронной скорости вращения, т.е. при S = 0. Этот ток при U1 = const может быть представлен в виде неизменного вектора. Ток I2" представляет собой переменный вектор, который при U1 = const и неизменных параметрах машины при изменении скольжения перемещается по окружности. В соответствии с этим геометрическим местом конца вектора тока I1 будет также окружность.
При построении круговой диаграммы двигателя предполагается, что от холостого хода до короткого замыкания на зажимах статора сохраняется номинальное напряжение. Однако исследование короткого замыкания проводится при пониженном напряжении, и поэтому результаты измерений должны быть пересчитаны на номинальное напряжение. При пересчете тока короткого замыкания вводится поправка на насыщение машины при номинальном напряжении. На рис. 3 построена кривая 
.
Предполагается, что начиная с точки a, соответствующей току короткого замыкания Iк при наибольшем напряжении, этoт ток растет с увеличением напряжения по прямой линии. Поэтому через точку а проводится касательная к кривой 
до пересечения с осью абсцисс. Тогда (из подобия треугольников) пусковой ток Iп, соответствующий номинальному напряжению:
Мощность короткого замыкания также пересчитывается на ток Iп, соответствующий номинальному напряжению:
, где Рк, Iк соответствуют напряжению U1к.
Коэффициент мощности также пересчитывается на номинальное напряжение
.
Для построения круговой диаграммы требуются следующие величины:
а) ток холостого хода I0 и мощность P0 , которые находятся по кривым холостого хода для номинального напряжения U0 = Uн
б) ток короткого замыкания Iк и мощность Pк, полученные по опыту исследования короткого замыкания;
в) сопротивление одной фазы статора r1, приведенное к 75 °С;
г) активное сопротивление короткого замыкания rк, которое находится из опыта короткого замыкания.
Для удобства построения диаграммы выбирается масштаб для тока mi = [A/см].Размер листа миллиметровой бумаги по длине должен соответствовать масштабу тока Iп. Масштаб мощности по диаграмме при выбранном масштабе тока mp = 3u1mi (u1 – фазное напряжение). Все токи и мощности откладываются на диаграмме в соответствии с принятыми масштабами. Построение диаграммы показано на рис. 4.
Рис. 4
Построение точек холостого хода, короткого замыкания и центра окружности (рис. 4). Для номинального напряжения находят по кривой 
ток I0 и cos j0. Его составляющие I0 cosj0 и I0 sinj0 откладывают по отношению к вектору напряжения U1. Так получают вектор тока I0 и точку холостого хода О, лежащую на окружности. Через точку О параллельно оси О1Б проводят линию ОА. Точку короткого замыкания Ск находят по составляющим тока короткого замыкания О1Е" = Iп sinjкн, CкЕ" = Iп cosjкн. Соединив точки О и Ск, получают хорду окружности ОСк. Перпендикуляр, восстановленный в середине хорды ОСк, пересечет линию ОА в точке Ок, которая будет центром искомой окружности с радиусом ООк.
Построение линий P1, P2, PЭМ и момента. На диаграмме отрезок СКА" делят в отношении r1 и rк:
, где – активное сопротивление короткого замыкания, равное сумме r1 и 
. Его находят из опыта исследования короткогозамыкания.
При соединении обмотки статора в звезду
сопротивление r1 определялось раньше.
Линия ОВ, проведенная через точку B", будет линией электромагнитной мощности (PЭМ = 0) и моментов (М = 0). Линия ОСК - линия полезной мощности (Р2 = 0) при n0 @ n1, линия О1Б – линия подведенной мощности (Р1 = 0). Если из точки О1 радиусом O1D, равным току I1, сделать засечку на окружности и из точки D опустить перпендикуляр на ось 
то соответственно получим: 
, 
, 
.
Определение скольжения. Скольжение находят следующим образом. Любую точку Т круговой диаграммы соединяют с точкой B (S = ¥), точкой О (S = 0) и точкой Ск (S= 1). Параллельно прямой ТВ проводят шкалу скольжения Q1T2. Точка Q1 пересечения шкалы скольжения с прямой ОТ соответствует скольжению S = 0. Точка T2 пересечения прямой ТСк со шкалой скольжения соответствует скольжению S = 1. Точка T1 пересечения прямой DТ со шкалой скольжения Q1T2 дает значение скольжения S, соответствующее заданному току I1.
.
Определение коэффициента мощности. Произвольным радиусом O1M проводят четверть окружности. Получают точку К. Проектируя точку К на вектор первичного напряжения U1, находят точку h.
