Коцарев Н.Ф. Электрические машины - файл n1.doc

Коцарев Н.Ф. Электрические машины
скачать (3434 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3434kb.24.11.2012 01:23скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5


Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»


Кафедра «Автоматизация производственных процессов

и электротехника»
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Методические указания

к лабораторным работам для студентов

всех специальностей 1 – 3 курсов

Составитель Н.Ф. Коцарев

Омск

СибАДИ

2010

УДК 621.313

ББК 31.261

Рецензенты:

д-р техн. наук В.П.Денисов;

канд. техн. наук, доц. А.А. Соловьев
Работа одобрена научно-методическим советом СибАДИ в качестве методических указаний по выполнению лабораторных работ по электрическим машинам для студентов всех специальностей 1 – 3 курсов.


Электрические машины: методические указания к лабораторным работам для студентов всех специальностей 1 – 3 курсов / сост. Н.Ф. Коцарев. – Омск: СибАДИ, 2010. – 59 с.
Приведены требования и способы проведения лабораторных работ со строжайшим соблюдением правил техники безопасности, требования к выполнению отчетов по выполненным работам.

Табл.23. Ил. 44. Библиогр.: 4 назв.

ГОУ «СибАДИ», 2010

ВВЕДЕНИЕ
Задачи: проведение лабораторных работ
1. Способствовать углублению теоретических знаний студентов.

2. Практически познакомить их с устройством электрических машин, аппаратов управления, приборов и другого электрооборудования.

3. Дать навыки студентам по составлению и монтажу электрических схем и применению электроизмерительных приборов.

4. Научить студентов управлять электрическими машинами и устранять простейшие неисправности в них.

5. Развивать умение, теоретически объяснять и анализировать результаты опытов и повышать интерес к постановке самостоятельных исследований.
Правила выполнения лабораторной работы

и организация работы студента в лаборатории
На лабораторных занятиях студент закрепляет полученные им теоретические знания и приобретает практические навыки по испытанию электрических машин и монтажу схем управления. Для успешного выполнения лабораторных работ студент должен готовиться к ним заранее, пользуясь настоящим руководством и рекомендованной литературой. Каждый, кто начинает работу в лаборатории, должен придерживаться следующих правил:

1. Для лучшего освоения материала и наиболее эффективного использования учебного времени в лаборатории каждый студент предварительно знакомится с содержанием предстоящей работы, повторяет соответствующий раздел теории.

2. Лабораторные работы должны выполняться бригадой в 2  3 человека. В процессе работы каждый член бригады выполняет определенные обязанности, которые периодически меняются, так как только в этом случае все студенты смогут получить необходимые навыки и знания.

3. Приступая к занятиям, каждый студент должен иметь дневник проведения лабораторных работ, в котором вычерчивается схема опыта, записываются программа работы, необходимые расчетные формулы и таблицы для внесения в них опытных и расчетных данных и не менее одного экземпляра настоящего руководства на бригаду.

4. Перед началом занятия преподаватель проверяет знания студентов и их готовность к выполнению работы.

5. В соответствии с программой испытаний студенты в процессе работы производят все необходимые измерения и расчеты, снимают опытные данные и сравнивают их с расчетами. Результаты опыта проверяются и визируются преподавателем, если они окажутся неудовлетворительными  опыт следует повторить.

6. Приступив к сборке схемы, нужно стремиться расположить аппаратуру и измерительные приборы таким образом, чтобы собранная схема была по возможности простой и удобной для наблюдения. При сборке схемы следует, в первую очередь, соединить главную (последовательную) цепь машины, а затем все параллельные. Контакты и соединения проводов должны быть надежными. Следует помнить, что отыскание нарушенного контакта в схеме отнимает гораздо больше времени, чем тщательная сборка ее. Включать схему под напряжение можно лишь после проверки ее преподавателем и с его разрешения. Категорически запрещается всякое пересоединение элементов схемы под напряжением, а также прикосновение к неизолированным частям машины и клеммам, находящимся под напряжением. Во время опытов студенты должны внимательно следить за тем, чтобы токи и напряжения в цепях не превышали величин, рекомендуемых в описании работы. После окончания работы студенты обязаны привести в порядок рабочее место (разобрать и сложить провода, убрать со столов посторонние предметы, поставить приборы и стулья на место и т. д.).

