Конструктивная схема АД Основные соотношения,

Номер Опыта

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Поясня ющие принцип

Действия АД

n₁₌

E₁=

E₂=

E₂_S=

рис.4

Паспортные данные АД

Таблица 1

Tun	P₂,кВт	n_НОМ, мин^-1	U_1H_ОМ,B	I_1H_ОМ,A	h_H_ОМ	Cosj_H_ОМ

1. Прямой пуск и пуск при понижении напряжения источника

Таблица 2

U_Л_,B	I_n_,A
220
127

2. Пуск АД при соединении обмоток по схеме “звезда”

Таблица 3

U_Л_,B	I_n_,A
220

3. Испытание АД в режиме холостого хода

Эксплуатационные параметры АД в режиме холостого хода

Таблица 5

U₁_,B	I₁_,A	P_x,Вт	n_x_,мин^-1

РАСЧЁТНО – ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Таблица 6

K_n	I_1x%	S_x	S _ном	Cosj_x

Расчётные формулы:

K_n= I_1x%= S_x=

S _ном= Cosj_x=

Краткие выводы по работе (содержат ответы на контрольные вопросы 6-9)

Группа_____Студент______Дата_____

Преподаватель____________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Освоить методику экспериментального определения механической характеристики исследуемого двигателя.

2. Провести анализ свойств асинхронного двигателя по его механической характеристике.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Механическая характеристика асинхронного двигателя сказывает между собой две основные механические величины двигателя - частоту вращения ротора и вращающий момент, развиваемый на валу . Вращающий момент асинхронного двигателя возникает в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с индуцированным им токам ротора:

(1)

где – постоянная двигателя, Н м/(Вб А);

- магнитныйпотокмашины, Вб;

- угол сдвига фаз между током и ЭДС ротора,

наведенной вращающимсямагнитным полем.

Входящие в формулу (1) величины и можно выразить через питающее напряжение и параметры двигателя:

(2)

где - активное и индуктивное сопротивление

обмотки статора, Ом;

- приведенные к статорной обмотке

активное и индуктивное сопротивление

обмотки ротора, Ом;

- скольжение;

- частота. вращения магнитного поля,

об/Мин;

- число пар полюсов магнитного поля

машины;

- частота питающей сети, Гц.

Из соотношения (2) следует, что при заданном значении напряжения вращающий момент двигателя зависит только отскольжения, S, а следовательно, от частоты вращения ротора n, поскольку . Поэтому, задаваясь различными значениями в пределах от нуля до единицы, можно определить соответствующие им значения момента двигателя и построить график (рис.1, а также график механической характеристики двигателя (рис. 2)

Механическая характеристика является основной характеристикой любого электрического двигателя, определяющей его эксплуатационные свойства. Она имеет ряд характерных точек 1,2,3, (рис.1,2), которые отражаются в паспортных данных двигателя. Величины, соответствующие точкам 1,2,привоцятек в паспортных данных, как правило, в относительных единицах к величинам номинального режима ( – точка 3). Номинальный режим для каждого двигателя определяется как режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Точка определяет пусковой момент: , развиваемый двигателем в неподвижном состоянии, т.е. при (или . В паспортных ценных указывается отношение пусковогомомента к номинальному, называемое кратностью пускового момента Для двигателей с короткозамкнутым ротором . Точка 2 определяет максимальный момент двигателя, развиваемый им при некотором скольжении , называемом критическим, которому соответствует частота вращения .

В паспорте двигателя приводится отношение называемое перегрузочной способностью асинхронного двигателя.

Пренебрегая активным сопротивлением обмотки статора , величины можно определить из соотношения (2), воспользовавшись условием экстремума функции :

(3)

С учетом формул (3 из выражения (2) можно получить известную формулу Клосса

(4)

которая широко используется для построения механической; характеристики асинхронного двигателя по его паспортным данным .При этом критическое скольжение определяют через паспортные данные следующим образом:

(5)

Точки 1,2,3 разбивают механическую характеристику на участке с характерными режимами работы двигателя: участок 3-4 – рабочие режимы машины; участок 2-3 – . режимы перегрузок; участок 1-2 - неустойчивые режимы работы двигателя. Совместно участки 3-4 и 2-3 составляют участок устойчивых режимов асинхронного двигателя 2-4.

Рассмотрим работу машины на участке 2-4, например, в точке А. В установившемся режиме, т.е. при равномерном вращении ротора момент двигателя Ид равен моменту сопротивления его нагрузки. Пусть теперь увеличился до . Это вызовет торможение машины, так как Скорость начинает уменьшаться, что влечет за собой, согласно виду механической характеристики на участке 2-4. увеличение момента, развиваемого двигателем. Этот процесс закончится, когда выполнится равенство . Указанное свойство автоматического установления равновесия между моментом сопротивлений и преодолевающим его моментом двигателя, называется свойством саморегулирования. Оно .характерно только для устойчивого. режима работы двигателя.

Точки участка 1-2 соответствуют неустойчивому равновесиюмоментов нагрузки и двигателя, так как при любом малом снижении скорости, обусловленном незначительным увеличением момента сопротивления, вращающий момент не растет, а падает, в результате чего, двигатель останавливается. В связи с этим максимальный момент также называют опрокидывающим моментом асинхронной машины.

Механическая характеристика является важнейшей эксплуатационной характеристикой двигателя. По ней выбирается двигатель как элемент электропривода . Например, если приводной механизм имеет момент сопротивления , то очевидно, что выбираемый для данного привода электродвигатель должен иметь . Тогда .

С помощью механических характеристик проводят также анализ процесса регулирования частоты вращения двигателя. Например, рассмотрим, как изменится частота вращения двигателя с Фазным ротора у которого с помощью реостата увеличили сопротивление цепи ротора . Увеличение , как следует из формул (З), вызывает рост критического скольжения (уменьшение ), но не изменяет значения максимального момента ,двигателя. Поэтому механическая характеристика двигателя с включенным реостатом (она называется искусственной) пойдет ниже естественной и при том же моменте сопротивлении скорость вращения уменьшится на (рис.2). Изменить вид механической характеристики двигателя и, естественно, частоту вращения его вала можно также изменением частоты питающей сети и числа пар полюсов двигателя (см. формулы (3) , ( 4)).

ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

В этой работе исследуется тот же асинхронный двигатель, что и в лабораторно работе №13. Схема лабораторной установки приведена на рис.3. Режим нагрузки асинхронного двигателя обеспечивает генератор постоянного тока со смешанным возбуждением, вал которого жестко соединен с валом асинхронного двигателя (на рис. З. соединение показано двойной линией). К зажимам генератора и подключается ламповый реостат, сопротивление которого можно изменять с помощью выключателя на стенде. Ламповый реостат позволяет менять ток в якоре генератора , регулируя нагрузку тока , и частоту вращения вала двигателя.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Записать в табл.1 (прил.) паспортные данные двигателя. По ним определить, какое напряжение необходимо подать на статорную обмотку при соединении фаз треугольником.

2. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 3 (прил.) ипровести испытание двигателя.

2.1. После проверки цепи преподавателем подать напряжение на стенд, нажав кнопку "Пуск" на торцевой панели стенда.

2.2. С помощью индукционного регулятора напряжения для пуска двигателя установить пониженное напряжение (50...100 В).

