Правила техники безопасности при проведении

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

 

 

Для специальности

Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) 

По междисциплинарному курсу: «Электрические машины и аппараты»

 

Кумертау – 2014 г.

«Рассмотрено»                                                                                       «Утверждаю»

На заседании ЦК                                                                                   Зам. директора по УиНР

Протокол №__ от___________                                                       филиала ФГБОУ ВПО

________________                                                                                 «УГАТУ» в г. Кумертау

                                                                                                            ____________Р.Р. Исмагилов

 

 

Методические указания содержат материал для выполнения студентами лабораторных и практических работ по междисциплинарному курсу «Электрические машины и аппараты» для специальности «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)».

 

 

Организация-разработчик: отделение  СПО  филиала  ФГБОУ  ВПО  «УГАТУ»   

в  г. Кумертау «Авиационный технический колледж»

 

 

Разработчик: В.Ф. Абубакирова, преподаватель

 

Рецензенты:

 

 

Филиал ФГБОУ ВПО «УГАТУ»

в г. Кумертау, отделение СПО

«Авиационный технический

колледж»________________                   ___преподаватель_____  ____Матвиенко Т.В._______

 (место работы)                                      (занимаемая должность)         (инициалы, фамилия)

 

ООО «Ремэнерго»                                    ___главный инженер___   _____Бикбаев Р.С._______

(место работы)                                       (занимаемая должность)        (инициалы, фамилия)

 

                                                     

Содержание

 

Предисловие………………………………………………………………………..…...	4
Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ……………..	5
Оказание доврачебной помощи при поражении человека электрическим током.…	6
Лабораторная работа №1. Определение коэффициента трансформации однофазного трансформатора……………………………………………………….…	7
Лабораторная работа №2. Измерение электрических величин при исследовании однофазного двухобмоточного силового трансформатора………………………….	10
Лабораторная работа №3. Исследование параллельной работы трехфазных двухобмоточных силовых трансформаторов…………………………………………	22
Практическая работа №1. Упрощенный расчет трансформатора…………………...	29
Лабораторная работа №4. Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки…………………………………………………	38
Лабораторная работа №5. Опытное изучение способов пуска трехфазного асинхронного двигателя………………………………………………………………..	56
Лабораторная работа №6. Исследование асинхронного двигателя в однофазном и конденсаторном режимах……………………………….……………………………..	62
Лабораторная работа №7. Исследование параллельной работы трехфазных синхронных генераторов…………………………………………………………….…	68
Лабораторная работа №8. Исследование работы трехфазного синхронного двигателя………………………………………………………………………………...	78
Лабораторная работа №9. Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением…………………………………………………………...	89
Лабораторная работа №10. Исследование двигателя постоянного тока с независимым возбуждением…………………………………………………………...	100
Практическая работа №2. Расчет и схема соединений обмоток якоря машины постоянного тока……………………………………………………………………….	108
Практическая работа №3. Расчет электромагнита постоянного тока………………	124
Лабораторная работа №11. Исследование работы контактора постоянного тока…	127
Лабораторная работа №12. Исследование работы магнитного пускателя…………	132
Лабораторная работа №13. Исследование работы реле максимального тока……...	136
Лабораторная работа №14. Исследование работы различных типов реле времени.	140
Лабораторная работа №15. Изучение различных типов автоматов.	147
Лабораторная работа №16. Изучение работы бесконтактных коммутационных устройств……………………………………………………………………...…………	152
Практическая работа №4. Выбор электрических и электронных аппаратов по заданным техническим условиям и проверка их на соответствие заданным режимам работы………………………………………………………………………...	154
Список использованной литературы………………………………………………….	158

 

Предисловие

В учебном процессе наряду с теоретическим обучением значительное место отводится выполнению лабораторных работ, что способствует повышению уровня подготовки будущих специалистов.

В процессе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся не только с исследуемыми электромеханическими устройствами, но и приобретают определенные навыки использования измерительных приборов и иного электрооборудования. У студентов накапливается определенный опыт экспериментирования и обработки полученных результатов.

В методических указаниях предусмотрено выполнение лабораторных работ по следующим разделам: трансформаторы, асинхронные машины, синхронные машины, машины постоянного тока, электрические аппараты.

Данные методические указания к лабораторным и практическим работам междисциплинарного курса профессионального модуля ПМ.01 МДК 01.01 «Электрические машины и аппараты» разработаны в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом; базисным учебным планом по специальности среднего профессионального образования «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)» и на основе рабочей программы профессионального модуля ПМ.01 МДК 01.01 «Электрические машины и аппараты». Указания являются необходимой составной частью учебного методического комплекса и включают 16 лабораторных работ и 4 практические работы. Их последовательность соответствует расположению основных разделов курса профессионального модуля в рабочих программах.

Методические указания помогут студентам приобрести практические навыки расчетов и построений схем устройства и управления электрическими машинами и аппаратами, усвоить методику расчета и выбора электрических машин и аппаратов для конкретных технологических процессов.

Описанию лабораторных и практических работ предшествуют теоретические сведения, а завершают их контрольные вопросы для самопроверки, которые дают возможность студентам закрепить полученные на теоретических занятиях знания, расширить и углубить их.

Указания содержат методику выполнения лабораторных и практических работ, определяют порядок оформления отчетов, а также список литературы.

Отчет должен содержать следующие сведения:

1) Номер и название работы, дату выполнения.

2) Цель работы.

3) Выполненные задания.

4) Ответы на контрольные вопросы.

 

 

Лабораторных работ

1. Приступая к выполнению цикла лабораторных работ, студенты проходят вводный инструктаж на рабочем месте у преподавателя, ведущего занятия, о чем делается соответствующая запись в журнале по технике безопасности за подписями студентов и преподавателя.

2. Лабораторные работы выполняются фронтальным способом на соответствующих стендах. Стенды предназначены для испытания электрических машин постоянного и переменного токов.

3. В состав стендов входят: электрическая машина (машины);  коммутационная аппаратура, контрольно-измерительные приборы, пускорегулирующая аппаратура, устройства защиты и сигнализации.

4. Для питания электрических машин используется трехфазное напряжение переменного тока 380/220 В и напряжение постоянного тока 220 В.

5. Каждый стенд имеет автоматический выключатель, позволяющий обесточить электрооборудование стенда. Кроме того, все стенды могут быть обесточены общим рубильником, отключающим электрическое питание, поступающее в лабораторию.

6. В лаборатории запрещается сорить, громко разговаривать, находиться в верхней одежде, без нужды переходить с места на место и загромождать рабочие места посторонними предметами.

7. Перед выполнением лабораторной работы каждому студенту необходимо четко уяснить цель и задачи работы, ознакомиться с описанием лабораторной установки и порядком выполнения работы, знать правила эксплуатации используемых в работе приборов и устройств.

8. Запрещается включать цепь и приступать к измерению без предварительной проверки преподавателем всех соединений.

Студент должен рассказать преподавателю о назначении приборов цепи, объяснить, в каком порядке будут проводиться опыты, и каким образом будут устанавливаться их необходимые режимы.

9. Категорически запрещается при включенном рубильнике (автомате) производить какие-либо присоединения отдельных элементов цепи или подсоединение новых элементов проводниками.

10. В случае каких-либо пересоединений в цепи, она должна быть вновь проверена преподавателем.

11. Не следует касаться руками контактов и зажимных клемм стендов, не будучи убежденными в отсутствии напряжения (сигнальная лампа не горит). При включенном питании категорически запрещается прикасаться к клеммам стенда, к штангам и обмоткам реостатов.

12. Регулировку реостатов производить плавно и только с помощью пластмассовой ручки движка реостата.

13. Операции переключения и регулирования производить только одной рукой, не прикасаясь при этом к корпусу стенда.

14. В случае короткого замыкания или других повреждений в стенде необходимо быстро отключить питание коммутационным аппаратом стенда (если не сработал соответствующий автомат).

15. Всегда помнить, что в схемах, содержащих индуктивности и емкости, напряжение на отдельных участках цепи может значительно превышать напряжение на входе. Необходимо следить за тем, чтобы напряжение и токи в цепи не превышали допустимых значений.

16. Измерения напряжений с помощью переносного вольтметра можно производить только при хорошо изолированных проводниках.

17. Все коммутационные переключения, а также их последовательность производить согласно данным в методических указаниях рекомендациям.

18. При включении рубильника (автомата), подающего напряжение к стенду, каждый раз предупреждать об этом товарищей по работе.

19. При обнаружении поломки оборудования или неисправности в работе стенда, вызвать лаборанта.

20. Запрещается оставлять без надзора установки, приведенные в рабочее состояние.

21. По окончании эксперимента отключить питание электроустановки, согласно указаниям, приведенным в соответствующей работе.

22. Лица, виновные в нарушении настоящих правил техники безопасности, от дальнейшего прохождения лабораторных работ отстраняются и подвергаются взысканиям в зависимости от степени и характера нарушения в административном или уголовном порядке.

 

Лабораторная работа №1

Задание.

Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания и стенд заземлен.

Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений, при этом QF1 замкнут, QF2 разомкнут (режим холостого хода трансформатора).

С помощью реостата R1 выставьте напряжение на выходе трансформатора Т1 (выводах первичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора Т2) равным номинальному U_1ном, которое регистрируется вольтметром V1.

Измерьте с помощью вольтметра  V2 напряжение U₂₀  на выводах вторичной обмотки испытуемого однофазного трансформатора.

Отключите стенд.

Вычислите искомый коэффициент трансформации однофазного трансформатора по формуле

 

k  = U₁ / U₂₀.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается принцип действия трансформаторов?

2. Как можно классифицировать трансформаторы?

3. Как определить номинальные токи и номинальное вторичное напряжение трансформатора?

4. Почему с увеличением тока нагрузки трансформатора увеличивается ток в его первичной обмотке?

5. Как работает трансформатор на постоянном токе?

Лабораторная работа №2

Задание 1.

Задание 2.

Опыт короткого замыкания.

Собрать схему для проведения опыта короткого замыкания (рисунок 12), при этом QF1 и QF2 замкнуты, QF3 разомкнут. Опыт проводится в присутствии преподавателя. Так как в начале опыта короткого замыкания U₁ должно быть равным нулю, то перед закорачиванием вторичной обмотки необходимо в этом убедиться, измерив фактическую величину напряжения U₁. Снизить напряжение на трансформаторе Т1 до 0 В, замкнуть накоротко зажимы «нагрузка», т.е замкнуть QF3. Включить трансформатор в сеть и плавно повышать напряжение U₁ с помощью R₁  установить значение тока I₂ равное  номинальному, т.е. I_1к = I_1ном = = 0,73 A.

Показание вольтметра V1 будет соответствовать напряжению короткого замыкания U_1к. Измерить ток вторичной обмотки I_2к и мощность P_1к, потребляемую трансформатором в режиме короткого замыкания. По полученным данным рассчитать параметры схемы замещения (рисунок 11, а):

 

Z_к = Z₁ + Z′₂ =  – полное сопротивление обмоток;

 

R_к = R₁ + R′₂ =  – активное сопротивление обмоток;

 

X _к = X₁ + X′₂ =  – реактивное сопротивление обмоток.

 

Коэффициент мощности определяется из соотношения

 

.

При определении параметров трансформатора считать, что

 

 

Электрические потери мощности ΔΡэ определяются по формуле

ΔPэ = . Результаты опыта свести в таблицу 5.

 

Таблица 5 – Результаты опыта короткого замыкания трансформатора

 

№ опыта	Измерения				Вычисления
	U1к, В	I1к, А	I2к, Вт	Р1к, В	Zк, Ом	Rк, Ом	Хк, Ом	ΔPэ, Вт	сosφк

    

Контрольные вопросы:

1. Что представляет собой энергетическая диаграмма трансформатора?

2. От чего зависит КПД трансформатора?

3. Какими уравнениями можно описать рабочий процесс трансформатора?

4. Будет ли изменяться ток х.х. и как при увеличении или уменьшении сечения стержней магнитопровода?

5. На что расходуется активная мощность, потребляемая трансформатором при опытах х.х. и к.з.?

6. Как опытным путем определить напряжение к.з. трансформатора?

7. К какой обмотке целесообразно подводить напряжение при опыте х.х., а к какой – при опыте к. з.? Объясните, почему.

8. Изменится ли основной магнитный поток и ток х.х., если трансформатор включить в сеть с частотой выше или ниже номинальной?

9. Каково применение многообмоточных трансформаторов?

10. Каковы правила эксплуатации при обслуживании трансформаторов?

Лабораторная работа №3

 

Задание.

- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

- Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

- Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

- В трехфазных трансформаторных группах А2 и А7 переключателями установите желаемые номинальные вторичные напряжения трансформаторов, например, 127 и 230 В.

- Включите источник G1.

- Включите выключатель «СЕТЬ» блока вольтметров Р1.

- Активизируйте вольтметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

- С помощью вольтметров Р1.1 и Р1.2 измерьте напряжения U₁ и U_2.

- Отключите источник G1.

- Рассчитайте ожидаемую кратность уравнительного тока I_У (по отношению к номинальному току трансформаторов I_Н) при включении на параллельную работу испытуемых трехфазных трансформаторов с данными группами соединения обмоток по формуле

I_У / I_Н = × U₁×100 / (2× 230×U_К),

 

где U_К – напряжение короткого замыкания трансформаторов, %.

- По ожидаемой величине кратности уравнительного тока сделайте вывод о недопустимости параллельной работы трансформаторов с различными группами соединения обмоток.

- Отключите и разберите схему.

 

Контрольные вопросы:

1. Как осуществляется трансформирование трехфазного тока?

2. Как выполняются магнитопроводы трехфазных трансформаторов?

3. Что такое группа соединения трансформатора? Какие можно назвать основными и производными группами соединения? Как их получить?

4. Чем обусловлено применение параллельной работы трансформаторов?

5. Каковы условия включения трансформаторов на параллельную работу?

6. Как распределяется нагрузка между параллельно работающими трансформаторами?

7. Каковы последствия невыполнения каждого из условий включения на параллельную работу?

8. Как выполняется фазировка трансформаторов?

 

 

Практическая работа №1

 

Пример 1.