7. К каждому следующему занятию студент представляет отчет по предыдущей работе и защищает его. Отчет выполняется в общей тетради каждым студентом отдельно в соответствии с требованиями, приведенными в описании, и должен содержать: а) цель работы, б) электрические схемы испытаний, в) эскизный чертеж испытуемого объекта, г) программу работы, д) экспериментальные исследования, е) основные расчетные формулы, ж) таблицы опытных и расчетных данных, з) графики и краткие пояснения к ним.

Все отчеты должны сопровождаться краткими пояснениями, свидетельствующими о сознательном применении расчетных зависимостей и методов построения характеристик машин. Графики и схемы вычерчивают тщательно. Лабораторная работа считается защищенной, если отчет выполнен аккуратно с правильными результатами, а студент хорошо ответил на поставленные ему вопросы, обнаружив знание конструкции электрической машины, физических процессов, происходящих в ней, и методики испытания.

8. Студент не допускается к лабораторной работе, если он не имеет дневника, не защитил отчет по предыдущей работе или не подготовился к новой.

9. Студенты должны бережно относиться к оборудованию лаборатории. За порчу столов, измерительных приборов и аппаратуры, происшедшую по вине студентов, последние несут материальную ответственность.

10. Перед началом работ в лаборатории все студенты обязаны ознакомиться с правилами техники безопасности при работе с электротехническими установками и расписаться в журнале, хранящемся у заведующего лабораториями.
Техника безопасности при выполнении лабораторных

работ
При выполнении лабораторных работ по электрическим машинам студент должен помнить, что испытания проводятся при напряжениях до 380 В. При неблагоприятных условиях опасные поражения электрическим током могут произойти даже при напряжении 50 В. Поэтому во время работы студенты должны быть внимательны, аккуратны и строго соблюдать правила безопасности при работе в электротехнических установках.

1. Категорически воспрещается касаться руками неизолированных проводов, закреплять зажимы, менять проводники или приборы, когда цепь находится под напряжением.

2. Во избежание аварий, возможных при неправильной сборке схем, напряжение подается только по разрешению преподавателя (лаборанта).

3. Всякие изменения в схеме должны выполняться при полном снятии напряжения.

4. При работе с электрическими машинами ни в коем случае нельзя прикасаться к вращающимся частям. Следует помнить, что свободные части одежды могут быть захвачены машиной.

5. Категорически запрещается тормозить рукой или ногой вал машины даже в том случае, если она отключена и еще вращается по инерции.

6. По окончании работы схема разбирается, провода, приборы, инструменты, литература сдаются лаборанту, рабочее место приводится в надлежащий вид.
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Лабораторная работа №1
Испытание генератора независимого возбуждения
Цели работы: ознакомиться с устройством генератора постоянного тока, исследовать его свойства по основным характеристикам. Все характеристики генераторов снимаются при неизменной скорости вращения n=const.

Содержание работы



Генераторы постоянного тока, обмотки возбуждения которых получают питание от постороннего источника тока (возбудителя, батареи и т. п.), являются генераторами независимого возбуждения (рис. 1). Основные свойства генератора определяются по его характеристикам: холостого хода, нагрузочной, внешней и регулировочной.

Характеристика холостого хода (ХХХ) снимается при отключенной нагрузке и выражает зависимость ЭДС генератора в режиме холостого хода от тока возбуждения . Для снятия характеристики устанавливается номинальная скорость вращения генератора, которая во время опыта поддерживается постоянной. Затем включают цепь питания возбуждения и, задаваясь различными значениями тока возбуждения, замеряют величину ЭДС, соответствующую этим токам. Ток возбуждения увеличивают от нуля и до тех пор, пока ЭДС на зажимах генератора не достигнет величины (1,151,20) . Таким образом снимают восходящую ветвь характеристики. Далее начинают постепенно уменьшать ток возбуждения до нуля и снимают при этом нисходящую ветвь характеристики. После этого направление тока в цепи возбуждения меняют на обратное и таким же образом снимают обратные ветви. Данные эксперимента заносят в табл. 1 и по ним строят характеристику холостого хода (рис.2).

Здесь кривые 1 и 2 соответственно восходящая и нисходящая ветви характеристики холостого хода при положительных значениях тока возбуждения. Кривые 3 и 4 соответственно восходящая и нисходящая ветви (ХХХ) при отрицательных значениях тока возбуждения.