.
Вращающий момент (Н×м) находят по электромагнитной мощности:
.
, 
.
Определение максимального момента(
)и критического скольжения(
).
Если из центра Ок опустить перпендикуляр на линию моментов и продолжить его до пересечения с окружностью в точке 
, то отрезок к, перпендикулярный оси О1Б, будет соответствовать наибольшему моменту 
:
, где отрезок 
соответствует номинальному току статора I1н. Соединив точку с Т, получают на шкале скольжения критическое скольжение .
Определение коэффициента полезного действия.
КПД двигателя рассчитывают по формуле
.
При расчете КПД по этой формуле получают большие погрешности, поэтому в работе КПД двигателя определяют:
а) косвенным методом (аналитическим):
гдеР1– подведенная мощность, Вт (P1 = PA ± PC).
Сумма потерь в двигателе:
, где РМЕХ – механические потери; РМГ – потери в стали; РЭЛ1 – электрические потери в обмотке статора; РЭЛ2 – электрические потери в обмотке ротора; РДОБ – добавочные потери.
Механические потери и потери в стали для 
определяют из рис. 2.
Электрические потери в обмотке статора: 
а в обмотке ротора 
, где S – скольжение, соответствует заданному значению тока I1.
Б) по шкале КПД.
Шкала КПД строится следующим образом. Линия ОСк продолжается до пересечения с линией О1Б до точки Р. Через точку Н проводим линию HQ параллельно вектору напряжения u1. Шкала КПД PQ проводится параллельно линии О1Б, желательно чтобы отрезок PQ шкалы был равен целому числу сантиметров. Соединив точку D с точкой Н, получим точку R и значение КПД. КПД 
.
В лабораторной работе рекомендуется использовать первый (аналитический) способ определения КПД.
8. Построить рабочие характеристики: 
Задают различные значения тока статора I = (0,5; 0,75; 1,0; 1,25) Iн.
Для номинального значения тока 
находится (в масштабе тока) точка D на окружности ODCк и по круговой диаграмме для этого тока определяются: 
затем эти величины аналогично находятся для других значений тока I1. Данные для расчета рабочих характеристик сводятся в табл. 5.
Таблица 5
| I1, A | P1, кВт | M, Н×м | S, o. e. | cosj, o. e. | h, o. e. | P2, кВт |
Начальныеточки рабочих характеристик (I0, P0, cos j0) при Р = 0 находятся из режима холостого хода при u = u1н.
Контрольные вопросы
1. Практическая значимость круговой диаграммы.
2. Какие экспериментальные данные необходимы для построения круговой диаграммы асинхронной машины?
3. Опишите порядок проведения опыта холостого хода и короткого замыкания асинхронного двигателя.
4. Чем отличаются режимы холостого хода и короткого замыкания асинхронного двигателя от аналогичных режимов трансформатора?
5. Можно ли пренебречь электрическими потерями в опыте по исследованию холостого хода, магнитными – в опыте по исследованию короткого замыкания по аналогии с трансформатором?
6. Как построить круговую диаграмму по опытным данным? Порядок обработки экспериментальных данных.
7. Для произвольной точки диаграммы в рабочем режиме определить подведенную активную и реактивную, полезную, электромагнитную мощности, момент, скольжение S, КПД и cosj.
8. Укажите на круговой диаграмме отрезки, соответствующие пусковому и максимальному моменту.
9. Покажите участки круговой диаграммы, соответствующие режиму двигателя, электромагнитного тормоза и генераторному режиму.
10. Укажите на круговой диаграмме для генераторного режима линии полезной и подведенной мощности.
11. Как определяются механические и добавочные потери асинхронной машины по круговой диаграмме?
12. Как строятся линии подведенной активной, электромагнитной, полной механической и полезной мощностей?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
Определение КПД короткозамкнутого асинхронного
двигателя методом разделения потерь и исследование
рабочих характеристик
Цель работы: определение КПД асинхронного двигателя косвенным путем с использованием метода разделения потерь, а также исследование рабочих характеристик при непосредственной нагрузке.
План работы
1. Ознакомиться с установкой, записать паспортные данные машин, аппаратов, измерительных приборов.
2. Измерить сопротивления обмотки статора.
3. Провести опыт по исследованию холостого хода и построить зависимости 
при n = const.
4. Исследовать рабочие характеристики методом непосредственной нагрузки и определить КПД двигателя косвенным путем.