Определить основные параметры понижающего трансформатора для радиоприемника, первичная обмотка которого на напряжение U₁=220 В и две вторичные обмотки на напряжение U₂=6,3 В и U_2'=4 В. Токи вторичных обмоток соответственно равны: I₂=4 А и I_2'=2 А. Трансформатор однофазный стержневого типа.

Решение

1. На основании заданных нагрузок подсчитывают вторичную полную мощность трансформатора: S₂ = 6,3·4+4·2 = 33,2 ВА.

2. Первичная полная мощность трансформатора S₁ = S₂/η = 33,2/0,86 = 38,6 ВА.

3. Поперечное сечение сердечника трансформатора

 

= =496 мм².

 

При учете изоляции между листами сечение сердечника получается на 10 % больше, т. е. Q_C =1,1·496=545 мм². Принимают его размеры следующими: ширина стержня a=20 мм, высота стержня H_C=2,5·a=2,5·20=50 мм, ширина окна c=H_C/m=50/2,5=20 мм, толщина пакета пластин b=30 мм.

Фактическое сечение выбранного сердечника Q_С·Ф=a·b=20·30=600 мм².

4. Определяют ток первичной обмотки: I₁=S₁/U₁=38,6/220=0,175 А.

5. Определяют сечение провода первичной и вторичной обмоток, исходя из плотности тока, равной 3,5 А/мм²: s₁=I₁/δ=0,175/3,5= 0,05 мм²; s₂=I₂/δ=4/3,5=1,14 мм²; s_2'=I_2'/δ=2/3,5=0,57 мм².

Принимают по таблице 7 для первичной и вторичной обмоток провод ПЭВ-1 со следующими данными:

− диаметры проводов без изоляции d₁=0,265 мм, d₂=1,25 мм, d_2'=0,85 мм;

− диаметры проводов с изоляцией d_и1=0,305 мм, d_и2=1,33 мм, d_'''и2=0,91 мм.

6. Определяют число витков первичной и вторичной обмоток, приняв магнитную индукцию сердечника В_С=1,3 Тл:

 

витков;

 

витков;

 

витка.

 

С учетом компенсации падения напряжения в проводах число витков вторичных обмоток принимают: w₂=1,1·36=39 витков, w_2'=1,1·23=25 витков.

7. Проверяют, разместятся ли обмотки в окне сердечника.

Площадь, занимаемая первичной и вторичной обмотками,

Q_обм= Q_обм1+Q_обм2+Q_'обм2 = 0,305²·1270+1,33²·39+0,91²·25=207,82 мм².

Площадь окна сердечника Q₀ = Hc × с =50×20=1000 мм².

Отношение расчетной и фактической площадей окна сердечника

k₀=Q_обм/Q₀=207,82/1000=0,20782.

Следовательно, обмотки свободно разместятся в окне выбранного сердечника трансформатора.

Пример 2.

Рассчитать повышающий автотрансформатор по следующим данным: напряжение питающей сети U₁=127 В, частота питающей сети f=50 Гц, напряжение вторичной обмотки U₂=220 В, мощность вторичной обмотки S₂=220 ВА.

Решение

1. Первичная полная мощность автотрансформатора

 

S₁=S₂/η=220/0,93=236,5 ВА.

 

2. Поперечное сечение сердечника трансформатора (трансформатор стержневого типа)

 

= мм².

 

При учете изоляции между листами размер сечения сердечника получается на 10 % больше, т. е. Q_C=1,1·1477=1620 мм². Принимают Q_С·Ф=30·60=1800 мм².

3. Определяют токи первичной и вторичной обмоток: I₁=S₁/U₁= =236,5/127=1,86 А; I₂=S₂/U₂=220/220=1 А.

4. Находят  сечение  первичной  и  вторичной  обмоток:        

s₁ = (I₁ – I₂)/δ =(1,86 – 1)/2=0,43 мм²; s₂=I2/δ=1/2=0,5 мм².

 

По таблице 7 принимают провод марки ПЭВ-1 для обеих обмоток одинакового сечения, т. е. s₁=s₂=0,5672 мм².

5. Определяют число витков отдельных секций обмотки:

 

витков,

 

витков.

Таблица 7 – Диаметры и расчетные значения обмоточных проводов

Номинальный диаметр проволоки, мм	Сечение проволоки, мм2	Максимальный внешний диаметр провода, мм
		ПЭВ-1	ПЭВ-2	ПЭС-3	ПЭТ-155	ПЭТимид. ПНЭТи-мид.	ПЭФ-155
1 0,02 0,025 0,032 0,040 0,050 (0,060) 0,063 0,071 0,080 0,090 0,100 0,112 (0,120) 0,125 (0,130) 0,140 (0,150) 0,160 (0,170) 0,180 (0,190) 0,200 (0,210) 0,224 (0,236) 0,250 (0,265) 0,280 1 (0,300) 0,315 (0,335) 0,355 (0,380) 0,40 (0,425) 0,450 (0,475) 0,500 (0,530) 0,560 (0,600) 0,630 (0,670) 0,710 0,750 0,80 0,85 0,90 0,95 1,000 1,06 1,12 1,18 1,25 1,32 1,400 1,500 1,600 1,700 1,80 1,90 2,00 2,12 2,24 2,36 2,50	2 0,000314 0,000491 0,000804 0,00126 0,00196 0,00280 0,00283 0,00385 0,00503 0,00636 0,00785 0,00985 0,01131 0,0123 0,01327 0,01539 0,01767 0,0201 0,0227 0,0255 0,0284 0,0314 0,0346 0,0394 0,0437 0,0491 0,0551 0,0615   2 0,0706 0,0779 0,0989 0,099 0,1134 0,1256 0,1417 0,159 0,1771 0,1963 0,221 0,2462 0,2826 0,3116 0,353 0,3957 0,4416 0,503 0,5672 0,636 0,7085 0,785 0,882 0,985 1,093 1,227 1,368 1,539 1,767 2,0096 2,269 2,543 2,834 3,14 3,528 3,939 4,372 4,906	3 0,035 0,040 0,045 0,055 0,070 0,085 0,085 0,095 0,105 0,115 0,125 0,135 0,145 0,150 0,155 0,165 0,180 0,190 0,20 0,210 0,220 0,230 0,240 0,260 0,275 0,290 0,305 0,320   3 0,340 0,355 0,375 0,395 0,420 0,440 0,465 0,500 0,525 0,550 0,580 0,610 0,65 0,680 0,720 0,76 0,81 0,86 0,91 0,96 1,01 1,07 1,13 1,19 1,26 1,33 1,4 1,48 1,58 1,68 1,78 1,89 1,99 2,09 2,21 2,34 2,46 2,6	4 - - - - 0,080 0,090 0,090 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,155 0,160 0,170 0,190 0,200 0,21 0,220 0,230 0,240 0,250 0,270 0,285 0,300 0,315 0,330   4 0,350 0,365 0,385 0,415 0,440 0,460 0,485 0,510 0,545 0,570 0,600 0,630 0,67 0,700 0,75 0,79 0,84 0,89 0,94 0,99 1,04 1,10 1,16 1,22 1,28 1,35 1,42 1,51 1,61 1,71 1,81 92 2,020 2,12 2,24 2,37 2,49 2,63	5 - - - - - - 0,085 0,095 0,105 0,116 0,128 0,140 - 0,154 - 0,170 - 0,198 0,200 0,220 0,230 0,240 - 0,264 - 0,300 - 0,330   5 - 0,364 - 0,414 - 0,460 - 0,510 - 0,568 - 0,630 - 0,700 - 0,790 0,830 0,880 0,930 0,990 1,040 1,090 1,150 1,210 1,270 1,350 1,420 1,50 1,60 1,710 1,810 1,910 2,010 2,120 2,240 2,36 2,480 2,630	6 - - - - - 0,090 0,090 0,100 0,11 0,12 0,13 0,140 0,150 0,155 0,160 0,170 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,240 0,26 0,27 0,285 0,3 0,315 0,330   6 0,350 0,365 0,385 0,405 0,440 0,460 0,490 0,520 0,545 0,57 0,60 0,63 0,67 0,71 0,75 0,79 0,83 0,89 0,94 0,99 1,040 1,090 1,160 1,22 1,28 1,35 1,42 1,51 1,61 1,71 1,81 1,92 2,02 2,12 2,24 2,37 2,49 2,63	7 - - 0,040 0,050 0,062 (0,075) 0,078 0,088 0,098 0,110 0,121 0,134 0,144 0,149 0,150 0,166 0,177 0,187 0,199 0,209 0,220 0,230 0,242 0,256 0,270 0,284 0,300 0,315   7 0,337 0,352 0,375 0,395 0,422 0,442 0,470 0,495 0,523 0,540 0,581 0,611 0,654 0,684 0,727 0,767 0,809 0,861 0,913 0,965 1,017 1,068 1,13 1,192 1,254 1,325 1,397 1,479 1,581 1,683 1,785 1,886 1,990 2,092 2,22 2,340 2,460 2,600	8 - - - - - - 0,078 0,086 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0,33   8 - 0,370 0,390 0,410 - 0,460 - 0,510 - 0,56 0,6 0,63 - 0,700 0,750 0,79 0,83 0,88 0,93 0,99 1,040 1,090 1,150 1,210 1,270 1,350 1,420 1,500 1,60 1,71 1,810 1,910 - - - - - -

Порядок выполнения работы:

 

1. Выполнить расчет по данным задания.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Внимательно изучить примеры расчетов данной практической работы. Аналогично примеру 1 выполнить упрощенный расчет трансформатора (трансформатор однофазный понижающий стержневого типа с двумя вторичными обмотками).

 

Задание.

Исходные данные представлены в таблице 8.

 

Таблица 8 – Исходные данные к практической работе №1

 

Вариант	U1, В	U2, В	U2’, В	I2, А	I2’, А
1,11,21,31	220	12	6,3	6	4
2,12,22,28	220	24	12	11	6
3,13,23,29	220	36	24	16	11
4,14,24,30	220	6,3	4,4	4	2,1
5,15,25,32	220	36	12	16	7
6,16,10,26	220	24	6,3	11	4
7,17,9,19	220	24	4	11	2
8,18,20,27	220	36	4	17	3

Контрольные вопросы:

 

1. Как определить мощность трансформатора?

2. Какие марки обмоточных проводов вы знаете? Охарактеризуйте их.

3. От чего зависит правильный расчет сечения обмоточных проводов?

4. От чего зависит правильный выбор числа витков обмоток высшего и низшего напряжения?

 

 

Лабораторная работа №4

Рисунок 19 – Зависимость режимов работы

асинхронной машины от скольжения

 

Анализ выражения показывает, что максимальный мо­мент асинхронной машины в генераторном режиме больше, чем в двигательном (M_{max г} > М_{mах д}). На рисунке 19 показана механическая характеристика асинхронной машины М = f (s) при  U₁ = const. На этой характеристике указаны зоны, соответствующие различным режимам работы: двигательный режим (0 < s ≤ 1), когда электро­магнитный момент М является вращающим; генераторный режим ( - ∞ < s < 0) и тормозной режим противовключением (1 < s < + ∞), когда электромагнитный момент М является тормозящим.

Электромагнитный момент асинхрон­ного двигателя пропорционален квадрату напряжения сети: M ≡ U₁². Это в значительной степени отражается на эксплуатационных свойствах двигателя: даже небольшое снижение напряже­ния сети вызывает заметное уменьшение вращающего момента асинхронного двигателя. Например, при уменьшении напряжения на 10% относительно номинального (U₁ = 0,9U_ном) электромагнитный момент двигателя уменьшается на 19%: M^/ =0,9² M, где М – момент при номинальном напряжении сети, а М^/ – момент при пониженном напряжении.

Для анализа работы асинхронного двигателя удобнее воспользоваться механической характеристикой M = f (s), представленной на рисунке 20. При включении двигателя в сеть магнитное поле статора, не обладая инерцией, сразу же начинает вращение с  син­хронной частотой n₁, в то же время ротор двигателя под влиянием сил инерции в начальный момент пуска остается неподвижным (n₂ = 0) и скольжение s = 1.

Подставив скольжение s = 1, получим выражение пускового момента асинхронного двигателя (Н·м):

 

М_п =              

 

 

Рисунок 20 – Зависимость электромагнитного мо­мента

асинхронного двигателя от скольжения

 

Под действием этого момента начи­нается вращение ро­тора двигателя, при этом скольжение уменьшается, а вра­щающий момент воз­растает в соответст­вии с характеристи­кой М = f (s). При критическом сколь­жении s_кр момент достигает максималь­ного значения М_mах. С дальнейшим нараста­нием частоты вращения (уменьшением скольжения) момент М на­чинает убывать, пока не достигнет установившегося значения, равного сумме противодействующих моментов, приложенных к ротору двигателя: момента х.х. M₀ и полезного нагрузочного мо­мента (момента на валу двигателя) М₂, т. е.

 

М = М₀ + M₂ ⁼ M_ст . 

 

Следует иметь в виду, что при скольжениях, близких к едини­це (пусковой режим двигателя), параметры схемы замещения асинхронного двигателя заметно изменяют свои значения. Объяс­няется это в основном двумя факторами: усилением магнитного насыщения зубцовых слоев статора и ротора, что ведет к умень­шению индуктивных сопротивлений рассеяния x₁ и х'₂, и эффек­том вытеснения тока в стержнях ротора, что ведет к увеличению активного сопротивления обмотки ротора r^/₂. Поэтому параметры схемы замещения асинхронного двигателя, используемые при рас­чете электромагнитного момента, не мoгyт быть использованы для расчета пускового момента.

Статический момент М_ст равен сумме противодействующих моментов при равномерном вращении ротора (n₂ = const). Допус­тим, что противодействующий момент на валу двигателя М₂ соответствует номинальной нагрузке двигателя. В этом случае устано вившийся режим работы двигателя определится точкой на механической характеристике с координатами М = М_ном и s = s_ном, где М_ном и s_hom — номинальные значения электромагнитного мо­мента и скольжения.

