Электрические машины / Лабы / Лабник электрические машины

3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Цель работы

Изучение основных эксплуатационных особенностей генератора постоянного тока (ГПТ) в зависимости от способа его возбуждения.

2.Подготовка к работе

2.1Ознакомиться с принципом действия и характеристиками генераторов постоянного тока [ 1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.6, 2.8].

2.2Начертить схемы ГПТ независимого и параллельного возбуждений

среостатами возбуждения и нагрузки, с приборами для измерения токов нагрузки и возбуждения, напряжения на якоре.

2.3Записать выражения для напряжения на зажимах генератора, ЭДС якоря, тока якоря и электромагнитного момента.

2.4Изобразить на одном графике примерный вид внешних характеристик ГПТ независимого и параллельного возбуждений.

2.5Заготовить таблицы для записи результатов измерений, снабдив их заголовками, характеризующими опыт.

3.Рабочее задание

3.1Записать номинальные данные генератора.

3.2Собрать цепи ГПТ с независимым возбуждением и цепь приводного асинхронного двигателя. Произвести пуск асинхронного двигателя и записать его частоту вращения.

3.3В режиме холостого хода генератора (реостат нагрузки не подклю-

чен) :

- убедиться, что, изменяя ток возбуждения, можно плавно регулировать

напряжение генератора в диапазоне от нуля до UНОМ ;

- снять и построить характеристику холостого хода (зависимость

Е(IВ)).

3.4Снять и построить рабочие участки внешних характеристик U(I)

при IВ=0,4А и 0,8А.

Убедиться, что с ростом тока нагрузки напряжение генератора па-

дает.

3.5Собрать цепь ГПТ параллельного возбуждения.

3.6Снять и построить рабочий участок внешней характеристики генератора при максимальном токе возбуждения.

4

3.7Определить процентное изменение напряжения от холостого хода до номинальной нагрузки.

3.8Сделать краткие письменные выводы об эксплуатационных особенностях ГПТ при различных способах возбуждения.

4.Методические указания

4.1На лабораторном стенде установлен генератор постоянного тока, имеющий следующие номинальные данные :

4.2При сборке электрической цепи исследуемого ГПТ в цепь обмотки возбуждения включается регулировочный реостат и амперметр для измерения тока возбуждения. В цепь якоря включается амперметр для измерения тока нагрузки. К обмотке якоря подключается вольтметр. В качестве нагрузки используется реостат со ступенчатой регулировкой.

4.3Обмотка статора приводного асинхронного двигателя соединена по схеме треугольника. Обмотка подключается с помощью перемычек к источнику трехфазного напряжения.

4.4На панели “ СИНХРОННАЯ МАШИНА” ручку “РЕГУЛИРОВКА” (напряжение возбуждения) установить в крайнее левое положение. На панели “МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА” ручку “РЕГУЛИРОВКА ВОЗБУЖДЕНИЯ” (ток возбуждения) установить в крайнее правое положение, при котором ток будет максимальным. Переключатель “НАГРУЗКА ГЕНЕРАТОРА” установить в положение “1” (нагрузочный реостат отключен).

4.5Для пуска асинхронного приводного двигателя необходимо:

-включить автомат сети (под столом стенда);

-на левой панели нажать кнопку “ВКЛ” для подключения стенда к сети, при этом вольтметр покажет напряжение сети (220В);

-на панели “СИНХРОННАЯ МАШИНА” нажать кнопку

"ВКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ”.

4.6Для снятия характеристики холостого хода на панели “СИНХРОННАЯ МАШИНА” нажать кнопку “ВКЛ. ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА”. Плавно изменяя ток возбуждения ручкой “РЕГУЛИРОВКА” в пределах от 0 до 1А снять 5-6 точек для построения характеристики.

4.7Для снятия внешних характеристик установить указанный в п. 3.4

ток возбуждения при отключенном реостате нагрузки ( IЯ=0 ) и записать показание вольтметра. Изменяя нагрузку генератора, снять 5-6 точек для построения внешней характеристики.

5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

1. Цель работы

Изучение основных эксплуатационных характеристик двигателя постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения, способов пуска и регулирования частоты вращения.

Получить навыки управления ДПТ.

2.Подготовка к работе

2.1Ознакомиться с устройством, принципом действия, схемой и основными характеристиками ДПТ параллельного возбуждения [1, 2.2, 2.3,

2.4, 2.9 - 2.11].

2.2Начертить схему ДПТ параллельного возбуждения с пусковым и регулировочными реостатами, а также с приборами для измерения напряжения, токов якоря и возбуждения.

2.3Записать формулы для расчета:

2номинального момента МНОМ ДПТ ;

3электромагнитного момента;

4ЭДС якоря;

-тока якоря при пуске и в номинальном режиме работы двигателя;

-электрической мощности Р1 двигателя;

-КПД двигателя.

2.4По паспортным данным ДПТ рассчитать его номинальный момент (см. п. 4.1 методических указаний).

2.5Изобразить качественно естественную и искусственные механические характеристики ДПТ при полюсном, реостатном и якорном регулировании частоты вращения якоря.

2.6Заготовить таблицы для записи результатов измерений, снабдив их заголовками, характеризующими опыт.

3.Рабочее задание

3.1Собрать электрическую цепь двигателя параллельного возбуждения. Произвести “ручной” пуск и остановку двигателя без нагрузки с помощью пускового реостата. Записать бросок пускового тока (п. 4.2, 4.3 методических указаний).

6

3.2Снять участок естественной механической характеристики n(М)

двигателя, фиксируя при этом значения напряжения U, токов якоря IЯ и возбуждения IВ. Момент уменьшать от 0,8МНОМ (4-5 точек) до нуля (холостой ход). Построить механическую характеристику двигателя, а также зависимость его КПД от мощности нагрузки Р2.

3.3Снять и построить искусственную механическую характеристику

при пониженном токе возбуждения IВ = 0,7 IВНОМ, фиксируя при этом значение тока якоря (п. 4.5 методических указаний).

3.4Осуществить полюсное регулирование частоты вращения якоря без

нагрузки (МС=0). При этом частота вращения не должна превышать значения

3500 об/мин.

Снять и построить зависимость n(IВ). Обратить внимание на резкое возрастание частоты вращения n и тока якоря IЯ при уменьшении тока возбуждения IВ двигателя.

3.5Осуществить якорное регулирование частоты вращения при

IВ=IВНОМ=const.

Снять и построить искусственную механическую характеристику ДПТ при U=180В (п. 4.6 методических указаний).

4.Методические указания

4.1На лабораторном стенде установлен ДПТ серии 4П, имеющий следующие номинальные данные:

4.2При сборке электрической цепи исследуемого ДПТ в цепь обмотки возбуждения (Ш1 - Ш2) включаются амперметр и регулировочный реостат РВ. В цепь якоря (Я1 - Я2) включаются амперметр и пусковой реостат РП. Сборку цепи осуществлять согласно схеме, приведенной на рис. 1.

В качестве нагрузки двигателя используется электромагнитный тормоз, тормозной момент которого изменяется при изменении его тока возбуждения

спомощью регулируемого источника постоянного напряжения. Управление тормозом осуществляется ручкой “РЕГУЛИРОВКА НАГРУЗКИ” на левой панели “НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА”.

4.3Пуск ДПТ осуществлять в следующей последовательности:

-полностью вывести сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения поворотом ручки “РЕГУЛИРОВКА ВОЗБУЖДЕНИЯ” по часовой стрелке до упора;

-полностью ввести сопротивление пускового реостата поворотом ручки “ПУСК ДВИГАТЕЛЯ” против часовой стрелки до упора;

7

-установить момент сопротивления МС=0 поворотом ручки “РЕГУЛИРОВКА НАГРУЗКИ” против часовой стрелки до упора;

-на панелях “НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА” и “МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА” нажать кнопки “ВКЛ”;

-на панели “НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА” установить: переключатель в положение “АГРЕГАТ №2”; номинальное напряжение ДПТ по прибору “НАПРЯЖЕНИЕ ЯКОРЯ” кнопками “УСТАНОВКА НАПРЯЖЕНИЯ

ПИТАНИЯ ЭЛ. МАШИН”; нулевое значение нагрузочного момента МС ручкой “БАЛАНСИРОВКА МОМЕНТА”;

-произвести пуск электродвигателя без нагрузки (МС=0), медленно переводя ручку пускового реостата из положения “1” в положение “7”.

4.4 Для снятия механической характеристики на панели “НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА” нажать кнопку “ВКЛ. НАГРУЗКИ”. Вращением ручки “РЕГУЛИРОВКА НАГРУЗКИ” установить номинальный момент. Изменяя ток возбуждения, довести частоту вращения до номинальной

(nНОМ = 3000об/мин). Одновременно следует поддерживать неизменным напряжение питания. Полученное значение тока возбуждения принимается за номинальное.

4.5Искусственную механическую характеристику снимать, уменьшая

момент нагрузки от значения 0,5МНОМ и поддерживая неизменным напряжение питания UНОМ. При этом частота вращения якоря не должна превышать значения 3500 об/мин.

4.6При якорном регулировании напряжение следует изменять кнопками “УСТАНОВКА НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ ЭЛ. МАШИН”.

Искусственную механическую характеристику снимать, изменяя

момент нагрузки от 0,8МНОМ до нуля. При этом напряжение питания U и ток возбуждения должны поддерживаться неизменными.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1. Цель работы

Изучение особенностей пуска трехфазного асинхронного двигателя (ТАД) с короткозамкнутым ротором, исследование особенностей работы двигателя на холостом ходу и под нагрузкой, получение навыков управления двигателем.

2. Подготовка к работе

8

2.1Ознакомиться с устройством, принципом действия, схемой и основными характеристиками ТАД [1, 3.2 - 3.4, 3.10, 3.11].

2.2Начертить схему включения ТАД с короткозамкнутым ротором в трехфазную сеть с линейным напряжением 220В, предусмотрев возможность контроля напряжения, тока и мощности.

2.3Записать формулы для определения:

-номинального момента двигателя;

-механической мощности Р2;

-коэффициента мощности;

-КПД двигателя;

-скольжения;

-частоты вращения ротора;

-зависимости частоты тока ротора от скольжения.

2.4Изобразить примерный вид рабочих характеристик ТАД.

2.5Заготовить таблицы для записи результатов измерений, снабдив их заголовками, характеризующими опыт.

3.Рабочее задание

3.1Записать номинальные данные ТАД со стенда, определить его номинальный момент.

3.2Собрать электрическую цепь на лабораторной панели “АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ”. Амперметр включить на предел 15А.

3.3Произвести прямой пуск ТАД при отсутствии нагрузки на валу. Записать бросок пускового тока и определить кратность пускового тока IП/IН.

3.4Снять и построить участок естественной механической характеристики n(М) двигателя, фиксируя одновременно значения напряжения, тока статора и электрической мощности. Момент на валу изменять от номинального значения до нуля (5 - 6 точек).

3.5Используя данные п.3.4, построить рабочие характеристики двига-

теля.

3.6В режиме холостого хода двигателя определить скольжение ротора.

3.7Сделать краткие выводы об эксплуатационных свойствах ТАД с короткозамкнутым ротором.

4.Методические указания

4.1После сборки электрической цепи на панели “НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА” установить переключатель в положение “АГРЕГАТ №1” и нажать кнопку “ВКЛ.” для подключения стенда к сети.

4.2ТАД малой мощности с короткозамкнутым ротором пускается в ход путем непосредственного подключения обмоток статора к сети. Для пуска ТАД на панели “СИНХРОННАЯ МАШИНА” нажать кнопку “ВКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ”.

9

4.3 Регулировка момента нагрузки на валу асинхронной машины осуществляется путем изменения тока электромагнитной муфты поворотом ручки “РЕГУЛИРОВКА НАГРУЗКИ”.

Датчик момента требует предварительной настройки при неподвижном роторе ТАД. Для этого после нажатия кнопки “ВКЛ. НАГРУЗКИ” ручкой “БАЛАНСИРОВКА МОМЕНТА” установить на нуль стрелку прибора, измеряющего момент.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА В МОЩНОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ

1. Цель работы

Изучение свойств синхронного генератора (СГ) при работе в системе большой мощности, приобретение навыков включения СГ на параллельную работу с сетью, регулирования активной и реактивной мощностей генератора.

2.Подготовка к работе

2.1Ознакомиться с устройством и принципом действия СГ, условиями включения СГ на параллельную работу с мощной энергосистемой, а также со способами регулирования активной и реактивной мощностей [1, 4.2 - 4.7 ].

2.2Начертить схему поперечного сечения двухполюсного СГ, указать расположение магнитных осей ротора и результирующего поля, построить векторные диаграммы для разных режимов работы СГ.

2.3Начертить схему включения СГ с измерительными приборами для снятия характеристики холостого хода, U-образных характеристик, схему замещения фазы статора. Написать уравнение электрического состояния фазы статора СГ.

2.4Записать условия включения СГ в сеть большой мощности. Указать, каким образом можно изменять активную и реактивную мощности генератора.

2.5Подготовить таблицы для записи измеряемых величин, снабдив их заголовками, характеризующими опыт (пп. 3.4 и 3.6 рабочего задания). Изобразить примерный вид снимаемых характеристик.

3.Рабочее задание

3.1Записать номинальные данные СГ со стенда.

3.2Собрать электрическую цепь приводного двигателя постоянного тока и СГ, подключив необходимые измерительные приборы. Ток в фазе обмотки статора измерять измерительным комплектом К50.

10

3.3Запустить приводной двигатель и установить синхронную частоту вращения ротора (см. п.4.2 методических указаний).

3.4Снять и построить характеристику холостого хода Е0(IВ.Р.) (зависимость ЭДС фазы статора от тока возбуждения ротора) СГ.

3.5Выполнить условия синхронизации и включить СГ в сеть большой мощности (см. п.4.4 методических указаний).

3.6Регулируя реактивную мощность, снять зависимость фазного тока статора IСТ от тока возбуждения ротора IВ.Р. для трех значений активной мощ-

ности : Р=0, Р=0,3РНОМ и Р=0,7РНОМ.

3.7Отключить СГ от сети, остановить приводной двигатель (см. п.4.7 методических указаний).

3.8По результатам эксперимента п.3.6 рассчитать зависимость коэф-

фициента мощности cos от тока возбуждения ротора IВ.Р. СГ для Р=0,3РНОМ

иР=0,7РНОМ .

3.9Построить графики зависисмостей IСТ(IВ.Р.) и cos (IВ.Р.).

3.10Сделать краткие выводы об особенностях работы СГ в мощной энергосистеме, о регулировании активной и реактивной мощностей.

4.Методические указания

4.1На панели “НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА” установить переключатель в положение “АГРЕГАТ №2”. Подключение лабораторного стенда к сети осуществляется нажатием кнопки “ВКЛ”.

4.2Для пуска приводного ДПТ необходимо:

- на панели “МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА” ручку “РЕГУЛИРОВКА ВОЗБУЖДЕНИЯ” повернуть вправо до упора (реостат возбуждения выведен), а ручку “ПУСК ДВИГАТЕЛЯ” установить в положение “1”;

- нажать кнопку “ВКЛ.” на панели “МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА”;

- установить на панели “НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА” номиналь-

ное напряжение питания кнопками “ “ и “ “; - медленно (за 5 - 7 сек.) перевести ручку “ПУСК ДВИГАТЕЛЯ” в по-

ложение “7”; - изменяя ток возбуждения ДПТ, установить частоту вращения ротора

n=3000 об/мин.

4.3 Для снятия характеристики холостого хода подключить обмотку возбуждения СГ к регулируемому источнику постоянного напряжения нажатием на панели “СИНХРОННАЯ МАШИНА” кнопки “ВКЛ. ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ ”. Измерительные приборы и синхроноскоп подключаются кнопкой “ВКЛЮЧЕНИЕ СТАТОРА СИНХРОННОИ МАШИНЫ”. Регулировка тока возбуждения СГ производится ручкой “РЕГУЛИРОВКА”.

11

Произвести 6 - 7 измерений Е0 в диапазоне изменения тока возбуждения ротора IВ.Р. от нуля до максимального.

4.4 Для синхронизации СГ с сетью необходимо :

-установить равенство напряжений UСГ = UСЕТИ регулировкой IВ.Р.;

-добиться равенства частот напряжения СГ и сети, регулируя частоту вращения ротора СГ изменением тока возбуждения приводного ДПТ.

Момент синхронизации соответствует совмещению медленно вращающейся стрелки синхроноскопа с вертикальной отметкой его шкалы (совпа-

дение фаз напряжений UСГ и UСЕТИ). В этот момент нажать кнопку “ВКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ” ( присутствие преподавателя обязательно !). После включения СГ должен работать в режиме холостого хода (IСТ=0, Р=0).

4.5Для снятия зависимостей IСТ(IВ.Р.) при Р=const (U-образные характеристики) :

- изменением тока возбуждения ДПТ установить выбранное значение активной мощности СГ;

- изменением тока возбуждения ротора СГ установить минимальный ток статора;

- изменяя ток возбуждения ротора СГ сначала в сторону уменьшения, а

затем в сторону увеличения от точки IСТ = min снять по 3 точки в каждом направлении; при этом необходимо следить, чтобы ток статора не превышал

6А;

- постоянство активной мощности Р=const обеспечивать изменением тока возбуждения приводного ДПТ.

4.6При снятии U-образных характеристик необходимо фиксировать значения напряжения U и мощности Р для расчета коэффициента мощности cos = P/( 3 UI) .

4.7Отключение СГ и приводного ДПТ производить только в присутствии преподавателя в обратной последовательности.

Литература

1.Электротехника и электроника. Учебник для вузов. – В 3-х кн. Кн. 2. Электромагнитные устройства и электрические машины / В.И. Киселев, А.И. Копылов, Э.В. Кузнецов и др.; Под ред.

Проф. В.Г. Герасимова. М.: Энергоатомиздат, 1997. –272 с.

12

Рис.1