Пояснение к работе
Согласно ГОСТ 11828–66, непосредственное определение КПД асинхронного двигателя возможно в том случае, если гарантированное значение не превышает 70 %. Для двигателей с гарантированным КПД более 70 % определение КПД производится косвенным методом по формуле: 
.
Рис. 1
Суммарные потери наглядно представлены на энергетической диаграмме асинхронного двигателя (рис. 1), где Р1 – подведенная активная мощность; РЭМ – электромагнитная мощность; РМЕХ – полная механическая мощность; Р2 – мощность на валу.
Сумма потерь в двигателе: SР = РЭЛ1 + РЭЛ2 + РМГ + РМЕХ + + РДОБ, где РЭЛ1 – электрические потери в обмотке статора; РЭЛ2 – электрические потери в обмотке ротора; РМГ – магнитные потери (потери в стали статора); РМЕХ – механические потери на трение (в подшипниках) и вентиляцию; РДОБ – добавочные потери.
Разделение потерь производится для того, чтобы определить потери в обмотке ротора РЭЛ2 = РЭМ×S, так как электромагнитная мощность РЭМ = Р1–(РЭЛ1 + РМГ). Поэтому для определения электромагнитной мощности необходимо выделить потери в стали статора. Кроме того, для определения мощности на валу Р2 необходимо выделить механические потери 
.
Порядок выполнения работы
1. Измерение сопротивления обмоток статора производится методом амперметра-вольтметра либо мостом сопротивления.
Рис. 2
2. Проведение опыта по исследованию холостого хода. В этом опыте определяются характеристики при работе двигателя без нагрузки на валу. Характеристики холостого хода представляют собой графически изображенные зависимости тока статора, потребляемой мощности и коэффициента мощности двигателя от приложенного к статору его напряжения при постоянной частоте 
, 
, при 
. Опыт осуществляется по схеме рис. 2. Приложенное к статору двигателя напряжение изменяется с помощью регулируемого автотрансформатора в пределах 1,25–0,25Uн, причем напряжение следует изменять в сторону уменьшения. Показания приборов для 5–6 точек записываются в табл. 1.
Таблица 1
| U1 | PA | IA | PC | IC | |||||
| дел | В | дел | Вт | дел | А | дел | Вт | дел | А |
3. Исследование рабочих характеристик методом непосредственной нагрузки и определение КПД косвенным методом при U = Uн.
Подключив асинхронный двигатель к напряжению сети при холостом ходе, записать показания приборов в цепи статора, затем, нагрузив асинхронный двигатель генератором постоянного тока от холостого хода до I1 = 1,1 I1н, записать показания приборов для 6–7 точек в табл. 2.
Таблица 2
| U1 | PA | IA | PC | IC | Z | t, c | |||||
| дел. | В | дел. | Вт | дел. | А | дел. | Вт | дел. | А | ||
Для определения скольжения необходимо сердечник индуктивной катушки, к которой подключен микроамперметр, придвинуть к торцу вала двигателя. Замерить число двойных колебаний Z стрелки амперметра за определенное время t.
Обработка результатов эксперимента
1. Рассчитать сопротивление фазы обмотки статора при 75 °С
r1(75°) = r1[1 + 0,004(75 °C–q)],
где q – температура окружающей среды во время опыта; r1 – измеренное сопротивление фазы статора.
2. Построить в одних осях зависимости P0, I0, 
по данным табл. 1, где 
.
3. Разделить потери холостого хода.
Потери холостого хода
Потери в стали (РМГ) и механические потери определяют из характеристик холостого хода. Вычитая из мощности Р0, потребляемой двигателем при холостом ходе, электрические потери в обмотке статора Р0ЭЛ1 при холостом ходе, получают сумму потерь в стали РМГ и механические потери РМЕХ, т.е.
Рис. 3 Рис. 4
Для разделения потерь в стали и механических строят кривую зависимости 
. Экстраполируя ее до пересечения с осью ординат (рис. 3), получают точку пересечения кривой 
с осью ординат.
Эта точка соответствует механическим потерям РМЕХ, так как теоретически при U1 = 0 и n = n1 потери в стали РМГ = 0. На практике экстраполяция кривой 
может привести к ошибке, так как крайняя левая точка этой кривой располагается на значительном расстоянии от оси ординат. Эта ошибка может быть уменьшена, если построить зависимость 
, которая ближе к прямой и на которой опытные точки располагаются более удобно для экстраполяции (рис. 4).