Из анализа механической характеристики также следует, что устойчивая работа асинхронного двигателя возможна при скольжениях меньше критического (s < s_кр), т. е. на участке ОА механической характеристики. Дело в том, что именно на этом участке изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением электромагнитного момента. Так, если двигатель работал в номинальном рехиме (М_ном; s_hom), то име­ло место равенство моментов: М_ном = M₀ + М^/₂. Если произошло увеличение нагрузочного момента M₂ до значения М'₂, то равен­ство моментов нарушится, т. е. М_ном < М₀ + М'₂, и частота враще­ния ротора начнет убывать (скольжение будет увеличиваться). Это приведет к росту электромагнитного момента до значения M' = М₀ + М'₂ (точка B), после чего режим работы двигателя вновь станет установившимся. Если же при работе двигателя в номинальном режиме произойдет уменьшение нагрузочного мо­мента до значения М"₂ то равенство моментов вновь нарушится, по теперь вращающий момент окажется больше суммы противодествующих: М_ном > М₀ + М″₂ . Частота вращения ротора начнет возрастать (скольжение будет уменьшаться), и это приведет к уменьшению электромагнитного момента М до значения М" = М₀ + М^″₂ (точка С); устойчивый режим работы будет вновь восстановлен, но уже при других значениях М и s.

Работа асинхронного двигателя становится неустойчивой при скольжениях s ≥ s_кр. Так, если электромагнитный момент двигателя М = М_mах, а скольжение s = s_кp, то даже незначительное увеличение нагрузочного момента М₂, вызвав увеличение скольжения s,приведет к уменьшению электромагнитного момента М. За этим следует дальнейшее увеличение скольжения и т. д., пока скольжение не достигнет значения s = 1, т. е. пока ротор двигателя не остановится.

Таким образом, при достижении электромагнитным моментом максимального значения наступает предел устойчивой работы асинхронного двигателя. Следовательно, для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы сумма нагрузочных моментов, действующих на ротор, была меньше максимального момента М_ст = (М₀ + М₂) < М_mах. Но чтобы работа асинхронного двигателя была надежной и чтобы случайные кратковременные нагрузки не вызывали остановок двигателя, необходимо, чтобы он обладал перегрузочной способностью. Перегрузочная способность двигателя λ определяется отношением максимального момента М_max к номинальному М_ном. Для асинхронных двигателей общего назначения перегрузочная способность составляет  λ = M_max /M_ном = 1,7 ÷ 2,5.

Следует также обратить внимание на то, что работа двигателя при скольжении s < s_кр т. е. на рабочем участке механической ха­рактеристики, является наиболее экономичной, так как она соот­ветствует малым значениям скольжения, а следовательно, и мень­шим значениям электрических потерь в обмотке ротора Р_э2 = s P_эм.

Пример 1 . Рассчитать данные и построить механическую характеристику М ⁼ f (s) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа 4А160М4УЗ номинальной мощностью 18,5 кВт, напряжением 220/380 В, часто­той вращения 1465 об/мин. Параметры схемы замещения этого двигателя: r₁ = 0,263 Ом, x₁ = 0,521 Ом,   r^/₂ = 0,158 Ом, х^/₂ = 0,892 Ом. Перегрузочная способность двигателя λ = 2,3, кратность пускового момента М_п /М_ном = 1,0.

Решение. Для получения данных, необходимых для построения механи­ческой характеристики двигателя, определяем номинальный электромагнитный М_ном пусковой М_п и максимальный М_max моменты, а также два промежуточных значения момента при скольжениях s > s_кр.

Номинальное скольжение по (10.1) s_ном = (1500 - 1465)/ 1500 = 0,023 .

Номинальный электромагнитный момент

 

М_ном = =121 Н·м.

 

Пусковой момент двигателя М_п = М_ном = 121 Н·м.

Максимальный момент двигателя М_max = λМ_ном = 2,3·121 = 278 Н·м.

Критическое скольжение s_кр = 0,158/ (0,521 + 0,892) = 0,112 .

Электромагнитные моменты при скольжениях s = 0,2, s = 0,4 и s = 0,7:

М_0,2 = =236 Н·м.

М_0,4 = =150 Н·м.

М_0,7 = =93,6 Н·м.

 

Таблица 9 – Результаты вычислений

 

S	0	0,023	0,112	0,20	0,4	0,7	1,0
M, Н·м	0	121	278	236	150	93,6	121
М =М/ Mmax	0	0,44	1,0	0,85	0,54	0,34	0,44

 

Механическая характеристика M  = f (s), построенная по этим данным, при­ведена на рисунке 21.

Применение приведенной выше формулы для расчета механических ха­рактеристик асинхронных двигателей не всегда возможно, так как параметры схемы замещения двигателей обычно не приводятся в каталогах и справочниках, поэтому для практических расчетов обычно пользуются упрощенной формулой момента. В основу этой формулы положено допущение, что активное сопротивление обмотки статора асинхронного двигателя   r₁ = 0, при этом

 

M = M_max .           

 

Критическое скольжение определяют по формуле

 

s _кр = s _ном ( λ + ) .         

 

Расчет механической характеристики намного упрощается, если его вести в относительных единицах M  = M/ M_ном. В этом случае уравнение механической характеристики имеет вид

 

M  =  .               

 

Пример 2. Рассчитать механическую характеристику трехфазного асин­хронного двигателя типа 4А160М4УЗ (18,5 кВт, 1465 об/мин, λ = 2,3, M_п/ M_ном = 1,0) в относительных единицах M  = f (s) по упрощенной формуле и получен­ные результаты сравнить с данными, рассчитанными в примере 1.

 

Решение. Критическое скольжение

 

s_кр = 0,023 (2,3 + ) = 0,100 .

 

Относительное значение момента M при скольжениях:

 

s_ном = 0,023 ; s_кp = 0,100;

 

s = 0,2; s = 0,4 s = 0,7;

 

 

M _ном = = 0,46;

M  = =1;

M _0,2 = = 0,80;

M _0,4 = = 0,47;

 

M _0,7 = =0,28.

Таблица 10 – Результаты расчета

 

S	0,023	0,1	0,2	0,4	0,7
М	0,046	1,0	0,80	0,47	0,28
Ошибка,% по сравнению с расчетом примера 13.2	-4,3	—	+5,9	-6,8	+16,6

 

 

Рисунок 21 – Механическая ха­рактеристика

асинхронного двигателя типа 4А160М4УЗ

 

Применение упрощенной формулы наиболее целесообразно при расчете рабочего участка механической характеристики и при скольжениях s < s_кр, так как в этом случае величина ошибки не превышает значений, допустимых для технических расчетов. При скольжениях s > s_кр ошибка может достигать 15-17%. Это подтверждается расчетами примера 2.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя (рисунок 22) представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n₂, КПД η, полезного момента (момента на валу) М₂, коэффициента мощности cos φ, и тока статора I₁ от полезной мощности Р₂ при U₁ = const f₁ = const.

Скоростная характеристика n₂ = f(P₂). Частота вращения ро­тора асинхронного двигателя           

 

n ₂ = n ₁ (1 - s ).

Скольжение

 

s = P _э2 / P _эм ,  

 

т. е. скольжение дви­гателя, а, следователь­но, и его частота вра­щения определяются отношением электри­ческих потерь в рото­ре к электромагнитной мощности Р_эм.          Пре­небрегая электричес­кими потерями в рото­ре в режиме холостого хода, можно принять Р_э2 = 0, а поэтому s ≈ 0 и n₂₀ ≈ n₁. По мере увеличения нагрузки на валу

 

Рисунок 22 – Рабочие характеристики асинхрон­ного двигателя

 

двигателя отношение мощностей растет, достигая значений 0,01—0,08 при но­минальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость n₂ = f(P₂) представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс. Однако при увеличении активного сопротивления ротора r₂' угол наклона этой кривой увеличивается. В этом случае изме­нения частоты вращения n₂ при колебаниях нагрузки Р₂ возраста­ют. Объясняется это тем, что с увеличением r₂' возрастают элек­трические потери в роторе.

Зависимость М₂ =f(P₂). Зависимость полезного момента на валу двигателя М₂ от полезной мощности Р₂ определяется выражением

 

M ₂ = Р₂/ ω₂ = 60 P ₂ / (2πn₂) = 9,55Р₂/ n₂,       

 

где Р₂ – полезная мощность, Вт;

ω₂ = 2πf ₂/ 60 – угловая частота враще­ния ротора.

Из этого выражения следует, что если n₂ = const, то график М₂ =f₂(Р₂) представля­ет собой прямую линию. Но в асинхрон­ном двигателе с увеличением нагрузки Р₂ частота вращения ротора уменьшается, а поэтому полезный момент на валу М₂ с увеличением нагрузки возрастает не­ сколько быстрее нагрузки, а следовательно, график М₂ =f (P₂) имеет криволинейный вид.

 

Рисунок 23 – Векторная диаграмма асинхронного

двигателя при небольшой нагрузке

 

Зависимость cos φ₁ = f (P₂). В связи с тем что ток статора I₁ имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для созда­ния магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму х.х. Объясняется это тем, что ток х.х. I₀ при любой нагрузке остается практически неизменным. Поэтому при малых на­грузках двигателя ток статора невелик и в значительной части является реак­тивным (I₁ ≈ I₀). В результате сдвиг по фазе тока статора , относительно на­пряжения , получается значительным (φ₁ ≈ φ₀), лишь немногим меньше 90° (рисунок 23). Коэффициент мощности асинхронных двигателей в режиме х.х. обычно не превышает 0,2. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая тока I₁ и коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения (0,80-0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увелиичение нагрузки сопровождается уменьшением cos φ₁ что объясня­ется возрастанием индуктивного сопротивления ротора (x₂s) за счет увеличения скольжения, а следовательно, и частоты тока в роторе. В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей чрезвычайно важно, чтобы двигатель работал всегда или по крайней мере значительную часть времени с нагрузкой, близкой к номиналь­ной. Это можно обеспечить лишь при правильном выборе мощности двигателя. Если же двигатель работает значительную часть времени недогруженным, то для повышения cos φ₁, целесообразно подводимое к двигателю напряжение U₁ уменьшить. Например, в двигателях, работающих при соединении обмотки статора треугольником, это мож­но сделать пересоединив обмотки статора в звезду, что вызовет уменьшение фазного напряжения в  раз. При этом магнитный поток статора, а следовательно, и намагничивающий ток уменьшаются примерно в   раз. Кроме того, активная составляющая тока статора несколько увеличивается. Все это способствует повышению коэффи­циента мощности двигателя. На рисунке 24 представлены графики зависимости cos φ₁, асинхронного двигателя от нагрузки при соединении обмоток статора звездой (кривая 1) и треугольником (кривая 2).

 

 

Рисунок 24 – Зависимость cos φ₁ от нагрузки при

соединении обмотки статора звездой (1) и треугольником (2)

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задания лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Электрическая схема соединений (рисунок 25) содержит:

G1 – трехфазный источник питания;

G2 – источник питания двигателя постоянного тока;

G4 – машина постоянного тока;

G5 – преобразователь угловых перемещений;

М1 – машина переменного тока;

А2 – трёхфазная трансформаторная группа;

А6 – трехполюсный выключатель;

А9 – реостат для цепи ротора машины переменного тока;

А10 – активная нагрузка;

Р1 – блок мультиметров;

Р2 – измеритель мощностей;

Р3 – указатель частоты вращения.

Источник G1 – источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

Источник питания G2 двигателя постоянного тока используется для питания нерегулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока G4, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением и выступающей в качестве нагрузочной машины.

Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата.

Испытуемый асинхронный двигатель М1 получает питание через выключатель А6 и трехфазную трансформаторную группу А2 от трехфазного источника питания G1.

Реостат А9 служит для вывода энергии скольжения при испытании двигателя М1 с фазным ротором.

Активная нагрузка А10 используется для нагружения генератора G4.

С помощью мультиметра блока Р1 контролируется ток статорной обмотки испытуемого двигателя М1.

С помощью измерителя Р2 контролируются активная мощность, потребляемая испытуемым двигателем М1.

 

Задание 1.

- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

- Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

- Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

- Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рисунок 25).

- Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А6 установите в положение "РУЧН.".

- Регулировочные рукоятки реостата А9 поверните против часовой стрелки до упора (при снятии механической характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором).

- Установите суммарное сопротивление каждой фазы реостата А9, например, 20 Ом (при снятии механической характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором).

- Регулировочную рукоятку источника G2 поверните до упора против часовой стрелки, а регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 - по часовой стрелке.

- Установите переключателем в трехфазной трансформаторной группе А2 номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, например, 127 В.

- Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

- Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

- Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

- Пустите двигатель М1 нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6.

- Нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2 , изменяйте ток I статорной обмотки двигателя М1 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I), ваттметра измерителя мощностей Р2 (активная мощность P фазы двигателя М1) и указателя Р3 (частота вращения n двигателя М1) в таблицу 11.

 

 

Рисунок 25 – Электрическая схема соединений

Таблица 11 – Показания приборов

 

I, А
P, Вт
n, мин-1

 

- По завершении эксперимента отключите выключатель А6 и источник G1.

- Выключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

- Вычислите электромагнитный момент М двигателя М1 для каждого значения тока I из таблицы 11 по формуле

-

H^.м

и занесите его в таблицу 12.

 

Таблица 12 – Результаты вычислений

 

М, Н×м
n, мин-1

 

- Используя данные таблицы  12, постройте искомую механическую характеристику n=f(M) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым / фазным ротором.

- Отключите и разберите схему.

 

Задание 2.

- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

- Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

- Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

- Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рисунок 26).

- Переключатели режима работы источника G2 и выключателя А6 установите в положение "РУЧН.".

- Регулировочные рукоятки реостата А9 поверните против часовой стрелки до упора (при снятии механической характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором).

- Установите суммарное сопротивление каждой фазы реостата А9, например, 20 Ом (при снятии механической характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором).

- Регулировочную рукоятку источника G2 поверните до упора против часовой стрелки, а регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 – по часовой стрелке.

- Установите переключателем в трехфазной трансформаторной группе А2 номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, например, 127 В.

- Включите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

- Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

- Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

- Пустите двигатель М1 нажатием кнопки «ВКЛ.» выключателя А6.

- Нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2, изменяйте ток I статорной обмотки двигателя М1 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I), ваттметра и варметра измерителя мощностей Р2 (активная P₁₁ и реактивная Q₁₁ мощности фазы двигателя М1), указателя Р3 (частота вращения n двигателя М1), амперметра Р1.2 и вольтметра Р1.3 ( ток I_а и напряжение U_а якорной обмотки генератора G4) в таблицу 13.

-

Таблица 13 – Показания приборов

 

I, A
P11, Вт
Q11, В×Ар
n, мин-1
Ia, A
Uа, В

 

- По завершении эксперимента отключите выключатель А6 и источник G1.

- Выключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

- Используя данные таблицы 13, вычислите для каждого значения тока I значения, полезной активной мощности Р₂, полной потребляемой из сети активной мощности P₁, полезного механического момента М, коэффициента мощности cosj, скольжения s и коэффициента полезного действия h асинхронного двигателя с короткозамкнутым / фазным ротором по формулам

 

Рисунок 26 – Электрическая схема соединений

 

 

и занесите полученные результаты в таблицу 14.

 

Таблица 14 – Результаты вычислений

 

I, A
P2, Вт
P1, Вт
М, Н×м
cos j
s, %
h, %

 

- Используя данные таблицы 14, постройте искомые рабочие характеристики I=f(P₂), P₁=f(P₂), s=f(P₂), h=f(P₂), cosj=f(P₂), M=f(P₂) трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым / фазным ротором.

- Отключите и разберите схему.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Как устроен трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором?

2. Как обозначают начала и концы фаз обмоток статора?

3. Как зависит коэффициент мощности асинхронного двигателя от нагрузки на валу?

4. Каковы способы повышения коэффициента мощности асинхронного двигателя?

5. Как устроен трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором?

6. Объяснить принцип действия трехфазного асинхронного двигателя.

7. Почему асинхронные генераторы не получили широкого распространения?

8. Как создается магнитное поле в синхронном генераторе?

9. Как изменяется скольжение при разгоне двигателя?

10. Для чего на валу фазного ротора установлены кольца?

11. Каков физический смысл основных уравнений асинхронной машины?

12. Почему с увеличением механической нагрузки на валу растет ток, потребляемый двигателем из сети?

13. При каком значении нагрузки КПД двигателя достигает номинального значения?

14. Почему АД работает устойчиво только при скольжении меньше критического?

15. Как добиться, чтобы критическое скольжение стало равным единице?

16. Какие причины вызывают провал в механической характеристике АД?

Лабораторная работа №5

Задание.

- Убедиться в том, что стенд отключен от сети питания и заземлен, все соединения на нём выполнены согласно схеме (рисунок 32).

- Рукоятку переключателя выставить в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду.

- Включить питание стенда, замкнув контакты автомата питания.

- Нажать на кнопку «Пуск» кнопочного поста стенда.

- Измерить напряжение на электродвигателе вольтметром стенда.

- После разгона ротора электродвигателя до частоты вращения, близкой к номинальной, рукоятку переключателя выставить в положение «треугольник».

- Измерить напряжение на двигателе вольтметром стенда.

- Убедиться в разнице измеренных напряжений в  раз, что свидетельствует о реализации пуска при пониженном напряжении.

- Отключить питание электродвигателя кнопкой «Стоп» кнопочного поста. Отключить автомат питания стенда.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите способы пуска асинхронного двигателя.

2. Какими показателями характеризуются пусковые свойства асинхронных дви­гателей?           

3. Каковы достоинства и недостатки пусковых свойств асинхронных двигателей?

4. Как лучше, с точки зрения улучшения пусковых свойств, уменьшить пуско­вой ток: снижением подводимого к двигателю напряжения или увеличением активного сопротивления в цепи обмотки ротора?

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

6. Какие существуют способы пуска асинхронных двигателей при пониженном напряжении?

7. В чем сущность эффекта вытеснения тока и почему он возникает при пуске двигателя и почти исчезает при его работе?

8. Почему бутылочная форма паза ротора способствует лучшему проявлению эффекта вытеснения тока?

9. Перечислите способы регулирования частоты вращения асинхронных двига­телей и дайте им сравнительную оценку.

10. Почему при частотном регулировании частоты вращения одновременно с частотой тока необходимо изменять напряжение?

 

 

Лабораторная работа №6

Конденсаторный двигатель.

Асинхронный конденсаторный двигатель имеет на статоре две обмотки, занимающие одинаковое число пазов и сдвинутые в про­странстве относительно друг друга на 90 эл. град. Одну из обмоток – главную – включают непосредственно в однофазную сеть, а дру­гую – вспомогательную – включают в эту же сеть, но через ра­бочий конденсатор С_ра6 (рисунок 33, а).

В отличие от рассмотренного ранее однофазного асинхронно­го двигателя в конденсаторном двигателе вспомогательная обмот­ка после пуска не отключается и остается включенной в течение всего периода работы, при этом емкость С_раб создает фазовый сдвиг между токами  и .

Таким образом, если однофазный асинхронный двигатель по окончании процесса пуска работает с пульсирующей МДС стато­ра, то конденсаторный двигатель – с вращающейся. Поэтому конденсаторные двигатели по своим свойствам приближаются к трехфазным двигателям.

Необходимая для получения кругового вращающегося поля емкость (мкФ)

 

C _раб = 1,6·10⁵ I_A sin φ_A / (f₁U_A k²),

 

при этом отношение напряжений на главной U_А и на вспомога­тельной U_B обмотках должно быть

 

U_A / U_B = tg φ_A ≠ 1.

где φ_A – угол сдвига фаз между током  и напряжением при круговом поле;                

k = ω_B k_B/ (w_Ak_A) – коэффициент трансформации, представляющий собой отношение эффективных чисел витков вспомогательной и главной обмоток;

k_A и k_B – обмоточные коэффициенты обмоток статора.

 

 

 

Рисунок 33 – Конденсаторный двигатель:

а) – с рабочей емкостью, б) – с рабочей и пусковой емкостями, в) – механические характеристики; 1 – при рабочей емкости, 2 – при ра­бочей и пусковой емкостях

 

При заданных коэффициенте трансформации k и отношении напряжений U_A/ U_B емкость С_ра6 обеспечивает получение кругового вращающегося поля лишь при одном, вполне определенном режиме работы двигателя. Если же и изменится режим (нагрузка), то изменятся и ток I_A, и фазовый угол φ_A, а следовательно, и С_раб, соответствующая круговому полю. Таким образом, если нагрузка двигателя отличается от расчетной, то вращающееся поле двигателя становится эллиптическим и рабочие свойства двигателя ухудшаются. Обычно расчет С_раб ведут для номинальной нагрузки или близкой к ней.

Обладая сравнительно высокими КПД и коэффициентом мощности (соs φ₁ = =0,80÷0,95), конденсаторные двигатели имеют неудовлетворительные пусковые свойства, так как емкость С_раб обеспечивает круговое поле лишь при расчетной нагрузке, а при пуске двигателя поле статора эллиптическое. При этом пусковой момент обычно не превышает 0,5М_НОМ.

Для повышения пускового момента параллельно емкости С_раб включают емкость С_пуск, называемую пусковой (рисунок 33, б). Величину С_пуск выбирают, исходя из условия получения кругового поля статора при пуске двигателя, т. е. получения наибольшего пускового момента. По окончании пуска емкость С_пуск следует отключать, так как при небольших скольжениях в цепи обмотки статора, содержащей емкость С и индуктивность L , возможен резонанс напряжений, из-за чего напряжение на обмотке и на конденсаторе может в два-три раза превысить напряжение сети.

При выборе типа конденсатора следует помнить, что его рабо­чее напряжение определяется амплитудным значением синусои­дального напряжения, приложенного к конденсатору U_c. При кру­говом вращающемся поле это напряжение (В) превышает напряжение сети U₁ и определяется выражением

 

U_c = U₁       

 

Рисунок 34 – Схемы включения двухфазного двига­теля в трехфазную сеть

 

Конденсаторные двигатели иногда называют двухфаз­ными, так как об­мотка статора этого двигателя содержит две фазы. Двухфаз­ные двигатели могут работать и без кон­денсатора или дру­гого фазосмещающего элемента, если к фа­зам обмотки статора подвести двухфаз­ную систему напря­жений (два напря­жения, одинаковые по значению и час­тоте, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90°). Для получения двухфаз­ной системы напряжений можно воспользоваться трехфазной ли­нией с нулевым проводом, включив обмотки статора так, как по­казано на рисунке 34, а: одну обмотку — на линейное напряжение U_AB, а другую — на фазное напряжение Uc через автотрансфор­матор AT (для выравнивания значения напряжений на фазных об­мотках двигателя). Возможно включение двигателя и без нулевого провода (рисунок 34, б), но в этом случае напряжения на обмотках двигателя будут сдвинуты по фазе на 120°, что приведет к некото­рому ухудшению рабочих свойств двигателя.

 

Работа трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети.

Трехфазный асинхронный двигатель может быть использован для работы от однофазной сети. В этом случае такой двигатель включают как конденсаторный по одной из схем рисунке 35.

Значение рабочей емкости С_раб (мкФ) при частоте переменно­го тока 50 Гц можно ориентировочно определить по одной из формул: для схемы, изображенной на рисунке 35, а,

C_{pa 6} ≈ 2700 I ₁ / U_c ;                   

на рисунке 35, б,

C_{pa 6} ≈ 2800 I ₁ / U_c ;                     

на рисунке 35, в

C_{pa 6} ≈ 4800 I ₁ / U_c ,                  

 

где              I₁ – но­минальный (фазный) ток в обмотке стато­ра, А;

U_с – напря­жение однофазной сети, В.

При подборе ра­бочей емкости не­обходимо следить за тем, чтобы ток в фазных обмотках статора при устано­вившемся режиме работы не превы­шал номинального значения.

Рисунок 35 – Схемы соединения обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при вклю­чении его в однофазную сеть

 

Если пуск двигателя происходит при значительной нагрузке на валу, то параллельно рабочей емкости С_раб следует включить пусковую емкость

 

С_п = (2,5÷3,0)С_ра6.         

 

В этом случае пусковой момент становится равным номиналь­ному. При необходимости дальнейшего увеличения пускового момента следует принять еще большее значение пусковой емкости (С_п ≤ 8С_ра6).

Большое значение для надежной работы асинхронного двига­теля в качестве конденсаторного имеет правильный выбор кон­денсатора по напряжению. Следует иметь в виду, что габариты и стоимость конденсаторов определяются не только их емкостью, но и рабочим напряжением. Поэтому выбор конденсатора с большим “запасом” по напряжению ведет к неоправданному увеличению габаритов и стоимости установки, а включение конденсаторов на напряжение, превышающее допустимое рабочее напряжение, приводит к преждевременному выходу из строя конденсаторов, а, следовательно, и всей установки.

При определении напряжения на конденсаторе при включении двигателя по одной из рассмотренных схем необходимо иметь в виду следующее: при включении двигателя по схеме рисунке 35, а напряжение на конденсаторе равно U_K ≈ 1,3 U_С, а при включении двигателя по схемам рисунке 35, б и в это напряжение равно U_к ≈ 1,15 U_c.

В схемах конденсаторных двигателей обычно применяют бумажные конденсаторы в металлическом герметичном корпусе прямоугольной формы типов КБГ – МН или БГТ (термостойкие). На корпусе конденсатора указаны емкость и рабочее напряжение постоянного тока. При включении такого конденсатора в сеть пе­ременного тока следует уменьшить примерно в два раза допусти­мое рабочее напряжение. Например, если на конденсаторе указано напряжение 600 В, то рабочее напряжение переменного тока сле­дует считать 300 В.

Пример 1. Определить значение рабочей емкости С_раб, необходимой для работы трехфазного асинхронного двигателя типа АВ052-4 от однофазной сети напряжением  U_c = 220 В. Номинальные данные двигателя: Р_ном = 80 Вт, напряже­ние 220/380 В, ток сети I_1ном = 0,56/0,32 А.

Решение. Напряжение сети 220 В соответствует соединению обмотки статора в треугольник, поэтому принимаем схему включения двигателя в одно­фазную сеть по рисунку 35, в. Номинальный (фазный) ток статора I₁ = 0,32 А.

Рабочая емкость С_рa6 = 4800·0,32/220 = 6,98 мкФ. При этом рабо­чее напряжение конденсатора U_к ≈ 1,15·220 = 250 В. Принимаем в качестве С_раб батарею из двух параллельно соединенных конденсаторов типа КБГ – МН емко­стью по 4 мкФ каждый (емкость батареи 8 мкФ) на рабочее напряжение 600 В.

При использовании трехфазного двигателя в однофазном кон­денсаторном режиме его полезная мощность обычно не превыша­ет 70-80 % номинальной мощности, а при однофазном режиме без рабочей емкости полезная мощность двигателя не превышает 60 % его номинальной мощности.

 

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Электрическая схема стенда приведена на рисунке 36.

 

 

Рисунок 36 – Электрическая схема стенда

 

Задание.

 

- Убедиться, что стенд отключен от сети питания и заземлен, все соединения соответствуют электрической схеме (рисунок 36).

- Включить стенд в розетку сети 220 В с помощью вилки.

- Включить тумблер, подключающий в схему пусковую емкость.

- Нажать на кнопку «Пуск» кнопочного поста стенда.

- По окончании разгона электродвигателя вывести из работы пусковую емкость, отключив тумблер. Измерить время пускового процесса и сравнить со временем разгона электродвигателя из предыдущей лабораторной работы, сделать выводы.

- Отключить питание стенда. Записать значения пускового и рабочего конденсаторов, сделать выводы.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Почему однофазный двигатель не создает пускового момента?

2. С какой целью в цепь пусковой обмотки двигателя включают фазосмещающий элемент?

3. Чем отличается однофазный двигатель от конденсаторного?

4. Как можно повысить пусковой момент в конденсаторном двигателе?

5. Почему некоторые конденсаторные двигатели называют двухфазными?

6. Как рассчитать мощность конденсатора для однофазного АД?

7. Каковы правила эксплуатации однофазных АД?

8. Каковы правила эксплуатации при обслуживании конденсаторов?

 

 

Лабораторная работа №7

Рисунок 38 – Ламповый синхроноскоп

 

Способ самосин­хронизации.

Ротор не­возбужденного генера­тора приводят во вра­щение первичным дви­гателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на 2-5%, затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное Сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генера­тор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значи­тельные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воздей­ствий на надежность генератора учитывается при проектировании синхронных генераторов. Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях. Этот способ прост и легко автоматизируется.

 

Задание.

- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

- Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

- Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

- Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

- Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3, выключателя А6 и блока синхронизации А17 переведите в положение "РУЧН.".

- Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

- Установите переключателем в трехфазной трансформаторной группе А2 номинальные напряжения: вторичных обмоток трансформаторов – 220 В.

- Включите выключатели "СЕТЬ" выключателя А6, блока синхронизации А18, измерителя мощностей Р2 и указателя Р3.

- Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

- Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите частоту вращения двигателя М2 (генератора G6) 1500 мин^–1.

- Включите выключатель А6 нажатием на кнопку "ВКЛ" на его передней панели.

- Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите напряжение между фазами (линейное) генератора G6 равным напряжению между одноименными фазами сети.

- Обеспечьте условия синхронизации (см. таблицу 15), после чего, нажатием на кнопку "ВКЛ." блока синхронизации А17, подключите генератор G6 к сети.

- Убедитесь, что генератор G6 вошел в режим синхронной работы с сетью, о чем должно свидетельствовать отсутствие колебаний значений его режимных параметров.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2, нагрузите генератор G6 активной мощностью, например, до 30 Вт, которую определяйте утроением показаний ваттметра измерителя Р2.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, нагрузите генератор G6 реактивной мощностью с отстающим (опережающим) коэффициентом мощности, например, до 30 ВАр, которую определяйте утроением показаний варметра измерителя Р2.

- Для отключения генератора G6 от сети: разгрузите его по активной и реактивной мощностям, нажмите кнопку "ОТКЛ." блока синхронизации А17, поверните регулировочные рукоятки сначала у возбудителя G3, а затем у источника G2 против часовой стрелки до упора, отключите выключатели "СЕТЬ" блоков, задействованных в эксперименте, отключите источник G1 нажатием на кнопку – гриб и последующим отключением ключа – выключателя.

- Отключите стенд и разберите схему.

 

Таблица 15 – Условия точной синхронизации

 

Условие	Средство контроля	Критерий  выполнения условия	Критерий невыполнения  условия	Рекомендации по выполнению условия
1	2	3	4	5
Равенство напряжений синхронного генератора и сети	Вольтметры со стороны синхронного генератора и сети	Напряжения со стороны синхронного генератора и сети равны	Напряжения со стороны синхронного генератора и сети не равны	Регулировать напряжения возбуждения синхронного генератора до момента выравнивания напряжений со стороны синхронного генератора и сети
Одинаковое чередование фаз напряжений синхронного генератора и сети	Лампы в разрывах фаз	Лампы в фазах: периодически одновременно загораются и гаснут (частоты напряжений не равны); горят (напряжения в противофазе); не горят (напряжения синфазные)	Лампы в фазах периодически не одновременно загораются и гаснут, создавая эффект “кругового огня”	Переключить любые две фазы синхронного генератора

 

Продолжение таблицы 15

 

1	2	3	4	5
Равенство частот синхронного генератора и сети	Лампы в разрывах фаз или синхроноскоп	Лампы в фазах горят постоянно без мерцания (напряжения в противофазе) или не горят (напряжения синфазные); стрелка синхроноскопа неподвижна	Лампы в фазах загораются с частотой скольжения; стрелка синхроноскопа вращается	Регулировать частоту вращения синхронного генератора
Синфазность напряжений синхронного генератора и сети	Лампы в разрывах фаз или синхроноскоп	Лампы в фазах не горят; стрелка синхроноскопа смотрит вверх	Лампы в фазах горят; стрелка синхроноскопа не смотрит вверх	Регулировать частоту вращения синхронного генератора до погасания ламп

 

Контрольные вопросы:

 

1. Чем отличаются синхронные машины от асинхронных?

2. Какие вы знаете способы возбуждения синхронных машин и в чем их различия?

3. Каковы конструктивные особенности синхронных машин?

4. Как влияет нагрузка на характеристики генератора?

5. В чем заключается реакция якоря?

6. Какие виды потерь имеют место в синхронной машине?

7. Как включить генераторы на параллельную работу с сетью?

8. Как нагрузить генератор, включенный на параллельную работу?

9. Что представляет собой метод точной синхронизации?

10. Что представляет собой самосинхронизация генераторов?

 

 

Лабораторная работа №8

Пуск синхронных двигателей.

Пуск синхронного двигателя непосредственным включением в сеть невозможен, так как ротор из-за своей значительной инерции не может быть сразу увлечен вращающимся полем статора, частота вращения которого устанавливается мгновенно. В результате устойчивая магнитная связь между статором и ротором не возникает. Для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные способы, сущность которых состоит в предварительном приведении ротора во вращение до синхронной или близкой к ней частоте, при которой между статором и ротором устанавливается устойчивая магнитная связь.

В настоящее время практическое применение имеет способ пуска, получивший название асинхронного. Этот способ пуска возможен при наличии в полюсных наконечниках ротора пусковой обмотки (клетки), аналогичной успокоительной обмотке синхрон­ного генератора. Схема включения двигателя при этом способе пуска приведена на рисунке 44, а. Невозбужденный синхронный двигатель включают в сеть. Возникшее при этом вращающееся магнитное поле статора наводит в стержнях пусковой клетки ЭДС, которые создают токи .

Взаимодействие этих токов с полем статора вызывает появление на стержнях пусковой клетки электромагнитных сил . Под действием этих сил ротор приводится во вращение (рисунок 44, б). После разгона ротора до частоты вращения, близкой к синхронной , обмотку возбуждения подключают к источнику постоянного тока. Обра­зующийся при этом синхронный момент втягиваем ротор двигателя в синхронизм. После этого пусковая обмотка дви­гателя выполняет функцию успокоительной обмотки, ограничивая качания ротора.

Чем меньше нагрузка на валу двигателя, тем легче его вхождение в синхронизм. Явнополюсные двигатели малой мощности, пускаемые без нагрузки на валу, иногда входят в синхронизм лишь за счет реактивного момента, т. е. даже без включения обмотки возбуждения.

 

                        

Рисунок 44 – Асинхронный пуск синхронного двигателя

 

С увеличением нагрузочного момента на валу вхождение дви­гателя в синхронизм затрудняется. Наибольший нагрузочный момент, при котором ротор синхронного двигателя еще втягивается и синхронизм, называют моментом входа двигателя в синхронизм . Величина асинхронного момента  при частоте вращения  зависит от активного сопротивления пусковой клетки, т. е. от сечения стержней и удельного электрического сопротивле­ния металла, из которого они изготовлены.

Следует обратить внимание, что выбор сопротивления пуско­вой клетки , соответствующего значительному пусковому моменту , способствует уменьшению момента входа в синхронизм  и, наоборот, при сопротивлении , соответствующем небольшому пусковому моменту ( ), момент входа в синхронизм увеличивается  (рисунок 45).        

 

 – основной момент;  – дополнительный момент,

 – момент входа в синхронизм.

Рисунок 45 – Асинхронные моменты при пуске синхронного двигателя

 

В процессе асинхронного пуска обмотку возбуждения нельзя оставлять разомкнутой, так как магнитный поток статора, пересекаю­щий ее в начальный период пуска с синхронной скоростью, наводит в ней ЭДС. Вследствие большого числа витков обмотки возбуждения эта ЭДС достигает значений, опасных как для целости изоляции са­мой обмотки, так и для обслуживающего персонала. Для предотвра­щения этого обмотку возбуждения на период разгона ротора замыкают на активное сопротивление , примерно в десять раз большее сопротивления обмотки возбуждения. Переключение зажимов И1 и И2 обмотки возбуждения с сопротивления  на зажимы возбудителя осуществляют переключателем П (см. рисунок 44, а).

Замыкание накоротко обмотки возбуждения на время пуска двигателя нежелательно, так как при этом обмотка ротора образует однофазный замкнутый контур, взаимодействие которого с вращающимся полем статора также создает дополнительный асинхронный момент . Однако при частоте вращения, равной половине синхронной, этот момент становится тормозящим (рисунок 45) и создает «провал» в характеристике пускового (асинхронного) момента (пунктирная кривая). Это заметно ухудшает пусковые свойства синхронного двигателя.

При асинхронном пуске синхронного двигателя возникает значительный пусковой ток. Поэтому пуск синхронных двигателей непосредственным включением в сеть на номинальное напряже­ние применяют при достаточной мощности сети, способной вы­держивать без заметного падения напряжения броски пускового тока пяти- или семикратного значения (по сравнению с номиналь­ным током). Если же мощность сети недостаточна, то можно при­менить пуск двигателя при пониженном напряжении: автотрансформаторный или реакторный.

 

Рабочие характеристики.

Рабочие характеристики синхрон­ного двигателя представляют собой зависимость частоты враще­ния ротора , потребляемой мощности , полезного момента , коэффициента мощности , и тока в обмотке статора  от полезной мощности двигателя  (рисунок 46). Частота вращения рото­ра  всегда равна синхронной частоте , поэтому гра­фик  имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс. Полезный момент на валу синхронного двигателя . Так как рабочие характеристики снимают при условии , то график  имеет вид прямой, выходящей из начала координат. Мощность на входе двигателя . С ростом нагрузки на валу двигателя увеличиваются также и потери , поэтому потребляемая мощность  растет быстрее полезной мощ­ности  и график  имеет несколько криволинейный вид.

 

 

 

Рисунок 46 –  Рабочие характеристики синхронного двигателя

 

Вид графика  зависит от вида настройки тока возбуждения: если в режиме х. х. ток возбуждения установлен та­ким, что = 1, то с ростом нагрузки коэффициент мощности снижается, если же установить =1 при номинальной на­грузке, то при недогрузке двигатель будет забирать из сети реак­тивный опережающий ток, а при перегрузке — отстающий. Обыч­но устанавливают ток возбуждения таким, чтобы =1 при средней нагрузке (рисунок 46). В этом случае коэффициент мощно­сти во всем диапазоне нагрузок остается достаточно высоким. Ес­ли же установить ток в обмотке возбуждения синхронного двига­теля таким, чтобы =1 был при нагрузке несколько превышающей номинальную, то при номинальной нагрузке   и двигатель будет потреблять из сети опережающий по отношению к напряжению сети ток, что приведет к повышению коэффициента мощности этой сети. В этом отношении синхрон­ные двигатели выгодно отличаются от асинхронных, работающих с отстающим по фазе током (особенно при недогрузке двигателя) и снижающих энергетические показатели питающей сети.

Ток в обмотке статора двигателя . Из этого выражения видно, что ток  с увеличением нагрузки на валу дви­гателя растет быстрее, чем потребляемая мощность , вследствие уменьшения .

Так как ротор синхронного двигателя вращается в ту же сторону, что и поле статора, то направление вращения ротора определяется порядком следования фаз линейных проводов, подведенных к обмотке статора, и порядком расположения фаз обмотки статора. Для изменения направления вращения трехфазного синхронного двигателя необходимо переключить два линейных привода, подведенных из сети к выводам обмотки статора.

В заключение необходимо отметить, что синхронные двигатели по сравнению с асинхронными имеют преимущество, заключающееся в том, что они могут работать с = 1, не создавая в щей сети индуктивных токов, вызывающих дополнительные потери энергии. Более того, при работе с перевозбуждением син­хронные двигатели создают в сети емкостный ток, чем способст­вуют повышению коэффициента мощности энергосистемы в це­лом. Другое достоинство синхронных двигателей состоит в том, что основная составляющая электро­магнитного момента пропорциональна напряжению сети , а у асинхронных двигателей электромагнитный момент пропорциона­лен . По этой причине при понижении напряжения в сети синхронные двигатели сохраняют большую перегрузочную способность, чем асинхронные.

К недостаткам синхронных двигателей относятся их более сложная конструкция и повышенная стоимость по сравнению с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Кроме того, для работы синхронного двигателя требуется устройство для питания постоянным током обмотки возбуждения.

Опыт эксплуатации показал, что применение синхронных двигателей общего назначения наиболее целесообразно при мощности 200 кВт и более в установках, не требующих частых пусков и регулирования частоты вращения (мощные насосы, вентиляторы, компрессоры и т. п.).

 

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Состав электрической схемы соединений (рисунок 47):

G1 – трехфазный источник питания;

G2 – источник питания двигателя постоянного тока;

G3 – возбудитель синхронной машины;

G4 – машина постоянного тока;

G5 – преобразователь угловых перемещений;

М1 – машина переменного тока;

А2 – трехфазная трансформаторная групп;

А6, А8 – трехполюсный выключатель;

А9 – реостат для цепи ротора машины переменного тока;

А10 – активная нагрузка;

А14 – линейный реактор;

Р3 – указатель частоты вращения;

А4 – коннектор;

А5 – персональный компьютер;

А12 – блок датчиков тока и напряжения.

Источник G1 – источник синусоидального напряжения частотой 50 Гц.

Источник питания двигателя постоянного тока G2 используется для питания регулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока G4, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением.

Активная нагрузка А10 используется для нагружения генератора G4.

Возбудитель G3 служит для питания обмотки возбуждения машины переменного тока М1, работающей в режиме синхронного двигателя.

Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата.

Машина (синхронный двигатель) М1 получает питание от источника G1 через трехфазную трансформаторную группу А2 и выключатель А6.

Реостат А9 выполняет роль резистора синхронизации и подключается выключателем А8 к обмотке возбуждения синхронного двигателя М1 на этапе пуска последнего.

С помощью линейного реактора А14 моделируется сопротивление кабеля, питающего двигатель М1.

Датчики тока и напряжения в блоке А12 обеспечивают гальваническую развязку силовой и измерительной цепей и преобразуют ток и напряжение статорной обмотки испытуемого двигателя М1 в пропорциональные им нормированные напряжения.