Значение ЭДС при токе возбуждения, равном нулю, соответствуют ЭДС остаточного магнетизма Еост. Влиянием остаточного магнетизма объясняется и несовпадение нисходящей и восходящей ветвей. Ширина петли характеризует потери. Практически за расчетную характеристику принимают среднюю кривую 5. Иногда характеристику строят в относительных единицах, принимая за единицу номинальное на­пряжение .


Рис.1. Электрическая схема экспериментальной установки для исследования

генератора независимого возбуждения
Таблица 1

iB




























Ea





























Рис.2. Характеристика холостого хода генератора постоянного

тока независимого возбуждения
Так как , то при n=const , следовательно, характеристика холостого хода может быть выражена как , т. е. является по существу кривой намагничивания машины и характеризует ее магнитные свойства. Точка А соответствует номинальному возбуждению и лежит на криволинейном участке характеристики. Смещение ее на прямолинейную часть вызывает неустойчивость напряжения на зажимах генератора при работе, а сдвиг этой точки вправо в зону большого насыщения ограничил бы регулирование напряжения генератора.

Наряду с характеристикой холостого хода снимается нагрузочная характеристика, которая показывает зависимость при Ia= const и п=const.

Э
Рис.3. Нагрузочная характеристика

генератора постоянного тока

независимого возбуждения

та характеристика снимается аналогично характеристике холостого хода, но при некоторой постоянной нагрузке (табл.2), и она позволяет количественно определить размагничивающее действие реакции якоря.


Таблица 2

Ia=const

Iв, А




























U, В





























При работе генератора под нагрузкой напряжение на его зажимах меньше, чем в режиме холостого хода из-за падения напряжения в цепи якоря Iаrа и размагничивающего дей­ствия реакции якоря. Поэтому нагрузочная характеристика располагается ниже характеристики холостого хода (рис. 3). Напряжение генератора при нагрузке определяется точкой с на нагрузочной характеристике. Отрезок Ас определяет снижение напряжения генератора по сравнению с. Если отложить отрезок cb, равный падению напряжения Iаrа, а из точки b провести прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с характеристикой холостого хода, то после соединения точек b и с получим прямоугольный треугольник, называемый характеристическим. Сторона ab этого треугольника определяет размагничивающее действие реакции якоря, эквивалентное току возбуждения .

Построив несколько характеристических треугольников (∆аbс а’b’с’) и сравнив их, можно прийти к выводу, что размагничивающее действие реакции якоря снижается с уменьшением степени магнитного насыщения машины (а’b’<аb). При этом величина Iаrа остается неизменной.




U, B
U

E0
Ua, H

Ia, A
Ia,H

IaK3
Рис.4. Внешняя характеристика генератора

постоянного тока независимого возбуждения

Внешняя характеристика генератора (рис. 4) представляет собой зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при неизменном токе возбуждения. Напряжение на выходе генератора уменьшается. Объясняется это воздействием двух причин: размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи обмотки якоря .

Для снятия внешней характеристики U=f(Ia) генератору сообщают номинальную скорость вращения (n=const) и, возбудив его (iB = const), постепенно нагружают до номинала и выше (табл.3).
Таблица 3

iВ = const

U




























Ia





























По внешней характеристике определяют номинальное изменение напряжения: У генераторов независимого возбуждения U обычно не превышает 12 %.

Р
Рис. 5. Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения при

Uа = const
егулировочная характеристика
(рис. 5) показывает, как следует менять возбуждение, чтобы при нагрузке генератора напряжение на его выходе оставалось неизменным и равным номинальному. Для снятия регулировочной характеристики генератор возбуждают до номинального напряжения при холостом ходе. Затем подключают нагрузку и постепенно увеличивают ее, поддерживая все время напряжение неизменным, для чего соответственно увеличивают ток возбуждения (табл. 4).

Таблица 4

U = const

Iа, А




























Iв, А





























Контрольные вопросы


  1. Какие способы возбуждения применяют в генераторах постоянного тока?

  2. Дайте определения основным характеристикам генератора: холостого хода, нагрузочной, внешней и регулировочной. При каких условиях снимают данные для построения каждой из них?

  3. Какими исходными данными необходимо располагать для построения характеристического треугольника?

  4. Почему нагрузочная характеристика располагается ниже характеристики холостого хода?

  5. Почему ветви регулировочной характеристики, снятые при намагничивании и размагничивании генератора, не совпадают? Какая из них располагается выше?