Данные расчета свести в табл. 3.
Таблица 3
| 
| 
| 
| 
| 
|
По данным табл. 3 построить зависимости 
3. Определить коэффициент полезного действия:
где SР= РЭЛ1 + РЭЛ2 + РМГ + РМЕХ + РДОБ.
Электрические потери в обмотке статора РЭЛ1 определяют по току статора и сопротивлению r1(75°):
, 
.
Электрические потери в обмотке ротора РЭЛ2 определяют по скольжению S и электромагнитной мощности РЭМ:
, 
, 
.
Потери в стали РМГ и механические РМЕХ определяют для номинального напряжения (см. рис. 4).
Добавочные потери обусловлены неравномерным распределением плотности переменного тока в обмотках, вихревыми токами, вызванными полями рассеяния в различных частях машины с пульсациями магнитного поля машины. Согласно ГОСТ II828–66, они составляют 0,5 % Р1н при номинальном токе I1н, при других нагрузках добавочные потери изменяются пропорционально квадрату тока:
,
где I1 – текущее значение тока статора; I1н – номинальное значение тока статора,
4. По данным табл. 2 рассчитать рабочие характеристики асинхронного двигателя. Данные расчета свести в табл. 4.
Таблица 4
| U1, B | I1, A | P1, Bт | SP, Bт | P2, Bт | h, o.e. | S, o.e. | n, об/мин. | сos j, o.e. |
Коэффициент мощности 
, скорость вращения n = n1(1–S). По данным табл. 4 построить в одних осях рабочие характеристики асинхронного двигателя 
Контрольные вопросы
1. С какой целью и по какому принципу производят разделение магнитных и механических потерь?
2. Какие потери имеются в асинхронном двигателе?
3. Какие потери определяются при опыте по исследованию холостого хода?
4. Как определяются потери в обмотках статора и ротора?
5. Что такое добавочные потери?
6. Учитываются ли магнитные потери ротора при скольжениях 0 < S < Sн?
7. Что обозначает термин постоянные и переменные
потери?
8. От чего зависит величина магнитных и механических потерь?
9. При каком соотношении потерь КПД имеет максимальное значение?
10. Что называется коэффициентом полезного действия?
11. Как определяется электромагнитная мощность?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
Исследование двигателя постоянного тока
параллельного возбуждения
Цель работы: изучение устройства двигателя постоянного тока параллельного возбуждения и соответствующей пусковой аппаратуры, способов пуска и реверсирования двигателя, исследование его основных свойств путем определения рабочих и скоростных характеристик.
План работы
1. Ознакомиться с установкой, записать паспортные данные машин, аппаратуры и измерительных приборов.
2. Собрать схему и произвести пуск и реверсирование двигателя.
3. Экспериментальным путем определить рабочие характеристики.
4. Экспериментальным путем определить скоростные характеристики двигателя.
Порядок выполнения работы
Для выполнения работы собирают схему (рис. 1). В цепь якоря для ограничения тока якоря двигателя при пуске включают пусковой реостат (ПР), а для поддержания постоянным напряжения на зажимах цепи якоря или для изменения этого напряжения – сопротивление rд. В цепь обмотки возбуждения включают регулировочное сопротивление rpr, с помощью которого изменяют ток возбуждения двигателя, а следовательно, и частоту вращения его. Измерительные приборы в схеме выбирают в соответствии с возможными пределами изменения напряжения и токов. Пуск в ход двигателя обычно осуществляют с помощью пускового реостата.
Ток якоря двигателя при пуске:
при 
, 
.
|
По мере разгона двигателя ЭДС якоря увеличивается и ток якоря двигателя уменьшается:
.
Сопротивление в цепи обмотки возбуждения при пуске должно быть полностью выведено. В этом случае обмотка оказывается включенной на полное напряжение сети, и пуск происходит при наибольшем возможном потоке, благодаря чему обеспечивается значительная величина пускового момента при ограниченном токе якоря.
Изменение направления вращения двигателя осуществляют изменением направления тока в якоре или в обмотке возбуждения.
1. Определение рабочих характеристик двигателя параллельного возбуждения.Рабочие характеристикидвигателя представляют собой зависимости частоты вращения, потребляемой мощности, момента, тока якоря и КПД от полезной мощности на валу двигателя при условии постоянства напряжения на зажимах цепи якоря двигателя и тока возбуждения:
При определении рабочих характеристик двигателя пользуются схемой рис. 1. В качестве нагрузки двигателя используют нагрузочный генератор. Запускают двигатель на холостом ходу с помощью пускового реостата. После разгона двигателя полностью выводят пусковой реостат, рассчитанный на кратковременный режим работы.
