Цель работы - Elektro

Правила техники безопасности и работы
в лаборатории электрических машин
1. Работа в лаборатории разрешается только после инструктажа по
технике безопасности.
2. При работе необходимо быть предельно внимательным и осторожным, чтобы избежать соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями, нельзя проникать за ограждения.
3. Включать установку можно только после получения разрешения
преподавателя.
4. Изменения в схеме производить только при обесточенной установке.
5. При выполнении задания нельзя заниматься посторонними
делами, ходить без дела по лаборатории.
6. При перерывах необходимо обесточивать установку.
7. Запрещается выполнение работы при отсутствии преподавателя
или лаборанта, а также одному студенту.
8. При неисправности или несчастном случае немедленно отключить
установку и известить преподавателя.
3
Лабораторная работа №1
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы
Изучение конструкции и принципа действия машины постоянного
тока, назначения и устройства отдельных ее частей; ознакомление с
методами
измерения
сопротивления
обмоток
и
нахождения
геометрической нейтрали.
План выполнения работы
1. Записать паспортные данные исследуемых машин. Ознакомиться с
конструкцией машины постоянного тока и с устройством отдельных ее
частей. Выполнить эскиз магнитной системы. Выполнить эскиз якоря и
зарисовать пластину стали якоря. Выполнить эскиз паза якоря с обмоткой.
2. Используя омметр определить выводы обмотки якоря и обмоток
возбуждения.
3. С помощью омметра измерить активные сопротивления обмоток
возбуждения. Измерения выполнить трехкратно для каждой обмотки.
Определить средние значения сопротивлений при температуре
окружающей среды и привести их к расчетной температуре 75 °С.
4. Начертить схему для измерения малых сопротивлений (величина
которых соизмерима с сопротивлением амперметра) методом амперметра
и вольтметра. Измерить сопротивление обмотки якоря. Питание схемы
осуществить от источника постоянного тока 220 В через
токоограничивающий реостат. Подобрать приборы и реостат. Опыт
произвести при неподвижном якоре для трех значений тока в якоре в
пределах от 0.02 I àí до 0.2 I àí . Опыт производить по возможности быстро,
во избежание нагрева обмотки. Определить среднее значение
сопротивления при расчетной температуре.
R
QF
= 220 В
V
Обмотка
двигателя
A
Рис. 1. Схема для измерения малых сопротивлений
5. Собрать схему для определения геометрической нейтрали
индуктивным методом. Параллельную обмотку возбуждения через ключ
подключить к источнику постоянного тока. На зажимы якоря подключить
вольтметр. Определить положение геометрической нейтрали в
соответствии с методическими указаниями.
4
QF
K
Ш1 Я1
= 220 В
V
Ш2 Я2
Рис. 2. Схема для определения геометрической нейтрали
индуктивным методом: Ш1-Ш2 – параллельная
обмотка возбуждения, Я1-Я2 – обмотка якоря; К ключ
Методические указания
Измерение сопротивлений обмоток возбуждения машин постоянного
тока не отличается какими-либо особенностями. Следует лишь иметь в
виду, что сопротивление последовательной обмотки возбуждения
соизмеримо с сопротивлением соединительных проводов и контактных
соединений. Рекомендуется произвести замеры сопротивлений трехкратно
для каждой обмотки, а затем определить среднеарифметические значения
сопротивлений. Если измерения проводятся в холодном состоянии
машины при температуре tí , то необходимо привести сопротивления к
расчетной температуре 75 °С в соответствии с выражением:
R75  Rí (1   (75  tí )) ,
где  – температурный коэффициент сопротивления материала обмотки
(для меди   0.004 град-1, для алюминия   0.00385 град-1), Rí –
измеренное сопротивление при tí .
Измерение сопротивления обмоток якоря представляет значительные
трудности и производится различными методами в зависимости от типа
обмотки (петлевая, волновая, простая или сложная, при наличии или
отсутствии уравнительных соединений). В работе используется
упрощенная методика измерения сопротивления.
Для измерения сопротивления обмотки якоря следует наложить все
щетки на коллектор и подвести через них к неподвижному якорю ток,
равный I à  (0.02  0.2) I àí от независимого источника постоянного
напряжения. Вольтметром измеряется падение напряжения U à между
коллекторными пластинами, лежащими под разноименными щетками.
Сопротивление обмотки якоря определяют как Rà  U à / I à .
Для
измерения
напряжения
следует
воспользоваться
металлическими щупами, один из которых присоединяется к какой-либо
пластине, находящейся под щеткой одной полярности, а другой – к
соответствующей пластине другой полярности. Так как щетка перекрывает
2-3 пластины, то полезно произвести 2-3 измерения напряжения между
5
всеми соответствующими пластинами обеих полярностей. Измерения
следует произвести при 2-3 различных положениях якоря. Действительное
значение
сопротивления
обмотки
якоря
определить
как
среднеарифметическое измеренных значений.
Нахождение геометрической нейтрали в машинах постоянного тока
может быть произведено:
• методом наибольшего напряжения в режиме генератора;
• индукционным методом;
• методом вращения в режиме двигателя.
Метод наибольшего напряжения. Машина приводится во
вращение приводным двигателем, возбуждается. Параллельно щеткам
подключается вольтметр. При повороте щеточной траверсы определяют
положение щеток, соответствующее геометрической нейтрали, то есть
когда напряжение достигнет наибольшего значения.
Индукционный метод. При неподвижном якоре параллельная
обмотка возбуждения периодически включается и отключается. При этом
всякий раз стрелка вольтметра, включенного на зажимы якоря,
отклоняется. Траверса поворачивается до положения, в котором стрелка
подключенного к щеткам вольтметра перестает отклоняться при
включении и отключении тока возбуждения или отклонение имеет
минимальное значение.
Метод вращения в режиме двигателя. Машина работает в режиме
двигателя при двух противоположных направлениях вращения под
нагрузкой с одинаковыми токами возбуждения и нагрузки и скоростью
вращения. Если при этом прикладываемое напряжение также остается
неизменным, то щетки стоят правильно на нейтрали.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Номинальные данные исследуемой машины и измерительных
приборов.
3. Эскиз магнитной системы. Эскиз главного полюса.
4. Эскиз якоря и пластины стали якоря. Эскиз паза якоря с обмоткой.
5. Эскиз клеммной колодки машины с обозначением зажимов
обмоток.
6. Схемы измерения сопротивления обмоток и таблицы измерений и
вычислений.
7. Схема для определения нейтральной зоны индукционным методом
и описание методики.
8. Выводы.
9. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Назовите и покажите основные части машины постоянного тока.
6
Каково назначение каждой из них.
2. Назовите основные участки магнитной цепи машины и покажите
их на эскизе.
3. Расскажите порядок расчета магнитной цепи машины.
4. Что такое расчетная длина якоря, расчетная полюсная дуга,
расчетный воздушный зазор машины?
5. Что такое геометрическая нейтраль машины постоянного тока?
6. Как производится установка щеток на нейтрали: методом
наибольшего напряжения, индукционным методом, при вращении в
двигательном режиме? На чем основаны эти методы?
7. Что такое физическая нейтраль машины? Как и почему ее
положение отличается от положения геометрической нейтрали в
двигателе, в генераторе?
8. Почему измеренное сопротивление приводят к расчетной
температуре?
9. Объясните назначение коллектора.
10. Расскажите про устройство индуктора.
7
Лабораторная работа №2
ЯКОРНЫЕ ОБМОТКИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы
Изучение якорных обмоток машин постоянного тока и приобретение
навыков их выполнения.
План выполнения работы
1. Намотать двухслойную простую петлевую (параллельную)
обмотку якоря по следующим данным: P  2 ; Z ý  K  24 .
2. Намотать двухслойную простую волновую (последовательную)
обмотку якоря по следующим данным: P  3 ; Z ý  K  25 .
Методические указания
Для выполнения якорной обмотки машины постоянного тока
требуется вычислить следующие шаги:
1. Первый частичный шаг y1 , показывающий расстояние между
началом и концом секции, то есть расстояние между активными сторонами
секции. Этот шаг обычно измеряют числом пазов между двумя сторонами
секции, поэтому его вычисляют по формуле:
y1 
Zý
 ,
2p
где Z ý – число элементарных пазов; p – число пар полюсов;  –
некоторое число, которое надо прибавить или вычесть, чтобы шаг был
целым числом.
При
первый
частичный
шаг
является
полным
 0
(диаметральным), то есть равным полюсному делению. Если 
вычитается, то шаг обмотки укороченный, то есть меньше полюсного
деления. Если прибавляется, то шаг удлиненный, то есть больше
полюсного деления.
В электромагнитном отношении укорочение или удлинение шага на
одну и ту же величину  равноценно, так как в одинаковой степени
уменьшается электродвижущая сила (ЭДС) и момент и в одинаковой
степени улучшается коммутация. Однако расход меди в лобовых частях
для обмоток с удлиненным шагом больше, поэтому обмотки с удлиненным
шагом почти не применяются.
Для
уменьшения пульсации
выпрямленной
ЭДС число
коллекторных пластин K должно быть достаточно большим.
Следовательно, число секций S также должно быть большим, так как для
обмотки K  S . Для размещения большого числа секций требуется
большое число пазов ( Z ý  S ).
Иногда невозможно увеличение числа пазов, например, из-за
8
механической прочности зубцов, поэтому требуемое количество
коллекторных пластин и секций достигается путем укладки в одном слое
паза не одной секции, а U Ï  1 секций. В этом случае
Zý  Z U Ï ,
где Z – число реальных пазов.
2. Результирующий шаг обмотки y , показывающий расстояние
между начальными сторонами данной и следующей по схеме обмотки
секцией; для простой петлевой обмотки
y  1 .
Здесь знак минус соответствует перекрещенной (левоходовой)
обмотке, когда конец секции подключается к коллекторной пластине,
лежащей слева от коллекторной пластины, к которой подключено начало
данной секции. Знак плюс относится к неперекрещенной (правоходовой)
обмотке, когда конец секции подключается к коллекторной пластине,
лежащей справа от коллекторной пластины, к которой подключено начало
данной секции. В электромагнитном отношении эти обмотки равноценны,
однако расход меди для перекрещенной обмотки будет большим.
Для простой волновой обмотки результирующий шаг обмотки
y  ( K  1) / p .
Здесь знак плюс относится к перекрещенной обмотке, когда обход
следующих друг за другом по схеме обмотки p секций заканчивается на
коллекторной пластине, лежащей справа от исходной. Знак минус
относится к неперекрещенной обмотке, когда обход следующих друг за
другом по схеме обмотки p секций заканчивается на коллекторной
пластине, лежащей слева от исходной.
3. Второй частичный шаг y2 , определяющий расстояние между
концом исходной секции и началом следующей по схеме обмотки секции,
находится из выражения
y2  y  y1 .