Через аналоговые входы АСН0-АСН8, АСН1-АСН9, АСН2-АСН10 коннектора А4 напряжения, пропорциональные частоте вращения, току и напряжению статорной обмотки испытуемого двигателя М1, вводятся в компьютер А5.

 

Задание.

- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

- Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

- Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

- Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

- Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3 и выключателей А6 и А8 установите в положение «РУЧН.».

- Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

- Установите в каждой фазе активной нагрузки А10 её суммарную величину 100 %.

- В трехфазной трансформаторной группе А2 установите номинальное напряжение вторичных обмоток трансформаторов, равное 220 В.

- Установите в каждой фазе реостата А9 суммарное сопротивление 8 Ом.

- Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А5, и запустите прикладную программу «Регистратор режимных параметров машины переменного тока».

- Включите выключатели «СЕТЬ» выключателей А6 и А8, указателя частоты вращения Р3 и блока А12 датчиков тока и напряжения.

- Включите выключатель А8 кнопкой «ВКЛ».

- Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

- Включите выключатель «СЕТЬ» возбудителя G3 и, вращая его регулировочную рукоятку, установите на его выходе напряжение, равное 20 В.

- Включите выключатель «СЕТЬ» источника G2 и, вращая его регулировочную рукоятку, установите напряжение на его выходе, например, 50 В.

- Нажмите на виртуальную кнопку «Запустить» на экране компьютера.

 

Рисунок 47 – Электрическая схема соединений

 

- Нажмите последовательно кнопки «ВКЛ.» источника G2, выключателя А6, возбудителя G3 (после разгона двигателя М1), спустя, например, 5 с кнопку «ОТКЛ.» выключателя А8 и затем не позднее, чем через 10 с, остановите сканирование данных. В результате должен осуществиться пуск нагруженного синхронного двигателя М1 и должны записаться в компьютер данные о режимных параметрах на этапе пуска.

- Нажмите кнопку «ОТКЛ.» источника G1.

- Отключите выключатели «СЕТЬ» блоков, задействованных в эксперименте.

- Используя возможности программы «Регистратор режимных параметров машины переменного тока», проанализируйте отображенные на мониторе компьютера механическую характеристику и временные зависимости тока статорной обмотки, электромагнитного момента, частоты вращения синхронного двигателя при пуске его в ход.

Контрольные вопросы:

1. Какой род тока требуется для питания обмоток статора и ротора синхронного двигателя?

2. Почему синхронный двигатель нельзя запустить простым подключением к сети? Объясните процесс пуска синхронного двигателя.

3. Какую роль выполняет пусковая обмотка синхронного двигателя во время его работы?

4. При каком условии и почему синхронный двигатель начинает генерировать реактивный ток?

5. Как по внешнему виду отличить синхронный компенсатор от синхронного двигателя?

6. Чем ограничивается область устойчивой работы синхронного двигателя?

7. Как регулируется коэффициент мощности синхронного двигателя?

8. Каково назначение синхронного компенсатора?

9. Каковы достоинства и недостатки синхронных двигателей по сравнению         с асинхронными?

 

 

Лабораторная работа №9

Задание.

 

- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

- Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

- Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

- Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений        (рисунок 55).

- Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3 и выключателей А6 и А8 установите в положение "РУЧН.".

- Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

- Регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 установите в положение "0".

- В трехфазной трансформаторной группе А2 установите номинальное напряжение вторичных обмоток трансформаторов равным 230 В.

- Установите в каждой фазе реостата А3 сопротивление 8 Ом.

- Включите выключатель «СЕТЬ» выключателей А6 и А8, блока мультиметров Р1, указателя частоты вращения Р3.

- Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

- Включите выключатель А8 кнопкой «ВКЛ».

- Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

- Включите выключатель «СЕТЬ» возбудителя G3 и, вращая его регулировочную рукоятку, установите на его выходе напряжение равным 20 В.

- Включите выключатель А6 кнопкой «ВКЛ». При этом двигатель М1 должен начать вращаться.

- Нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3. Двигатель М1 при этом должен перейти из асинхронного в синхронный режим работы с сетью. Частота его вращения n должна достичь 1500 мин^-1.

- Отключите выключатель А8 кнопкой «ОТКЛ».

- Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите и поддерживайте неизменным в ходе эксперимента ток возбуждения I_f , равным, например, 0,1 А.

- Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А10, изменяйте ток I якорной обмотки генератора G4 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I) и вольтметра Р1.2 (напряжение U якорной обмотки генератора G4) в таблицу 16.

 

Таблица 16 – Результаты измерений

 

I, A
U, B

 

- Верните регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 в положение "0".

- Установите путем регулирования тока возбуждения I_f  напряжение U якорной обмотки генератора G4, равным, например, 140 В.

- Перемещая регулировочные рукоятки активной нагрузки А10 по часовой стрелке и поддерживая путем регулирования тока возбуждения I_f напряжение U якорной обмотки неизменным и равным 140 В, изменяйте ток I якорной обмотки генератора G4 и заносите показания амперметров Р1.1 (ток I) и Р1.3 (ток I_f) в таблицу 17.

 

Таблица 17 – Результаты измерений

 

I, A
If, А

 

- Меняя положение регулировочных рукояток активной нагрузки А10 и поддерживая путем регулирования тока возбуждения I_f ток I якорной обмотки неизменным и равным, например, 0,15 А, изменяйте напряжение U якорной обмотки генератора G4 и заносите показания вольтметра Р1.2 (напряжение U) и амперметра Р1.3 (ток I_f) в таблицу 18.

 

Таблица 18 – Результаты измерений

 

If, А
U, В

 

- По завершении эксперимента у источника G2 поверните регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Отключите выключатель А6 нажатием кнопки "ОТКЛ.". Отключите источник G1 нажатием на кнопку – гриб, и последующим отключением ключа – выключателя. Отключите выключатель "СЕТЬ" возбудителя G3, выключателей А6 и А8, блока мультиметров Р1 и указателя частоты вращения Р3.

- Используя данные таблиц 14-16 постройте:

- внешнюю характеристику U = f ( I ) при n = const, I_f = const (таблица 16);

- регулировочную характеристику I_f = f ( I ) при n = const, U = const (таблица 17);

- нагрузочную характеристику U = f ( I_f ) при n = const, I = const (таблица 18).

 

Контрольные вопросы:

1. Какими уравнениями описывается рабочий процесс генератора?

2. При каких условиях происходит самовозбуждения генератора постоянного тока (ГПТ)?

3. Чем и почему отличается по конструкции последовательная и параллельная обмотка возбуждения?

4. Почему внешняя характеристика ГПТ независимого возбуждения более жесткая, чем генератора параллельного возбуждения?

5. Почему при встречном включении обмоток возбуждения ГПТ смешанного возбуждения при увеличении нагрузки резко падает напряжение?

6. Почему генераторы последовательного возбуждения практически не используются?

 

 

Лабораторная работа №10

Пуск двигателя.

Ток якоря двигателя определяется формулой

 

.

 

Если при­нять U и  неизменными, то ток  зависит от противо-ЭДС . Наибольшего значения ток  достигает при пуске двигателя в ход. В начальный момент пуска якорь двигателя неподвижен  и в его обмотке не индуцируется ЭДС . Поэтому при непо­средственном подключении двигателя к сети в обмотке его якоря возникает пусковой ток

 

                                                 .     

                                          

Обычно сопротивление  невелико, поэтому значение пус­кового тока достигает недопустимо больших значений, в 10-20 раз превышающих номинальный ток двигателя.

Такой большой пусковой ток весьма опасен для двигателя. Во-первых, он может вызвать в машине круговой огонь, а во-вторых, при таком токе в двигателе развивается чрезмерно большой пус­ковой момент, который оказывает ударное действие на вращаю­щиеся части двигателя и может механически их разрушить. И на­конец, этот ток вызывает резкое падение напряжения в сети, что неблагоприятно отражается на работе других потребителей, вклю­ченных в эту сеть. Поэтому пуск двигателя непосредственным подключением в сеть (безреостатный пуск) обычно применяют для двигателей мощностью не более 0,7-1,0 кВт. В этих двигате­лях благодаря повышенному сопротивлению обмотки якоря и не­большим вращающимся массам значение пускового тока лишь в 3-5 раз превышает номинальный, что не представляет опасности для двигателя. Что же касается двигателей большей мощности, то при их пуске для ограничения пускового тока используют пуско­вые реостаты (ПР), включаемые последовательно в цепь якоря (реостатный пуск).

Перед пуском двигателя необходимо рычаг Р реостата поста­вить на холостой контакт О (рисунок 57). Затем включают рубиль­ник, переводят рычаг на первый промежуточный контакт 1 и цепь якоря двигателя оказывается подключенной к сети через наиболь­шее сопротивление реостата .

Одновременно через рычаг Р и шину Ш к сети подключается обмотка возбуждения, ток в которой в течение всего периода пус­ка не зависит от положения рычага Р, так как сопротивление ши­ны по сравнению с сопротивлением обмотки возбуждения пренеб­режимо мало.

Пусковой ток якоря при полном сопротивлении пускового реостата

 

.

 

 

 

Рисунок 57 – Схема включения пускового реостата

 

С появлением тока в цепи якоря  возникает пусковой мо­мент , под действием которого начинается вращение якоря. По мере нарастания частоты вращения увеличивается противо-ЭДС , что ведет к уменьшению пускового тока и пуско­вого момента.

По мере разгона якоря двигателя рычаг пускового реостата переключают в положения 2, 3 и т. д. В положении 5 рычага рео­стата пуск двигателя заканчивается . Сопротивление пус­кового реостата выбирают обычно таким, чтобы наибольший пус­ковой ток превышал номинальный не более чем в 2-3 раза.

Так как вращающий момент двигателя М прямо пропорциона­лен потоку Ф , то для облегчения пуска двигателя па­раллельного и смешанного возбуждения сопротивление реостата в цепи возбуждения  следует полностью вывести . Поток возбуждения Ф в этом случае получает наибольшее значение и двигатель развивает необходимый вращающий момент при мень­шем токе якоря.

Для пуска двигателей большей мощности применять пусковые реостаты нецелесообразно, так как это вызвало бы значительные потери энергии. Кроме того, пусковые реостаты были бы громозд­кими. Поэтому в двигателях большой мощности применяют без­реостатный пуск двигателя путем понижения напряжения. Приме­рами этого являются пуск тяговых двигателей электровоза переключением их с последовательного соединения при пуске на параллельное при нормальной работе или пуск двига­теля в схеме «генератор-двигатель».

 

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

Состав электрической схемы соединений (рисунок 58).

G1 – Трехфазный источник питания;

G2 – Источник питания двигателя постоянного тока;

G3 – Возбудитель синхронной машины;

G5 – Преобразователь угловых перемещений;

G6 – Машина переменного тока;

М2 – Машина постоянного тока;

А10 – Активная нагрузка;

Р1 – Блок мультиметров;

Р3 – Указатель частоты вращения.

Источник G1 – источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

Источник питания G2 двигателя постоянного тока используется для питания регулируемым напряжением якорной обмотки и нерегулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока М2, работающей в режиме двигателя с независимым возбуждением и для питания регулируемым напряжением якорной обмотки и обмотки возбуждения машины постоянного тока М2, работающей в режиме двигателя с параллельным / последовательным возбуждением.

Возбудитель G3 служит для питания обмотки возбуждения машины переменного тока G6, работающей в режиме синхронного генератора.

Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата.

Синхронный генератор G6 питает активную нагрузку А10, выступая в качестве нагрузочной машины.

С помощью мультиметров блока Р1 контролируются напряжение и ток якорной обмотки двигателя М2.

 

Задание.

 

- Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

- Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

- Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

- Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рисунок 58).     

- Переключатели режима работы источника G2 и возбудителя G3 установите в положение "РУЧН.".

- Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

- Установите в каждой фазе активной нагрузки А10 суммарную ее величину 100 %.

- Включите выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и указателя частоты вращения Р3.

- Активизируйте мультиметры блока Р1, задействованные в эксперименте.

- Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

- Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

 

 

Рисунок 58 – Электрическая схема соединений

 

- Вращая регулировочную рукоятку источника G2, разгоните двигатель М2 до частоты вращения n, например, равной 1500 мин^-1.

- Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3.

- Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, изменяйте ток якоря I (ток не должен превышать значения 1,0 А) двигателя М2 и заносите показания амперметра Р1.1 (ток I), вольтметра Р1.2 (напряжение U якоря двигателя М2) и указателя Р3 (частота вращения n) в таблицу 19.

 

Таблица 19 – Результаты измерений

 

I, A
U, В
n, мин-1

 

- По завершении эксперимента сначала у возбудителя G3, а затем у источника G2 поверните регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Отключите источник G1 нажатием на кнопку – гриб.

- Используя данные таблицы 19, для каждого значения частоты вращения n вычислите по формуле

[H ^. м]

 

и занесите в таблицу 20 значения электромагнитного момента двигателя М2.

 

Таблица 20 – Результаты расчетов

 

n, мин-1
М, Н·м

 

Используя данные таблицы 20, постройте искомую статическую механическую характеристику n=f(М) двигателя постоянного тока.

 

Контрольные вопросы

1. Какие существуют способы пуска двигателя постоянного тока (ДПТ)?

2. Как изменить направление вращения якоря?

3. Каково назначение главных и добавочных полюсов в двигателе?

4. Как установить экспериментально наименование зажимов выводов обмоток двигателя постоянного тока?

5. Как можно регулировать частоту вращения якоря двигателя и чем ограничен ее верхний предел?

6. Почему регулирование частоты вращения якоря двигателя потоком возбуждения производится путем уменьшения тока возбуждения по сравнению с номинальным?

7. Как влияет способ возбуждения на механические характеристики двигателя постоянного тока?

8. Какие последствия для двигателя постоянного тока имеет обрыв обмотки возбуждения?

9. Почему пусковой ток ДПТ значительно выше рабочего тока?

10. Как изменяется частота вращения ДПТ параллельного, последовательного и смешанного возбуждения при увеличении нагрузки на валу?

11. Благодаря каким свойствам ДПТ последовательного возбуждения применяют в качестве тяговых и крановых?

12. В чем отличие искусственных механических характеристик от естественных?

13. Какими уравнениями описывается рабочий процесс ДПТ?