Записывают данные приборов для холостого хода, затем с помощью генератора нагружают двигатель до Jад = 1,25Jaн, уменьшая сопротивление генератора 
, замеряют скорость и ток двигателя, напряжение и ток генератора. Ток якоря двигателя изменяют в пределах Jад = (0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25)Jaн. Данные измерений заносят в табл. 1.
Таблица 1
| 
| 
| 
| Примечание |
|
2. Определение скоростных характеристик. Под скоростными характеристиками понимается зависимость скорости вращения двигателя от тока якоря 
:
а) при ослаблении магнитного потока
Запускают двигатель на холостом ходу и устанавливают ток возбуждения двигателя до указанной величины. Записывают показания тока холостого хода и скорости вращения. Затем с помощью генератора нагружают двигатель до Jад = (0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25) Jан. Данные замеров сводят в табл. 2;
Таблица 2
| 
| 
|
б) при введении сопротивления в цепь якоря. Запускают двигатель, вводят в цепь якоря двигателя сопротивление 
, установив его величину 15 Ом при токе возбуждения 
Нагружают двигатель с помощью генератора. Замеряют скорость двигателя при Jад = (0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25) Jан. Данные замеров сводят в табл. 3.
Таблица 3
|
| 
|
Обработка результатов эксперимента
1. По данным опыта (см. табл. 1) вычислить:
а) мощность генератора (Вт) 
;
б) мощность на валу двигателя (Вт) 
КПД генератора определить из кривой 
построенной по табл. 4; где P2ГН =1000 Вт.
Таблица 4
|
| 
|
|
| 0 | 0 | 0,75 | 0,77 |
| 0,25 | 0,61 | 1,0 | 0,78 |
| 0,5 | 0,72 | 1,25 | 0,775 |
в) момент на валу двигателя (Н∙м)
г) ток, потребляемый двигателем из сети (А)
д) мощность, потребляемую двигателем из сети (Вт)
е) КПД двигателя
Построить рабочие характеристики двигателя по данным опыта и вычислений (табл. 5).
Таблица 5
| 
|
| 
| 
| 
| 
|
2. Построить в одних осях скоростные характеристики при:
а) 
, 
(по данным табл. 1);
б) 
, 
в) , 
Контрольные вопросы
1. Поведение двигателя параллельного возбуждения при обрыве цепи возбуждения и при неправильном включении ее (за пусковым реостатом) во время пуска и работы двигателя.
2. Основные характеристики двигателя параллельного возбуждения.
3. Схема и пуск в ход двигателя параллельного возбуждения.
4. Регулирование скорости двигателя параллельного возбуждения.
5. Изменение направления вращения двигателя параллельного возбуждения (реверсирование).
6. Как и почему изменится ток Ja двигателя (см. рис. 1), если увеличить сопротивление нагрузки rнг генератора?
7. Как и почему изменится ток в цепи якоря генератора Jг, если увеличить сопротивление rрг в цепи возбуждения двигателя?
8. Как и почему изменится ток в цепи якоря генератора Jг, если увеличить сопротивление rрг в цепи возбуждения двигателя?
9. Как изменить нагрузку двигателя?
10. Что произойдет с двигателем параллельного возбуждения, если во время работы оборвать обмотку возбуждения?
11. Семейство скоростных и механических характеристик при регулировании скорости двигателя:
а) напряжением сети;
б) сопротивлением в цепи якоря;
в) потоком (сопротивлением обмотки возбуждения).
12. Уравнение ЭДС двигателя.
13. Уравнение моментов двигателя.
14. Изменится ли установившееся значение тока якоря двигателя при М = const, если изменить:
a) напряжение u сети;
b) ток возбуждения;
c) 
сопротивление rрг в цепи якоря двигателя?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15
Испытание трехфазного синхронного генератора
Цель работы: изучение устройства синхронного генератора, ознакомление с системой его возбуждения. Исследование свойств и режимов работы генератора с помощью характеристик и векторной диаграммы.
План работы
1. Ознакомиться с оборудованием и записать паспортные данные испытуемых электрических машин.
2. Измерить сопротивление обмоток статора постоянному току.
3. Снять и построить характеристики генератора:
- холостого хода 
при 
;
- нагрузочные 
при 
- внешние 
при 
- регулировочные 
при 
- трехфазного, короткого замыкания 
при 
.
4. Рассчитать активные сопротивления обмоток статора.
5. Определить реактивные сопротивления рассеяния и синхронные сопротивления на продольной и поперечной осях.
6. Построить векторную диаграмму ЭДС и определить изменение напряжения при .
7. Определить отношение короткого замыкания 
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные синхронного генератора.
2. С помощью тестера измерить сопротивления обмоток статора постоянному току.
3. Снять характеристики синхронного генератора (собрать схему рис. 1).
Рис. 1
Характеристика холостого хода снимается при , 
а) отключить рубильники 1 и 2;
б) при отключенной цепи возбуждения привести генератор во вращение асинхронным двигателем (АД);
в) возбудить генератор до 
, при этом напряжении провести первый отсчет;
г) уменьшая ток возбуждения до нуля, записать 5–6 его значений (табл. 1) и соответствующих значений напряжения 
(линейных). При снятии характеристик ток возбуждения следует только уменьшать, чтобы избежать влияния гистерезиса.
Таблица 1
| 
| 
| 
|
4. Снять нагрузочные характеристики при 
, 
.
А. Снятие нагрузочной характеристики при чисто активной нагрузке ( 
).
В качестве активной нагрузки использовать реостаты (100 Ом – 2 А и 200 Ом – 1А, включенные последовательно):
а) возбудить генератор на холостом ходу до 
;
б) подключить нагрузку рубильником 1;
в) установить при номинальном напряжении генератора номинальный ток в статоре 
, сделать первый отсчет;
г) уменьшая одновременно ток возбуждения и сопротивление нагрузки таким образом, чтобы ток статора оставался неизменным 
, снять показания с приборов для 5–7 значений тока возбуждения (табл. 2);
д) отключить рубильник 1.
Таблица 2
| 
| 
| 
|
|
Б. Снятие нагрузочной характеристики при чисто индуктивной нагрузке 
.
В качестве индуктивной нагрузки 
использовать фазорегулятор:
а) возбудить генератор на холостом ходу ;
б) включить нагрузку рубильником 2.
Далее выполнить аналогично пунктам 4А, в, г (см. табл. 2).
5. Снять внешние характеристики генератора 
при 
для чисто активной нагрузки ( ) и чисто индуктивной 
А. Снятие внешней характеристики при чисто активной нагрузке ( ):
а) установить при холостом ходе генератора 
номинальное напряжение 
;
б) включить рубильник 1 и нагрузить генератор до 
, поддерживая постоянным ток возбуждения 
. Снять показания приборов для 5–7 значений тока 
(табл. 3);
Таблица 3
| 
| 
| 
|
| |
|
|
|
|
| ||
в) отключить рубильник 1.
Б. Снятие внешней характеристики при чисто индуктивной нагрузке аналогично характеристике пункта А. Нагрузка подключается рубильником 2. Напряжение холостого хода должно иметь ту же величину, что и в пункте А (табл. 3).
6. Снять регулировочные характеристики генератора при для чисто активной и индуктивной 
нагрузок.
А. Снятие регулировочной характеристики при активной нагрузке:
а) установить номинальное напряжение при холостом ходе ;
б) включить рубильник 1 и нагружать генератор от холостого хода до 
, поддерживая постоянным напряжение 
изменяя при этом ток возбуждения . Снять показания приборов для 5–7 значений тока статора (табл. 4);
в) отключить рубильник 1.
Б. Снятие регулировочной характеристики при индуктивной нагрузке производится в соответствии с пунктом 6А. Индуктивная нагрузка подключается рубильником 2.
Таблица 4
| 
| 
| 
|
| |
|
|
|
|
| ||
7. Снять характеристики короткого замыкания 
при для трехфазного, двухфазного и однофазного короткого замыкания.
А. Снятие характеристики трехфазного короткого замыкания:
а) замкнуть накоротко три фазы генератора на рубильнике 2;
б) привести ротор генератора во вращение с номинальной скоростью;
в) увеличивая ток возбуждения, записать 3–4 значения тока статора 
и . Ток статора не должен превышать 
(табл. 5).
Таблица 5
|
|
| 
|
Б. Характеристики двухфазного и однофазного короткого замыкания снимают аналогично. При однофазном и двухфазном коротких замыканиях значения тока статора не должно превышать:
.
Обработка результатов эксперимента
1. Определение активного сопротивления обмотки статора:
а) измерить тестором сопротивление фазы статора 
привести к условной температуре 
, где 
– температура окружающей среды;
б) найти активное сопротивление обмотки статора
, где 
– коэффициент, учитывающий вытеснение тока. Для машин малой мощности 
.
2. Построение характеристик генератора.
Все характеристики строятся в относительных единицах:
; 
; 
; 
.
За номинальный ток возбуждения принимается ток, создающий номинальное напряжение при холостом ходе генератора.
А. Построить в общих осях координат:
а) характеристику холостого хода 
по данным табл. 1 и нормальную характеристику холостого хода по данным табл. 6. Сравнить эти характеристики;
Таблица 6
| 
|
| 
| |
| 0 | 0 | 1,5 | 1,21 | |
| 0,5 | 0,58 | 2 | 1,33 | |
| 1 | 1 | 2,5 | 1,4 |
б) нагрузочные характеристики 
при и 
по данным табл. 2.
Б. В общих осях координат построить внешние характеристики 
для активной и индуктивной нагрузок.
В. В общих осях координат построить регулировочные характеристики 
при и .
Г. В общих осях координат построить характеристики трехфазного, двухфазного и однофазного короткого замыкания 
При наличии остаточного потока перенести ось координат в точку пересечения характеристики с осью абсцисс.
3. Определение индуктивных сопротивлений генератора.
С помощью характеристики холостого хода, индукционной нагрузочной и характеристического треугольника определить для номинальной нагрузки :
а) индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора: 
;
б) продольное и поперечное синхронное сопротивление: 
и 
;
в) продольное и поперечное сопротивления реакции якоря: 
, 
4. Построить векторную диаграмму ЭДС для номинальной нагрузки при 
, 
без учета насыщения магнитной цепи.
Порядок построения диаграммы:
а) из начала координат построить векторы 
и 
;
б) построить вектор 
, равный ЭДС генератора при нагрузке 
;
в) из точки 
на продолжении вектора 
построить вектор 
, равный 
. Прямая 
определяет направление (но не величину) вектора ЭДС холостого хода 
и угол 
;
г) вычислить продольную и поперечную составляющие тока статора 
, 
, – угол между током 
и ЭДС – ;
д) из точки опустить перпендикуляр на вектор 
. Получим отрезок 
;
е) из точки 
отложить отрезок 
, совпадавший по фазе с вектором , равный продольной ЭДС реакции якоря 
: 
;
ж) ЭДС холостого хода генератора
измеряется вектором 
.
5. Определить изменение напряжения генератора при сбросе нагрузки
6. Определить 
.
Контрольные вопросы
1. Опишите принцип работы и устройства синхронного генератора.
2. Какие способы улучшения форм кривой ЭДС синхронного генератора вам известны?
3. Что называется реакцией якоря (статора) в синхронной машине?
4. Почему МДС-реакции якоря синхронной машины с явнополюсным ротором раскладывают на продольную и поперечные составляющие?
5. В каких случаях в синхронном генераторе имеет место продольный, поперечный поток реакций якоря?
6. Что называется продольным и поперечным синхронным сопротивлением машины?
7. Почему продольное синхронное сопротивление машины больше поперечного?
8. Объясните разницу в нагрузочных и внешних характеристиках синхронного генератора при активной, индуктивной и емкостной нагрузках.
9.
| |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16
Испытание трехфазного синхронного двигателя
Цель работы:изучение принципа действия и устройства синхронного двигателя, экспериментальное получение U-образных и рабочих характеристик.
План работы
1. Знакомство с установкой, машинами, приборами. Запись паспортных данных.
2. Сборка схемы и проверка ее работоспособности.
3. Снятие U-образных характеристик синхронного двигателя при 
и 
.
4. Снятие рабочих характеристик синхронного двигателя 
.
Порядок выполнения работы
1. Снятие U-образной характеристики при 
(холостой ход двигателя):
а) собрать схему (рис. 1);
Рис. 1
б) установить на зажимах автотрансформатора 
напряжение 30–40 В; зашунтировать отмотку возбуждения сопротивлением 
;
в) зашунтировать первичные обмотки трансформатора тока; автоматом 
подать напряжение на зажимы двигателя, после чего двигатель разгонится до подсинхронной скорости;
г) подать напряжение в цепь возбуждения переключением рубильника IP, установить нужный коэффициент трансформации трансформатора тока и расшунтировать их;
д) увеличивая ток возбуждения убедиться, что двигатель втянулся в синхронизм;
е) плавно регулируя ток возбуждения двигателя, убедиться, что с ростом тока возбуждения ток статора вначале уменьшается, а затем, пройдя минимальное значение, возрастает;
ж) изменяя ток возбуждения двигателя от минимального значения до возбуждения, соответствующего току статора 
записать показания приборов для 7–8 значений тока возбуждения, тщательно найти ток возбуждения, соответствующий минимальному току статора (табл. 1).
Таблица 1
| 
| 
| 
|
2. Снятие U-образной характеристики при 
:
а) установить ток возбуждения двигателя, соответствующий минимальному значению тока статора;
б) включить автомат 
и установить потенциометром номинальное напряжение на якоре нагрузочного генератора;
в) включить рубильник 
изменяя сопротивление 
, нагрузить синхронный двигатель до 
. При такой нагрузке двигатель потребляет из сети мощность 
г) не меняя нагрузки двигателя, снять U-образную характеристику аналогично характеристике, снятой при холостом ходе.
Ток статора не должен превышать 
. Особенно внимательно снять показания приборов при минимальном токе статора (см. табл. 1);
д) разгрузить двигатель.
3. Снятие рабочих характеристик синхронного двигателя 
при 
а) установить ток возбуждения двигателя, соответствующий току статора при ;
б) включить автомат 
и возбудить нагрузочный генератор до номинального напряжения, записать показания приборов для режима холостого хода;
в) включить рубильник 
и нагрузить синхронный двигатель до 
. Записать показания приборов для 7–8 точек (табл. 2);
г) измерить тестером сопротивление обмоток статора 
.
Таблица 2
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| ||
Обработка результатов эксперимента
1. В общих осях координат построить , 
, для 
и 
, 
– для любого тока возбуждения.
2.Построить рабочие характеристики синхронного двигателя 
:
а) по данным табл. 2, активная мощность, потребляемая двигателем из сети
.
С другой стороны, 
, где 
– собственно потери в стали, механические, добавочные и потери в обмотке статора;
Из опыта холостого хода:
.
Потери в обмотке статора при нагрузке:
;
б) мощность на валу
в) коэффициент полезного действия
;
г) коэффициент мощности
;
д) момент на валу
, где 
– синхронная скорость ротора, об/мин;
е) по данным табл. 3 построить рабочие характеристики синхронного двигателя в общих осях координат.
Таблица 3
| 
| 
| 
| 
| М, Н∙м |
| |
|
|
|
|
|
|
| ||
Контрольные вопросы
1. Опишите устройство и принцип работы синхронного двигателя.
2. Чем отличается максимальный вращающий момент синхронного двигателя?
3. Какие факторы определяют величину коэффициента мощности синхронного двигателя?
4. Как влияет на коэффициент мощности увеличение нагрузки двигателя при неизменном токе возбуждения?
5. Перечислите потери энергии, имеющие место в синхронном двигателе.
6. Какой физический смысл заложен в U-образной характеристике синхронного двигателя?
7. Почему при монотонном изменении тока возбуждения ток в статоре двигателя сначала уменьшается, а затем увеличивается?
8. Может ли синхронный двигатель работать при потере возбуждения?
9. Что представляет собой синхронный компенсатор?
10. Какие способы пуска синхронного двигателя вам известны?
11. Опишите асинхронный пуск синхронного двигателя.
12. Почему при изменении 
на валу двигателя изменяется ток статора?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вольдек А. И. Электрические машины / А.И. Вольдек. – Л.: Энергия, 1978.
2. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. Т.1 / А.В. Иванов-Смоленский. – М.: Изв. МЭИ, 2004.
3. Брускин Д.Э. Электрические машины / Д.Э. Брускин и [др.]. Ч. I, II.– М.: Высшая школа, 1987.
4. Копылов И.П. Электрические машины / И.П. Копылов. – М.: Логос, 2002.
5. Копылов И.П. Электрические машины / И.П. Копылов. – М.: Высшая школа, 2006.
Учебное издание
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ,
ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИКИ
Методические указания к лабораторным работам
Составители:
Кузнецов Михаил Иванович
Костыгов Александр Михайлович
Корректор Н.А. Московкина
Подписано в печать 04.09.2007. Формат 60х90/16.
Набор компьютерный. Усл. печ. л. 8,75. Уч.-изд. л. 7,75.
Тираж 150 экз. Заказ № 151/2007.
Издательство
Пермского государственного технического университета.
Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.
Тел. (342) 219-80-33.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 540; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!