Лабораторная работа №2
Генераторы параллельного (шунтового) и смешанного возбуждения
Цели работы: изучить свойства генераторов с параллельным и смешанным возбуждением методом сравнения их характеристик с характеристиками генератора независимого возбуждения. Все характеристики генераторов снимаются при неизменной скорости вращения n=const.
Содержание работы
Обмотка возбуждения генератора параллельного возбуждения получает питание от цепи якоря (рис. 6), и ток нагрузки генератора равен .

Напряжение на зажимах генератора появляется в результате самовозбуждения. Самовозбуждение этих генераторов основано на наличии остаточного магнитного потока в полюсах машины Фост = (0,02-0,03)Фн. При вращении якоря генератора в его обмотке за счет слабого Фост наводится остаточная ЭДС , которая и создает в обмотке возбуждения небольшой ток возбуждения. Этот ток, проходя по обмотке возбуждения, при (согласном) направлении намагничивающего и остаточного потоков усилит магнитный поток полюсов и вызовет соответствующее увеличение ЭДС наведенной в обмотке якоря.

У
Рис.6.Электрическая схема экспериментальной установки для исследования генератора постоянного тока параллельного возбуждения

величение ЭДС повлечет за собой рост тока возбуждения, а вместе с ним и магнитного потока главных полюсов. Процесс самовозбуждения генератора на холостом ходу представлен графически на рис. 7. На холостом ходу, когда к якорю не подключена нагрузка, обмотка возбуждения и якорь представляют собой единую замкнутую цепь, и ток возбуждения в ней равен току в цепи якоря. При прохождении тока по цепи возбуждения в ней создается падение напряжения , которое при сonst будет пропорционально току и определится прямой 2 на рис.7.

В точке А процесс самовозбуждения прекращается, так как величина уравновешивается величиной ЭДС Е0=Uхх=Iвrв.

В цепи возбуждения установится постоянный ток, которому при п = const соответствует постоянное напряжение на зажимах генератора.

Рис. 7. Процесс самовозбуждения генератора постоянного тока параллельного возбуждения





Рис. 8. Внешняя характеристика генератора постоянного тока параллельного возбуждения


Уменьшение скорости вращения генератора или увеличение сопротивления цепи возбуждения вызывает перемещение точки A по кривой 1 к ее началу

При определенных значениях п и прямая 2 станет касательной к кривой 1 и процесс самовозбуждения не возникнет. Если магнитная система машины полностью размагничена, то ее необходимо подмагнитить от постороннего источника напряжения, например от аккумуляторной батареи. Иначе генератор не возбудится ни при каких условиях. На практике говорят «дать машине прикурить».

Характеристики холостого хода (ХХХ) и нагрузочная для генератора параллельного возбуждения подобны характеристикам генератора с независимым возбуждением.

Внешняя характеристика генератора параллельного воз­буждения (рис. 8) показывает зависимость при п=const и =const. Если у генератора с независимым возбуждением ток возбуждения оставался неизменным, то у генератора параллельного возбуждения он меняется с изменением нагрузки.

При увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора под влиянием реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря уменьшается. Снижение напряжения U вызывает уменьшение тока возбуждения .

В свою очередь, уменьшение вызывает ослабление основного магнитного потока, а следовательно, снижение ЭДС и напряжения на выходе генератора. С уменьшением напряжения происходит дальнейшее уменьшение тока возбуждения и постепенно магнитная система размагничивается.

В генераторах с параллельным возбуждением ток нагрузки увеличивается лишь до определенного критического значения , превышающего номинальное не более чем в 22,5 раза.

Величина тока нагрузки зависит от двух факторов: величины напряжения U и сопротивления нагрузки . Вначале, когда магнитная система генератора насыщена, при уменьшении ток в цепи якоря увеличивается и напряжение падает незначительно.

Однако при дальнейшем увеличении тока степень насыщения резко уменьшается и напряжение быстро падает. Преобладающим будет уже не уменьшение RH , а падение напряжения. Поэтому ток, достигнув Iкр, начнет уменьшаться.

При коротком замыкании ток возбуждения равен нулю, так как U=0. Величина тока короткого замыкания Iкз будет определяться только величиной ЭДС остаточной индукции .

Относительное изменение напряжения у генераторов с параллельным возбуждением может достигать 2530 %.

Р
Рис.9. Электрическая схема экспериментальной установки для исследования генератора постоянного

тока смешанного возбуждения

егулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения не может быть снята, т.к. ток возбуждения зависит от величины напряжения генератора, которое с увеличением нагрузки уменьшается. Вместе с ним будет уменьшаться и ток возбуждения.

Генератор со смешанным возбуждением (рис.9) имеет две обмотки возбуждения: параллельную (шунтовую) и последовательную (сериесную). Чаще всего они соединяются согласно, т. е. так, чтобы их МДС складывались. Применяются также машины со встречным соединением обмоток. Свойства генератора зависят от соотношения МДС обеих обмоток.

При подключении нагрузки в цепи якоря появляется ток и возбуждение генератора осуществляется одновременным действием двух МДС.

П
Рис.10. Внешние характеристики генератора постоянного тока смешанного возбуждения при различных соотношениях МДС обмоток возбуждения
ри соответствующем подборе витков обмотки последовательного возбуждения ее МДС может уравновесить падение напряжения и действие реакции якоря, в итоге напряжение генератора будет оставаться практически постоянным (кривая 1). Поэтому генераторы смешанного возбуждения находят широкое практическое применение. Встречное включение обмоток дает крутопадающую характеристику (2), которая также может найти практическое использование.
Программа работы


  1. Ознакомиться с конструкцией генератора и приводного двигателя; записать паспортные данные электрических машин и измерительных приборов.

  2. Собрать схему по рис.6 и после проверки ее преподавателем выполнить пробный пуск генератора. Снять данные и построить характеристику самовозбуждения генератора.

  3. Снять данные для построения характеристики холостого хода (ХХХ) при независимом питании обмотки возбуждения. Для этого на обмотку возбуждения генератора необходимо подать регулируемое напряжение и, изменяя величину тока возбуждения, измерить величину ЭДС генератора, соответствующую различным значениям тока возбуждения. Полученные данные для построения характеристики холостого хода занести в табл. 5 и по ним построить характеристику.


Таблица 5

Iв, А
















Е, В



















  1. Измерить сопротивление обмотки возбуждения методом амперметра и вольтметра. Для этого достаточно сделать один замер. Подать на обмотку возбуждения напряжение и измерить ток. Разделив напряжение на ток, получим значение сопротивления обмотки возбуждения. По двум точкам построить вольт-амперную характеристику обмотки и совместить ее с ХХХ. По точке пересечения этих характеристик графически определить величину ЭДС генератора на холостом ходу и сравнить ее с реальным значением.

  2. Снять данные и построить внешнюю характеристику генератора и определить номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки. Для этого необходимо запустить генератор, вывести полностью регулировочный реостат из цепи обмотки возбуждения. На клеммах генератора установится определенная величина напряжения. Нагружать генератор следует нагрузочным реостатом, уменьшая величину его сопротивления. Измерить величину напряжения генератора Ua для нескольких значений тока нагрузки Ia и занести их в табл. 6.

При проведении эксперимента не следует увеличивать ток якоря выше Ia=2,5Iн.

Таблица 6

Ia, A
















Ua, В

















По данным таблицы построить внешнюю характеристику генератора параллельного возбуждения.

Генератор смешанного возбуждения имеет две внешние характеристики. Характеристика при согласном включении обмоток возбуждения и при встречном. Порядок проведения эксперимента по снятию этих характеристик такой же, как и для генератора параллельного возбуждения. Изменяя величину тока нагрузки Ia, фиксируют значения напряжения генератора Ua. Данные заносят в табл. 7 и по ним строят внешние характеристики. Для сравнения их с характеристиками генератора независимого возбуждения все три характеристики строят в одних осях.

Таблица 7

Номер

измерения

Согласное соединение

Встречное соединение

Ia

Ua

Ia

Ua

















Контрольные вопросы

  1. Каковы условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения?

  2. Что необходимо сделать, если генератор не возбуждается?

  3. Почему внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения имеет больший наклон, чем такая же характеристика генератора независимого возбуждения?

  4. Что такое встречное и согласное включение обмоток возбуждения генератора смешанного возбуждения?

  5. Почему с увеличением нагрузки генератора смешанного возбуждения напряжение на выходе при встречном включении уменьшается в большей степени, чем при согласном включении обмоток возбуждения?

  6. Как изменится форма внешних характеристик генератора смешанного возбуждения при согласном и встречном включении обмоток возбуждения, если уменьшить число витков последовательной обмотки возбуждения?

  7. Перечислите достоинства и недостатки генератора смешанного возбуждения в сравнении с генератором параллельного возбуждения?
  1   2   3   4   5


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации