Несимметричная активная нагрузка.

Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

Кафедра электроснабжения и электротехники

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Методические указания к лабораторным работам

для студентов

Тверь 2007

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Лабораторная работа № 1

Исследование закона Ома для пассивной и активной ветви 03

2. Лабораторная работа № 2

Исследование законов Кирхгофа для узла и для контура

3. Лабораторная работа №3. Исследование режимов работы аккумуляторной батареи в электрической цепи постоянного тока с линейными элементами

4. Лабораторная работа № 4 Исследование электрической цепи однофазного синусоидального тока при последовательном соединении индуктивной катушки и батареи конденсаторов 06

5. Лабораторная работа № 3 Исследование.электрической цепи однофазного синусоидального тока при параллельном соединении индуктивной катушки и батареи конденсаторов 10

6. Лабораторная работа № 4 13

Исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки "звездой"

7. Лабораторная работа № 5 18

Однофазный трансформатор

8. Лабораторная работа № 6 23

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

9. Лабораторная работа № 7 29

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

1. Цель работы.

Изучение режимов "заряд", "разряд" и "холостой ход" аккумуляторной батареи. Овладение методами расчета линейных электрических цепей.

2. Подготовка к работе.

2.1. Записать название и цель работы, начертить схему лабораторной установки и таблицу, записать расчетные формулы.

2.2. Изучить порядок выполнения работы.

2.3. Изучить режимы работы источников питания, методы расчёта, линейных электрических цепей постоянного тока.

3. Описание лабораторной установки.

На лабораторном стенде размещены регулируемые резисторы R₁, R₂, R₃, источники постоянного тока E₁ и E₂ с внутренними сопротивлениями. R₀₁ и R₀₂ и, амперметры A₁, A₂, A₃, и вольтметр V магнитоэлектрической системы (рис.1).

Рис.1. Схема лабораторной установки.

В качестве источников E₁ и E₂ используются, соответственно, выпрямительное устройство и аккумуляторная батарея. Напряжение на отдельных участках цепи измеряется переносными вольтметром V с пределом измерения 25 В.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Собрать схему лабораторной установки. После проверки схемы преподавателем включить источник питания E₁ и замкнуть выключатели K₁, K₂, K₃, (перевести в верхнее положение).

4.2. Меняя сопротивление резисторов R₁ и R₃ установить для аккумуляторной батареи E₂ последовательно три режима "заряд" (режим потребителя), "холостой ход" и "разряд" (режим генератора). При этом токи в ветвях схемы должны быть не менее 0,2 А. Для каждого режима измерить напряжение U₁, U₂, U₃, на резисторах R₁, R₂, R₃, токи I₁, I₂, I₃. Напряжение следует измерять с точностью до десятых долей вольта. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Режим работы аккумуляторной батареи

Измерено

Вычислено

U_ad

U_fd

U₁

U₂

U₃

I₁

I₂

I₃

R₁

R₂

R₃

R₀₁

R₀₂

åEI

åI²R

Ом

Вт

ЗАРЯД

Холостой ход

РАЗРЯД

E₁ =

E₂ =

4.3. Разомкнуть выключатели К₁ и К₂ и измерить эдс источников питания Е₁ и Е₂.

5. Обработка результатов измерения.

5.1. Проверить соответствие экспериментальных данных теоретическим положением для всех режимов работы аккумуляторной батареи.

5.2. Рассчитать сопротивления резисторов и внутренние сопротивления источников питания: ;

5.3. Для каждого режима составить уравнение баланса мощности

И проверять его выполнение. Результаты расчетов занести в таблицу 1.

6. Содержание отчета:

- название, цель работы, схема лабораторной установки, расчетные формулы;

- таблица с результатами измерений и расчетов.

7. Вопросы к защите

1. В одном режиме показания амперметров равны I₃ = 1A. В другом режиме напряжения U_ed =13В, U_fd =12B. В каком режиме работает аккумуляторная батарея Е₂ в первом и во втором случаях?

2. В одном режиме показания амперметров равны I₁ = 1A , I₂ = I₃ =0,5A. В другом режиме напряжения U_вd = 11В , U_fd = 12B. В каком режиме работает аккумуляторная батарея E₂ в первом и во втором случае?

3. Для первого и второго контура составить уравнение по 2-му закону Кирхгофа и проверить их выполнение по результатам намерений и расчетов:

а) для режима потребителя

б) для режима холостого ходя,

в) для режима генератора.

4. Составить уравнение по 2-му закону Кирхгофа для внешнего контура для режима потребителя и генератора и проверить их выполнение по результатам измерений и расчетов.

5. Для первого и второго контура составить уравнения по методу контурных токов. По значениям эдс и сопротивлений из табл. I-определить токи в ветвях:

а) для режима потребителя,

б) для режима холостого хода,

в) для режима генератора.

6. По значениям эдс и сопротивлений из табл. I определить токи в ветвях методом узлового напряжения:

а) для режима потребителя".

б) для режима холостого хода,

в) для режима генератора.

7. Известно, что Е₁ = 20 В, Е₂ = 12 В, источник Е₂ работает в режиме генератора. Изменится ли режим работы при размыкании выключателя К₃?

8. Известно, что Е₁ = 20 В, Е₂ = 12 В, источник Е₂ работает в режиме потребителя. Изменится ли режим его работы при размыкании выключателя К₁?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО

СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ

СОЕДИНЕНИИ ИНДУКТИВНОЙ КАТУШКИ И БАТАРЕИ

КОНДЕНСАТОРОВ

1. Цель работы.

Изучение зависимости тока, напряжений и мощностей от емкости батареи; изучение явления резонанса напряжений.'

2. Подготовка к работе.

2.1. Записать название и цель работы, начертить схему лабораторной установки и таблицы, записать расчетные формулы.

2.2. Изучить порядок выполнения работы.

2.3. Изучить условия и характерные особенности резонанса напряжений

3. Описание лабораторной установки.

На лабораторном стенде размещены лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), переносной вольтметр электромагнитной системы с пределами измерений 150 и 75 В (50 В), индуктивная катушка ИК, батарея конденсаторов переменной ёмкости С и одно полосный выключатель К (рис. 2). Лабораторная установка включает также измерительный комплект К-50.

Рис. 2. Схема лабораторной установки.

Емкость батареи конденсаторов изменяется с помощью выключателей. Против каждого выключателя указано значение емкости в микрофарадах. Общее значение, ёмкости батареи равно сумме значений всех емкостей. Переносной вольтметр V предназначен для измерения напряжения на зажимах индуктивной катушки и батареи конденсаторов.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Собрать схему рис. 2 и установить движок ЛАТРа в нулевое положение. После проверки схемы преподавателем зашунтировать батарею конденсаторов, замкнув выключатель К (перевести в верхнее положение). Переключатели пределов измерения амперметра и вольтметра измерительного комплекта К-50 поставить в положение 1А и 150 В.

4.2. Включить автоматический выключатель А_в и с помощью ЛАТРа установить по вольтметру комплекта К-50 напряжение U_к = 100В. При замкнутом выключателе К все напряжение приложено к индуктивной катушке. Для определения ее параметров измерить значение тока I_к , мощности P_к и записать в табл. 2.

Таблица 2

Измерено			Вычислено
U_к	I_к	P_к	R_к	Z_к	X_L	L_к	Ðj_к	С₀
В	А	ВТ	Ом	Ом	Ом	Гн	град	мкф

4.3, С помощью ЛАТРа установить напряжение U = 40 В, контролируя по вольтметру комплекта К-50. При разомкнутом выключателе К индуктивная катушка и батарея конденсаторов соединены последовательно. Установить последовательно три режима работы цепи, соответствующие трем различным значениям емкости С: до резонанса, при резонансе и после резонанса напряжений, поддерживая напряжение V постоянным. При каждом значении емкости измерить ток I, мощность Р (приборами комплекта К-50), напряжение на индуктивной катушке U_к и на батарее конденсатором U_с (вольтметром V). Результаты измерений занести в табл. 3.

Таблица 3

ИЗМЕРЕНО

ВЫЧИСЛЕНО

U_к

U_с

U_L

U_R

x_c

Ðj

Q_L

Q_c

мкф

ВТ

Ом

град

ВАР

…

Значение емкости, соответствующее резонансу напряжений, выбрать по максимальному значению тока в цепи.

5. Обработка результатов измерений.

5.1. Рассчитать значение величин, указанных в табл. 2 и 3

- активное, полное и индуктивное сопротивления индуктивной катушки

; ; ;

- индуктивность катушки, угол сдвига фаз между током и напряжением в катушке, резонансное значение емкости

; ; ;

где = 50 Гц - частота напряжения питающей сети;

- падение напряжения на индуктивном и активном сопротивлениях индуктивной катушки

; ;

- полное и емкостное сопротивление цепи

; ;

- угол сдвига фаз между током и напряжением

- индуктивная, емкостная и полная реактивная мощности, потребляемые цепью

; ; .

5.2. Проверить соответствие экспериментальных данных Теоретическим положением для режимов работы цепи.

6. Содержание отчета.

Отчет по работе должен содержать:

- название и цель работы, схему лабораторной установки, основные расчетные формулы;

- таблицы с результатами измерений и расчетов;

- три векторные диаграммы тока и напряжений, построенные по данным табл. 3 в одном масштабе, для трех режимов работы цепи: до резонанса, при резонансе и после резонанса напряжений, приняв начальную фазу тока .

7. Вопросы к защите.

1. В какой цепи наблюдается явление резонанса напряжений?

Условия возникновения и характерные особенности.

2. Изменяя какие параметры, можно достичь резонанса напряжений?

3. Можно ли по равенству напряжений на катушке и батарее конденсаторов судить о резонансе напряжений цепи? Ответ обосновать.

4. По показаниям какого прибора в схеме можно судить о наступлении резонанса напряжений? Ответ обосновать.

5. На основе расчетных формул проанализировать зависимость от емкости:

а) падения напряжения, на индуктивном сопротивлении;

б) падения '.напряжения на батарее конденсаторов;

в) полной реактивной мощности.

6. Почему при резонансе напряжение на индуктивной катушке и батарее конденсаторов значительно превышает напряжение на входе цепи?

7. Объяснить построение векторных диаграмм.

8. Перечислить возможные применения явления резонанса напряжений в технике.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ .ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ОДНОФАЗНОГО СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ ИНДУКТИВНОЙ КАТУШКИ И БАТАРЕИ КОНДЕНСАТОРОВ

1. Цель работы.

Изучение зависимости токов в ветвях и мощностей от емкости батареи. Изучение явления резонанса токов.

2. Подготовка к работе.

2.1. Записать название и цель работы, начертить схему лабораторной установки, подготовить таблицы, записать расчетные формулы.

2.2. Изучить порядок выполнения работы.

2.3. Изучить условия и характерные особенности-резонанса токов.

3. Описание лабораторной установки.

На лабораторном стенде размещены лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), амперметры А_к и А_с электромагнитной системы с пределами измерений 1А и 2А (ЗА), соответственно, индуктивная катушка ИК и батарея конденсаторов переменной емкости С (рис.3). Измерительный комплект К-50 расположен отдельно.

Емкость батареи конденсаторов изменяется с помощью выключателей против каждого выключателя указано значение емкости в микрофарадах.

Рис. 3. Схема лабораторной установки

4. Порядок выполнения работы

4.1. Собрать схему рис.3 и установить движок ЛАТРа в нулевое положение. После проверки преподавателем установить переключатели пределов измерения амперметра и вольтметра измерительного комплекта К-50 в положение 1А и 150В, соответственно.

4.2. Включить автоматический выключатель А_в и с помощью ЛАТРа установить входное напряжение U = 100 В, контролируя по вольтметру комплекта К-50. Поддерживая напряжение постоянным, установить последовательно три режима работы цепи, соответствующие трём различным значениям емкости С: до резонанса, при резонансе и после резонанса токов. При каждом значении емкости измерить значения мощности Р, тока в неразветвленной части цепи I (приборами комплекта К-50), тока в катушке I_к и тока в батарее конденсаторов (амперметрами A_к и А_с). Результаты измерений занести и табл. 4.

Таблица 4

ИЗМЕРЕНО						ВЫЧИСЛЕНО
C	U	P	I	I_к	I_с	I_R	I_L	b_L	B_c		S
мкф	В	Вт	А	А	А	А	А	См	См	-	ВА
…
…
…

5. Обработка результатов измерения.

5.1. Рассчитать значения величин, указанных в табл. 4:

- активную и индуктивную составляющие тока в катушке

;

где - угол сдвига фаз между напряжением и током в катушке, определяемый из табл. 2;

- индуктивную и емкостную проводимости цепи

;

где и - индуктивное и полное сопротивление катушки, определяемые из табл. 2;

- коэффициент мощности и полную мощность, потребляемую цепью

;

5.2. Проверить соответствие экспериментальных данных теоретическим представлениям о явлении резонанса токов.

6. Содержание отчета:

- название и цель работы, схема лабораторной установки, основные расчетные формулы;

- таблицы с результатами измерений и расчетов;

- три векторные диаграммы токов и напряжения, построенные по данным табл. 4 в одном масштабе, для трех режимов работы цепи: до резонанса при резонансе и после резонанса токов, приняв начальную фазу напряжения .

7. Вопросы к защите:

1. В какой цепи наблюдается явление резонанса токов? Что является его условием и характерными особенностями?

2. Путём изменения каких параметров можно достичь резонанса токов?

3. Можно ли по равенству показаний амперметров A_к и A_c судить о резонансе токов? Ответ обосновать.

4. По показаниям какого прибора в схеме можно судить о наступлении резонанса токов? Ответ обосновать.

5. На основе расчетных формул проанализировать зависимость от емкости:

а) тока в неразветвленной части цели;

б) тока в индуктивной катушке и тока в батарее конденсаторов;

в) коэффициент мощности в цепи.

6. На основе расчетных формул построить примерный вид зависимости от емкости:

а) индуктивной и емкостной проводимостей цепи;

б) полной проводимости цепи;

в) угла сдвига фаз между током в неразветвленной части цепи и входным напряжением;

г) волной мощности, потребляемой цепью.

7. Почему при резонансе ток в неразветвленной части значительно меньше токов в катушке и в батарее конденсаторов?

8. Объяснить построение векторных диаграмм.

9. Где применяется явление резонанса токов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ "ЗВЕЗДОЙ"

1 Цель работы.

Изучение режимов работы трёх и четырех проводной трехфазной цепи при соединении нагрузки "звездой".

2. Подготовка к работе.

2.1. Записать название и цель работы, начертить схему установки, подготовить таблицу записать расчетные формулы.

2.2. Изучить порядок выполнения работы.

2.3. Изучить характерные особенности работы трехфазных цепей в. различных режимах.

3 Описание лабораторной установки.

Источником симметричной трехфазной системы эдс в лабораторной установке служит вторичная обмотка трехфазного трансформатора Т_р (рис. 4).

Рис. 4. Схема лабораторной установки.

Первичная обмотка трансформатора подключается к трехфазной сети с помощью выключателя В. Вторичная обмотка (клеммы а, в, с, о) подключаются к генераторным зажимам измерительного комплекта К-50. К нагрузочным зажимам комплекта К-50 подключается нагрузка, соединенная "звездой".

Активной нагрузкой в установке служат резисторы (клеммы а-х, в-у, с-z). В качестве реактивной нагрузки в работе используется индуктивная катушка. Для перехода от трехпроводной к четыре проводной цепи используется выключатель К.

Фазные напряжения, токи и мощности измеряются приборами измерительного комплекта К-50. Амперметр А с пределом измерения 1А предназначен для измерения тока в нейтральном проводе. Вольтметром V₁ с пределом : измерения 150В измеряется линейное напряжение, вольтметром V₂ с пределами измерения 75В (50В) и 25В (15В) измеряется напряжение между нейтралями источника и потребителя.

Таблица 5

Нагрузка

Цепь

U_л

U_а

U_в

U_с

U_nN

I_а

I_в

I_с

I_nN

P_а

P_в

P_с

ВТ

ВАр

ВА

Симетричная активная

4-пр. 3-пр.

Несиметрич- ная активная

4-пр. 3-пр.

Несиметрич- ная активная (холостой ход фазы)

4-пр.

Несиметрич- ная активно- реактивная

4-пр.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Симметричная активная нагрузка.

4.1.1. Четырехпроводная цепь.

4.1.1.1. Собрать схему рис. 4 и замкнуть выключатели К, К_а, К_в, К_с (верхнее положение).

4.1.1.2. После проверки схемы преподавателем включить пакетный выключатель В. Используя фазоуказатель комплекта К-50, проверить, что трехфазная система напряжений соответствует прямой последовательности фаз А®В®С.

4.1.1.3. Установить симметричную нагрузку по равенству фазных токов I_a, I_в, I_c, меняя сопротивление резисторов в фазах а, в ,с.

4.1.1.4. Измерить линейное напряжение U_л, фазные напряжения U_а, U_б, U_с и мощности P_а, P_б, P_с. Убедиться в отсутствии тока I_aN в нейтральном проводе. Результаты измерения записать в табл. 5.

4.1.2. Трехпроводная цепь.

4.1.2.1. Разомкнуть выключатель К и убедиться, что в трехпроводной цепи показания приборов остались те же и напряжение между нейтралями U_nN = 0 т.е. при симметричной нагрузке необходимость в нейтральном проводе отсутствует.

Несимметричная активная нагрузка.

4.2.1. Четырехпроводная цепь.

4.2.1.1. Замкнуть выключатель К, и изменяя сопротивление резисторов в фазах а, в, с установить такой режим работы цепи, при котором ток в нейтральном проводе был бы не менее 0,2А.

4.2.1.2. Измерить фазные токи, напряжения и мощности, ток в проводе I_nN и записать в табл. 5. Убедиться: в четырехпроводной цепи фазные напряжения всегда равны между собой и не меняются при изменении нагрузки.

4.2.2. Трехпроводная цепь.

4.2.1.1. Разомкнуть выключатель К и измерить фазные напряжения тока и мощности, напряжение между нейтралями U_nN. Убедиться: в трёхпроводной цепи фазные напряжения не равны между собой и меняются при изменении нагрузки.

4.3. Несимметричная активная нагрузка (холостой ход фазы).

4.3.1. Разомкнуть один из выключателей К_а, К_в, или К_с. При этом одна из фаз нагрузки будет работать в режиме холостого хода. Для четырехпроводной цепи измерять те же величины, что и в п. 4.1.1.

4.4. Не симметричная активно-реактивная нагрузка.

4.4.1. Замкнуть все выключатели. Вместо резистора в одну из фаз включить индуктивную катушку в качестве активно-реактивной нагрузки. Для четырехпроводной цепи измерить значения величин указанных п. 4.1.1.

5. Обработка результатов измерений.

5.1. Рассчитать значения величин, указанных в табл. 5.

Суммарная активная, реактивная и полная мощности

; ;

где реактивная мощность фазы с активно-реактивной нагрузкой.

5.2. Построить в масштабе совмещённые векторные диаграммы напряжений и токов для каждого из режимов работы, указанных в табл. 5.

5.2.1. Выбрать масштабы по напряжению m_u и по току m_i.

5.2.2. В масштабе напряжений вычертить равносторонний треугольник линейных напряжений U_ав, U_вс, U_са, и обозначигь его вершины а, в, с (рис. 5).

5.2.3. Из вершин треугольника а, в, с раствором циркуля, равным в масштабе фазным напряжениям U_а, U_вс, U_с сделать засечки. Точка пересечения засечек даст точку n – нейтраль потребителя.

Рис.5 Пример построения векторной диаграммы

Соединив точку n с вершинами треугольника, получим вектора фазных напряжений потребителя (нагрузки) U_а, U_в, U_с.

5.2.4. Провести биссектрисы углов треугольника abc. Точка их пересечения даст точку N – нейтраль источника. Соединив точку N с вершинами треугольника, получим вектора фазных напряжений источника U_а, U_в, U_с. Отрезок N_n является вектором напряжения между нейтралями источника и потребителя.

5.2.5. В случае активной нагрузки в масштабе токов отложить из точки n вектора токов I_а, I_в, I_с вдоль векторов соответствующих разных напряжений.

5.2.6. Для четырехпроводных цепей графически определить вектор тока в нейтральном проводе I_nN.

6. Содержание отчёта:

-название и цель работы, схему лабораторной установки, основные расчётные формулы;

-таблицу с результатами измерений и расчётов;

-шесть совмещенных векторных диаграмм напряжений и. токов для режимов работы, указанных в табл., 5.

7. Вопросы к защите

1. В чем преимущества и недостатки трёх и четырехпроводных цепей?

2. Какова роль нейтрального провода? Почему в него не включают предохранители?

3. К чему приводит короткое замыкание в одной из фаз в трёх и четырсхпроводной цепи?

4. Как аналитически и графически определить напряжение между нейтралями источника и потребителя?

5. Объяснить построение векторных диаграмм для случая

а) симметричной активной нагрузки;

б) несимметричной активной нагрузки ( холостой ход фазы);

в) несимметричной активной нагрузки;

г) несимметричной активно-реактивной нагрузки.

6. Как рассчитать фазные полные сопротивления, токи и углы сдвига фаз между током и напряжением

а) для четырехпроводной цепи?

б) для трёхпроводной цепи?

7. Как рассчитать суммарную активную, реактивную и полную мощности в случае

а).симметричной нагрузки;

б) несимметричной нагрузки.

8. Что называется симметричной системой векторов и симметричной нагрузкой?

9. Где теоретически должны располагаться нейтраль потребителя на векторной диаграмме в режиме холостого хода одной из фаз в трёхпроводной цепи? Каково соотношение между фазными токами в этом случае?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ОДНОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

1 Цель работы.

Изучение принципа действия, устройства и работы однофазного трансформатора. Определение эксплуатационных параметров трансформатора по опытам холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ).

2. Подготовка к работе.

При полуторке к работе. студенты должны уяснить принцип действия и устройство трансформатора, условия и цель проведения опытов XX и КЗ, разобраться с обозначением трансформатора в электрических схемах, нарисовать рабочие схемы проведения опытов ХХ и КЗ, разобраться с обозначением приборов в схемах, заготовить рабочие таблицы для данных, получаемых в опытах XX, КЗ.

3. Описание лабораторной установки.

На рисунке 6 представлена схема опыта XX, на рисунке 7 -опыта КЗ. Схема, опыта включается при нажатии на кнопки "Пуск" кнопочных постов, обозначенных на стенде "ХХ" или "КЗ". Работа расположена в левой части стенда.

Рис. 6. Схема лабораторной установки. (Опыт холостого хода)

Рис. 7. Схема лабораторной установки. (Опыт короткого замыкания)

Испытуемый трансформатор находится в левой тумбе стенда. В ней же расположены многопредельный ваттметр W и кнопка, шунтирующая амперметр А (надпись на стенде "Шунт"). На вертикальной панели расположен автоматический выключатель В, автотрансформатор АТ (подпись на стенде "Сеть"), кнопочные посты. "Пуск" и "Стоп" включения и отключения той или иной схемы опытов, а также вольтметры и амперметры, включенные в первичную цепь трансформатора.

Автотрансформатор АТ ("Сеть") позволяет плавно менять напряжение на испытуемом трансформаторе Тр. Буквами А-Х обозначены начало и конец обмотки высшего напряжения U_1н = 380В, буквами а-х начало и конец обмотки низшего напряжения U_2н = 133В.

Для измерения тока I в опыте XX включены последовательно два амперметра: А₁ с пределом 5А и А₂ с пределом 1А, зашунтированный кнопкой К_ш. При малых величинах тока I₁₀ (меньше 1А) его измеряют амперметром А₂, размыкая (нажимая) кнопку "шунт" на левой тумбе стенда. При увеличении свыше 1А его определяют по амперметру А₁.

В опыте напряжение подается на трансформатор со стороны обмотки низшего напряжения, в опыте КЗ - со стороны высшего напряжения.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Опыт XX.

Ручка автотрансформатора должна быть в крайнем левом положении (U₁₀=0). Включают выключатель В, затем нажимают кнопку “Пуск” XX. С помощью автотрансформатора "Сеть" плавно поднимают напряжение U₁₀, доводя его в конце опыта до U₁₀ = 1,2U_1н. В диапазоне U₁₀ = (0,5…1,2)U_1н делают 5-7 замеров, причем один из них обязательно при U₁₀ = U_1н. В таблицу 6 заносят показания приборов: вольтметра V₁ в графу U₁₀, вольтметра V₂ в графу U₂₀амперметров А₁ или А₂ в графу I₁₀ ваттметра W в графу P₁₀. Индекс "О" показывает, что имеет место холостой ход трансформатора.

Таблица 6

Опытные данные			Расчётные данные
U₁₀	U₂₀	I₁₀	P₁₀	K_U
В	В	А	ВТ	-	-

По опытным данным рассчитывают:

- коэффициент трансформации ;

- коэффициент мощности в опыте XX

На основаниях данных опыта строят характеристики холостого хода трансформатора.

4.2. Опыт КЗ.

Проделав опыт XX, обязательно снижают напряжение до нуля и выключают схему ХХ. Затем включают схему опыта КЗ, нажимая кнопку трансформатора "Пуск" КЗ.

С помощью автотрансформатора "Сеть" плавно меняют величину тока первичной обмотки, доведя ее до I_1к = 1,2I_1н. Следует помнить, что опыт КЗ проводится со стороны обмотки высшего напряжения! В интервале изменения тока I_1к от 0,5I_1н до 1,2I_1н делают 5-7 замеров, записывая данные в таблицу 7. Один замер обязательно делают при I_1к = I_1н = 4,2 А. В таблицу 7 заносят данные; I_1к (по амперметру А₁), I_2к (по амперметру А₃), U_к (по вольтметру V₃), Р_к - (по ваттметру W). Индекс "К" показывает, что полученные результаты относятся к опыту КЗ.

Таблица 7

Опытные данные				Расчётные данные
I_1к	I_2к	U_к	P_к	K_r
А	А	В	ВТ	-	-

По данным КЗ рассчитывают:

- коэффициент трансформации по току

- коэффициент мощности в опыте

Для номинального .значения тока определяют сопротивление обмоток:

; ;

Сопротивления приводят к рабочей температуре обмоток трансформатора 75° С.

;

где - температура окружающей среды.

Мощность КЗ, выделяющаяся в обмотках при номинальных токах, также приводятся к рабочей температуре:

На основании данных опыта на одном графике строят характеристики КЗ:

; ;

4.3. Рассчитывают следующие величины:

- напряжение короткого замыкания в процентах от номинального

где и - номинальные напряжения и ток обмотки высшего напряжения;

- коэффициент полезного действия трансформатора для коэффициента нагрузки и коэффициента мощности нагрузки косвенным методом по формуле:

где - мощность потерь XX из таблицы 6 при ;

- мощность потерь КЗ при номинальном токе, приведенная к 75° С;

- номинальная полная мощность трансформатора, =1600 ВА;

падение напряжения в процентах определяют по приблеженной формуле:

где - активная составляющая .

- реактивная составляющая .

По данным опытов XX и КЗ, из условия. определить коэффициент загрузки, при котором кпд будет иметь , значение , и значение . Рассчитывают падение напряжения, задаваясь значениями от 0 до 1,5 и коэффициента мощности нагрузки и строят внешние характеристики трансформатора .

5. Содержание отчета

Отчёт по работе должен содержать:

- схемы опытов, данные испытуемого трансформатора, таблица опытных и расчётных данных;

- расчёт ; ; ; и ;

- внешние характеристики трансформатора ;

- характеристики ХХ и КЗ/

6. Вопросы к защите

1. Устройство, принцип действия, область применения трансформатора.

2. Что такое коэффициент трансформации, как определяется?

3. Как и с какой целью проводится опыт ХХ?

4. Как изменяется мощность и на что расходуется?

5. Как изменится ток и как по этому графику определить номинальное напряжение?

6. Как изменяется и почему он имеет малое значение?

7. Как и с какой целью проводится опыт КЗ?

8. Как изменяется мощность и на что она расходуется?

9. Почему в опыте КЗ остается величиной практически постоянной?

10. Как определяется кпд трансформатора?

11. По чему не применяется метод непосредственной загрузки для определения кпд трансформатора?

12. При каких условиях кпд трансформатора достигает максимума?

13. Что называется напряжением короткого замыкания?

14. Как определить ток аварийного короткого замыкания?

15. Дайте определение падения напряжения в трансформаторе.

16. Что называется приведенным трансформатором?

17. Почему меняется коэффициент трансформации при проведении опытов XX и КЗ?

18. Как изменяется магнитный поток в трансформаторе при изменении нагрузки?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

С КОРОТКОЗАМНУТЫМ РОТОРОМ

1. Цель работы

Изучение конструкции трехфазных асинхронных двигателей (АД), знакомство со способами пуска двигателей, снятие механических характеристик при номинальном и пониженном напряжении.

2. Подготовка к работе

Студенту должны знать принцип действия АД, способы пуска АД, вид механических характеристик, должны зарисовать схему лабораторной работы и подготовить таблици для записи данных при снятии характеристик.

3. Описание лабораторной установки

Генератор постоянного тока непосредственно соединен с валом АД и является нагрузочной машиной. Такой метод испытаний называется нагрузкой тарированной машиной, т.к. для генератора известна зависимость его кпд от полезной мощности. Эта зависимость приведена на рис. 8 и в работе применяется для определения полезной мощности и кпд двигателя. Спарка машин АД - ГПТ расположена рядом со стендом.

На рис. 9 приведена схема включения АД.

Рис.8

Рис.9 Схема лабораторной установки.

В работе испытывается АД с короткозамкнутым ротором, фазные обмотки статора которого рассчитаны на напряжение 220 В. При напряжении сети 220/127В и соединении обмоток статора ''звездой" на каждой обмотке напряжение будет в раз меньше номинального, поэтому при пуске АД с таким соединением обмоток соответственно изменяется пусковой ток. После разгона двигателя обмотки можно переключить на номинальное напряжение (220 В), соединив их "треугольником" с помощью переключателя П на правой тумбе стенда. На этой же тумбе находится переключатель способа возбуждения ГПТ, маховик реостата возбуждения ГПТ, линейка выключателей нагрузочных сопротивлений ГПТ (надпись "нагрузка") и кнопка, шунтирующая своими контактами амперметр А с пределом 5А в цепи статора АД. На вертикальной панели в правой . части стенда расположены приборы для измерения параметров работы АД и ГПТ" и автоматический выключатель В_д. В схему АД включены приборы:

- вольтметр измеряет линейное напряжение сети ;

- два амперметра А с пределам 5 А и 20 А измеряют ток статора двигателя . Пятиамперный прибор зашунтирован кнопкой Кш, и его показания соответствуют реальному значению тока при размыкании (нажатии) кнопки:

- трехфазный киловаттметр измеряет активную мощность потребляемую АД из сети (Р₁). Он включён через трансформатор тока с коэффициентом трансформации 3, его показания надо умножать на 3. Коэффициент мощности можно определить по прибору в цепи статора АД, а можно рассчитывать по формуле:

- цифровой тахогенератор измерят частоту вращения АД в оборотах в минуту;

- вольтметр амперметры А_я и А_в включены в цепи якоря и возбуждения ГПТ и показывают соответственно , , .

Кпд асинхронного двигателя в этой работе определяется следующим образом;

- определяем полезную (выходную) мощность нагрузочной машины, (генератора постоянного тока);

- определяем коэффициент загрузки генератора:

где - номинальная мощность генератора, которая определяется по его паспортным данным,

- по кривой рис.7 для полученного значения определяем кпд генератора .

- рассчитываем потребляемую мощность:

Эта мощность будет равна полезной мощность на валу двигателя:

- кпд двигателя определяется как отношение полезной мощности на валу двигателя к активной мощности , потребляемой АД из сети:

Момент, развиваемый двигателем, определяется из выражения:

где - частота вращения двигателя, об/мин.

Коэффициент мощности АД рассчитывается по формуле:

где - мощность, потребляемая из сети,

, - напряжение и ток обмотки статора.

4. Порядок выполнения работы.

Увеличивая нагрузку ГПТ (включая выключатели "нагрузка"), снимают 5...7 точек рабочих характеристик. Заканчивают снятие характеристик при токе =1,1…1,2 где - номинальный ток двигателя. Данные заносят в таблицу 8.

Таблица 8

Данные измерения

Расчетные данные

опыта

кВт

об/мин

ВТ

кВт

Н×м

Скольжение % определяют по формуле;

где - синхронная скорость:

где - частота напряжения сети, = 50 Гц.

- число пар полюсов АД, определяющиеся по паспорту двигателя.

По результатам испытаний строят рабочие характеристики:

, , , ,

4.2. Механические характеристики.

Эти характеристики снимают как при включении обмоток статора "треугольником'', так я при включений их "звездой", когда напряжение каждой обмотки равно:

Снятие характеристик начинают со значения (нагрузка отключена). Генератор должен быть включен на независимое возбуждение. Ток допек иметь наибольшее значение из табл. 8 и не меняться при снятии характеристики. Постепенно увеличивая (выключая нагрузку), измеряют этот ток и частоту вращения двигателя, занося их в таблицу 9.

Таблица 9

	А
	об/мин
	Н×м

Момент на валу двигателя определяют следующим образом:

- из таблицы 8 рабочих характеристик выбирают значение , соответствующее максимальному значению тока .

- учитывая что тормозной момент генератора равен:

можно рассчитывать константу:

;

- значение момента в таблице 9 определяем как произведение

По данным опыта на одном графике строят механические характеристики для способов соединения обмоток статора АД "звездой" и "треугольником".

6. Содержание отчета

Схема включения двигателя, номинальные данные АД и ГПТ, таблицы опытных и расчетных данных, рабочие характеристики и механические характеристики.

6. Вопросы к защите

1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя трёхфазного тока.

2. Как определяется синхронная скорость АД?

3. Как определяется скольжение АД?

4. Пуск в ход АД. Способы пуска.

5. Как производится пуск в ход двигателя переключением обмоток со "звезды" на "треугольник"? Достоинства и недостатки этого способа пуска.

6. Возможен ли пуск в ход АД при обрыве одной из фаз?

7. Способы регулирования скорости АД.

8. Почему сердечники статора и ротора изготовлены из изолированных тонких стальных листов?

9. Чем отличается АД с фазной обмоткой ротора от АД с короткозамкнутой обмоткой?

10. Как определить частоту тока в роторе?

11. Характер изменения тока двигателя при изменении нагрузки на валу. Почему в начальной части характеристики ток почти не меняется?

12. Как изменяется кпд при изменении на валу? Когда кпд бывает максимальным?

13. Как изменяется коэффициент мощности АД при увеличении нагрузки?

14. Как изменяются момент и скольжение при увеличения нагрузки на валу АД?

15. Почему механические характеристики при "звезде" вдут ниже, чем при "треугольнике"?

16. Почему ток холостого хода АД значительно больше, чем ток холостого хода трансформатора такой же мощности?

17. Как осуществить реверс АД?

18. Как построить механическую характеристику АД по данным каталога?

I9. Что называют "опрокидыванием" двигателя?

20. Как можно повысить ?

21. Почему частота вращения ротора при М=0, полученная опытным путем, меньше синхронной частоты машины?

22. Какие потери мощности имеются в АД и от чего они зависят?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

1. Цель работы:

Исследование двигателя постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения путем снятия его рабочих характеристик, изучение способов регулирования частоты вращения ДПТ путем снятия естественной и искусственной механических характеристик.

2. Подготовка к работе

При подготовке к работе студенты должны уяснить устройство и принцип действия ДПТ, условия снятия и ожидаемый вид рабочих характеристик ДПТ, изучить и зарисовать схему лабораторной установки и заготовить таблицы.

3. Описание лабораторной установки

В работе испытывается двигатель параллельного возбуждения , имеющий небольшую, последовательную (стабилизирующую) обмотку СОВ (Рис 11.).

Напряжение на якоре двигателя регулируется с помощью реостата РР (на стенде обозначен “сеть”) и измеряется вольтметром.

Амперметр измеряет ток якоря двигателя ( ). Переключатель позволяет включить в цепь якоря добавочное сопротивление . Частота вращения якоря ДПТ измеряется с помощью тахогенератора , установленного на валу двигателя.

Якорь двигателя вращается в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения ШОВ, подключаемой параллельно цепи якоря через амперметр и регулировочный реостат , обозначенный на стенде "Возбуждение". При запуске двигателя с малой нагрузкой на валу и малым током возбуждения он очень быстро разгоняется выше номинальной скорости - идет "вразнос". Поэтому при пуске следует установить ток возбуждения .

Рис. 11. Схема лабораторной установки

Нагрузкой электродвигателя служит электромагнитный тормоз системы М.А. Панасенкова состоящий из массивного стального диска, жестко закреплённого на валу двигателя и вращающегося в магнитном поле электромагнитов, ток в обмотках которого регулируется реостатом - (на стенде - "Моментометр").

При вращении диска в поле электромагнитов, в нем возникают вихревые токи, взаимодействующие с этим полем и создающие тормозной момент. Этот момент уравновешивает вращающий момент двигателя и определяется по шкале, расположенной на тормозе. Тормозной момент (нагрузка двигателя) будет увеличиваться при увеличении тока в обмотках тормоза.

Схема управления двигателем смонтирована в средней части стенда. Двигатель с тормозом расположен рядом со стендом.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Определение номинального тока возбуждения

Запускают электродвигатель, включив автоматический выключатель , установив рукояткой "Возбуждение" ток возбуждения и увеличивая рукояткой "Сеть" напряжение до .

Увеличивая ток в цепи тормоза рукояткой "Моментомер", нагружают двигатель до номинального тока в цепи якоря . Поддерживая номинальными напряжение и ток якоря, рукояткой “Возбуждение” устанавливают частоту вращения об/мин. Ток возбуждения, который установится при номинальном напряжении номинальном токе якоря и номинальной частоте вращения , является номинальным, током возбуждения . Эта величина записывается в номинальные данные машины, туда же записывают значение момента со шкалы тормоза. После этого двигатель разгружают.

4.2. Снятие рабочих характеристик ДПТ.

Рабочие характеристики ДПТ - это зависимость момента ,тока якоря ,кпд и частоты вращения от мощности на валу двигателя Характеристики снимают, поддерживая постоянным значения и . Первый замер делают при холостом ходе двигателя ( , ). Затем увеличивают нагрузку двигателя до делая 6-8 замеров. Данные заносят в таблицу 13.

Таблица 13

N	Опытные данные			Расчётные данные

	А	Н×м	об/мин	Вт	Вт	%
1 2 …

Кпд определяют методом непосредственной нагрузки:

где - полезная мощность двигателя,

- полная мощность двигателя, .

По данным опыта строят рабочие характеристики: , , ,

4.3. Снятие механических характеристик ДПТ

Механическая характеристика двигателя - зависимость частоты вращения от момента . В работе снимаются четыре механические характеристики: естественная (при , ) и искусственные при , при и при .

Естественную характеристику строят по данным из таблицы рабочих характеристик.

Искусственную характеристику при пониженном напряжении снимают следующим образом. При минимальной нагрузке двигателя (М=0) устанавливают напряжение на зажимах якоря (0,5...О,8) (по указанию преподавателя) и, поддерживая это напряжение и номинальный ток возбуждения , постепенно нагружают двигатель до значения . Делают 6-8 замеров. Данные заносятся в таблицу 14.

Таблица 14

	Н×м
	об/мин

Затем разгружают двигатель, устанавливают напряжение , ток возбуждения снижают до = (0,9...0,95) , и поддерживая неизменными эти параметры, снова загружают двигатель до занося данные .в таблицу 14.

Третью искусственную характеристику снимают при номинальном напряжении и

токе возбуждения, но с включенным добавочным сопротивлением в цепи якоря (переключатель положение 2).

По результатам опытов на одном графике строят естественную и три искусственные механические характеристики.

5. Содержание отчета:

- схема опытов, данные двигателя, таблицы опытных и расчетных данных.

- на одном графике рабочие характеристики;

- на другом графике четыре механические характеристики.

6. Вопросы к защите

1. Устройство и принцип действия ДПТ, назначение коллектора.

2. Классификация ДПТ по способу возбуждения.

3. Назначение пускового реостата.

4. Назначение пускового реостата в цепи возбуждения.

5. Пуск в ход ДПТ, способы пуска.

6. Почему при пуске ДПТ параллельная обмотка возбуждения должна быть включена на полное напряжение?

7. Как исменить вращение ДПТ на обратное?

8. Как осуществляется регулирование частоты вращения ДПТ?

9. Почему при моменте на валу, равном нулю, ток в якоре не равен нулю.

10. Почему зависимость имеет нелинейный характер?

11. Почему уменьшаются обороты ДПТ с ростом нагрузки?

12. Объясните характер зависимости .

13 Почему эависииость нелинейна?

14. Как влияет изменение напряжения на механическую характеристику.

15. Как влияет изменение тока возбуждения на механическую характеристику.

16. Как влияет изменение сопротивления цепи якоря на механическую характеристику.

17. Как изменится частота вращения якоря при изменении момента если:

- увеличить сопротивление в цепи якоря,

- увеличить сопротивление в цели обмотки возбуждения?

18. Как изменится ток в цепи якоря при неизменном моменте, если , ?

19. Почему в машинах постоянного тока станина выполнена из сплошного металла (литая сталь), а сердечники полюсов из листовой стали?

20. Что будет, если во время работы ДПТ параллельного возбуждения произойдет обрыв в цепи обмотки возбуждения?

21. Почему экономически выгоднее регулировать частоту вращения ДПТ введением добавочного сопротивления в цепь обмотки возбуждения, чем введением добавочного сопротивления в цепь якоря?

Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 163; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!