4. Шаг по коллектору yê , показывающий число коллекторных
делений между коллекторными пластинами, к которым подключены
начало и конец одной и той же секции – y  yê .
Кроме рассмотренных выше шагов, для выполнения простой
петлевой обмотки, требуется определить шаг уравнительных соединений
первого рода:
yóð  K / p .
9
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Расчет простой петлевой обмотки с заданными параметрами.
3. Схема простой петлевой обмотки с расстановкой щеток и
полюсов.
4. Схема параллельных ветвей простой петлевой обмотки.
5. Расчет простой волновой обмотки.
6. Схема простой волновой обмотки с расстановкой полюсов и
щеток.
7. Схема параллельных ветвей простой волновой обмотки.
8. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Сколько параллельных ветвей у простой волновой обмотки?
2. Сколько параллельных ветвей у простой петлевой обмотки?
3. Какие обмотки называются симметричными (уравновешенными)?
4. Назначение уравнительных соединений 1-го рода в простой петлевой
обмотке.
5. Почему простая волновая обмотка не требует уравнительных
соединений?
6. Сколько уравнительных соединений может иметь простая петлевая
обмотка?
7. Когда применяются простая петлевая и простая волновая обмотки?
8. Как располагаются щетки на коллекторе?
9. Сколько комплектов щеток требуется для простой петлевой и простой
волновой обмоток?
10. Как влияет число комплектов щеток на число параллельных ветвей
простой волновой и петлевой обмоток?
11. Можно ли устанавливать не все комплекты щеток?
10
Лабораторная работа №3
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРА
НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Цель работы
Снятие характеристик генератора независимого возбуждения и
изучение методик их исследования; выяснение эксплуатационных качеств
генератора.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные
исследуемого генератора, измерительных приборов.
2. Собрать схему, представленную на рис. 3.1. Включить в сеть
приводной двигатель (АД).
 220 В
380 В
QF1
QF 2
P
А
АД
Rнг
Г
V
Rв
ОВГ
А
Рис. 3.1. Схема установки для снятия характеристики холостого хода,
внешней, регулировочной и нагрузочной
3. Снять следующие характеристики генератора: холостого хода;
нагрузочную, внешнюю; регулировочную.
Характеристику холостого хода U 0 ( I â ) при I a  0 и n  const
снимают, изменяя ток возбуждения генератора от максимального, при
котором U 0  1.1U í до нуля, от нуля до отрицательного максимального
значения и в обратном порядке до положительного максимального значения, чтобы получить петлю гистерезиса. Характеристика снимается при
разомкнутом рубильнике Р. Данные занести в таблицу 3.1.
11
Таблица 3.1
Iâ , А
№ п.п.
U0 , В
n , об/мин
Нагрузочную характеристику U ( I â ) при I a  0 и n  const
снимают при токе якоря равном номинальному, начиная с наибольшего
тока возбуждения, которому при номинальном токе нагрузки
соответствует номинальное напряжение генератора. Для снятия
характеристики плавно уменьшают ток возбуждения до нуля изменением
сопротивления регулировочного реостата в цепи возбуждения. Ток
нагрузки с помощью регулировочного реостата в цепи якоря при этом
поддерживается неизменным. Данные сводят в таблицу 3.2.
Таблица 3.2
№ п.п.
Ia , А
Iâ , А
U0 , В
n , об/мин
Внешнюю характеристику U ( I à ) при I â  const и n  const
снимают, изменяя ток якоря регулированием сопротивления нагрузочного
реостата. Внешнюю характеристику следует снимать, изменяя ток якоря от
номинального значения до нуля. Ток возбуждения установить так, чтобы
при номинальном напряжении в якоре протекал номинальный ток. Данные
занести в таблицу 3.3.
Таблица 3.3
№ п.п.
Ia , А
U,В
Iâ , А
n , об/мин
Регулировочную характеристику I â ( I a ) при U  U í  const и
n  const снимают путем изменения тока нагрузки генератора от 0 до I í и
от I í до 0 с помощью регулировочного реостата в цепи якоря. Ток
возбуждения при этом регулировать таким образом, чтобы напряжение на
зажимах генератора оставалось неизменным, равным номинальному.
Данные занести в табл. 3.4.
Таблица 3.4
№ п.п.
Ia , А
U,В
Iâ , А
n , об/мин
4. Собрать схему соединения генератора, представленную на рис.
3.2. При разомкнутом рубильнике Р установить минимально возможный
ток возбуждения, замкнуть рубильник Р.
12
 220 В
380 В
QF1
QF 2
P
А
АД
Г
V
Rв
ОВГ
А
Рис. 3.2. Схема установки для снятия характеристики короткого замыкания
5. Снять характеристику короткого замыкания I aê ( I â ) при U  0
и n  const путем изменения тока возбуждения от 0 до величины,
соответствующей току короткого замыкания, равному 1.3I í . Данные
занести в таблицу 3.5.
Таблица 3.5.
№ п.п.
Ia , А
Iâ , А
n , об/мин
Методические указания
Расчетная характеристика холостого хода U 0 ( I â ) при I a  0
строится на основании полученной в результате эксперимента
характеристики холостого хода (петли гистерезиса) в осях U и I â . Она
является средней характеристикой между восходящей и нисходящей
ветвями экспериментальной характеристики.
Характеристика холостого хода состоит из трех участков:
прямолинейного участка, колена кривой и участка насыщения. Рабочим
участком кривой, соответствующим номинальным условиям работы,
обычно является колено кривой. Работа в зоне насыщения нежелательна,
так как при этом ограничиваются возможности регулирования напряжения
изменением тока возбуждения. Работа на прямолинейном участке
характеризуется неустойчивостью напряжения при колебаниях нагрузки.
По характеристике холостого хода можно судить о насыщении
магнитной системы машины и ее использовании.
Нагрузочная характеристика U ( I â ) при I a  const имеет такой же
вид, как и характеристика холостого хода, но проходит ниже ее. Одному и
13
тому же току возбуждения при нагрузке соответствует меньшая величина
напряжения на зажимах генератора. Это объясняется наличием падения
напряжения в обмотке якоря и размагничивающим действием реакции
якоря. На основании характеристик холостого хода и нагрузочной можно
оценить влияние этих двух факторов. Для этого строят характеристический (реактивный) треугольник. Одна сторона этого треугольника
пропорциональна падению напряжения в якоре, вторая – в масштабе тока
возбуждения
пропорциональна
магнитодвижущей
силе
(МДС)
размагничивающей реакции якоря. Для построения реактивного
треугольника необходимо знать сопротивление якоря ( Rÿ  1 Ом).
Внешняя характеристика U ( I à ) при I â  const показывает, как
изменяется напряжение на зажимах генератора при изменении его
нагрузки и отсутствии регулировочных воздействий в цепи возбуждения.
Вследствие влияния падения напряжения и размагничивающего действия
реакции якоря напряжение при увеличении нагрузки снижается. На
основании внешней характеристики можно определить изменение
напряжения
U 
U0  Uí
 100 %
Uí
U  U í  const
Регулировочная характеристика I â ( I a ) при
получается на основании снятых экспериментально двух ветвей
регулировочной характеристики – восходящей и нисходящей. Она
является средней линией между ними. Регулировочная характеристика
показывает, как нужно регулировать ток возбуждения генератора при
изменении его нагрузки, чтобы напряжение на зажимах оставалось
постоянным. В соответствии с видом внешней характеристики ток
возбуждения с увеличением тока нагрузки необходимо увеличивать, чтобы
компенсировать падение напряжения в якоре и размагничивающее
действие реакции якоря.
Характеристика короткого замыкания I aê ( I â ) при U  0
представляет собой прямую линию. ЭДС в этом режиме равна падению
напряжения в якоре и даже при номинальном токе якоря она составляет
лишь несколько процентов от номинального напряжения и поэтому
магнитная цепь машины не насыщена. На основании характеристики
холостого хода и короткого замыкания может быть построен
характеристический (реактивный) треугольник. С помощью реактивного
треугольника по характеристике холостого хода могут быть графически
построены нагрузочная, внешняя и регулировочная характеристики [1].
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Данные исследуемого генератора и технические характеристики
используемых приборов.
14
3. Схемы установки с указанием пределов измерения приборов и
технических данных реостатов.
4. Общие сведения о снимаемых характеристиках и таблицы
измерений.
5. Характеристика холостого хода и нагрузочная характеристика,
построенные в одной системе координат. По характеристикам построить
реактивный треугольник и определить размагничивающую МДС реакции
якоря (в масштабе тока возбуждения) при номинальном напряжении.
6. По характеристикам холостого хода и короткого замыкания
построить характеристический треугольник для номинального тока и
определить размагничивающую МДС реакции якоря. Сравнить ее с
результатом в пункте 4.
7. Внешняя характеристика. Определить относительное изменение
напряжения при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке.
8. Регулировочная характеристика. Определить относительное
изменение тока возбуждения при переходе от холостого хода к
номинальной нагрузке.
9. Выводы.
10. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные характеристики генераторов постоянного тока.
Расскажите порядок экспериментального исследования характеристик
генератора независимого возбуждения.
2. Как строится расчетная характеристика холостого хода? Назовите
основные участки характеристики. Какой участок характеристики
соответствует номинальному режиму и почему? Как определяется степень
насыщения магнитной цепи машины?
3. Как по характеристикам холостого хода и нагрузочной
определяется размагничивающая МДС реакции якоря?
4. На основании еще каких характеристик может быть построен
реактивный треугольник? Как он строится?
5. Как выглядят характеристики генератора при сдвиге щеток с
нейтрали по направлению вращения и против?
6. Почему внешняя характеристика генератора независимого
возбуждения имеет вид падающей кривой? Как на основании внешней
характеристики можно судить о размагничивающем действии реакции
якоря?
7. Что такое изменение напряжения генератора? Чему оно равно?
8. Что собой представляет регулировочная характеристика?
Поясните, почему ток возбуждения возрастает с увеличением тока
нагрузки.
9. Поясните, почему нагрузочная характеристика генератора
проходит ниже характеристики холостого хода.
10. Напишите уравнение ЭДС, и моментов генератора. Чем они
15
отличаются от уравнений двигателя? От каких величин зависит ЭДС
генератора?
16
Лабораторная работа №4
ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРОВ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы
Путем снятия внешних характеристик генератора при параллельном
и смешанном возбуждении сравнить между собой генераторы указанных
типов; изучить факторы, влияющие на внешние характеристики
генераторов с самовозбуждением.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные
исследуемой машины, приборов, реостатов.
2. Собрать схему установки, представленную на рис. 4.1.
3. Снять внешнюю характеристику генератора при параллельном
возбуждении U ( I à ) при Râ  const , n  const . Для снятия внешней
характеристики установить вначале номинальное напряжение при
холостом ходе генератора, затем нагружать машину от I a  0 , постепенно
уменьшая сопротивление нагрузочного реостата, до значения тока якоря
I a  1.5I í .
220 В
QF
С1
С2
А
Rв
АД
Г
Ш1
Ш2
Rнг
А
V
Рис. 4.1. Схема установки для исследования внешних характеристик
генераторов параллельного и смешанного возбуждения: АД –
приводной асинхронный двигатель исследуемого генератора; С1-С2,
Ш1-Ш2 – последовательная и параллельная обмотки возбуждения
генератора; Râ , Rí ã – реостаты в цепи возбуждения и нагрузочный
4. Снять внешнюю характеристику генератора смешанного
возбуждения при согласном включении параллельной и последовательной
обмоток при том же сопротивлении цепи параллельной обмотки
возбуждения, что и в пункте 2. Ток нагрузки изменять от 0 до I a  1.2 I í .
17
U, B
1
2
3
Ia, A
Рис.
4.2.
Внешние характеристики генератора: 1 – внешняя
характеристика генератора смешанного возбуждения при
согласном включении обмоток; 2 – внешняя характеристика
генератора параллельного возбуждения; 3 – внешняя
характеристика генератора смешанного возбуждения при
встречном включении обмоток
5. Изменить направление тока в последовательной обмотке
возбуждения. Снять внешнюю характеристику генератора при встречном
включении последовательной и параллельной обмоток при неизменном
сопротивлении цепи параллельной обмотки, изменяя ток нагрузки от 0 до
I a  1.2 I í .
Результаты измерений п.п.3.4 занести в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
№ п.п.
Ia , А
U,В
Iâ , А
n , об/мин
Методические указания
Внешняя характеристика выражает зависимость напряжения на
зажимах генератора от тока нагрузки при постоянной частоте вращения и
отсутствии регулировочных воздействий в цепи возбуждения, т.е. для
генераторов параллельного или смешанного возбуждения U ( I à ) при
Râ  const , n  const .
С увеличением нагрузки генератора параллельного возбуждения при
указанных условиях напряжение на его зажимах уменьшается вследствие
увеличения падения напряжения в якоре, усиления размагничивающего
действия реакции якоря и уменьшения тока возбуждения, обусловленного
снижением напряжения. Поэтому внешняя характеристика генератора
параллельного возбуждения падает более круто, чем у генератора
независимого возбуждения.
В генераторе смешанного возбуждения при согласном включении
обмоток возбуждения последовательная обмотка при нагрузке создает
дополнительную МДС, усиливающую результирующее поле машины. Эта
МДС ослабляет размагничивающее действие реакции якоря и
компенсирует падение напряжения в якоре. При определенной величине
этой МДС (которая зависит от числа витков обмотки и тока нагрузки,
18
протекающего в ней) она может полностью компенсировать уменьшение
напряжения. Внешняя характеристика такого генератора проходит выше,
чем у генератора параллельного возбуждения. При сильной
последовательной обмотке напряжение на зажимах генератора может даже
возрастать с увеличением тока нагрузки, то есть его внешняя
характеристика будет возрастающей. Такой генератор называется
перекомпаундированым (см. рис. 4.2.).
Исследование внешних характеристик генератора параллельного или
смешанного возбуждения производят по схеме, представленной на рис.
4.1. Генератор приводится во вращение с помощью асинхронного
двигателя с номинальной частотой вращения. Генератор возбуждается, и
изменением сопротивления в цепи обмотки возбуждения Râ при холостом
ходе устанавливают номинальное напряжение. Затем машину нагружают,
увеличивая ток нагрузки от 0 до I a  1.2 I í изменением сопротивления
нагрузочного реостата Rí ã при Râ  const . В процессе работы необходимо
установить, при каком направлении тока в последовательной обмотке
имеет место согласное, и при каком – встречное включение параллельной
и последовательной обмоток. При одном и том же токе якоря напряжение
при согласном включении будет больше, чем при встречном.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Данные исследуемого генератора и технические характеристики
используемых приборов.
3. Схема установки с указанием пределов измерения приборов и
данных реостатов.
4. Общие сведения о снимаемых характеристиках.
5. Таблицы измерений.
6. Внешние характеристики генераторов параллельного и
смешанного возбуждения (при согласном и встречном включении
обмоток), построенные в одной системе координат. На графиках следует
указать величины относительного изменения напряжения при переходе от
холостого хода к номинальной нагрузке.
7. Выводы.
8. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. При каких условиях снимают внешние характеристики
генераторов постоянного тока?
2. Какое влияние оказывает последовательная обмотка в генераторе
смешанного возбуждения при согласном и встречном включении обмоток?
3. Назовите причины, обусловливающие снижение (увеличение)
напряжения в генераторах постоянного тока при нагрузке.
4. Назовите основные условия, при которых возможно
19
самовозбуждение генераторов постоянного тока.
5. Начертите внешнюю характеристику генератора параллельного
возбуждения. Чем объясняется такой характер изменения напряжения?
6. Запишите уравнения равновесия ЭДС.
7. Поясните, что дает сдвиг щеток с геометрической нейтрали
генератора?
8. Возможно ли самовозбуждение генератора при коротком
замыкании на выводах генератора?
9. Поясните роль коллектора в генераторе постоянного тока.
10. Определите подведенную мощность при номинальной нагрузке
генератора параллельного возбуждения с номинальными данными:
U í  220 В; I í  14 А; í  85 %; Ra  10 Ом.
Определите суммарные потери и их составляющие, если потери в
стали равны сумме механических и добавочных потерь. Определите
напряжение при нагрузке, равной 0.5I í , полагая магнитный поток
постоянным.
20
Лабораторная работа №5
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Цель работы
Изучить свойства и характеристики двигателя параллельного
возбуждения.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные машин,
пусковых и регулировочных реостатов, и измерительных приборов.
Собрать схему по рис.5.1.
= 220 В
QF
RП
Л1
Я
Ш
Л2
А
V
V
А
А
Rв1
P
Rнг
Г
V
Д
Ш1
Ш1
ОВГ
А
Ш2
Ш2
Rв2
Рис. 5.1. Схема установки для исследования характеристик двигателя
параллельного возбуждения: ОВД, ОВГ – обмотки возбуждения
исследуемого двигателя и нагрузочной машины; Р – рубильник
(автомат); Д – обмотка якоря исследуемого двигателя; Г – обмотка
якоря нагрузочного генератора; Rí ã – нагрузочный реостат; Râ1 , Râ2 регулировочные реостаты в цепях обмоток возбуждения
21
2. Запустить двигатель, предварительно убедившись, что пусковой
реостат выведен, а сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения
двигателя
минимальное.
Опробовать
влияние
сопротивления
регулировочного реостата в цепи возбуждения двигателя на частоту
вращения двигателя.
3. Снять рабочие характеристики двигателя P1 , I a , M ,  , n( P2 ) при
U í , I í двигателя. На холостом ходе двигателя (сопротивление Rí ã в цепи
якоря генератора нагрузочной машины Г отключено), устанавливается
номинальная частота вращения двигателя и номинальное напряжение на
якоре нагрузочной машины. Уменьшая сопротивление в цепи якоря
нагрузочной машины, увеличивают ее ток, этим самым увеличивается и
момент сопротивления на валу двигателя, и его ток. Путем изменения
сопротивления Rí ã нагрузочной машины ток якоря двигателя изменяют от
тока холостого хода до I a  1.25I aí , чтобы получить 6-8 точек. Данные
заносятся в таблицу 5.1.
Таблица 5.1
№п.п.
Ia , А
Двигатель
Iâ , А
U,В
n , об/мин
Нагрузочный генератор
I aã , А
I âã , А
Uã, В
Здесь I aã – ток якоря нагрузочной машины, А; U – напряжение на
зажимах якоря двигателя, В; I a – ток якоря двигателя, A; I â – ток
возбуждения двигателя, А; n – частота вращения, об/мин; U ã –
напряжение на зажимах якоря нагрузочной машины, В; I âã – ток
возбуждения нагрузочной машины, А.
По данным таблицы 5.1 рассчитывается таблица 5.2.
Таблица 5.2
Двигатель
№
п.п.
P1 ,
Вт
P2 ,
Вт
M,
Нм
P0 ,
Вт
Нагрузочный генератор
,
%
n,
Paã ,
об/ми
Вт
н
P2ã ,
Вт
Pù ã , P0ã ,
Вт
Вт
Здесь P1 – потребляемая мощность, Вт; P2 – полезная мощность на
валу двигателя, Вт; M – вращающий момент двигателя, Нм;  –
коэффициент полезного действия двигателя; Paã  I a2ã  Raã – потери
мощности в сопротивлении якорной цепи нагрузочной машины, Raã  1 Ом;
P2ã  U ã  I aã – мощность, отдаваемая нагрузочной машиной, Вт;
Pù ã  U ù ã  I aã – потери в щеточном контакте, Вт; Uù ã  2 В,
P0ã  Pì åõ  Pñò – потери холостого хода (потери механические и потери
в стали), не зависят от частоты вращения.
4. Снять регулировочную характеристику двигателя n( I â ) на
22
холостом ходе.
Установить ток возбуждения двигателя I â , соответствующий
номинальной частоте вращения двигателя на холостом ходе. Ток
возбуждения нагрузочной машины устанавливают минимально возможным с целью уменьшения потерь в стали.
Ток возбуждения двигателя I â изменять так, чтобы частота
вращения изменялась от значения n  ní до значения n  1.5ní .
Показания приборов занести в таблицу 5.3.
Таблица 5.3
№п.п.
Ia , А
Iâ , А
U,В
n , об/мин
Методические указания
Свойства двигателей постоянного тока определяются следующими
основными характеристиками:
• скоростной n( I a ) ;
• механической n( M ) ;
• рабочими характеристиками P1 , I a , M ,  , n( P2 ) .
Эти характеристики снимаются при постоянных напряжении и токе
возбуждения двигателя. Характеристики, соответствующие номинальным
значениям напряжения и тока возбуждения при отсутствии добавочного
сопротивления в цепи якоря, называются естественными. Если один из
этих параметров не соответствует паспортным номинальным значениям
двигателя, то получают искусственные характеристики.
На основании естественных и искусственных механических и
скоростных характеристик можно получить моментную характеристику
M ( I a ) и регулировочную n( I â ) .
Для построения рабочих характеристик необходимо использовать
опытные данные таблицы 5.1. На основании этих данных вычисляют:
• полезную мощность:
P2  U ã  I aã  I a2ã  Raã  U ù ã  I aã  P0ã ;
• полезный вращающий момент:
M  P2 /  ,
где  – угловая скорость якоря,   2 n / 60 ;
• потребляемую двигателем мощность:
P1  U  ( I a  I â ) ;
• коэффициент полезного действия двигателя:
  P2 / P1 .
23
Расчетные данные сводят в таблицу 5.2.
Скоростная характеристика n( I a ) строится по опытным данным
таблиц 5.1 и 5.2. Общее уравнение для скоростной характеристики
вытекает из уравнения напряжений двигателя:
U  E  I a  Ra .
Если учесть, что ЭДС двигателя
E  Ce  Ô  n ,
то
n
U
M  Ra
.

Ce  Ô Cì  Ce  Ô 2
Уравнение механической характеристики можно получить из
уравнения скоростной характеристики, если заменить ток якоря I a через
момент:
M  Cì  Ô  I a .
В этих уравнениях Ce , Cì – конструктивные постоянные двигателя
для ЭДС и момента. Как видно из уравнения механической характеристики
с увеличением нагрузки двигателя (момента двигателя), частота вращения
уменьшается по линейному закону, если не учитывать влияние реакции
якоря.
Как правило, щетки установлены по линии геометрической
нейтрали, поэтому реакция якоря имеет поперечную составляющую. При
насыщенной магнитной системе поперечная реакция якоря уменьшает
поток полюсов. Это приводит к возрастанию частоты вращения при
увеличении нагрузки. Такие характеристики не обеспечивают устойчивой
работы двигателя с рабочим механизмом.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Данные исследуемого двигателя и нагрузочного генератора,
характеристики используемых приборов.
3. Схема установки с указанием пределов измерения приборов и
технические данные реостатов.
4. Расчетные формулы.
5.Таблицы измерений и расчетов.
6. Рабочие характеристик двигателя.
7. Скоростная и механическая характеристики. Определить
процентное изменение частоты вращения при переходе от холостого хода
к номинальной нагрузке:
24
n 
n0  ní
 100 %,
ní
где n0 – частота вращения при холостом ходе; ní – частота вращения
при номинальной нагрузке.
8. Регулировочная характеристика.
9. Выводы.
10. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Назначение, устройство и схема пускового реостата.
2. Почему во время пуска устанавливают наименьшее сопротивление
регулировочного реостата в цепи возбуждения?
3. Почему во время пуска по мере разворота якоря двигателя
уменьшается его ток?
4. Как влияет напряжение сети на частоту вращения двигателя?
5. Какими способами можно изменять частоту вращения двигателя?
6. Какие виды потерь имеются в электрическом двигателе?
7. Какие потери относятся к постоянным?
8. Какие потери относятся к переменным?
9. Как осуществляется компенсация размагничивающего действия
реакции якоря с целью получения падающих скоростных и механических
характеристик?
10. Как направлены ЭДС и ток обмотки якоря двигателя?
11. Для двигателя параллельного возбуждения с номинальными
данными: 220 В, 14 А, 2,5 кВт, 1500 об/мин, с сопротивлением якоря 1 Ом
определить суммарные потери и их составляющие при номинальной
нагрузке, если потери в стали равны сумме добавочных и механических
потерь.
12. Определить частоту вращения двигателя п.11 при введении
последовательно в цепь якоря реостата с сопротивлением 2 Ом.
25
Лабораторная работа №6
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Цель работы
Исследование свойств двигателя последовательного возбуждения
путем снятия его характеристик.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные
машины, пусковых и регулировочных реостатов и измерительных
приборов. Собрать схему согласно рис. 6.1.
= 220 В
RП
QF
Л1
Я
Ш
А
А
V
P
А
Д
Rнг
V
C1
ОВГ
R3
C2
V
Rв2
Г
P1
А
Рис. 6.1. Схема установки для исследования характеристик двигателя: Д –
обмотка якоря исследуемого двигателя; Г – обмотка якоря нагрузочной
машины; ОВД – последовательная обмотка возбуждения двигателя; ОВГ
– обмотка возбуждения нагрузочной машины; Rí ã – нагрузочный
реостат; Rï – пусковой реостат; Р – рубильник (автомат)
2. Запустить двигатель, предварительно убедившись, что пусковой
реостат выведен.
3. Снять рабочие характеристики P1 , I a , M ,  , n  f ( P2 ) при
U  Uí .
26
После пуска двигателя в ход установить реостатом Rí ã в цепи
возбуждения нагрузочной машины Г номинальное напряжение на ее
зажимах.
Уменьшая сопротивление в цепи якоря генератора (нагрузочной
машины) увеличивают момент сопротивления на валу двигателя и его ток.
Ток якоря двигателя увеличивают от значения I a  (0.25  0.3) I aí до
I a  (1.25  1.3) I aí .
В процессе опыта поддерживать постоянным ток возбуждения
нагрузочной машины. Данные занести в таблицу 6.1.
Таблица 6.1
№п.п.
Ia , А
Двигатель
n , об/мин
U,В
Нагрузочный генератор
I aã , А
I âã , А
Uã, В
По данным таблицы 6.1 вычислить полезную мощность на валу
двигателя:
P2  P2ã  Paã  Pù ã  P0ã ,
где
P2ã  U ã  I aã – мощность, отдаваемая нагрузочной машиной, Вт;
Paã  I a2ã  Raã – потери мощности в сопротивлении якорной цепи
нагрузочной машины, Raã  1 Ом; Pù ã  U ù ã  I aã – потери в щеточном
контакте ( Uù ã  2 В), Вт; P0ã  Pì åõ  Pñò – потери холостого хода
(потери механические и потери в стали), не зависят от частоты вращения.
Вращающий момент двигателя, Нм: M  P2 /  ,   2 n / 60 .
Потребляемая двигателем мощность P1  U  I a .
Коэффициент полезного действия двигателя   P2 / P1 .
Полученные данные занести в таблицу 6.2.
Таблица 6.2
№
п.п.
P1 ,
Вт
Двигатель
P2 ,
,
M,
Нм
%
Вт
Нагрузочный генератор
n,
Pù ã , P0ã ,
Paã ,
P2ã ,
об/мин Вт
Вт
Вт
Вт
4. Снять скоростную n  f ( I a ) и механическую n  f (M )
характеристики двигателя при U  U í и при шунтировании обмотки
возбуждения сопротивлением R3 .
При снятии этих характеристик выключатель Р включен. Установить
напряжение генератора равным номинальному напряжению. Изменением
величины нагрузочного сопротивления генератора изменять момент
сопротивления двигателя и ток от значения I a  (0.25  0.3) I aí до
I a  (1.25  1.3) I aí . Данные занести в таблицу 6.3.
27
Таблица 6.3
№
п.п.
U,
В
Ia ,
А
Двигатель
Iø ,
Ic ,
А
А
Нагрузочный генератор
n,
I aã ,
I âã ,
Uã,
M,
Нм об/мин
А
А
В
Скоростную и механическую характеристики без шунтирования
обмотки возбуждения можно построить по данным таблиц 6.1 и 6.2.
Методические указания
В двигателе последовательного возбуждения основной магнитный
поток создается током возбуждения, являющимся одновременно и током
якоря.
Величина тока якоря зависит от нагрузки на валу двигателя.
Вследствие этого основной магнитный поток двигателя последовательного
возбуждения при изменении нагрузки также изменяется.
U  I a  Ra
Из выражения для угловой скорости двигателя  
видно,
C Ô
что изменение магнитного потока приводит к изменению угловой скорости
(частоты вращения).
Если уменьшить нагрузку на валу двигателя последовательного
возбуждения, то частота вращения возрастает.
При отсутствии момента сопротивления на валу (идеальный
I a  0 ),
холостой
ход,
когда
частота
вращения
двигателя
последовательного возбуждения могла бы теоретически достигнуть бесконечно большого значения, поскольку при I a  0 поток Ô  0 . Явление
резкого увеличения частоты вращения двигателя последовательного
возбуждения при снятии с него нагрузки называют «разносом» двигателя.
«Разнос» двигателя опасен как для самого двигателя, так и для рабочего
механизма. Поэтому указанный двигатель должен работать в условиях, исключающих полное снятие с него нагрузки.
Регулирование частоты вращения двигателя последовательного
возбуждения осуществляется изменением приложенного напряжения или
изменением магнитного потока и введением в цепь якоря добавочного
сопротивления. Изменение потока для регулирования скорости вверх от
номинальной достигается шунтированием обмотки возбуждения
сопротивлением R3 , а регулирование вниз – шунтированием обмотки
якоря двигателя.
Двигатель последовательного возбуждения находит широкое
применение в электротяге и в приводах подъемно-транспортных
механизмов.
28
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Паспортные данные исследуемого двигателя и нагрузочного
генератора, характеристики используемых приборов.
3. Схема установки с указанием пределов измерения приборов и
технических данных реостатов.
4. Рабочие характеристики.
5. Скоростная и механическая характеристики при шунтировании
обмотки возбуждения и без шунтирования.
6. Выводы.
7. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Как зависит момент двигателя от тока якоря?
2. Почему нельзя включать двигатель последовательного
возбуждения в сеть без нагрузки на валу?
3. Почему нельзя защитить двигатель последовательного
возбуждения от «разноса» предохранителями в цепи якоря?
4. Какие имеются способы регулирования частоты вращения
двигателя последовательного возбуждения?
5. Что произойдет с частотой вращения якоря двигателя при
шунтировании обмотки возбуждения сопротивлением, шунтированием
якоря, включении сопротивления в цепь якоря?
6. В каких случаях рекомендуется применение двигателей
последовательного возбуждения?
7. При каких условиях наступает максимум КПД двигателей?
8. Чем определяется пусковой ток двигателя?
9. Может ли двигатель последовательного возбуждения перейти в
генераторный режим?
10. Почему при уменьшении нагрузки двигателя последовательного
возбуждения его частота вращения резко возрастает?
11. Определите номинальный вращающий момент двигателя
последовательного возбуждения: 220 В, 10 А, 2 кВт, 2100 об/мин, с
сопротивлением якоря 1.0 Ом, полагая линейной зависимость между током
и магнитным потоком.
29
Лабораторная работа №7
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Цель работы
Исследование свойств двигателя смешанного возбуждения путем
снятия его характеристик.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные
машины, пусковых и регулировочных реостатов и измерительных
приборов.
2. Собрать схему согласно рис. 7.1.
= 220 В
QF
RП
Л1
Я
Ш
Л2
А
V
V
А
А
Rв1
Ш1
P
Rнг
Г
V
Д
ОВД С1
Ш1
ОВГ
А
С2
Ш2
Ш2
Rв2
Рис. 7.1. Схема установки для исследования характеристик двигателя
смешанного возбуждения: Д – обмотка якоря исследуемого
двигателя; Г – обмотка якоря нагрузочной машины; С1-С2, Ш1Ш2 – последовательная и параллельная обмотки возбуждения
30
двигателя; Р – рубильник (автомат); Rï - пусковой реостат; Rí ã нагрузочный реостат
Запустить двигатель, предварительно убедившись, что пусковой
реостат полностью введен (его сопротивление максимальное).
Сопротивление реостата Râ1 в цепи параллельной обмотки возбуждения
двигателя должно быть минимальным (ток возбуждения максимальный).
Для проверки включения обмоток возбуждения (согласное или
встречное) необходимо запустить двигатель на холостом ходу
(сопротивление Rí ã отключено) и измерить его частоту вращения. После
этого двигатель нагружают включением сопротивления Rí ã при том же
токе возбуждения в параллельной обмотке и неизменном напряжении на
зажимах якоря.
При согласном включении параллельной и последовательной
обмоток частота вращения двигателя при увеличении нагрузки
уменьшается, а при встречном включении может даже увеличиваться.
Встречное включение обмоток не допускается, так как при этом двигатель
работает неустойчиво.
3. Снять рабочие характеристики P1 , I a , M ,  , n  f ( P2 ) .
При снятии рабочих характеристик ток возбуждения в параллельной
обмотке двигателя устанавливают равным I âí . Напряжение на якоре
нагрузочной машины Г устанавливается номинальным при холостом ходе
и поддерживается неизменным в течение опыта регулированием тока
возбуждения.
Момент сопротивления на валу двигателя и его ток якоря
изменяются путем изменения сопротивления нагрузочного реостата Rí ã от
тока холостого хода до I a  1.25 I aí . Показания приборов заносятся в
таблицу 7.1.
Таблица 7.1
№п.п.
Ia , А
Двигатель
Iâ , А
U,В
n , об/мин
Нагрузочный генератор
I aã , А
I âã , А
Uã, В
Здесь I aã – ток якоря нагрузочной машины, А; U – напряжение на
зажимах якоря двигателя, В; I a – ток якоря двигателя, A; I â – ток
возбуждения двигателя, А; n – частота вращения, об/мин; U ã –
напряжение на зажимах якоря нагрузочной машины, В; I âã – ток
возбуждения нагрузочной машины, А.
По данным таблицы 7.1 рассчитывается таблица 7.2.
Таблица 7.2
№
Двигатель
Нагрузочный генератор
31
п.п.
P1 ,
Вт
P2 ,
Вт
M,
Нм
,
%
n,
Paã ,
об/мин Вт
P2ã ,
Вт
Pù ã ,
Вт
P0ã ,
Вт
Здесь P1  U  I a – подводимая мощность, Вт; P2 – полезная мощность
на валу двигателя, Вт: P2  P2ã  Paã  Pù ã  P0ã ; M – вращающий
момент двигателя, Нм: M  P2 /  ;  – частота вращения ротора, рад/с,
  2 n / 60 ;  – коэффициент полезного действия двигателя:   P2 / P1 ;
Paã  I a2ã  Raã – потери мощности в сопротивлении якорной цепи
нагрузочной машины, Raã  1 Ом; P2ã  U ã  I aã – мощность, отдаваемая
нагрузочной машиной, Вт; Pù ã  U ù ã  I aã – потери в щеточном контакте,
Вт ( Uù ã  2 В); P0ã  Pì åõ  Pñò – потери холостого хода (потери
механические и потери в стали), не зависят от частоты вращения.
По данным таблиц 7.1 и 7.2 строятся механическая n  f (M ) и
скоростная n  f ( I a ) характеристики, а также рабочие характеристики, то
есть зависимости P1 ( P2 ) , I a ( P2 ) , M ( P2 ) ,  ( P2 ) .
4. Снять регулировочную характеристику двигателя при холостом
ходе ( M  0 ).
Установить ток возбуждения параллельной обмотки двигателя I â ,
соответствующий номинальной частоте вращения при холостом ходе. Ток
возбуждения
нагрузочной
машины
устанавливают
минимально
возможным.
Далее, уменьшая ток возбуждения параллельной обмотки двигателя,
получить 4-5 точек до n  1.5ní . Показания приборов занести в таблицу
7.3.
Таблица 7.3
№ п.п.
Uã, В
Ia , А
Iâ , А
n , об/мин
Методические указания
В двигателе смешанного возбуждения имеются две обмотки:
параллельная и последовательная. В зависимости от того, какую роль
играет каждая из двух обмоток возбуждения в создании результирующего
потока различают:
– двигатели согласно-смешанного возбуждения, в которых МДС,
создаваемые параллельной и последовательной обмотками возбуждения,
действуют в одном направлении.
– двигатели встречно-смешанного возбуждения, в которых МДС,
создаваемая последовательной обмоткой возбуждения, действует встречно
относительно МДС параллельной обмотки возбуждения. Так как работа
при этом может быть неустойчивой, то двигатели со встречным
включением последовательной обмотки относительно параллельной, как
32
правило, не применяются.
Двигатели со смешанным возбуждением имеют более мягкие
механические и скоростные характеристики по сравнению с двигателями
параллельного возбуждения, а по сравнению с двигателями последовательного возбуждения – более жесткие.
В отличие от двигателей последовательного возбуждения, двигатели
смешанного возбуждения имеют фиксированную частоту вращения
идеального холостого хода, поэтому при разгрузке этих двигателей частота
вращения не достигает недопустимо больших значений.
Двигатели смешанного возбуждения при одинаковых пусковых
токах развивают больший пусковой момент, чем двигатели параллельного
возбуждения, то есть обладают лучшими пусковыми свойствами.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Паспортные данные исследуемого двигателя и нагрузочного
генератора.
3. Схема установки с указанием пределов измерения приборов и
технических данных реостатов.
4. Расчетные формулы.
5. Таблицы измерений и расчетов.
6. Рабочие характеристики исследуемого двигателя.
7. Механическая и скоростная характеристики, построенные на
основании таблиц 7.1 и 7.2.
8. Регулировочная характеристика двигателя.
9. Выводы.
10. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Назначение последовательной обмотки в двигателе смешанного
возбуждения.
2. Как проверить включение обмоток (согласное или встречное)?
3. Как зависит частота вращения от нагрузки двигателя?
4. Как может подключаться параллельная обмотка возбуждения по
отношению к последовательной?
5. Преимущества и недостатки двигателя смешанного возбуждения.
6. Как изменяются скоростные и механические характеристики при
встречном и согласном включении обмоток?
7. Почему не применяется встречное включение последовательной
обмотки по отношению к параллельной?
8. Где располагается последовательная обмотка?
9. Как изменить направление вращения двигателя смешанного
возбуждения?
10. Отличаются ли числа витков и сечения провода параллельной и
33
последовательной обмоток?
11. Нарисуйте схему включения контактора в цепи пускового
реостата исследуемой установки.
34
Лабораторная работа №8
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАШИННОГО
УСИЛИТЕЛЯ (ЭМУ)
Цель работы
Изучение свойств и характеристик ЭМУ, а также приобретение
навыков обращения с ним.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные
электрических машин, измерительных приборов и регулировочных
реостатов.
2. Собрать схему согласно рис. 8.1.
380 В
А
QF
Rш
КО
ЭМУ
Rнг
V
АД
P
ДП
ЛАТР
А
220 В
ОУ
V
Рис. 8.1. Схема установки для снятия характеристики холостого хода и
внешней характеристики ЭМУ: ЛАТР – автотрансформатор; ОУ –
обмотка управления ЭМУ; КО – компенсационная обмотка; ДП –
обмотка добавочных полюсов; Р – рубильник (автомат)
3. Запустить ЭМУ. Перед запуском убедиться, что ток в обмотке
управления равен 0, а сопротивление Rí ã отключено.
4. Снять характеристики холостого хода U 0 ( I ó ) при I a  0 и
n  const для двух различных обмоток управления. Характеристика
холостого хода снимается путем изменения тока I ó в обмотке управления
от некоторого максимального значения, соответствующего (1.1  1.2)I ó , до
35
нуля, затем от нуля до отрицательного максимального значения и в
обратном направлении до положительного максимального значения.
Характеристики снимаются при отключенном сопротивлении нагрузки
Rí ã . Данные заносятся в таблицу 8.1.
Таблица 8.1
№ п.п.
Ió , A
U0 , B
5. Снять внешние характеристики U ( I a ) при I ó  const и n  const
для трех режимов компенсации реакции якоря:
• при недокомпенсации (МДС якоря Fa больше МДС
компенсационной обмотки Fê );
• при полной компенсации ( Fa  Fê );
• при перекомпенсации ( Fa  Fê ).
Режим компенсации определяется величиной сопротивления Rø .
Внешние характеристики снимают путем изменения нагрузочного
сопротивления Rø таким образом, чтобы ток якоря изменялся от 0 до 1,2
I aí . Данные сводятся в таблицу 8.2.
Таблица 8.2
№
п.п.
Опытные данные
Uó , В Ia , А U , В
Ió , А
Расчетные данные
Ró , Ом Rí ã , Ом K I KU
KP
Здесь Ró  U ó / I ó ; Rí ã  U / I a .
Методические указания
Характеристика холостого хода выражает свойства магнитной цепи
машины. В связи с этим при снятии характеристики холостого хода, ток
управления нужно изменять таким образом, чтобы напряжение ЭМУ
изменялось только в направлении стрелок на рис. 8.2.
А
В
С
Рис. 8.2. Характеристика холостого хода
36
Опытная характеристика холостого хода представляет узкую петлю
гистерезиса. В качестве расчетной характеристики используется средняя
кривая между восходящей и нисходящей ветвями петли.
Характеристику холостого хода удобно выражать в относительных
единицах. Здесь U *  U / U í – напряжение в относительных единицах;
I ó*  I ó / I óí – ток управления в относительных единицах; U í –
номинальное напряжение (берется из паспортных данных); I óí – ток
управления, соответствующий номинальному напряжению (берется из
характеристики холостого хода).
Характеристики холостого хода в относительных единицах для
большинства машин близки друг к другу, в чем можно убедиться,
построив характеристики холостого хода в относительных единицах для
двух различных обмоток управления.
По характеристике холостого хода можно определить важную для
машин величину – коэффициент насыщения. Это делается следующим
образом. К начальному (прямолинейному) участку характеристики
холостого хода проводится касательная (рис. 8.2). Для определения
коэффициента насыщения для некоторого напряжения (чаще всего
номинального) проводится горизонтальная прямая АС. Отрезок АВ
характеризует МДС воздушного зазора, отрезок АС – МДС всей магнитной
цепи, отрезок ВС – МДС стальных участков магнитной цепи.
Коэффициент насыщение определяется отношением
K   AC / AB .
В машинах с умеренным насыщением
K   1,2...1,4 . Внешняя
характеристика является одной из важнейших характеристик, потому что
она показывает, как меняется напряжение на якоре от тока нагрузки при
отсутствии регулировочных воздействий в цепях управления.
На напряжение ЭМУ оказывают влияние падение напряжения на
сопротивлении якорной цепи (сопротивления якоря, обмотки, добавочных
полюсов и компенсационной обмотки) и изменение магнитного потока изза реакции якоря. В ЭМУ МДС якоря, созданная током нагрузки,
направлена встречно МДС обмотки управления. Для компенсации МДС
реакции якоря используется компенсационная обмотка. Число витков
компенсационной обмотки выбирается таким образом, чтобы при токе в
компенсационной обмотке, равном току якоря, МДС компенсационной
обмотки была немного больше МДС якоря. Для настройки режима
компенсации параллельно компенсационной обмотке включается
сопротивление Rø (рис. 8.1), при регулирований которого изменяется ток в
компенсационной обмотке, а следовательно, ее МДС.
При перекомпенсации (МДС компенсационной обмотки больше
МДС якоря) напряжение на зажимах якоря ЭМУ возрастает с ростом тока
нагрузки. При такой внешней характеристике ЭМУ работает неустойчиво,
37
то есть при толчках нагрузки возможно самопроизвольное повышение
напряжения до недопустимой величины. В связи с этим снятие внешней
характеристики при перекомпенсации следует производить с большой
осторожностью, избегая резких изменений тока якоря.
При полной компенсации магнитного потока якоря изменение
напряжения в зависимости от тока нагрузки будет происходить только
вследствие падения напряжения на сопротивлении якорной цепи, поэтому
внешняя характеристика будет слегка наклонена в сторону оси ординат. На
практике стремятся получить такую внешнюю характеристику.
При недокомпенсации часть магнитного потока якоря уменьшает
магнитный поток, созданный обмоткой управления, поэтому с ростом
нагрузки будет уменьшаться ЭДС, что приводит к значительному
уменьшению напряжения.
С помощью внешней характеристики можно определить
коэффициент усиления ЭМУ по току K I , по напряжению KU и по
мощности K P . Коэффициент усиления представляет собой отношение
выходной величины (тока, напряжения или мощности) в цепи якоря
соответствующей величине в цепи обмотки управления:
KI  Ia / I ó ;
KU  U / U ó  U / I ó Ró ;
K P  Pa / Pó  U  I a / I ó2  Ró  K I  KU ,
где Ró – сопротивление обмотки управления; U ó – напряжение обмотки
управления.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Паспортные данные.
3. Схема установки и ее краткое описание.
4. Таблицы опытных и расчетных данных.
5. Графики характеристик холостого хода для двух обмоток
управления в именованных и относительных единицах.
6. Определить коэффициент насыщения магнитной цепи при
номинальном напряжении.
7. Графики внешних характеристик для трех режимов компенсации.
8. По одной из внешних характеристик рассчитать и построить
зависимости коэффициентов усиления K I , KU , K P от сопротивления
нагрузки.
9. Выводы.
10. Ответы на контрольные вопросы.
38
Контрольные вопросы
1. Устройство и принцип действия ЭМУ.
2. Какие магнитные потоки действуют в ЭМУ и как они
ориентированы друг относительно друга?
3. Может ли работать ЭМУ без компенсационной обмотки?
4. Как выполняется компенсационная обмотка, сосредоточенной или
распределенной?
5.
Как
можно
улучшить
коммутацию
поперечных
(короткозамкнутых) щеток?
6. Как можно улучшить коммутацию продольных щеток (щеток
выходной цепи)?
7. Для чего в ЭМУ имеется несколько обмоток управления?
8. Почему не допускается работа ЭМУ при сильной
перекомпенсации?
9. Меняется ли коэффициент усиления по напряжению при
изменении тока нагрузки?
10. Как устанавливаются щетки относительно геометрической
нейтрали?
11. Для чего магнитопровод ЭМУ выполняется шихтованным?
39
Лабораторная работа №9
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
Цель работы
Изучение конструкции трансформаторов, устройства и назначения
их узлов и деталей, разновидностей трансформаторов, их электрических
схем, принципа действия и основных соотношений.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с конструкцией изучаемых трансформаторов и их
паспортными данными.
2. Сделать эскиз силового трансформатора с указанием основных
элементов его конструкции.
3. Сделать эскиз магнитной системы трехфазного трансформатора.
4. Сделать эскиз одного из типов обмоток силовых трансформаторов.
5. Сделать эскиз измерительного трансформатора тока или
напряжения.
6. Нарисовать схему устройства РПН и обозначить основные
элементы.
7.
Нарисовать
электрическую
схему
трехфазного
автотрансформатора.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Перечень и номинальные данные изучаемых трансформаторов.
3. Эскиз трехфазного силового трансформатора с указанием
основных элементов его конструкции.
4. Эскиз магнитной системы трехфазного трехстержневого
трансформатора.
5. Эскиз измерительного трансформатора тока.
6. Электрическая схема трехфазного силового трансформатора с
соединением обмоток Y/Δ.
7. Электрическая схема трехфазного автотрансформатора.
8. Электрическая схема устройства РПН с пояснением принципа
действия.
9. Выводы.
10. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Назначение и типы трансформаторов.
2. Номинальные данные трансформаторов.
40
3. Повышающие и понижающие трансформаторы.
4. Назначение сердечника трансформатора. Материалы для
изготовления. Шихтовка.
5. Назначение и характеристики трансформаторного масла.
6. Крышка бака масляного трансформатора. Устройства,
расположенные на крышке бака.
7. Охлаждение трансформаторов. Бак масляных трансформаторов.
8. Расшифруйте условные обозначения трансформаторов: (1) ТМ100/10-78У, (2) ТСЗ-100/10-79У3, (3) ТДН-15000/35, (4) ТДЦ-400000/165,
(5) ОДГ-40000/220, (6) ТРДН-63000/35, (7) АТДЦТН-250000/500, (8)
АОДЦТН-417000/750.
9. По номинальным данным определите параметры схемы
замещения трансформатора ТМ-1000/10 (10/0,4 кВ, P0  2.1 кВт, Pê  12.6
кВт, U ê  6.5 %, i0  1.5 %, схема соединения ).
10. Определите номинальные линейные и фазные токи
трансформатора ТМ-1000/10 при соединении его обмоток
.
11. Определите установившийся ток короткого замыкания
трансформатора ТМ-1000/10 и ударный ток при номинальном напряжении
на зажимах первичной обмотки.
12. Определите КПД трансформатора ТМ-1000/10 при нагрузке
500 кВт и cos  0.8 .
41
Лабораторная работа №10
ОПЫТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУПП СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК
ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы
Изучение способов определения группы соединения, практическое
определение группы соединения трехфазного трансформатора.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные
исследуемого трансформатора и измерительных приборов.
2. Соединить обмотки испытуемого трансформатора по схеме рис.
10.1 и подать пониженное напряжение (220 В) на обмотку высшего
напряжения.
12
A
B
C
B
A
E AB
B
C
12
B Z C
E AB
X
Y
Z
a
b
c
C
A
12
X
a
Y
b
Z
c
Y A
1
b
b
Eab
Eab
x
y
z
a
Рис. 10.1.
X
c
x
y
z
a
c
Рис. 10.2.
3. Измерить линейные напряжения обмоток высшего ( U AB ) и
низшего ( U ab ) напряжения. Определить коэффициент трансформации
трансформатора при данной схеме соединения как отношение линейных
напряжений обмоток.
4. Соединив между собой одноименные зажимы двух обмоток (например, А-а), измерить напряжения U Bb и U Cc между зажимами В-b и С-c.
Они должны быть одинаковы ( U Bb  U Cc ) и отношение U Bb / U ab  U Cc / U ab
равно одному из значений, указанных в табл. 10.2. Измерить напряжение
U cB между зажимами с-В и проверить, будет ли оно равно, больше или
меньше напряжения U Bb . На основании этих измерений по табл. 10.2
определить группу соединения. Результаты занести в табл. 10.1.
5. Соединить первичную обмотку трансформатора в треугольник.
Подать пониженное напряжение (220 В) на обмотку высшего напряжения.
42
Выполнить измерения, аналогичные пп. 3, 4. Определить группу
соединения трансформатора. Результаты занести в табл. 10.1.
6. Не изменяя схемы соединения обмотки, поменять маркировку
начал и концов фаз первичной обмотки. Соединить между собой точки А-а
обмоток. Выполнить измерения, аналогичные пп. 3, 4 и на основании табл.
10.2 определить группы соединения. Результаты занести в табл. 10.1.
C
A
B
Z
X
a
x
C
A
B
b
Y
c
Z
a
X
b
Y
c
y
z
x
y
z
Рис. 10.3.
Рис. 10.4.
7. Согласно данным опыта начертить схемы соединения обмоток
трансформатора и построить векторные диаграммы (пп. 4, 5, 6). Заполнить
табл. 10.1.
Таблица 10.1
Измерено
№
U , U ab , U Bb  U Cc , U cB , U Bb / U ab ,
п.п. AB
В
В
В
В
B
Вычислено
k
Группа
U Bb / U b  f ( K ) соединения
Методические указания
Сдвиг между линейными ЭДС обмоток высшего и низшего напряжения трансформатора принято характеризовать положением стрелок на
часовом циферблате. ЭДС обмотки высшего напряжения изображают
большой (минутной) стрелкой и устанавливают на цифре 12. Линейную
ЭДС одноименных фаз принимают за малую стрелку и располагают ее на
циферблате относительно большой стрелки под углом, равным углу их
сдвига на векторной диаграмме. Схемы соединения обмоток
трансформатора Y/Y и / позволяют получить четные группы, то есть 0
(или 12) 2, 4, 6, 8, 10, а схемы Y/ - нечетные, т.е. 1, 3, 5, 7, 9, 11. В СНГ
стандартизованы только две группы соединения – 11 и 0.
Группа соединения трансформатора (угол сдвига ЭДС) зависит от
направления, в котором намотаны обмотки, от способа обозначения
зажимов обмоток, то есть от их маркировки и от схемы соединения
43
обмоток трехфазных трансформаторов. Рассмотрим порядок определения
групп соединения на двух примерах. Пусть обмотки трансформатора
соединены по схеме Y/Y (рис. 10.1). Этой схеме соединения и принятой
маркировке соответствует векторная диаграмма рис. 10.1. Если положить,
что вектор ЭДС обмотки высшего напряжения E AB совпадает с цифрой 12
на циферблате часов, то вектор ЭДС обмотки низшего напряжения Eab
также совпадает с цифрой 12. Это соответствует группе 0. Замеряя с
помощью вольтметра напряжения U Bb  U Cc и напряжение U cB , можно
установить соотношение, соответствующее группе 0:
U AB  U ab  U Bb .
Разделив левую и правую части на U ab , получаем:
k 1 
U Bb
,
U ab
где k – отношение линейного напряжения обмотки высшего напряжения к
линейному напряжению обмотки низшего напряжения.
На основании аналогичных рассуждений составлена табл.10.2, в
соответствий с которой по результатам измерения напряжений определяется группа соединения трансформаторов.
Таблица 10.2
Группа
соединения
Напряжения
U Bb U Cc

U ab U ab
U cB
Группа
соединения
Напряжения
U Bb U Cc

U ab U ab
U cB
0
k 1
–
6
k 1
–
1
k 2  3k  1
U cB  U Bb
7
k 2  3k  1
U cB  U Bb
2
k 2  k 1
U cB  U Bb
8
k 2  k 1
U cB  U Bb
3
k 2 1
U cB  U Bb
9
k 2 1
U cB  U Bb
4
k 2  k 1
U cB  U Bb
10
k 2  k 1
U cB  U Bb
5
k 2  3k  1
U cB  U Bb
11
k 2  3k  1
U cB  U Bb
Пример: Определить группу соединения трансформатора ТМ-320/6
с номинальными данными: U1  6000 В; U 2  400 В.
При питании обмотки высшего напряжения трансформатора напряжением 200 В, при соединении его зажимов А-а получены следующие
значения напряжений: U Bb  U Cc  193 В, U cB  186.7 В.
Определяем: 1) коэффициент трансформации
k  6000/ 400  15 ;
44
2) линейное напряжение обмотки низшего напряжения
U ab  200 /15  13.3 В;
3) отношение
U Bb U Cc 193


 14.5 .
U ab U ab 13.3
4) поскольку U cB  U Bb , в соответствии с табл. 10.2, трансформатор
может принадлежать к одной из групп соединения: 0, 6, 7, 8, 9 или 10;
5) проверяем по порядку соответствие указанным группам на
U
U
основании величины k  15 и отношения Bb  Cc  14.5 .
U ab U ab
Находим, 14.5  k 2  k  1 , что соответствует группе соединения 10.
Четная группа может соответствовать схеме соединения Y/Y или /.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Данные исследуемого трансформатора и технические характеристики используемых приборов.
3. Описание методики определения групп соединения трансформатора и справочная таблица 10.2.
4. Результаты опытов, сведенные в табл. 10.1. Схемы соединения и
векторные диаграммы, соответствующие пп. 4, 5, 6.
5. Выводы.
6. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Пояснить, что такое группа соединения обмоток трансформатора.
Что означают цифры 0, 1... 11 в обозначении группы соединения
трансформатора. Какие группы соединения стандартизованы в СНГ?
2. Для чего нужно знать группу соединения трансформатора?
3. Определить группу соединения трансформатора, схема которого
приведена на рис. 10.3 (10.4).
4. Расскажите порядок определения групп соединения трансформатора опытным путем.
5. Определите с использованием табл. 10.2 группу соединения
обмоток трансформатора, если измеренные напряжения равны: U AB  210
В; U ab  14 В; U Bb  U Cc  196 В; U cB  205 В.
6. Определите группу соединения обмоток трансформатора, если
измеренные напряжения равны: U AB  200 В; U ab  10 В; U Bb  U Cc  190 В;
U cB  200 В.
45
7. Как изменится группа соединения на рис. 10.4, если поменять
начала и концы вторичной обмотки?
8. Как изменится группа соединения на рис. 10.1, если маркировка
выводов обмотки высшего напряжения будет CАВ?
46
Лабораторная работа №11
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЁХФАЗНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА
Цель работы
Изучение характеристик и свойств трехфазного трансформатора.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать паспортные данные
исследуемого трансформатора и измерительных приборов.
2. Собрать схему для исследования характеристик холостого хода
(рис.11.1). Подключить трансформатор с разомкнутой вторичной обмоткой
к источнику регулируемого напряжения. Изменяя подводимое напряжение
от 0.3U í до 1.1U í , снять характеристики холостого хода, то есть
зависимости тока холостого хода I 0 , потерь холостого хода P0 от
первичного напряжения U1 . Данные занести в табл. 11.1.
0...380 B
0...380 B
QF
A
V
QF
C
a
b
c
W
A
B
C
a
b
c
Трансформатор
B
Трансформатор
A
A
V
W
V
Рис. 11.1.
A
Рис. 11.2
47
Таблица 11.1
№
п.п.
U10 ,
В
Измерено
U 20 ,
I0 ,
В
A
Вычислено
P0 ,
Вт
cos 0
k12
i0 ,
%
В таблице 11.1 следует особо выделить величины, соответствующие
номинальному напряжению трансформатора. Определение коэффициента
трансформации k12 и относительного тока i0 производится в соответствии
с методическими указаниями.
3. Собрать схему для исследования характеристик короткого замыкания (рис. 11.2). Подключить трансформатор с замкнутой накоротко
вторичной обмоткой к источнику регулируемого напряжения. Перед
включением убедиться, что на выходных зажимах источника напряжение
равно 0, чтобы избежать опасных токов короткого замыкания. Изменяя
подводимое к исследуемому трансформатору напряжение U1 от 0 до
величины, при которой токи в обмотках равны номинальным, снять
характеристики короткого замыкания, то есть зависимости тока I1ê , I 2ê и
мощности P1ê короткого замыкания от первичного напряжения. Данные
занести в табл. 11.2.
Таблица 11.2
№ U
,
п.п. 1ê
В
Измерено
I1ê , I 2ê ,
А
A
P1ê ,
cos ê
Вт
zê ,
Ом
Вычислено
rê ,
xê , U ê ,
Ом Ом
%
U êà , U êð ,
%
%
В таблице следует особо выделить величины, соответствующие
номинальному току трансформатора. Определение сопротивлений схемы
замещения z ê , rê , xê и напряжения короткого замыкания U ê и его
составляющих произвести в соответствии с методическими указаниями.
Методические указания
1. Режим холостого хода трансформатора - это такой режим работы,
при котором его первичная обмотка включена в сеть переменного тока
номинальной частоты, а вторичная обмотка разомкнута. Построенные по
данным измерений зависимости I 0 (U1 ) , P0 (U1 ) , cos 0 (U1 ) называются
характеристиками холостого хода. Опыт холостого хода позволяет
определить следующие характеристики трансформатора: коэффициент
трансформации, относительный ток холостого хода, потери холостого
хода. Коэффициент трансформации равен отношению первичного и
вторичного напряжений при холостом ходе:
k12 
w1 U10

.
w2 U 20
48
Ток холостого хода обычно выражают в процентах от номинального.
Интерес
представляет
ток
холостого
хода,
соответствующий
номинальному напряжению:
i0 
I0
100 %.
Ií
Потери холостого хода, равные активной мощности, потребляемой
трансформатором из сети, состоят из потерь в стали, потерь в меди
обмотки и добавочных потерь холостого хода. Потери в меди первичной
обмотки Pì 1  3  I 02  r1 невелики и, даже в трансформаторах малой
мощности с относительно большим током I 0 и большим сопротивлением
r1 , составляют меньше 2% от суммы потерь холостого хода. Поэтому
потери холостого хода с достаточно большой точностью приравнивают
потерям в стали, считая
P0  Pñò  3  I 02  rì ,
где
rì – активное сопротивление намагничивающего контура схемы
замещения трансформатора.
Коэффициент мощности cos0 определяется как
cos 0  P0 /(3  U1  I 0 ) .
Поскольку активное сопротивление первичной обмотки r1 , мало по
сравнению с сопротивлением намагничивающего контура, а реактивное
сопротивление рассеяния мало по сравнению с реактивным
сопротивлением намагничивающего контура (сопротивлением взаимной
индукции), на основании опыта холостого хода могут быть определены
параметры намагничивающего контура схемы замещения трансформатора:
zì 
U1
;
I0
rì  zì  cos 0 ;
xì  zì  sin 0 .
2. Короткое замыкание трансформатора представляет собой такой
предельный режим его работы, когда вторичная обмотка замкнута
накоротко и вторичное напряжение U 2  0 .
Если при коротком замыкании трансформатора к зажимам его
первичной обмотки подводится номинальное или близкое к нему напряжение, то токи в обмотках трансформатора достигают величины,
превышающей номинальные токи обмоток в 10…20 раз, так как сопротивление обмоток сравнительно невелико. Такой режим работы является
аварийным и представляет опасность для трансформатора.
Испытание в режиме короткого замыкания производится при пониженном напряжении с целью определения напряжения короткого замыкания, мощности потерь короткого замыкания, параметров схемы
замещения ( z ê , rê , xê ). Построенные по данным измерений зависимости
49
I ê (U1 ) , Pê (U1 ) , cos ê (U1 ) называются характеристиками короткого
замыкания.
Напряжение короткого замыкания является очень важной характеристикой трансформатора и представляет собой то напряжение (обычно
выражаемое в процентах от номинального), которое нужно подвести к
первичной обмотке трансформатора при замкнутой накоротко вторичной
обмотке, при котором токи в обмотках трансформатора равны
номинальным:
U ê% 
Uê
100% .
Uí
Активная ( U êà ) и реактивная ( U êð ) составляющие напряжения короткого замыкания, также выраженные в процентах, связаны соотношениями
U êà%  U ê%  cos ê ;
U êð%  U ê%  sin ê .
Потери короткого замыкания, равные мощности, потребляемой
трансформатором в этом режиме, состоят из основных электрических
потерь (в меди обмоток и в стали сердечника) и добавочных потерь. Потери в стали в опыте короткого замыкания малы, и ими, как правило,
пренебрегают, считая:
Pê  Pê  Pýë1  Pýë2  3I ê2  rê ,
Коэффициент мощности может быть определен на основании
известного выражения:
cosê 
Ðê
.
3 Uê  Iê
Сопротивление короткого замыкания (полное, активное, реактивное)
может быть определено на основании соотношений:
zê 
rê  zê  cosê 
U êà% U í

;
100 I í
U ê U ê% U í


;
I ê 100 I í
xê  zê  sin ê 
U êð% U í

.
100 I í
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Данные исследуемого трансформатора и технические характеристики используемых приборов.
3. Схема установки для исследования характеристик холостого хода.
Таблица измерений и вычислений. Основные расчетные формулы.
50
Графики зависимостей I 0 (U1 ) , P0 (U1 ) , cos 0 (U1 ) .
4. Схема установки для исследования характеристик короткого
замыкания. Таблица измерений и вычислений. Основные расчетные
формулы. Графики зависимостей I ê (U1 ) , Pê (U1 ) , cos ê (U1 ) .
5. Определение напряжения короткого замыкания и его активной и
реактивной составляющих.
6. Схема замещения трансформатора с указанием ее параметров по
данным опытов холостого хода и короткого замыкания ( r1  r2  rê / 2 ,
x1  x2  xê / 2 , rì , xì )
7. Выводы.
8. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Объясните, почему при холостом ходе и при синусоидальном
подведенном напряжении кривая намагничивающего тока однофазного
трансформатора отличается от синусоиды.
2. Начертите схему замещения и векторную диаграмму трансформатора при холостом ходе.
3. Объясните, почему в трехфазной трансформаторной группе при
соединении обмоток Y/Y и синусоидальном приложенном напряжении
кривая магнитного потока резко отличается от синусоидальной. Чем это
плохо?
4. Как устраняется вредное влияние высших гармоник магнитного
потока при холостом ходе трехфазных трансформаторов? При каких
схемах соединения обмоток кривая потока имеет форму, близкую к
синусоидальной? Почему?
5. Начертите схему замещения трансформатора при коротком
замыкании. Обозначьте параметры, которые вы определили из опыта
короткого замыкания. Постройте векторную диаграмму трансформатора в
этом режиме.
6. Начертите треугольник короткого замыкания. Покажите, как
определить стороны этого треугольника на основании данных, полученных
из опыта короткого замыкания.
7. Охарактеризуйте потери в трансформаторе при холостом ходе и
коротком замыкании.
8. Назовите условие максимума КПД трансформатора. Какие потери
называются переменными и какие постоянными?
9. Для исследуемого трансформатора при номинальном подведенном
напряжении определить установившийся ток трехфазного короткого
замыкания в первичной и вторичной обмотках.
10. Для чего напряжение короткого замыкания указывается в
паспортных данных трансформатора?
51
Лабораторная работа №12
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРЁХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Цель работы
Изучение условий параллельной работы трансформаторов и порядка
их фазировки.
План выполнения работы
1. Ознакомиться с установкой и записать данные трансформаторов и
измерительных приборов.
2. Собрать схему согласно рис. 12.1.
380 B
QF1
V
A
B
C
a1
b1
c1
Трансформатор 2
Трансформатор 1
A
QF 2
a2
b2
c2
V
A
V
Рис. 12.1. Схема экспериментальной установки
3. Проверить фазировку трансформаторов (см. методические указания).
4. Определить коэффициенты трансформации трансформатора №1
52
для трех положений переключателя числа витков при U1  380 B и
трансформатора №2.
5. Включить трансформаторы на параллельную работу.
6. Определить уравнительные токи для трех положений переключателя числа витков одного из трансформаторов. Переключатель числа
витков второго трансформатора не переключается. Данные опыта занести
в табл. 12.1.
Таблица 12.1
Параметр трансформатора
Положение переключателя
трансформатора № I
I
II
III
Коэффициент трансформации
Уравнительный ток в обмотке высшего
напряжения, А
Уравнительный ток в обмотке низшего
напряжения, А
7. Построить векторные диаграммы, соответствующие различным
коэффициентам трансформации при холостом ходе и при нагрузке
трансформаторов.
Методические указания
На параллельную работу могут быть включены трансформаторы,
принадлежащие к одной группе соединения, имеющие коэффициенты
трансформации, одинаковые или отличающиеся не более, чем на 1.0% при
коэффициенте трансформации больше трех, и не более, чем на 0.5% в
остальных случаях. Напряжения короткого замыкания не должны
отклоняться от их среднего арифметического значения более чем на  10%.
Недопустимо включение на параллельную работу трансформаторов
с различными группами соединения, так как при этом появляется разностная ЭДС, соизмеримая с фазным напряжением обмоток, которая
действует в замкнутом контуре вторичных обмоток. Уравнительный ток,
протекающий под действием этой ЭДС в первичной и вторичной
обмотках, ограничивается по величие только сопротивлениями этих
обмоток,
то
есть
сопротивлениями
короткого
замыкания
трансформаторов. Поэтому уравнительный ток может превышать
номинальный ток трансформаторов в 5 и более раз даже при самых
близких группах соединения, таких как Y/ -11 и Y/Y - 0.
При параллельной работе трансформаторов, имеющих различные
коэффициенты трансформации, возникают уравнительные токи,
обусловленные разностью вторичных ЭДС, и сопротивлениями короткого
замыкания.
53
I у1rк
E A1
jI у1 xк
UA
jI у2 xк
I у2 rк
UA
E A2
I у2
I нг1  I нг 2
I у1
I A2
I A1
I у1
I у2
а)
б)
Рис. 12.2. Векторные диаграммы при параллельной работе трансформаторов
Векторная диаграмма параллельно включенных трансформаторов
при холостом ходе представлена на рис. 12.2.а. Здесь E A1 , E A 2 – вторичные
ЭДС трансформаторов, приведенные к первичной обмотки; zê  zê1  zê2 –
сопротивления короткого замыкания трансформаторов; I ó1 , I ó2 –
уравнительные токи трансформаторов, приведенные к первичной обмотке.
При включении нагрузки в трансформаторах возникают токи нагрузки,
которые, складываясь с уравнительными токами, вызывают неравенство
результирующих токов и неравномерную нагрузку трансформаторов.
Векторная диаграмма, соответствующая нагрузке трансформаторов,
приведена на рис. 12.2.б. Здесь I í ã1  I í ã2 – токи нагрузки, приведенные к
первичной обмотке; I A1 , I A 2 – полные токи трансформаторов, равные
сумме токов нагрузки и уравнительных токов. При неравенстве
коэффициентов
трансформации
при
различной
мощности
трансформаторов для большей загрузки трансформатора большей
мощности желательно, чтобы он имел меньший коэффициент
трансформации (большую вторичную ЭДС).
При параллельной работе трансформаторов, отличающихся напряжением короткого замыкания, нагрузка трансформаторов распределяется
обратно пропорционально их напряжениям короткого замыкания. Это
вызывает неравномерную нагрузку трансформаторов.
Перед включением на параллельную работу трансформаторов, отвечающих условиям параллельной работы, необходимо выполнить их
фазировку. Фазировка трансформаторов в настоящей работе выполняется в
соответствии со схемой рис. 12.1 в следующем порядке.
Замыкают любую фазу выключателя QF2, например, а2 – а1 и
замеряют напряжение между точками b2 – b1, с2 – с1, b2 – c1, b2 – c2.
Трансформаторы сфазированы правильно, если
54
U b 2b1  U c 2c1  0 ; U b 2c1  U b1c 2  U ë .
Если окажется, что
U b 2b1  U c 2c1  U ë ,
U b 2c1  U b1c 2  0 ,
то необходимо поменять местами две фазы (b1 и с1).
Может оказаться, что из четырех напряжений, измеренных между
точками b2, с2 и b1 с1, два равны 3U ë , одно равно 2U ë и одно U ë . Это
значит, что на рубильнике замкнуты накоротко разноименные фазы. Для
правильной фазировки необходимо соединить между собой точки, между
которыми напряжение было равно линейному, и повторить измерения.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Данные исследуемых трансформаторов и технические характеристики используемых приборов.
3. Схема установки.
4. Условия параллельной работы трансформаторов.
5. Таблица измерений.
6. Векторная диаграмма при холостом ходе параллельно работающих
трансформаторов, отличающихся коэффициентами трансформации.
7. Векторная диаграмма при нагрузке параллельно работающих
трансформаторов, отличающихся коэффициентом трансформации.
8. Выводы.
9. Ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Назовите условия включения трансформаторов на параллельную
работу.
2. Определить уравнительный ток при параллельном включении без
нагрузки двух трансформаторов U ë  10 кВ, Sí  63 кВ·А, U ê  4.5 %,
отличающихся группами соединения обмоток Y/Y-0 и Y/Y-10.
3. Построить векторную диаграмму ЭДС, соответствующую параллельной работе трансформаторов с группами соединения Y/Y-0 и Y/Y-10, а
также с группами соединения Y/Y-0 и Y/-11.
4. Два трансформатора с номинальными данными предыдущего примера, отличающиеся только коэффициентами трансформации ( k1  25 ,
k2  20 ) включены на параллельную работу. Определить уравнительный
ток трансформаторов при холостом ходе. Построить векторную
диаграмму, полагая уравнительный ток чисто реактивным.
5. Как влияет неравенство U ê на параллельную работу
трансформаторов?
6. Имеются два трансформатора: ТМ-250/10 (U1  10 кВ, Sí  250
55
кВ·А, U ê  4.5 %) и ТМ-400/10 (U1  10 кВ, Sí  400 кВ·А, U ê  10.5 %).
Определить нагрузку каждого трансформатора, если их общая нагрузка
составляет 650 кВ·А.
7. Какому соотношению между напряжением короткого замыкания и
номинальной мощностью трансформаторов надо отдать предпочтение при
их параллельной работе, если нет возможности использовать
трансформаторы с одинаковыми U ê :
Sí  16000 кВ·А, U ê  10.5 % и Sí  6300 кВ·А, U ê  6.5 %; или
Sí  16000 кВ·А, U ê  6.5 % и Sí  6300 кВ·А, U ê  10.5 %.
56
Литература
1. П е т р о в Г.Н. Электрические машины. – М: Энергия, 1974. – Ч.1.
2. В о л ь д е к А.И. Электрические машины. – Л: Энергия, 1974. – 840с.
3. И в а н о в - С м о л е н с к и й А.В. Электрические машины. – М.: Энергия, 1960. – 928с.
4. К о п ы л о в И.П. Электрические машины. – М.: Энергоатомиздат,
1986. – 360с.
5. Б р у с к и н Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические
машины. – М.: Высшая школа, 1987. – Ч.I и II.
57
СОДЕРЖАНИЕ
Правила техники безопасности и работы в лаборатории электрических
машин ............................................................................................................. 3
Лабораторная работа №1
Изучение конструкции и определение параметров машин постоянного
тока.................................................................................................................... 4
Лабораторная работа №2
Якорные обмотки машин постоянного тока ...................................................... 8
Лабораторная работа №3
Исследование характеристик генератора независимого возбуждения ......... 11
Лабораторная работа №4
Исследование внешних характеристик генераторов постоянного тока ....... 16
Лабораторная работа №5
Исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.... 20
Лабораторная работа №6
Исследование
двигателя
постоянного
тока
последовательного
возбуждения ................................................................................................... 25
Лабораторная работа №7
Исследование двигателя постоянного тока смешанного возбуждения ........ 29
Лабораторная работа №8
Исследование характеристик электромашинного усилителя (ЭМУ) ........... 33
Лабораторная работа №9
Изучение конструкций и принципа действия трансформаторов .................. 38
Лабораторная работа №10
Опытное определение группы соединения обмоток трехфазного
трансформатора ............................................................................................. 40
Лабораторная работа №11
Исследование характеристик трехфазного трансформатора ......................... 45
Лабораторная работа №12
Параллельная работа трехфазных трансформаторов ..................................... 50
Литература .......................................................................................................... 55
58