2.3. Осуществить пуск двигателя нажатием кнопки "Пуск" на лицевой панели стенда. При разгоне двигателя необходимо контролировать направление .вращения ротора, которое должно совпадать с направлением, указанным стрелкой на корпусе машины. В случае несовпадения направлений осуществить реверс двигателя (см. работу №13).

2.4. После разгона двигателя (снижение тока статора) с помощью индукционного регулятора увеличить питающее напряжение до номинального значения и записать его в протокол испытаний.

2.5. С помощью реостата возбуждения установить номинальную величину напряжения генератора , указанную в паспортных данных, и записать ее в протокол испытаний.

2.6. Для снятия механической характеристики, используя выключатели лампового реостата, постепенно увеличить ток двигателя от тока холостого хода (все лампы выключены) до 1,1 . Произвести при этом 5, 6 измерений . Результаты измерений записать в табл. 2 протокола испытаний (прил.).

2.7. Выключить все лампы и согласовать полученные результаты с преподавателем, после чего разобрать электрическую цепь.

ОБРАБОТКА РЕ3УЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. По данным табл. 2 протокола испытаний вычислить скольжение , полезную мощность на валу и вращающий момент М асинхронного двигателя. Результаты вычислений свести в табл. З.

Полезную мощность на валу двигатели, пренебрегая потерями энергий вгенераторе, считать равное мощности генератора постоянного тока:

При известной мощности на валу и частоте вращения ротора вращающий момент двигателя определяется соотношением:

2. По данным табл. 3 построить на рис.4 (прил.) график зависимости , а на рис.5 (прил.) - график механической характеристики двигателя .

3. По данным паспорта двигателя определить значения и записать их в табл. 4. Используя формулу Клосса (4), рассчитать значения вращающего момента двигателя при и записать их в табл.5. По этим данным построить график в системе координат, в которой находится и экспериментальная зависимость . Объяснить различие графиков экспериментальной и технической зависимостей асинхронного двигателя.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какая зависимость называется механической характеристикой двигателя?

2. Какой вид имеет механическая характеристика асинхронного, двигателя , какие параметры двигателя она определяет?

3,. Что такое критическое скольжение , асинхронного двигателя?

4. Каким образом можно изменить критическое скольжение двигателя?

5. Каков характер зависимости максимального момента асинхронного двигателя от величины питающего напряжения?

6. Дайте определение номинального режима работы двигателя.

7. Каким образом определяется перегрузочная способность асинхронного двигателя?

8. Что такое кратность пускового момента двигателя?

9. Поясните свойство саморегулирования асинхронного двигателя.

10. Поясните работу асинхронного двигателя в устойчивом режиме.

11. Назовите способы регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электротехника /Поцрец. В.Г. Герасимова – М.: Высшая школа, 1985. – 0.396-401.

4. Касаткин А.С. Чемцов М.В. - Электротехника – . М.: Энергоатомиздат, 1983. С.355-359.

Приложение

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе № 14

“Исследование механической характеристики

асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором”

Паспортные данные АД

Таблица 1

Тип							l

Таблица 2

U_r = U₁ =

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Таблица 3

Номер Опыта	1	2	3	4	5	6	Расчетные Формулы
S
							=
							=

Зависимость Механическая

характеристика

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Рис.4 Рис.5

Построение графика по паспортным данным

Таблица 4

			Расчетные формулы

Таблица 5

	0					1	Расчетная формула Клосса

Краткие выводы по работе

Группа_________________Студент_________________Дата__________

Преподаватель____________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №15

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С

ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить инструкцию и закрепить теоретические сведения о принципе действия и рабочих свойствах двигателей постоянного тона.

2. Освоить способы пуска, реверса и регулирования частоты вращения двигателя.

3. Освоить методику экспериментального исследования характеристик двигателя.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Двигатели постоянного тока (ДПТ) являются электромеханическими преобразователями электрической энергии постоянного тока в механическую. Их преимуществами перец двигателями, переменного тока являются большой момент на валу, плавное и экономичное регулирование частоты вращения. Онообеспечивает повсеместное распространение

ДПТ в электрических приводах с широким диапазоном регулирования - (до 1:3000).

Достоинства ДПТ определяется особенностями их конструкций. На рис,1 приведена упрощенная конструктивная схема электрической машины постоянного тока. Согласно принципу обратимости Ленца машина может выполнять функции двигателя или генератора.

ДПТ так же, как и асинхронный двигатель состоит из

неподвижной части – статора и вращающейся части – якоря (ротора), разделенных воздушным зазором. Статор представляет собой станину (1) в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого закреплены основные полюса (2), с обмоткой возбуждения (0В) (З), которая необходимо для создания магнитного поля машины.

Якорь изготавливается неявнополюсным в виде цилиндра (4). В его пазах (5) размещена обмотка якоря (0Я), состоящая из последовательно соединенных катушек (7) (секций). Концы секций подключены к пластинам (8) механического коллектора. Коллектор представляет собой закрепленный на валу (10) цилиндр, набранный из медных, изолированных друг от друга пластин (рис,1,в). К пластинам с помощью щеткодержателей прижаты графитные щетки (9), осуществляющие скользящий контакт с коллектором. Щетки совместно с коллектором составляют щеточно-коллекторный узел. Ненадежность щеточно-коллекторного узла, особенно в трудных условиях эксплуатации (вибрация, загрязненность среды и т.п.), составляет основной недостаток ДПТ.

Для уменьшения потерь на вихревые токи якорь и полюса статора набирают из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Станина ДПТ (1) отливается от чугуна или стали. В ДПТ средней и большой мощности к станине между основными полюсами (2) крепятся добавочные, меньшие по размеру полюса. С помощью их полей достигается безыскровая работа щеток машины.

Принцип действия ДПГ, отражавший процесс преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию вращающегося якоря двигателя, состоит в следующем.

При подключении двигателя с параллельным возбуждением к сети постоянного тока (рис.2) в ОВ под действием напряжения питания возникает ток ,создающий в магнитопроводе машины постоянный магнитный поток , который замыкается через станину '(1), полюса (2), воздушные зазоры (б) и якорь машины (4) (см,рис.1,а). Поскольку 0Я через коллектор и щетки также подключена источнику питания, в секциях ОЯ поймает электрический ток . Так как проводники 0Я находятся в магнитном поле машины, на них в соответствии с законом Ампера будут действовать электромагнитные силы,

(1)

где – магнитная индукция в точке расположения проводника длиной с током

Направление действияэтих сил можно определить по правилу левой руки.

В проводниках, расположенных под разноименными полюсами проходят токи разного направления, поэтому совокупность действующих сил (рис.1,а) создает вращающий момент М, определяемый выражением:

(2)

где - постоянная для данного двигателя величина.

Под действием вращающего момента М двигатель будет входить в установившийся режим, характеризующийся постоянной частотой вращения ( ), при которой , где - момент сопротивления на валу ДПТ.

При изменении положения якоря направление вращающего момента останется неизменным, т.к. одновременно с переходом проводника ОЯ от одного полюса к другому в нем с, помощью коллектора направление тока изменится ни противоположное. Таким образом, кроме осуществления скользящего контакта с якорной обмоткой коллектор обеспечивает постоянство знака вращающего момента.

При вращении якоря в магнитном поле ОВ с частотой в проводниках ОЯ согласно закону электромагнитной индукции наводится ЭДС , определяемая выражением:

(3)

где - постоянная для данного двигателя величина.

ЭДС Е в соответствии с правилом Ленца направлена противоположно току , а значит и напряжению питания , поэтому получила название противоЭДС. На рис.З представлена схема замещения цепи якоря ДПТ, которой соответствует следующее уравнение электрического состояния якорной цепи

(4)

где - сопротивление обмотки якоря.

В установившемся режиме ЭДС Е почти уравновешивает приложенное напряжение , т.е. , т.к. величина незначительна вследствие малости .

Совместное решение уравнений (2)-(4) позволяет получить уравнение механической характеристики ДПТ, выражающее зависимость частоты вращения якоря от момента на валу, т.е ). Это уравнение имеет вид:

В двигателе с параллельным возбуждением , а следовательно и . При этом условии уравнение (5) выражает линейную зависимость от и график механической характеристики представляет собой прямую линию (рис.4). В режим

холостого хода частота вращения ДПТ максимальна, а с ростом нагрузки она снижается, но незначительно, т.к. мало. Важнейшим параметром механической характеристики является "жесткость" – величина характеризующая изменение при увеличении . Она пропорциональна (рис.4).

Как следует из уравнения механической характеристики (5), регулирование частоты

вращения ДПТ с параллельным возбуждением можно осуществлять.

1) изменением сопротивления якорной цепи, включив последовательно с ОЯ регулировочный реостат (реостатное регулирование);

2) изменением магнитного потока полюсов машины с помощью реостата в цепи возбуждения (полисное регулирование);

Реостатное регулирование позволяет. Изменять частоту вращения в широких пределах, но сопровождается значительными потерями энергии на нагревание регулировочного реостата, а также снижением "жесткости" механической характеристики.

Полюсное регулирование является наиболее экономичным, однако обеспечивает регулирование лишь в небольшом диапазоне.

Зависимость называется регулировочной характеристикой в режиме холостого хода. Она носит гиперболический характер,

(6)

и магнитный поток при ненасыщенном магнитопроводе примерно пропорционален току .

График регулировочной характеристики в режиме холостого хода

представлен на рис.5. При т.е. обрыв в цепи ОВ приводит к неограниченному увеличению частоты вращения - разносу двигателя.

Пуск ДПТ осуществляют с помощью пускового реостата (ПР). Из уравнения (4) следует, что

(7)

а поскольку при пуске , пусковой ток определяется выражением и при малом сопротивлении может достичь величины . Для снижения пускового тока последовательно с ОЯ включают пусковой реостат, сопротивление которого в момент пуска максимально и обеспечивает значение пускового тока в ОЯ .По мере разгона двигателя сопротивление пускового реостата , постепенно снижают до нуля.

Реверс ДПТ (изменение направления вращения якоря) можно осуществить, изменив направление тока в ОЯ или в ОВ

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования является ДПТ с параллельным возбуждением средней мощности (единицы кВт), установленный перед стендом. Вал ДПТ механически соединен с валом электромагнитного тормоза (ЗАМ), создающего момент нагрузки , а такие с валом тахогенератора (ТГ), измеряющего частоту вращения .

Изменение производится с помощью реостата , регулирующего ток в обмотке ЭМТ.

Величина тока возбуждения устанавливается с помощью реостата , включенного в цепь параллельной ОВ.

Пуск и останов ДПТ производятся с; помощью пускового реостата. Электроизмерительные приборы и зажимы для подключения двигателя расположены на передней вертикальной панели стенда.

На корпусе двигателя закреплен щиток с шестью зажимами. К зажимам Я1 и Я2 подключены щетки, контактирующие с ОЯ, к зажимам Ш1 и Ш2 подключены концы ОВ (зажимы С1 и 02 в данной работе не используются).

Измерение М, производится по шкале моментов на ЭИТ.

Общий вид схемы лабораторной установки приведен в протоколе испытаний (прил.,рис.7)

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Используя макет,изучить устройство ДПТ с параллельным возбуждением. Провести анализ приведенных в протоколе испытаний конструктивной схемы (рис.6, прил.) и соотношений, поясняющих принцип действия и характеристики ДПТ.

2. Записать паспортные данные ДПТ в табл.1 (прил.).

3. Освоить методику пуска, реверса и регулирования частоты вращения ДПТ в режиме холостого хода.

3.1. Собрать электрическую цепь, схема которой приведена на рис.7 протокола испытаний. Обеспечить , поставив движок реостата ЭМТ в крайнее левое положение . Проверить надежность соединений, исключив возможность "разноса" двигателя

3.2. Движок реостата в цепи ОВ поставить в крайнее левое положение обеспечит при пуске максимальный магнитный поток. Проверить положение ручки пускового реостата, которая должна находиться в положении "Стоп", обеспечивающем отключение от сети ОВ и ОН двигателя.

3.3. После проверки цепи преподавателей подать постоянное напряжение на стенд, нажав кнопку "пуск" на передней панели стенда. Осуществить пуск ДПТ, плавно переводя ручку пускового реостата в положение "Ход", что обеспечивает постепенное снижение сопротивления реостата до нуля. Обратить внимание на резкий скачок и постепенное уменьшение потребляемого тока при разгоне двигателя. Зафиксировать направление вращения якоря.

3.4. Осуществить останов ДПТ, резко переведя ручку пускового реостата в положение "Стоп"; Снять напряжение со стенда, нажав кнопку "Стон" на передней панели.

3.5. Обеспечить условия реверса ДПТ, для чего изменить полярность подключения ОВ или ОЯ (поменять местами подсоединение проводников к зажимам Ш1 и Ш2 или Я1 и Я2 ). При этом изменится направления вращения якоря.

3.6. После проверки цепи преподавателем, осуществить пуски останов ДПТ в соответствии с пп. 3.3. – 3.4. При пуске убедиться в изменении направлении вращения якоря.

3.7. Снять характеристику в режиме холостого хода. ( )

при . Для этого, запустив с помощью пускового реостата двигатель на холостом ходу (см. п.3.3.), осуществить регулирование частоты вращения ДПТ, плавно перемещая движок реостата от крайнего левого положения до крайнего правого. В процессе регулирования измерить и записать в табл.2 (прил.) 5-6 значения . Осуществить останов ДПТ в соответствии с п.3.4.

4. Снять механическую характеристику ДПТ при в режиме нагрузки ( ).

4.1. Запустить ДПТ на холостом ходув соответствии с п.3.3. Движок реостата установить в крайнее левое положение, что обеспечит .

4.2. Постепенно нагрузить двигатель с помощью ЭМТ до номинального тока , перемещая вправо движок реостата . В процессе увеличения нагрузки снять 5-6 отсчетов момента по шкале ЭМТ и частота вращения (первый отсчет снять при М=О ), записав их в табл. 3.(прил.).

4.3. Согласовать результаты эксперимента с преподавателем, после чего разобрать электрическую цепь.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1.По данным табл.2 на рис.8 (прил.) построить регулировочную характеристику в режиме холостого хода ) . Отметить, подтверждают ли результаты эксперимента теоретическую зависимость (6).

2. По данным табл.3 на рис.9 (прил.) построить график механической характеристики . Оценить жесткость механической характеристики, рассчитав изменение частоты вращения

Если характеристика считается жесткой; при больших значениях - мягкой.

3. Провести анализ. характеристик ДПТ с параллельным. возбуждением. Результаты отразить в выводах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каковы особенности конструкции ДПТ?

2, Поясните принцип действия ДПТ .

3. Каково назначение- щеточно-коллекторного узла?

4. Начертите схему подключения к сети ДПТ с параллельным возбуждением

5. Приведите и объясните уравнение электрического состояния цепи якоря.

6. Что называется механической характеристикой ДПТ ? Привести уравнение механической характеристики и вид ее графика.

7. Поясните физический смысл понятия "жесткость" механической характеристики.

8. Назовите основные способы регулирования частоты вращения ДПТ с параллельным возбуждением и дайте их краткую характеристику.

9. Что называется регулировочной характеристикой ДПТ в режиме холостого хода ? Пояснить ее график.

10. Каковы особенности пуска ДПТ?

11. Как осуществить реверс ДПТ?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электротехника /Под ред. В.Г.Герасимова - М.: Высшая школа,1985г. - С.358-366,373-380,

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника – М.: Энергоатомиздат, 1983. – С.297-312, 322-328.

Приложение

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе № 15 “Исследование двигателя

постоянного тока с параллельным возбуждением”

Конструктивная схема ДПТ Основные соотношения, поясняющие

принцип действия ДПТ

M =

U =

E =

n =

Рис.6

Паспортные данные ДПТ

Таблица 1

Тип

Схема для исследования характеристик ДПТ

Опытное определение зависимости при U =

Таблица 2

Опытное определение зависимости при U = ,

Таблица 3

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Зависимость

Механическая характеристика

Рис.8 рис.9

Расчетная зависимость

Численная величина

Расчетные зависимости, поясняющие вид статических хар-к ДПТ

Краткие выводы по работе (содержат ответы на вопросы 7-10)

Группа _____________ Студент_________________ Дата____________

Преподаватель_______________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №16

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

СО СМЕШАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить конструкцию и закрепить теоретические сведения о принципе действия и особенностях характеристик двигателей постоянного тока со смешанным возбуждением.

2. Освоить методику экспериментального анализа механической характеристики двигателя.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Анализ конструктивного исполнения, двигателей постоянного тока (ДПТ) и принцип их действия были подробно рассмотрены в лабораторной работе 15 (рис.1). В настоящей работе исследуются особенности характеристик ДПТ со смешанным возбуждением. В таких машинах на главных полюсах расположены две обмотки возбуждения (ОВ). Одна из них подключается параллельно обмотке якоря (ОЯ) и создает основное поле машины. Вторая обмотка, подключаемая последовательно к ОЯ, оказывает на поле вспомогательное действие. В зависимости от степени преобладания МДС одной из обмоток возбуждения, рассматриваемый ДПТ будет иметь характеристики, близкие с последовательным или параллельным возбуждением.

В большинстве случаев применяют согласное включение двух обмоток возбуждения (МДСобмоток складываются). При встречном включении ОВ F ослабляется и с ростом нагрузки частота вращения двигателя увеличивается. ДПТ работает неустойчиво. На рис.1 приведена принципиальная электрическая схема ДПТ со смешанным возбуждением и его типовые механические характеристики (ОВ включены согласно). Зависимость, определяющая механическую характеристику, может быть получена на основании уравнений установившего режима работы ДПТ (см. работу №15). Она имеет следующий вид.

,где (1)

В исследуемом ДПТ Ф=соп st и с ростом нагрузки магнитный поток Ф будет увеличиваться вследствие увеличений I_Я, а следовательно и Ф_ПОС . Тогда частота вращения двигателя будет уменьшаться быстрее с ростом момента нагрузки, чем в ДПТ с Ф= const . При чем, “жесткость” характеристики n= f ( M ) будет различной в ДПТ с преобладающей последовательной или параллельной обмотками.

Механическая характеристика ДПТ со смешанным возбуждением и преобладающей параллельной обмоткой (рис.1б,кривая 2) будет мягкой. При этом величина их будет несколько превышать 8 %-ную величину, характерную для жестких характеристик ДПТ с параллельным возбуждением (рис.1, кривая 1). Мягкая характеристика обеспечивает ДПТ больший пусковой момент и более устойчивую работу при резко изменяющихся нагрузках.. Кроме того, наличие последовательной обмотки позволяет также стабилизировать магнитный поток ДПТ, так как Ф_ПОС компенсирует размагничивающее действие "реакции якоря" – искажение и ослабление основного поля за счет поля ОЯ.

Если в ДПТ преобладает МДС последовательной обмотки, то его механическая характеристика будет резко падающей, но благодаря параллельной обмотке нарастание его частоты вращения при уменьшении нагрузки на валу будет ограничено значением n_X . В режиме холостого хода обрыв параллельной ОВ приводит к разносу ДПТ.

Пуск и регулирование nв ДПТ со смешанным возбуждением производятся теми же способами, что и в ДПT с параллельным возбуждением (см. лабораторную работу №15).

Особенности характеристик ДПТ со смешанным возбуждением определяют области их применения. Они используются в условиях, когда требуется большой пусковой момент, быстрое ускорение при пуске и допустимы значительные изменения при изменении нагрузки (для приводов компрессоров, прокатных станов, подъемников и электрического транспорта и т.д.).

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования является ДПТ со смешанным возбуждением. средней мощности (единицы кВт), установленный перед стендом.Вал ДПТ механически соединен с валом электромагнитного тормоза (ЭМТ), создающего момент нагрузки М_с, а также с валом тахогенератора (ТГ), измеряющего частоту вращения n.

Изменение М_с производится с помощью реостата Рт, регулирующего ток в обмотке ЭМТ.

Величина тока возбуждения устанавливается с помощью реостата МТ , включенного в цепь параллельной ОВ.

Пуск, и остановка ДПТ производятся с помощью пускового реостата. Электроизмерительные приборы и зажимы для подключения двигателя распространены на передней вертикальной панели стенда.

На корпусе двигателя закреплен щиток с шестью зажимами. К зажимам Я1 и Я2 подключены щетки, контактирующие с ОЯ, к зажимам Ш1 и Ш2 подключены концы параллельной ОВ, а к зажимам С1 и С2 - концы последовательной ОВ.

Измерение М_с производится по шкале моментов на ЭМТ.

Общий вид схемы лабораторной установки приведен на рис. 7 (прил.).

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Используя макет, изучить устройство ДПТ со смешанным возбуждением. Проанализировать принципиальную электрическую схему (рис. 2, прил.) и соотношения, поясняющие принцип действия и характеристики ДПТ.

2. Записать паспортные данные двигателя в табл. 1 (прил.).

3. Снять механическую характеристику ДПТ.

3.1. Собрать электрическую цепь, схема которой приведена на (рис . 3) (прил.). Проверить надежность соединений, исключив возможность разноса двигателя.

3.2. Осуществить пуск и испытания двигателя в соответствии с п.4 испытаний ДПТ с параллельным возбуждением в лабораторной работе №15. Результаты испытаний занести в табл. 2 протокол испытаний данной работы.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. По данным табл. 2 на рис. 4(прил.) построить график механической характеристики ДПТ. Отметить, подтверждают ли результаты эксперимента характер теоретической зависимости n = f (М) для двигателя со смешанным возбуждением.

2. Оценить жесткость механической характеристики, рассчитав

. Сделать вывод о преобладании МДС последовательной или параллельной ОВ в исследуемом двигателе. Результаты отразить в расчетно-графической части.

3. Рассчитать по паспортным данным М_НОМ, используя формулу , где - полезная мощность на валу двигателя, Вт;

- номинальная частота вращения, (об/мин).

Результат сравнить с экспериментальным значением момента М при , определив М по механической характеристике.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Поясните особенности конструкции и электрической схемы ДПТ со смешанным возбуждением.

2. Объясните принцип действия ДПТ. Поясните их, достоинства при различных схемах включения ОВ и недостатки.

3. Какое явление в ДПТ принято называть "реакцией якоря"?

4. В каком двигателе слабее влияние "реакции якоря", с параллельным или смешанным возбуждением ?

5. Проведите сравнительный анализ жесткости механических характеристик ДПТ с различными схемами включения ОВ.

6. Какие нарушения в электрической цепи ДПТ могут привести к его"разносу"?

7.Как рассчитать по паспортным данным ДПТ его ?

8. Назовите области применения ДПТ с различными схемами включения ОВ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электротехника /Под ред. В.Г. Герасимова – М.: Высшая школа,

1985. - С. 373-375, 381-385.

Касаткин А.С., Немцов Н.В. электротехника – М.: Энергоиздат,

1983. – С .297-312, 328-332.

Приложение

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе № 16 “Исследование двигателя постоянного тока со смешанным возбуждением”

Соотношения, поясняющие характеристики ДПТ: n = M = Ф =

Паспортные данные ДПТ

Таблица 1

Тип

Схема для исследования характеристик ДПТ

Опытное определение механической характеристики ДПТ при I_В=

Таблица 2

М, Н ^.м

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Механическая характеристика

									Расчетная зависимость
									=
									Численная величина
									=

Рис. 4

Расчетная зависимость поясняющая вид механической характеристики

n =

Ф =

Расчет М_НОМ по паспортным данным ДПТ

Расчетная зависимость М_НОМ=

Численная величина М_НОМ=

При n=n_НОМ экспериментальное значение М=

Краткие выводы по работе (содержит ответы на вопросы 5 – 8 )

Группа _____________ Студент_________________ Дата____________

Преподаватель_______________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №17

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить конструкцию и закрепить теоретические сведения о:

о принципе действия генераторов с самовозбуждением.

2. Освоить методику экспериментального исследования характеристик генератора в режимах холостого хода и нагрузки.

3. Получить навыки опытного определения коэффициента полезного действия генератора постоянного тока.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электрическая машина постоянного тока, работающая в режиме генератора, служит для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Генераторы постоянного тока (ГПТ) находят применение как источники питания радиотехнических установок, регулируемых электроприводов, в электролизной промышленности, на транспорте.

Конструкция ГПТ аналогична конструкции ДПТ (см. рис. 1, раб.№15). Принцип действия ГПТ основан на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике длиной l, перемещающемся

в магнитном поле с индукцией В перпендикулярно силовым линиям

со скоростью V, наводится ЭДC

(I)

Неподвижное в пространстве магнитное поле с магнитным потоком Ф= const создается обмоткой возбуждения (ОВ) генератора. Валу генератора сообщается механическая энергия от приводного двигателя. Якорь генератора вращается в магнитном поле, созданном током ОВ. При этом в проводниках обмотки якоря (ОЯ) на основании закона электромагнитной индукции наводится ЭДС . Величина ЭДС будет максимальной при прохождении проводника под центром полюсов

и равной нулю на оси щеток. Знак ЭДС будет меняться на противоположный при переходе проводника из области одного полюса в область другого. Таким образом, наведенная ЭДС будет переменной во времени. Функции механического выпрямителя переменной ЭЛС, наводимой в секциях ОЯ, в постоянное напряжение на выходных зажимах генератора исполняет щеточно-коллекторный узел. Его щетки всегда имеют одинаковую полярность, так как одной из них всегда касается коллекторная пластина с положительной полярностью, а другой – с отрицатель ной (см. рис . 1,6, раб. №15). Выпрямленное напряжение будет носить пульсирующий характер . Пульсации его будут меньше при большем числе коллекторных пластин.

В соответствии с законом электромагнитной индукции (1) ЭЛС на выходных зажимах ГПТ пропорциональна магнитному потоку Ф в магнитопроводе машины и частоте вращения якоря n

Е=С Фn, (2)

где Се .- постоянная для данной машины величина.

При подключении к зажимам ГПТ нагрузки с сопротивлением R_Н в цепи якоря пойдет ток I_Я. На рис.1 представлена схема замещения якорной цепи ГПТ. Уравнение электрического состояния цепи якоря имеет вид:

(3)

Взаимодействие тока якоря I_Я c магнитным полем машины в соответствии с законом Ампера создаетна валу генератора электромагнитный момент М, определяемый выражением.

M=C_MФI_Я(4)

Момент М является тормозным моментом (в отличие от ДПТ), он,

направлен противоположно вращающему моменту М_ВР, развиваемому при- водным двигателем, и в установившемся режиме уравновешивает его,

т.е. М =М_ВР . В соответствии с выражением (4) момент М будет возрастать с увеличением электрическойнагрузки генератора.

При работе ГПТ на нагрузку ток в ОЯ I_Я создает магнитное поле, которое, накладываясь на основное магнитное поле полюсов, искажает его. Это явление называется реакцией якоря. Она вызывает такие нежелательные последствия, как снижение ЭДС, увеличение искрения на коллекторе. Для уменьшения влияния реакции якоря используется установка дополнительных полюсов.

Характеристики ГПТ существенно зависят от способа возбуждения магнитного потока Ф. При электромагнитном возбуждении Ф в зависимости от схемы включения ОВ по отношению к ОЯ различают генераторы с независимымвозбуждением и с самовозбуждением. Последние не требуют постороннего источника пиления для ОВ, таккак напряжение на ОВ подается с зажимов ОЯ. В этом случае в зависимости от способа соединения ОВ и ОЯ различают генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

В настоящей работе исследуются характеристики ГПТ с параллельным возбуждением (ОВ подключена параллельно ОЯ). Электрическая схема генератора приведена на рис .2. Для него справедливо соотношение

I_Я=I+I_В (5)

При запуске генератора на холостом ходу происходит процесс. самовозбуждения, суть которого состоитв следующем. Наличие в машине остаточного магнитного потока Ф ост (за счет остаточной магнитной индукции B_r ) приводит вследствие вращения якоря к появлению в ОЯнебольшой ЭДСЕ_ОСТ, под действием которой в цепи ОВ возникнет небольшой ток Iв . Он создаст магнитный поток Ф_В, который в случае совпадения его по направлению с Фост увеличит магнитный поток в генераторе. Это приведет к возрастанию ЭДС, а следовательно и I_В, что в свою очередь увеличит Ф_В и т.д. По окончании процесса самовозбуждения генератор выйдет на установившийся режим, при котором

I_В(R_Ш+R_Я)=E (Rp=0).

Для самовозбуждения ГПТ необходимо выполнение трех условий:

1) наличие остаточного магнитного потока Ф_ОСТ;

2) совпадение направлений Ф_В и Ф_ОСТ;

3) величина сопротивления в цепи возбуждения R_Р=R_Ш не должна превышать некоторого критического значения.

Основными статическими характеристиками ГПТ являются:

1) характеристика холостого хода Е= f ( I _В ) при I= 0, n = const;

2) внешняя характеристика U =f( I ) при I _В = const , и n = const .

Характеристика холостого хода E = f ( I_B ) (рис .3) имеетвид, аналогичный кривой намагничивания B = f ( H ) магнитного материала, из которого изготовлен магнитопровод машины, поскольку ЭДС Е пропорциональна. потоку Ф , а следовательно и магнитной индукции B , а напряженность H

пропорциональна току I_B , а остаточная ЭДС Е_ОСТ, создается вследствие наличия остаточной намагниченности в магнитопроводе машины.

В режиме нагрузки одной из важнейших характеристик генератора является внешняя характеристика U = f ( I ), показывающая, как зависит напряжение на выходных зажимах генератора от тока нагрузки. Аналитически зависимость U = f ( I ) описывается уравнением (3) с учетом того, что I _Я = I + I_B » I , поскольку I_B << I график внешней характеристики представлен на рис .4.

U U_X U_HOM 0 I_KI_NOM I_KP I Рис.4

С ростом тока I » I _Я напряжение на выходных зажимах ГПТ с параллельным возбуждением будет снижаться. Это снижение происходит под влиянием следующих факторов:

1) увеличение падения напряжения на обмотке якоря I _Я R _Я_;

2) уменьшение ЭДС E вследствие реакции якоря;

3) уменьшение тока возбуждения I _B = U / R _Ш и как следствие магнитного потока Ф по причине снижения напряжения U .

При постепенном уменьшении сопротивления нагрузки R _H, взывающей рост тока I, ток увеличивается лишь до некоторого критического значения I _КР=(2-2,5) I _НОМ, При дальнейшем уменьшении R _H ток начнет уменьшаться вследствие того, что из-за снижения тока возбуждения и усиления реакции якоря генератор будет размагничиваться, что вызовет резкое уменьшение ЭДС. При R _H =0 в обмотке якоря будет проходить небольшой по величине ток короткого замыкания I _К

Участок внешней характеристики ниже точки I _КР (рис.4). соответствует неустойчивому режиму работы генератора.

На рабочем участке внешней характеристики ее наклон к оси абсцисс оценивается номинальным изменением напряжения

(6)

Для ГПТ с параллельным возбуждением

Для сравнения следует указать, что у ГПТ с независимым возбуждением < 10%, так как у них I_B=const.

При работе генератор потребляет мощность Р₁, которая равна мощности приводного двигателя и определяется выражением

P ₁ = P ₂ + D P _å = UI + D P _å (7)

где P ₂ = UI - полезная мощность генератора;

D P _å- суммарная мощность потерь.

При этом D P _å = D P _М + D P _Э + D P _МЕХ + D P _ДОБ , (8)

где D P_М- мощность магнитных потерь (на перемагничивание отдельных участков магнитной цепи);

D P _МЕХ - мощность механических потерь (на трение и вентиляцию);

D P _Э = D P _ЭЯ + D P _ЭВ + D P _ЭЩ ,- мощность электрических потерь в обмотке якоря, обмотке возбуждения и клеточных контактах.

Добавочными потерями D P _ДОБможно пренебречь ввиду их малости Потери D P _М и D P _МЕХ , не зависят от нагрузки генератора, поэтому их называют постоянными, Они равны мощности холостого хода D P _Х

D P _ПОСТ = D P _М + D P _МЕХ =Р (9)

Электрические потери определяются выражениями:

D P _ЭЯ = R _Я I _Я ² ; D P _ЭВ = UI_B ; D P _ЭЩ =2 U _Щ I _Я =2 U _Щ ( I + I_B ) (10)

Экономическим показателем работы генератора является КПД

(11)

КПД генераторов мощностью 1…100 кВт составляет 75…90%.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования является генератор постоянного тока с параллельным возбуждением средней мощности. с номинальным напряжением 115 В. Он установлен возле стенда совместно с приводным двигателем. На корпусе генератора закреплен щиток с шестью зажимами. К зажимам Я1 и Я2 подключены щетки, контактирующие с обмоткой якоря, к зажимам Ш1 и Ш2 подключены концы обмотки возбуждения (зажимы С1 и С2 в данной работе не используются).

В качестве приводного двигателя используется асинхронный двигатель с напряжением питания 220 В, обмотки его статора соединяются по схеме " треугольник".

В качестве нагрузки генератора используются лампы накаливания. величина тока нагрузки I регулируется с помощью выключателей S1, S2 и т.д. Величина тока возбуждения регулируется реостатом R_Р.

На стенде имеетсякомплект необходимых измерительных приборов. Схема лабораторной установки приведена в протоколе испытаний

(рис. 6, прил.).

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Используя макет, ознакомиться с особенностями конструкции генераторапостоянного тока с параллельным возбуждением. Провести анализ приведенных в протоколе испытаний конструктивной схемы и соотношений, поясняющих принцип действия и характеристики генератора.

2. Записать паспортные данные генератора в табл.1 (прил.).

3. Снять характеристику холостого хода генератора Е =f(I_B).

3.1. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой,

приведенной на рис.6 (прил.).

3.2. После проверки цепи преподавателем подать напряжение на стенд, нажав кнопку "Пуск" на торцевой панели стенда, и с помощью индукционного регулятора установить пониженное напряжение 100-120 В приводного асинхронного двигателя.

3.3. Осуществить пуск асинхронного двигателя нажатием кнопки "Пуск." на лицевой панели стенда и проконтролировать направление вращения ротора, которое должно совпадать с направлением, указанным стрелкой на корпусе двигателя, в противном случае произвести реверс двигателя (см. работу №13).

3.4. После разгона двигателя увеличить напряжение с помощью индукционного регулятора до 220 В. Это напряжение поддерживать постоянным в течение всего эксперимента, что обеспечит n=const .

3.5. При отключенной нагрузке, т.е. в режиме холостого хода (лампы накаливания выключены), и максимальном сопротивлении реостата в цепи обмотки возбуждения, обеспечивающем I_B»0 (движок реостата R_P в крайнем нижнем положении), убедиться с помощью вольтметра на стенде в наличии небольшого напряжения U=Е_ОСТ, на зажимах генератора.

3.6. Увеличивая тои возбуждения генератора до максимального значения плавным перемещением вверх движка реостата R_P в цепи возбуждения, снять восходящую ветвь характеристики холостого хода

E= f(I_B), для чего замерить 5-6 значений тока I_B и напряжения U_X=E и записать их в табл. 2 (прил.). Затем снять нисходящую ветвьхарактеристики, уменьшая ток возбуждения перемещением движка реостата R_P вниз, и также записать результаты измерений I_B и E в табл.2(прил.).

4.Снять внешнюю характеристику генераторе в режиме нагрузки.

Замерить параметры номинального режиме работы.

4.1. Регулируя ток возбуждения I_B с помощью регулировочного реостата R_P и ток нагрузки I с помощью выключателей ламп накаливания дробиться номинального [или близкого к номинальному) режима работы генератора, т.е. U=U_НОМ , I » I_НОМ

4.2. Не меняя положение движка реостата R_P , отключить все лампы, после чего измерить и записать в табл.3 (прил.) значения напряжения U на зажимах генератора и тока возбуждения в режиме холостого хода при (I = О).

4.3. Включая поочередно по одной - две лампы и увеличивая

таким образом ток нагрузки генератора I до величины (1,1 - 1,2) I_НОМ, измерить и записать в табл.3 (прил.) пять значений I , U и I_B . При этом предпоследний отчет должен соответствовать номинальному режиму.

4.4. Отключить вселампы накаливания, движок реостата в цепи возбуждения R_P перевести в крайнее нижнее положение и снять напряжения со стенда, нажав кнопки "Стоп" на передней и торцевой панелях стенда.

4.5. Согласовать результаты эксперимента с преподавателем, после чего разобрать электрическую цепь.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. По данным табл.2 построить на рис.7 (прил.) график характеристики холостого ходагенератор E = f (I_B) . Определить остаточную ЭДС E_ОСТ . Отметить, подтверждают ли результаты эксперимента характер теоретической зависимости E = f (I_B) .

2. По ценным табл. 3 построить на рис.8 (прил.) график внешней характеристики генератора U=f(I) , снятой в режиме нагрузки. Рассчитать номинальное изменение напряжения по формуле (6). Полученные результаты сравнить с теоретическими сведениями.

3. Используя данные табл.3, рассчитать КПД генератора в номинальном режиме по выражениям (7) – (11). При расчете падение напряжения на щеточных контактах U_Щ принять равным 1 В. Постоянные потери мощности DР_ПОСТ=P_X в данном исследовании включены в состав паспортных данных генератора. Полученное в результате расчета значение КПД сравнить с паспортными данными.

4. Результаты проведенного исследования отразить в выводах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните особенности конструкции и принцип действия генератора постоянного тона.

2. Какую роль в генераторе постоянного тока играет щеточноколлекторный узел

3. От чего зависит величина ЭДС, индуктируемая в якорной обмотке генератора?

4. Приведите схему замещения и уравнение электрического состояния цепи якоря генератора.

5. Что собой представляет "реакция якоря" и как она влияет на работу генератора постоянного тока?

6. Приведите схему подключения к сети генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.

7. Объясните процесс самовозбуждения генератора и назовите его условия.

8. Что называется характеристикой холостого хода и каков ее вид?

9. Какой характеристикой определяются свойства генератора в режиме нагрузки?

10. Почему с ростом нагрузки напряжение на выходных зажимах генератора биижается?

11. От чего зависит величина КПД генератора постоянного тока? Назовите виды потерь энергии в генераторе .

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Электротехника /Поц рец. В.Г. Герасимова – М.: Высшая

школа, 1905. – С.З58 -373.

2. Волынский Б.А., Зейн К.Н., Шатерников В,Е, Электротехника – М.: Энергоатомиздат, ИЮ. - С.332-337, 341-343, 350-356.

3. Борисов Ю.М. Липатов ДЛ., Зорин Ю.Н. Электротехника

– М.: Энергоатомиаиат,, 1985. – С.348, 350, 355-363.

4. Касаткин А.С., Немцов Й.В. Электротехника – М.:Энергоатомиздат, 1963. – С.297-318.

Приложение

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

Конструктивная схема ГПТ Рис.5

к лабораторной работе № 17 “Исследование генератора постоянного тока с параллельным возбуждением”

Соотношения

Паспортные данные генератора Таблица №1

Тип	P,кВт	n, об/мин	U, B	I, A	(R_Я-R_Д),Ом	R_Ш	R_Я	P_X,кВт

Опытное определение характеристики холостого хода E = f ( I_B ),Таблица №2

Восходящая ветвь	I_В, А
	E, B
Нисходящая ветвь	I_В, A
	E, B

Опытное определение внешней характеристики U = f ( I ) Таблица 3

I, A
U, B
I_B, A

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Внешняя характеристика

Характеристика ХХ

I / A

рис.7 рис.8

Расчетная зависимость Численная зависимость

Расчетная зависимость: h =

Численная величена h =

Краткие выводы по работе (содержат ответы на вопросы 8-11)

Группа_____________Студент_____________________ Дата___________

Преподаватель__________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

СО СМЕШАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Изучить особенности конструкции и принцип действия генератора.

2. Исследовать и провести сравнительный анализ внешних характеристик генератора при согласном н встречное. включениях обмоток возбуждения.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Конструктивной особенностью генератора постоянного тока со смешанным возбуждением в сравнении с генераторами независимого или параллельного возбуждения является наличие двух обмоток возбуждения, предназначенных для создания магнитного поля машины (рис.1).

Обмотки Ш1 – Ш2 и С1-С2 соответственно называются параллельной (шунтовой) и последовательной (сериесной) обмотками возбуждения согласно их способу включения относительно якорной обмотки генератора. По принципу действия данный генератор является генератором с самовозбуждением.

Проведем анализ основной эксплуатационной характеристики рассматриваемого генератора при различных схемахвключении обмоток возбуждения. Внешняя характеристика генератора со смешанным возбуждением представляет собой зависимость напряжения U от тока нагрузки генератора I при постоянной частоте вращении якоря n

и постоянном сопротивлении параллельной цепи возбуждения.

Где

R_Ш - сопротивление обмотки Ш1 – Ш2

R_Р - сопротивление регулировочного реостата.

Качественный анализ данной зависимости можно провести с использованием второго закона Кирхгофа для якорной цепи генератора:

; (1)

(2)

где R_Я, R_C - соответственно сопротивления якорной обмотки

Я1- Я2 и обмотки возбуждения С1 - С2;

I_Я- ток якорной обмотки, I – ток нагрузки генератора; I_В – ток параллельной цепи возбуждения;

С_е – электрическая постоянная машины;.

F - магнитный поток;

О - частота вращения якоря.

Из уравнений (1) и (2) следует, что при увеличении тока напряжение генератора U изменяется по следующим причинам: во-первых, в результате падения напряжения на сопротивлениях якорной обмотки и последовательной обмотки возбуждения, во вторых, за. счет изменения магнитного потока F. В свою очередь магнитный поток машины меняется под действием следующих факторов:

1) реакции якоря (магнитное поле якорной обмотки уменьшает основное магнитное поле машины, создаваемое обмотками возбуждения).

2) изменения тока параллельной обмотки возбуждения

I _В = U /( R_P + R _Ш ).

При Ф = const внешняя характеристика генератора согласно уравнению (1) имела бы вид прямой 2 (рис.2).При согласном включении магнитные потоки параллельной и последовательной обмоток

F _Ш и F _С совпадают по направлению. В результате этого общий поток возбуждения F = F _Ш + F _С при увеличении тока нагрузки возрастает, что влечет за собой нарастание ЭДС Е_Я(2). Число витков последовательной обмотки подбирается с таким расчетом, чтобы приращение ЭДС в интервале О... I_НОМ, компенсировало с некоторым избытком падения напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие реакции якоря. В результате этого

1. F = F _Ш + F _С; F = Var ;

2. F = const ;

3. F = F _Ш - F _С ;F = Var .

величина U в указанном интервале значений токов нагрузки значительно отличается от напряжения при холостом ходе U_X = E т.е. обеспечивается стабильность напряжения (кривая 1, рис.2.).Этим объясняется широкое применение генераторов с согласным включениям обмоток возбуждения для питания потребителей напряжением постоянного значения постоянного значения.

При встречном включении магнитный поток последовательной обмотки оказывает размагничивающее действие ( F = F _Ш - F _С ),так как он направлен навстречу потоку параллельной обмотки возбуждения. В результате этого общий магнитный поток машины F при увеличении тока нагрузки существенно уменьшается, чтовлечет за собой значительное уменьшение ЭДС и напряжения генератора. По этому внешняя характеристика генератора при встречном включении обмоток возбуждения получается круто падающей с наличием участка I = const (кривая 3, рис2).Генераторы с такой внешней характеристикой нашли применение в электросварочных агрегатах. Их достоинство состоит в том, что они не боятся коротких замыканий в цепи нагрузки.

Другим нежнейшим показателем качества работы генератора является коэффициент полезного действия h. Методика расчета коэффициента полезного действия генератора приведена в методических указаниях к лабораторной работе № 17.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

В данной работе исследуется генератор постоянного тока смешанного возбуждения средней мощности с напряжением питания U=115В. Якорь генератора вращается асинхронным двигателем (АД), обмотки статора которого соединяются в треугольник, аноминальное напряжение равно 220 В. Это напряжение задается индукционным регулятором. Нагрузкой генератора служат лампы накаливания, величина тока нагрузки I регулируется посредством выключателей S1, S2 и т.д. Ток возбуждения генератора регулируется с помощью реостата R_P. На стенде имеется комплект необходимых измерительных приборов. Схема лабораторной установки приведена в протоколе испытаний (приложение, рис.3).

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Используя макет, ознакомиться с особенностями конструкции генератора постоянного тока со смешанным возбуждением. Записать паспортные, данные испытуемого генератора в табл.1 протокола испытаний (прил. ).

2. Снять внешнюю характеристику генератора при согласном включении обмоток возбуждения.

2.1. Собрать электрическую цепь в соответствии со схемой, приведенной на рис.3 протокол испытаний (прил.).

2;2. После проверки схемы преподавателем нажатием кнопки "Пуск" на торцевой панели стенда подать напряжение на стенд

и с помощью индукционного регулятора установить пониженное напряжение 100-120 В приводного асинхронного двигателя.

2.3. Осуществить пуск асинхронного двигателя, нажав кнопку "Пуск" на лицевой панели стенда и проконтролировать направление вращения ротора, которое должно совпадать с направлением, указанным стрелкой на корпусе двигателя, в противном случае произвести реверс двигатели (см.работу № Т3).

2.4. После разгона двигателя увеличить напряжение с помощью индукционного регулятора до 220В. Это напряжение удерживать постоянным в течение всего эксперимента, что обеспечит n = const.

2.5. Проверить условие самовозбуждения генератора. При отключенной

нагрузке (режим XX) и максимальном сопротивлении реостата R_P в цепи обмотки возбуждения (I_В = I_Вmin) убедиться с помощью вольтметра в наличии небольшого напряжения на выводах генератора. Постепенно увеличивая ток возбуждения, доводя R до R_min,убедиться в том, чтонапряжение генератора.

увеличивается – идет процесс самовозбуждения.

2.6. Замерить и записать в табл. 2 полученное значение – U = U_X при I = 0. Затем, включая поочередно по одной -две лампы и увеличивая таким образом ток нагрузки генератора до (1,1…1,2)I_ном ,записать в табл. 2 четыре-пять значений показаний приборов, измеряющих ток I и напряжение U.

2.7. Отключить вселампы и снятьнапряжение со стенда, нажав кнопку "Стоп" на торцевой панели стенда.

3.0 Снять внешнюю характеристику генератора при встречном включении обмоток возбуждения. 3.1. Осуществить встречное включение последовательной обмотки возбуждения, поменяв местами подключение проводчиков к клеммам С1 и С2, и предъявить электрическую цепь для проверки преподавателю.

3.2. дальнейшее проведение эксперимента выполнять в соответствии с пп. 2.2 -2.7. Результаты записать в табл. 3.

3.3. Согласовать результаты эксперимента с преподавателем, после чего разобрать электрическую цепь.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. По даннымтабл. 2 и 3 построить в единых осях внешние характеристики генератора при согласном и встречном включении обмоток возбуждения (рис.4, прил.).

2. Провести сравнительный анализ внешних характеристик генератора со встречным и согласным включением обмоток возбуждения. Результаты анализа отразить в выводах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как устроен генератор постоянного тока смешенного возбуждения? Каков принцип его действия?

2. Как обозначаются выводы обмоток генератора смешанного возбуждения?

3. Пояснить различиесхем согласного и встречного включения обмоток возбуждения генератора. Как выполнить переключение обмоток возбуждения с согласного включения на встречное ?

4. Каковы причины изменения напряжения генератора при увеличении тока нагрузки?

5. Почему малы изменения напряжения генератора с согласным включением обмоток возбуждения в диапазоне значений тона нагрузки от 0 до I_ном?

6. Объяснить вид внешней характеристики генератора со

встречным включением обмоток возбуждения.

7. В каких случаях целесообразно применение генератора со встречным и согласным включением обмоток возбуждения?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Электротехника/ Под ред. В.Г.Герасимова - М.; Высшая

школа, 1985. - С .36Э-373 .

2.Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника

М.: Энергоатомиздат, 1987. – С.356-357.

3.Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., ЗоринИ.Н. Электротехника М.: Энергоатомиздат, 1985. - С.363-367.

4.Касаткин А.С., Немцов М.В, Электротехника – М.: Энергоатомиздат,

1983, - 0.297-

Приложение

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе № 18 “Исследование генератора постоянного тока со смешанным возбуждением”

Паспортные данные генератора Таблица 1

Тип	P, кВт	n, об/мин	U, В	I, А	(R_Я+R_С)Ом	R_Ш,Ом	R_C,Ом

Экспериментальное определение внешней характеристики генератора при согласном включении обмоток возбуждения

Таблица 2

I , A
U , B

Экспериментальное определение внешней характеристики генератора при встречном обмоток возбуждения.

Таблица 3

I , A
U , B

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

U/B

I/A

Рис. 4

Расчетные зависимости, поясняющие характер внешних характеристик. генератора:

U =

Какие выводы по работе о внешних характеристиках генератора.

Группа_____________Студент__________________Дата__________ Преподаватель ___________________

Разработали:

канд. техн. наук, доц. В.М.ГЛАЗОВ

канд. техн. наук, доц. Г.Н.ЕЛЕЦКАЯ

канд. техн. наук, доц. В.И.ЛОВЧАКОВ

Рассмотрено на заседании Согласовано

кафедры ЭиЭО Ответственный

Протокол №23 от25.11.99. по стандартизации

Зав.кафедрой В.М.Глазов_______

Б.В.Сухинин____________ 25.11.99.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 368; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!