 

 

Практическая работа №2

Волновые обмотки якоря

Простая волновая обмотка. Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов (рисунок 65). Концы секций простой волновой обмотки присоединены к коллекторным пластинам, уда­ленным друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору у_к =у. За один обход по якорю укладывают столько секций, сколь­ко пар полюсов имеет машина, при этом конец последней по об­ходу секции присоединяют к пластине, расположенной радом с исходной.

Простую волновую обмотку называют левоходовой, если ко­нец последней по обходу секций присоединяется к пластине, на­ходящейся слева от исходной (рисунок 65, а). Если же эта пластина находится справа от исходной, то обмотку называют правоходовой (рисунок 65, б). Секции волновой обмотки могут быть одновитковыми и многовитковыми. Шаг простой волновой обмотки по кол­лектору

                                          .

                           

Знак минус соответствует левоходовой обмотке, а знак плюс – правоходовой. Правоходовая обмотка не получила практического применения, так как ее выполнение связано с дополнительным расходом меди на перекрещивание лобовых частей.

Первый частичный шаг обмотки определяют по формуле

 

,

 

а вто­рой частичный шаг

.

Пример 4. Четырехполюсная машина постоянного тока имеет простую волновую обмотку якоря из 13 секций. Построить развернутую схему и схему параллельных ветвей этой обмотки.

Решение. Шаги обмотки:    

 

 пазов;

 

 паза;

 

 паза.

При первом обходе по якорю укладываем секции 1 и 7 (рисунок 65, в). При втором обходе укладываем секции 13 и 6 и т. д., пока не будут уложены все 13 секций и обмотка не окажется замкнутой. Секции 3, 6 и 9 в рассматриваемый момент времени замкнуты накоротко через щетки одинаковой полярности и провода, соеди­няющие их.

Рисунок 65 – Простая волновая обмотка: а – правоходовая, б – левоходовая;

в – развернутая схема

 

Рисунок 66 – Электрическая схема обмотки рисунка 65, в

Затем определяем полярность щеток. Далее выполня­ем электрическую схему (схему параллельных ветвей), из которой видно (рисунок 66), что обмотка состоит из двух параллельных вет­вей (2  = 2). Это является характерным для простых волновых об­моток, у которых число параллельных ветвей не зависит от числа полюсов и всегда равно двум.

Из рассмотренных схем видно, что секции, входящие в одну параллельную ветвь, равномерно распределены под всеми полю­сами машины. Следует также отметить, что в простой волновой обмотке можно было бы обойтись двумя щетками, например щет­ками  и . Но в этом случае нарушилась бы симметрия обмотки, и число секций в параллельных ветвях стало бы неодинаковым: в одной ветви семь секций, а в другой – шесть. Поэтому в ма­шинах с простыми волновыми обмотками устанавливают пол­ный комплект щеток, столько же, сколько главных полюсов, тем более что это позволяет уменьшить значение тока, прихо­дящегося на каждую щетку, а, следовательно, уменьшить раз­меры коллектора.

 

Сложная волновая обмотка (рисунок 67). Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре, образуют сложную волновую обмотку.

 

 

Рисунок 67 – Развернутая схема сложной волновой обмотки

 

Число параллельных ветвей в сложной волновой обмотке 2  = 2  (обычно 2  = 4), где т — чис­ло простых обмоток в сложной (обычно т = 2). Простые обмотки, входящие в сложную, соединяют параллельно посредством щеток. Шаг по коллектору, а, следовательно, и результирующий шаг по якорю

 

.

 

Первый частичный шаг по якорю определяют по формуле

 

.

 

 

Пример 5. Сложная волновая обмотка с  = 2 состоит из 18 секций.

Выполнить развернутую схему этой обмотки, если 2  = 4.

Решение. Шаги обмотки:

 

 паза,

 пазов;

 

 паза.

 

Порядок выполнения схемы обмотки такой же, как и при сложной петлевой обмотке: сначала укладывают в пазы якоря одну простую обмотку, состоящую из нечетных секций, а затем другую, состоящую из четных секций (рисунок 67) Число параллельных ветвей в обмотке 2  = 4.

 

Практическая работа № 3

 

Задание.

 

Выполнить расчет обмотки, если МДС катушки составляет 3,573·10³ А∙В; ток, потребляемый нагретой катушкой равен 0,117 А.

Контрольные вопросы:

 

1. Чем определяется МДС катушки постоянного тока?

2. От чего зависит число витков обмотки постоянного тока?

3. Что такое сила тяги электромагнита?

Лабораторная работа №11

 

Контактор – это коммутационный аппарат, предназначенный для частых включений и отключений электрических цепей при нормальных режимах работы. Контакторы постоянного тока коммутируют цепь постоянного тока и управляется постоянным током.

Исследуемые контакторы типа КВМ-521 предназначены для дистанционного включения соленоидов приводов выключателей высокого напряжения и выпускаются двухполюсными на токи до 50 А, напряжение 220 В. Собственное время срабатывания – около 0,1 с, а отпускания (возврата) – около 0,05 с. Частота срабатывания достигает 600 включений и отключений в час. Конструкция контактора типа КВМ-521 аналогична конструкции контактора типа КПВ-600, устройство которого показано на рисунке 73.

Все узлы и детали крепятся на основной скобе 6, имеющей Z-образную форму. Скоба является также магнитопроводом электромагнитного контактора. На нижнем конце скобы с помощью болта укреплен сердечник 20 с полюсным наконечником 19. На сердечнике находится намагничивающая катушка 21. На верхнем конце скобы установлено пластмассовое основание 5 с закрепленными на нем дугогасительной катушкой 3, дугогасительным рогом 2 неподвижного контакта, неподвижным контактом 1, дугогасительными щеками 15 и дугогасительной камерой 22. Последняя удерживается на выступе дугогасительного рога неподвижного контакта лишь собственным весом и может быть легко снята без отвинчивания каких-либо деталей.

Скоба 6 имеет прямоугольную прорезь, в которую вставляются якорь 17 Г-образной формы. Якорь несет на себе подвижный контакт 7, снабженный контактной пружиной 12. Подвижный контакт может свободно поворачиваться на призме 8, благодаря чему обеспечивается возможность перекатывания контактной поверхности подвижного контакта по контактной поверхности неподвижного контакта при включении и отключении контактора. Контактная пружина 12 создает в контакте необходимое нажатие и позволяет осуществить провал контактов. Дугогасительным рогом 11 подвижного контакта служит пластина, закрепленная на Z-образной скобе. Подвижный контакт соединяется с выводной шинкой 9 гибкой связью 10. Вводом является шинка 4.

Рисунок 73 – Контактор постоянного тока типа КПВ-600

Электрическая дуга 14, возникающая при отключении между подвижным и неподвижным контактами, загоняется электродинамической силой в узкую щель дугогасительной камеры 22. Катушка 3 магнитного дутья создает магнитный поток, который по сердечнику и дугогасительным щекам 15 подводится в дуговой промежуток, что приводит к возрастанию силы F.

Возврат якоря в исходное положение после отключения контактора происходит под воздействием возвратной пружины 13. С целью повышения механической износоустойчивости вращение якоря 17 выполнено на встречных призмах 24 и 25. На якоре закреплена пластина 18, в которую упирается призма-вставка 25,закрепленная на Z-образной скобе, и штифт-призма 24. Штифт-призма 24 прижимается к пластине 18 цилиндрической пружиной 16, насаженной на этот штифт. Другим концом пружина 16 упирается в фасонную пластину 23. С помощью пружины 16 устраняется возможность появления зазора между пластиной 18 и вставкой-призмой 25.

Конструктивное выполнение узла вращения, исключающее возможность перемещения якоря вдоль призмы, значительно повышает износоустойчивость данного узла. Этому способствует также и расположение сердечника, а, следовательно, и участка скобы магнитопровода, на который упирается якорь, под углом 15⁰ к горизонтальной поверхности. Расположение магнитной системы под углом 15⁰ к горизонтальной плоскости устранило смещение при отключении контактора в момент удара якоря об упор 26.

 

Порядок выполнения работы:

1. Выполнить задание лабораторной работы.

2. Составить отчет.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Ход работы:

 

Схема испытания контактора постоянного тока типа КМВ-521 приведена на рисунке 74.

 

 

Рисунок 74 – Принципиальная схема стенда

 

Напряжение на катушке контактора КМ изменяется с помощью потенциометра R и измеряется вольтметром pV1. Ток в обмотке контактора КМ измеряется амперметром pА1. Потенциометр R к сети постоянного тока 210 В подключается выключателем SA1 (загорается лампочка HL1).

Время срабатывания и время отпускания контактора измеряется электросекундомером РТ, который подключается к сети переменного тока напряжением 220 В и выключателями SA2 (загорается лампочка HL2). При срабатывании контактора загорается лампочка HL3.

При возникновении аварийной ситуации на стенде немедленно отключить выключатели SA1, SA2. Рукоятка выключателя SA1 переводится вниз, а рукоятка выключателя SA2 – в нейтральное положение.

 

Задание.

 

- Ознакомиться с конструкцией и схемой испытания контактора постоянного тока.

- Экспериментально определить напряжение срабатывания U_сраб, отпускания (возврата) U_отп и коэффициент возврата  контактора постоянного тока k_в.

- Экспериментально определить время срабатывания t_сраб и время отпускания t_отп  контактора постоянного тока для двух напряжений питания 210 и 160 В.

- Поставить выключатель SA3 в верхнее положение и включить выключатель SA1. Плавно увеличивая напряжение на катушке электромагнита постоянного тока с помощью потенциометра R1, определить напряжение срабатывания U_сраб. Затем, плавно уменьшая напряжение, определить напряжение отпускания U_отп. Коэффициент возврата найти, как 

 

-

 

- По окончании опыта отключить выключатель SA1.

- Для определения времени срабатывания или отпускания включить SA1 и установить с помощью R1 нужное напряжение. Поставить переключатель SA4 и выключатель SA2 в положение «срабатывание» или «отпускание» и, коммутируя переключателем SA3, определить время срабатывания (SA3 включен – верхнее положение) или отпускания (SA3 отключен – нижнее положение). По окончании опыта отключить SA1, а выключатель SA2 поставить в положение «ОТКЛ» (нейтральное положение).

 

Контрольные вопросы:

 

1. Устройство и принцип работы контактора постоянного тока.

2. Каково назначение катушек магнитного дутья в контакторах постоянного тока?

3. Для чего в контакторах постоянного тока поворот якоря выполняется на встречных призмах?

4. Каково назначение полюсного наконечника в контакторах постоянного тока?

5. Что такое коэффициент возврата электромагнитного механизма?

6. Определение коэффициента возврата.

7. Что такое время срабатывания и время отпускания контактора?

7.

 

Лабораторная работа №12

 

Задание.

- Определите тип магнитного пускателя и запишите его технические
данные.

- Снимите крышку магнитного пускателя и рассмотрите устройство его
основных частей.

- Проверьте состояние главных контактов и блок-контактов; если
требуется, очистите их от пыли, грязи, нагара.

- Проверьте с помощью омметра (контрольной лампы) целостность
обмотки; если она не исправна, отремонтируйте или замените ее.

- Установите исправный магнитный пускатель вертикально на щитке.

- Разберите кнопочный нажимной выключатель; изучите его
устройство, очистьте и отрегулируйте контакты, соберите
выключатель.

 

Контрольные вопросы:

1. Что такое магнитный пускатель?

2.  Объясните принцип действия магнитного пускателя?

3.  Как работает магнитный пускатель?

4.  Какие пускатели называются реверсивными?

5.  Какие пускатели называются нереверсивными?

6.  Для чего предназначены магнитные пускатели?

7.  Как осуществляется выбор магнитного пускателя?

 

 

Лабораторная работа №13

 

Лабораторная работа №14

 

Задание.

 

- Изучить конструкцию и работу реле РЭВ-800.

- Экспериментально определить и представить в виде графиков зависимости выдержки времени реле РЭВ-800 от затяжки отключающей пружины  t _отп = f ( n ), где n – число оборотов гайки, стягивающей пружину 8 (рисунок 84), при напряжении на катушке U=210 В и толщине немагнитной прокладки между якорем и сердечником δ =0,2 и 0,6 мм (всего две зависимости).

- Экспериментально определить и представить в виде графиков зависимости выдержки времени реле РЭВ-800 от толщины немагнитной прокладки t _отп = f (δ) при напряжении на катушке U = 210 В и двух состояниях отклю-чающей пружины 8 (рисунок 84): затяжка отсутствует (n=0) и затяжка пружины 8 на величину 6 мм (n=5) (всего две зависимости).

- Экспериментально определить и представить в виде графика зависимость времени отпускания реле РЭВ-800 от величины питающего напряжения t _отп = f (U) при трех оборотах гайки, затягивающей пружину 8.

- При всех перестановках на реле РЭВ-800 обязательно отключить выключатели SA1 и SA2, переключатель SN поставить в среднее положение.

- Натяг регулировочной пружины устанавливается с помощью прокладок толщиной 0.1 мм, устанавливаемых между тарельчатой шайбой 9 и гайкой. Установка немагнитной прокладки производится следующим образом: острием ножа слегка отогнуть основную прокладку 13 (рисунок 84) и между нею и сердечником установить добавочную прокладку.

- Натяг возвратной пружины 4 (рисунок 4) регулируется с помощью прокладок, устанавливаемых между шайбой и корончатой гайкой 5.

 

Контрольные вопросы:

1. Какие пределы выдержки времени может давать реле с электромагнитным замедлением (при срабатывании и отпускании)?

2. Объясните принцип действия реле РЭВ – 800.

3. Как зависит время отпускания реле с электромагнитным замедлением от силы регулировочной пружины? Объясните эту зависимость.

4. Как зависит выдержка времени при отпускании реле с электромагнитным замедлением от толщины немагнитной прокладки в рабочем зазоре? Объясните эту зависимость.

5. Как зависит время отпускания реле с электромагнитным замедлением от длительности пребывания реле под напряжением?

6. Как зависит время срабатывания от величины питающего напряжения?

6.Какие пределы выдержки времени могут давать реле с анкерным механизмом ЭВ – 100, ЭВ – 200 (при срабатывании и отпускании)?

7. Каким путем устанавливается различная выдержка времени в реле времени с анкерным механизмом?

 

 

Лабораторная работа №5

Задание.

- Подать питание с помощью шнура с вилкой, включить питание на стол с помощью автоматического выключателя.

- Включить испытуемый автоматический выключатель А1.

- Включить автоматический выключатель А2, закорачивающий нагрузку.

- Пронаблюдать за происходящими процессами.

- Записать результаты.

- Привести аппарат в исходное положение.

- Отключить питание стенда.

-

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначены различные виды автоматических выключателей?

2. Из чего состоит автоматический выключатель?

3. Когда используется дугогасительная камера?

4. В каких состояниях могут находиться контакты?

5. Какие встречаются виды расцепителей и для чего они предназначены?

6. Как ориентировочно определить, на каких токах работает автоматический выключатель?

7. Сработает ли автоматический выключатель, если схему задействовать через один контакт. Почему?

8. Как работает дугогасительная камера?

9. Какими способами можно управлять положениями контактов автоматического выключателя?

10. Какие серии автоматических выключателей получили наибольшее применение?

11. Какие достоинства и недостатки имеют автоматические выключатели в сравнении с плавкими предохранителями?

 

 

Лабораторная работа №16

Задание.

 

- Ознакомиться с устройством и принципом действия схемы.

- Вычертить схему и уяснить назначение всех ее элементов.

- Подключить вилку питания к розетке напряжением 220 В.

- Замерить напряжения при работе схемы.

- Сделать заготовку отчета к данной лабораторной работе.

- Ответить на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы:

 

1. В чем заключается назначение и принцип действия схемы?

2. Где можно применить подобные схемы?

3. Почему в этой схеме используют симистор, а не простой тиристор?

4. Почему в этой схеме используется конденсатор С2, а не резистор?

 

 

Практическая работа № 4

Задание.

Исходные данные представлены в таблице 23.

 

 

Таблица 23 – Исходные данные к практической работе №5

 

Вариант	Категория электро-снабжения	Напря-жение, В	Электроприемник	Рн, кВт	cosφ	tgφ
1	1	380	Станок фрезерный	11,5	0,5	1,73
2	2	380	Вентилятор	15	0,8	0,75
3	3	380	Насосная установка	55	0,8	0,75
4	2	380	Тележка подвесная	4	0,5	1,73
5	3	380	Станок наждачный	2,8	0,5	1,73
6	1	380	Станок винторезный	15	0,5	1,73
7	3	380	Станок расточный	42	0,5	1,73
8	1	380	Станок шлифовальный	3	0,5	1,73
9	2	380	Станок слиткообдирочный	45	0,5	1,73
10	1	380	Станок сверлильный	4	0,5	1,73
11	2	380	Молоток ковочный	15	0,65	1,17
12	3	380	Пресс штамповочный	4,5	0,65	1,17
13	2	380	Автомат фрезерный	7,5	065	1,17
14	3	380	Печь индукционная	8	0,35	2,67
15	1	380	Печь дуговая	30	0,87	0,56
16	1	380	Станок токарный	14	0,5	1,73
17	2	380	Тельфер транспортный	10	0,5	1,73
18	3	380	Станок карусельный	40	0,5	1,73
19	2	380	Станок строгальный	11	0,5	1,73
20	3	380	Печь сопротивления	35	0,95	0,33
21	1	380	Вентилятор	15	0,8	0,75
22	3	380	Станок шлифовальный	3	0,5	1,73
23	1	380	Станок расточный	42	0,5	1,73
24	2	380	Кран мостовой	30	0,5	1,73
25	1	380	Станок слиткообдирочный	45	0,5	1,73
26	2	380	Конвейер ленточный	35	0,75	0,88
27	3	380	Транспортер роликовый	10	0,5	1,73
28	2	380	Печь индукционная	8	0,35	2,67
29	3	380	Автомат фрезерный	7,5	065	1,17
30	1	380	Компрессорная установка	28	0,8	0,75

Контрольные вопросы:

1. Почему автоматические выключатели проверяют на электродинамическую и термическую стойкость при коротком замыкании?

2. Отличаются ли друг от друга номинальный ток предохранителя и номинальный ток его плавкой вставки?

3. Почему при проверке на электродинамическую стойкость учитывается ударный ток трехфазного короткого замыкания?

4. Если продолжительность короткого замыкания окажется больше паспортного термического времени, то как изменится ток термической стойкости?

 

Список использованной литературы

 

1. Кацман, М. М. Электрические машины: Учеб. для  студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / М. М. Кацман. – 10-е изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 416 с.

2. Кацман, М. М. Лабораторные работы по электрическим машинам и электрическому приводу: учеб. пособие для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / М. М. Кацман. – 7-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2011. – 256 с.

3. Розанова, Ю. К. Электрические и электронные аппараты: Учебник для вузов / Под ред. Ю. К. Розанова. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Информэлектро, 2001. – 420 с.: ил.

4. Цикановская, М. И. Электрические машины и аппараты. Часть 2: Методические      указания  к      лабораторным  работам / М. И. Цикановская, С. В. Митрофанов. – Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2003. – 32 с.

5. Дьяков, В. И. Типовые расчеты по электрооборудованию: Практ. пособие – 7-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1991. – 160 с.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

 

 

Для специальности

Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) 

По междисциплинарному курсу: «Электрические машины и аппараты»

 

Кумертау – 2014 г.

«Рассмотрено»                                                                                       «Утверждаю»

На заседании ЦК                                                                                   Зам. директора по УиНР

Протокол №__ от___________                                                       филиала ФГБОУ ВПО

________________                                                                                 «УГАТУ» в г. Кумертау

                                                                                                            ____________Р.Р. Исмагилов

 

 

Методические указания содержат материал для выполнения студентами лабораторных и практических работ по междисциплинарному курсу «Электрические машины и аппараты» для специальности «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)».

 

 

Организация-разработчик: отделение  СПО  филиала  ФГБОУ  ВПО  «УГАТУ»   

в  г. Кумертау «Авиационный технический колледж»

 

 

Разработчик: В.Ф. Абубакирова, преподаватель

 

Рецензенты:

 

 

Филиал ФГБОУ ВПО «УГАТУ»

в г. Кумертау, отделение СПО

«Авиационный технический

колледж»________________                   ___преподаватель_____  ____Матвиенко Т.В._______

 (место работы)                                      (занимаемая должность)         (инициалы, фамилия)

 

ООО «Ремэнерго»                                    ___главный инженер___   _____Бикбаев Р.С._______

(место работы)                                       (занимаемая должность)        (инициалы, фамилия)

 

                                                     

Содержание

 

Предисловие………………………………………………………………………..…...	4
Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ……………..	5
Оказание доврачебной помощи при поражении человека электрическим током.…	6
Лабораторная работа №1. Определение коэффициента трансформации однофазного трансформатора……………………………………………………….…	7
Лабораторная работа №2. Измерение электрических величин при исследовании однофазного двухобмоточного силового трансформатора………………………….	10
Лабораторная работа №3. Исследование параллельной работы трехфазных двухобмоточных силовых трансформаторов…………………………………………	22
Практическая работа №1. Упрощенный расчет трансформатора…………………...	29
Лабораторная работа №4. Исследование трехфазного асинхронного двигателя методом непосредственной нагрузки…………………………………………………	38
Лабораторная работа №5. Опытное изучение способов пуска трехфазного асинхронного двигателя………………………………………………………………..	56
Лабораторная работа №6. Исследование асинхронного двигателя в однофазном и конденсаторном режимах……………………………….……………………………..	62
Лабораторная работа №7. Исследование параллельной работы трехфазных синхронных генераторов…………………………………………………………….…	68
Лабораторная работа №8. Исследование работы трехфазного синхронного двигателя………………………………………………………………………………...	78
Лабораторная работа №9. Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением…………………………………………………………...	89
Лабораторная работа №10. Исследование двигателя постоянного тока с независимым возбуждением…………………………………………………………...	100
Практическая работа №2. Расчет и схема соединений обмоток якоря машины постоянного тока……………………………………………………………………….	108
Практическая работа №3. Расчет электромагнита постоянного тока………………	124
Лабораторная работа №11. Исследование работы контактора постоянного тока…	127
Лабораторная работа №12. Исследование работы магнитного пускателя…………	132
Лабораторная работа №13. Исследование работы реле максимального тока……...	136
Лабораторная работа №14. Исследование работы различных типов реле времени.	140
Лабораторная работа №15. Изучение различных типов автоматов.	147
Лабораторная работа №16. Изучение работы бесконтактных коммутационных устройств……………………………………………………………………...…………	152
Практическая работа №4. Выбор электрических и электронных аппаратов по заданным техническим условиям и проверка их на соответствие заданным режимам работы………………………………………………………………………...	154
Список использованной литературы………………………………………………….	158

 

Предисловие

В учебном процессе наряду с теоретическим обучением значительное место отводится выполнению лабораторных работ, что способствует повышению уровня подготовки будущих специалистов.

В процессе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся не только с исследуемыми электромеханическими устройствами, но и приобретают определенные навыки использования измерительных приборов и иного электрооборудования. У студентов накапливается определенный опыт экспериментирования и обработки полученных результатов.

В методических указаниях предусмотрено выполнение лабораторных работ по следующим разделам: трансформаторы, асинхронные машины, синхронные машины, машины постоянного тока, электрические аппараты.

Данные методические указания к лабораторным и практическим работам междисциплинарного курса профессионального модуля ПМ.01 МДК 01.01 «Электрические машины и аппараты» разработаны в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом; базисным учебным планом по специальности среднего профессионального образования «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)» и на основе рабочей программы профессионального модуля ПМ.01 МДК 01.01 «Электрические машины и аппараты». Указания являются необходимой составной частью учебного методического комплекса и включают 16 лабораторных работ и 4 практические работы. Их последовательность соответствует расположению основных разделов курса профессионального модуля в рабочих программах.

Методические указания помогут студентам приобрести практические навыки расчетов и построений схем устройства и управления электрическими машинами и аппаратами, усвоить методику расчета и выбора электрических машин и аппаратов для конкретных технологических процессов.

Описанию лабораторных и практических работ предшествуют теоретические сведения, а завершают их контрольные вопросы для самопроверки, которые дают возможность студентам закрепить полученные на теоретических занятиях знания, расширить и углубить их.

Указания содержат методику выполнения лабораторных и практических работ, определяют порядок оформления отчетов, а также список литературы.

Отчет должен содержать следующие сведения:

1) Номер и название работы, дату выполнения.

2) Цель работы.

3) Выполненные задания.

4) Ответы на контрольные вопросы.

 

 

Правила техники безопасности при проведении

Лабораторных работ

1. Приступая к выполнению цикла лабораторных работ, студенты проходят вводный инструктаж на рабочем месте у преподавателя, ведущего занятия, о чем делается соответствующая запись в журнале по технике безопасности за подписями студентов и преподавателя.

2. Лабораторные работы выполняются фронтальным способом на соответствующих стендах. Стенды предназначены для испытания электрических машин постоянного и переменного токов.

3. В состав стендов входят: электрическая машина (машины);  коммутационная аппаратура, контрольно-измерительные приборы, пускорегулирующая аппаратура, устройства защиты и сигнализации.

4. Для питания электрических машин используется трехфазное напряжение переменного тока 380/220 В и напряжение постоянного тока 220 В.

5. Каждый стенд имеет автоматический выключатель, позволяющий обесточить электрооборудование стенда. Кроме того, все стенды могут быть обесточены общим рубильником, отключающим электрическое питание, поступающее в лабораторию.

6. В лаборатории запрещается сорить, громко разговаривать, находиться в верхней одежде, без нужды переходить с места на место и загромождать рабочие места посторонними предметами.

7. Перед выполнением лабораторной работы каждому студенту необходимо четко уяснить цель и задачи работы, ознакомиться с описанием лабораторной установки и порядком выполнения работы, знать правила эксплуатации используемых в работе приборов и устройств.

8. Запрещается включать цепь и приступать к измерению без предварительной проверки преподавателем всех соединений.

Студент должен рассказать преподавателю о назначении приборов цепи, объяснить, в каком порядке будут проводиться опыты, и каким образом будут устанавливаться их необходимые режимы.

9. Категорически запрещается при включенном рубильнике (автомате) производить какие-либо присоединения отдельных элементов цепи или подсоединение новых элементов проводниками.

10. В случае каких-либо пересоединений в цепи, она должна быть вновь проверена преподавателем.

11. Не следует касаться руками контактов и зажимных клемм стендов, не будучи убежденными в отсутствии напряжения (сигнальная лампа не горит). При включенном питании категорически запрещается прикасаться к клеммам стенда, к штангам и обмоткам реостатов.

12. Регулировку реостатов производить плавно и только с помощью пластмассовой ручки движка реостата.

13. Операции переключения и регулирования производить только одной рукой, не прикасаясь при этом к корпусу стенда.

14. В случае короткого замыкания или других повреждений в стенде необходимо быстро отключить питание коммутационным аппаратом стенда (если не сработал соответствующий автомат).

15. Всегда помнить, что в схемах, содержащих индуктивности и емкости, напряжение на отдельных участках цепи может значительно превышать напряжение на входе. Необходимо следить за тем, чтобы напряжение и токи в цепи не превышали допустимых значений.

16. Измерения напряжений с помощью переносного вольтметра можно производить только при хорошо изолированных проводниках.

17. Все коммутационные переключения, а также их последовательность производить согласно данным в методических указаниях рекомендациям.

18. При включении рубильника (автомата), подающего напряжение к стенду, каждый раз предупреждать об этом товарищей по работе.

19. При обнаружении поломки оборудования или неисправности в работе стенда, вызвать лаборанта.

20. Запрещается оставлять без надзора установки, приведенные в рабочее состояние.

21. По окончании эксперимента отключить питание электроустановки, согласно указаниям, приведенным в соответствующей работе.

22. Лица, виновные в нарушении настоящих правил техники безопасности, от дальнейшего прохождения лабораторных работ отстраняются и подвергаются взысканиям в зависимости от степени и характера нарушения в административном или уголовном порядке.

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: