лабор_роботи


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

1

З М І С Т



Лабораторна робота №1

Дослідження однофазного трансформатора

4

Лабораторна робота №2

Дослідження трифазного асинхронного двигуна з
короткозамкнутим ротором

17

Лабораторна робота №3

Дослідження генератора постійного струму
паралельного збудже
ння

28

Лабораторна робота №4

Дослідження двигуна постійного струму паралельного
збудження

41

Лабораторна робота №5

Дослідження споживання реактивної потужності
асинхронним двигуном з короткозамкнутим ротором

51

Перелік рекомендованих джерел


60






2

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1


ДОСЛІДЖЕННЯ ОДНОФАЗН
ОГО ТРАНСФОРМАТОРА


Мета роботи


1 Вивчити будову і принцип дії однофазного
трансформатора.

2 Вибрати контрольно
-
вимірювальні прилади для
проведення дослідів.

3 Визначити коефіцієнт трансформації та значення
напру
ги короткого замикання.

4 Визначити параметри Т
-
подібної заступної схеми
трансформатора.

5 Побудувати характеристики трансформатора у функції
вторинного струму.


Основні теоретичні відомості


Трансформатор


це статичний електромагнітний апарат,
призначени
й для підвищення або зниження синусоїдної
напруги за допомогою магнітного потоку, при незмінній
частоті.

Трансформатори поділяють:

-

за кількістю фаз


однофазні, трифазні, багатофазні;

-

за типом охолодження


сухі (повітряні), масляні;

-

за функціональним приз
наченням


силові,
автотрансформатори, зварювальні, для живлення індукційних
печей, радіоелектронної апаратури, для медичних цілей, тощо.

На рисунку 1.1 зображена електромагнітна схема
однофазного трансформатора.



3












Рису
нок 1.1
-

Схема однофазного трансформатора


Трансформатор складається із замкнутого осердя
(магнітопроводу), яке набира
ють

з окремих пластин
електромагнітної сталі завтовшки 0,25  0,5 мм, ізольованих
між собою шаром спеціального лаку. На магнітопроводі
ро
зташовані дві незалежні обмотки, виконані мідним
ізольованим провідником. Використання феромагнітного
магнітопроводу дозволяє підсилити електромагнітний зв’язок
між обмотками, тобто зменшити магнітний опір контура,
вздовж якого проходить магнітний потік т
рансформатора.

Обмотка трансформатора, яка під’єднується до мережі
живлення, називається первинною і відповідно є первинними
всі величини, які відносяться до цієї обмотки


напруга,
струм, електрорушійна сила (ЕРС), кількість витків (
u
1
, i
1
,
e
1
,w
1
). Обмотк
у до якої під’єднують навантаження (приймач
електричної енергії) називають вторинною, та її параметри


вторинними (
u
2
, i
2
, e
2
,w
2
). Електрична енергія змінного струму
від первинної обмотки до вторинної обмотки передається
магнітним потоком.

I
1

I
2

SA
1

Ф

Ф
р1

Ф
р2

U
1

E
1

w
1

w
2

E
2

U
2

Z
нав


4

На кожному тран
сформаторі розташований щиток або
табличка, де вказані: номінальна потужність, лінійні напруги,
лінійні струми при номінальній потужності, частота, кількість
фаз, схема і група з’єднань, напруга короткого замикання,
режим роботи (довготривалий або короткоч
асний), спосіб
охолодження.

Робота трансформатора базується на явищі
електромагнітної індукції. При під’єднанні первинної обмотки
до синусоїдної напруги
u
1
=U
1m
sinωt

(рисунок 1.1), струм
i
1

також змінюється за законом синуса. Змінний струм
i
1
,
протікаючи ви
тками первинної обмотки, збуджує синусоїдний
магнітний потік
ФФ
m
sinωt
, основна (робоча) частина якого
замикається в магнітопроводі. Незначна частина магнітного
потоку, лінії якого замикаються повітрям навколо обмоток,
називається потоком розсіювання
Фр
. О
сновний магнітний
потік
Ф

індукує в первинній та вторинній обмотках
трансформатора ЕРС, діючі значення яких визначають за
формулами:


E
1
=4.44
fw
1
Ф
m
;

E
2
=4.44
fw
2
Ф
m
,

де
w
1

,
w
2



відповідно кількість витків у первинній та
вторинній обмотках;

Ф
m



амплітудне зна
чення основного магнітного потоку;

f



частота змінного струму.


При умові, що
U
1

U
2

трансформатор називають
понижувальним, а якщо
U
1

U
2



тоді підвищувальним.

Під’єднавши первинну обмотку трансформатора до
джерела змінної напруги, на затискачах вторинної
обмотки
індукується змінна ЕРС і вторинна обмотка є джерелом
живлення, до якої можна під’єднати споживачі електричної
енергії.


5

Трансформатор конструктивно виконаний таким чином,
що при зміні навантаження струм у первинній обмотці
змінюється пропорційно до
зміни струму у вторинній обмотці.

Режим роботи трансформатора, при якому на первинну
обмотку подається номінальна напруга, а вторинна обмотка
розімкнута, називається неробочим режимом. При цьому
U
1
=
U

,
I
2
=0,
U
20
=
E
20
=
U

. Струм
I
1
=
I
0
 (46)%
I

, а тому
м
ожна вважати, що
U
1

E
1
.

Відношення номінального значення вищої напруги до
номінального значення нижчої напруги в неробочому режимі,
або відношення кількості витків відповідних обмоток,
називається коефіцієнтом трансформації:


.


Якщ
о замкнути вимикач
SA
1

(рисунок 1.1), то до
вторинної обмотки трансформатора буде під’єднане
навантаження з опором Zнав. Такий режим роботи
трансформатора називається режимом навантаження і у
вторинному колі протікатиме струм
I
2
. Рівняння для
первинного і
вторинного кіл трансформатора за другим
законом Кірхгофа в комплексній формі:





де
,

-

комплексні значення спадів напруг на активних
опорах відповідно первинної
та вторинної обмоток;


6

,

-

комплексні значення спадів напруг на
первинній та вторинній обмотках, викликані наявністю ЕРС
розсіювання

і
, які індукуються відповідн
ими
магнітними потоками розсіювання

та
(
,
).

Магнітний стан в магнітопроводі трансфороматора
характеризується рівнянням намагнічуючих сил:


.


Залежність
U
2
=
f
(I
2
)

при
U
1
=const
,
cos φ
2
=
const
,
f
=
const

називається зовнішньою характеристикою трансформатора
(рисунок 1.2).





Рисунок 1.2


Зовнішні характеристики трансформатора при:

1


активно
-
ємнісному навантаженні,
co
s
φ
2
0
;

I
2

3

2

1

0

U
2

U
2
н


7

2


активному навантаженні,
cos
φ
2
=1
;

3


активно
-
індуктивному навантаженні,
cos
φ
2
�0
.



Відносна зміна вторинної напруги трансформатора
визначається за формулою:


,

де

-

номінальна напруга на вторинн
ій обмотці
трансформатора в неробочому режимі;


-

напруга на вторинній обмотці трансформатора в
режимі навантаження.

Режим роботи трансформатора, при якому вторинна
обмотка замкнута накоротко (
Zнав0
) називається режимом
короткого за
микання. Цей режим роботи трансформатора є
аварійним, при якому передбачений захист, що від’єднує
трансформатор від мережі живлення.

Експлуатаційні властивості трансформатора визначаються
його наступними характеристиками (рисунок 1.3):


I
1
=f
1
(I
2
); U
2
=f
2
(I
2
); cos φ
1
=f
3
(I
2
);
η
=f
4
(I
2
)
,


при

U
1
const, fconst, cos φ
2
=const
.



8



Рисунок 1.3


Експлуатаційні характеристики
трансформатора


В трансформаторі мають місце втрати потужності в сталі
Рст
, які дорівнюють активній потужності в не
робочому
режимі (
РстР
0
), та втрати потужності в міді Рм (обмотках
трансформатора), які дорівнюють активній потужності в
режимі короткого замикання (
РмРк
).

Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) трансформатора
визначається за формулою:

,

де

S
н



повна номінальна потужність трансформатора;


-

коефіцієнт навантаження;

I
2
н

c
os
φ
1

η

0

U
2

U
2
н

I
1

η

I
2

I
0

c
os
φ
1

I
1

U
2


9

R
1

X
1

R
/
2

X
/
2

I
/
2

U
/
2

Z
/
НАВ

I
0

X
0

R
0

U
1

I
1


-

коефіцієнт потужності навантаження.



Т
-
подібна заступна схема трансформатора приведена на
рисунку 1.4


Ошибка!









Рисунок 1.4
-

Т
-
подібна заступна схема трансформатора


Заступна схема трансформатора описується рівняннями
електричного стану первинної і вторинної обмоток та
рівнянням струмів:


;

.

Значення параметрів заступної схеми трансформатора
визначають за наступними формулами:

;


;


;

;




;


10

;


;


;

;


;


,

де


-

відповідно напруга, струм і потужність в
неробочому режимі трансформатора;


-

відповідно напруга, струм і потужність в
режимі короткого замикання трансформатора;


-

опір контура намагнічення, який
визначається з умови:
.



11

Опис лабораторної установки


Об’єктом дослідження є однофазний
трансформатор TV
2

(рисунок 1.5), який під’єднаний до мережі змінного струму
через автоматичний вимикач SF
1

і лабораторний
автотрансформатор (ЛАТР) TV
1
. Для визначення параметрів
трансформатора використовують вимірювальні прилади: у
первинному колі


ампер
метр РА
1
, ватметр PW
1
, вольтметр
PV
1

та у вторинному


вольтметр
PV
2
, амперметр
PA
2
. В
якості навантаження використовують реостат Rнав (
cos φ
2
=1
,
тобто навантаження активне).











Рисунок 1.5


Електрична схема дослідження
однофазного
трансформатора


Програма роботи


1 Скласти схему, зображену на рисунку 1.5. Записати
номінальні параметри трансформатора і за цими даними
визначити номінальне значення струму
I

.

2 Дослідити трансформатор TV
2

в неробочому режимі.
Розімкнути ви
микач
SA
1

і з допомогою ЛАТРа (
TV
1
) подати
на первинну обмотку (А
-
Х) трансформатора
TV
2

номінальну
A

B

SF
1

TV
1

TV
2

A

X

a

x

R
НАВ

SA
1

PA
1

PW
1

PA
2

PV
2

PV
1

U

I

I
*

U*


12

напругу
U

, яку вимірюють з допомогою вольтметра
PV
1
.
Покази приладів записати в таблицю 1.1.

3 Дослідити трансформатор в режимі активного
навантаження. Ре
остат Rнав встановити в положення
максимального опору і замкнути вимикач SA
1
. З допомогою
автотрансформатора TV
1

(ЛАТРа) подати на первинну
обмотку (А
-
Х) номінальну напругу
U

. Змінювати опір Rнав
до значення
I
1
1,4·I


(68 дослідів). Покази приладів
за
писати в таблицю 1.1.

4 Дослідити трансформатор TV
2

в режимі короткого
замикання. З допомогою ЛАТРа (TV
1
) встановити напругу в
первинній обмотці трансформатора, що дорівнює нулю
(
U
1
=0
). Розімкнути автоматичний вимикач SА
1
. Вилучити
опір навантаження
R
н0 і

замкнути вимикач
SA
1
. Ввімкнути
автоматичний вимикач SF
1

і з допомогою ЛАТРа (TV
1
) подати
на первинну обмотку (А
-
Х) трансформатора TV
2

незначну
напругу
U
1
=(4
-
6)%

U
1
Н
, при якій струм в цій обмотці буде
номінальним (
I
1
= I

). Покази приладів записати в табл
ицю
1.1.



13

Таблиця 1.1


Результати досліджень і обчислень

Ре
-
жим
роб
-
оти

Дослідні дані

Обчислити

При
-
мітка

U
1
, В

I
1
, А

P
1
,
Вт

U
2
,
В

I
2
,
А

P
2
,
В
т

cos
φ
1

η

Δ
U
2
, %

β

cos
φ
2


Неро
бочий
ре
-
жим













Акивне навантаження

1













2













3













4













5













6













7













8













Коро
тке
зами
-
кання














Обробка результатів дослідів


1 За дослідними даними визначити:

-

коефіцієнт трансформації,
k
;

-

коефіцієнт навантаження,
β
;

-

ко
ефіцієнт корисної дії,
η
;

-

коефіцієнт потужності первинної обмотки,
cos
φ
1
;

-

коефіцієнт потужності навантаження,
cos
φ
2
;

-

потужність навантаження,
P
2
;

-

зміну вторинної напруги,
ΔU
2
%
;

-

параметри Т
-
подібної заступної схеми трансформатора.


14

2 Побудувати з
овнішню характеристику трансформатора
U
2
=
f
(
I
2
)
.

3 Побудувати характеристики, що визначають
експлуатаційні властивості трансформатора:

I
1
=
f
1
(
I
2
)
;

cos

φ
1
=f
3
(I
2
);

η f
4
(I
2
)
.

4 Зробити висновок з проведеної роботи.


Контрольні запитання


1 Визначення трансф
оорматора.

2 Класифікація трансформаторів.

3 Будова однофазного трансформатора.

4 Поясніть принцип дії трансформатора.

5 Що називається коефіцієнтом трансформації і як його
визначити?

6 Чи зміниться струм у первинній обмотці
трансформатора, якщо відбулася
зміна струму у вторинній
обмотці?

7 Як здійснити дослід неробочого ходу трансформатора?

8 Які параметри трансформатора визначаються з
неробочого
режиму
?

9 Як здійснити дослід короткого замикання
трансформатора?

10 Які параметри трансформатора визначають з
досліду
короткого замикання?

11 Які втрати потужності мають місце в трансформаторі
та від чого вони залежать?

12 За якими формулами визначають параметри заступної
схеми трансформатора?

13 Зовнішня характеристика трансформатора.

14 Приведіть характеристики,

що визначають експлуата
-
ційні властивості трансформатора.


15

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2


ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНО
ГО АСИНХРОННОГО
ДВИГУНА З КОРОТКОЗАМ
КНУТИМ РОТОРОМ


Мета роботи


1 Вивчити будову і принцип дії трифазного асинхронного
двигуна з короткозамкнутим роторо
м.

2 Дослідити трифазний асинхронний двигун в неробочому
режимі.

3 Дослідити трифазний асинхронний двигун в режимі
активного навантаження.

4 На основі дослідних даних визначити момент і
потужність на валу двигуна, коефіцієнт потужності, ковзання
та коефіці
єнт корисної дії.

5 За даними дослідів побудувати механічну і робочі
характеристики двигуна.


Основні теоретичні відомості


Асинхронною машиною називають машину змінного
струму, в якої частота обертання магнітного поля статора не
співпадає з частотою оберт
ання ротора. Асинхронні машини
використовують в основному для перетворення електричної
енергії в механічну, тобто в якості двигунів. Вони також
можуть працювати в режимах електромагнітних гальм,
генераторів, перетворювачів частоти, трансформаторів та
інших

пристроїв.

Асинхронний двигун складається з двох основних частин:
нерухомої
-

статора і ротора, який обертається. Статор


порожнинний циліндр набраний з листів електротехнічної

16

сталі завтовшки 0,30,5 мм ізольованих між собою шаром
спеціального лаку. На

внутрішній поверхні статора є пази, в
які вкладається обмотка статора.

Обмотки статора трифазного асинхронного двигуна
складаються з окремих секцій та роз
ташовані

в пазах осердя
статора і
зміщені

між собою в просторі на кут 120°. Кожна
фаза містить одну
або декілька паралельно чи послідовно
з’єднаних обмоток, кількість яких дорівнює кількості пар
полюсів
p

двигуна. Початки і кінці фаз обмотки виведені на
клемний щиток двигуна, що дозволяє з’єднати їх між собою
трикутником або зіркою. Це дає можливість вми
кати двигун
на дві напруги, які відрізняються в

разів.

Ротор двигуна
-

циліндр, з тонких ізольованих між собою
шаром спеціального лаку дисків електротехнічної сталі, який
запресований на вал двигуна. Обмотка ротора буває двох
типів,

у відповідності за якими розрізняють двигуни з
короткозамкнутим і фазним ротором.

Двигуни з короткозамкнутим ротором мають обмотку, яка
постійно замкнута накоротко. Її виготовляють шляхом
заливання в пази ротора сплаву алюмінію. Утворені стержні
замикають
ся з торців кільцями, які відливаються одночасно з
стержнями.

Три обмотки фазного ротора виготовляється аналогічно
до обмоток статора. Вони завжди з’єднані зіркою, а початки їх
фаз під’єднані до трьох контактних кілець. З допомогою цих
кілець і щіток, що д
о них прилягають, в коло ротора
під’єднують реостат, який дозволяє покращити пускові та
регулювальні характеристики двигуна.

Принцип дії асинхронного двигуна базується на взаємодії
обертового магнітного поля статора із струмами, які
індукуються в колі рото
ра. Обертове магнітне поле виникає
при під’єднанні трьох обмоток фаз статора, зміщених в

17

просторі на 120°, до трифазної мережі. Внаслідок цього
струми в обмотках статора зміщені за фазою один відносно
одного на кут 120°. Магнітне поле обертається з частото
ю n
0

(хв
-
1
), яка визначається за формулою:




де
f
1

-

частота струму в обмотці статора, Гц;

p

-

кількість пар полюсів магнітного поля двигуна.


Магнітне поле статора при обертанні перетинає
провідники ротора та індукує в них змінну

ЕРС, під впливом
якої в колі ротора виникає індукований струм. В результаті
взаємодії струму ротора з обертовим магнітним полем
виникають електромагнітні сили, які діють на ротор. При
цьому на валу двигуна створюється момент, який
пропорційний до магнітно
го потоку
Ф
, струму ротора
І
2

і
косинуса кута
Ψ
2

зсуву фаз між струмом і ЕРС ротора:


M=c
Ф
I
2
cos
Ψ
2
,

де
с



конструктивна стала ротора двигуна.

Під дією цього моменту ротор обертається в напрямі
магнітного поля, але з меншою частотою, тобто ротор двигуна
об
ертається асинхронно відносно до поля статора. Різниця
частот обертового магнітного поля n
0

і ротора n, віднесена до
частоти обертання поля, називається ковзанням:


.



18

M

M
макс

M
п

M
н

n
кр

n
н

n
0

n

0

s

M

M
макс

M
н

s
кр

0

Частота
f
2

струму, що індукується в обмотці ротора,
визначається

за формулою:


.


Частота обертання ротора при неробочому режимі
двигуна мало відрізняється від частоти обертання магнітного
поля і тому ковзання близьке до нуля. При збільшенні
моменту на валу двигуна частота обертання ротора
зменшу
ється, а ковзання збільшується. Залежність частоти
обертання ротора від моменту або моменту від ковзання:
n=
f
1
(M)

або
M=
f
2
(
s
)

називають механічною характеристикою
двигуна (рисунок 2.1)














а)




б)


Рисунок 2.1


Механічна характеристика асинхр
онного
двигуна:

а
)
n=f
1
(M)
;
б
)
M=f
2
(s)
.


19


Короткочасне перевантаження двигуна визначається
максимальним (критичним) моментом
М
макс

(
М
кр
), який
виникає при критичному ковзанні
s
кр
. Цей момент є більший
від номінального моменту
Мн

в 1,72,8 разів і визначає
п
еревантажувальну властивість двигуна:
λМмакс/Мн
.

Механічні характеристики асинхронного двигуна
описують рівнянням моменту:

,

де

U




фазна напруга, яка подається на обмотку статора
двигуна;

R
1
,
X
1



активний та індуктивний опори ф
ази обмотки
статора;

R
/
2
,
X
/
2



активний та індуктивний опори фази обмотки
ротора, приведені до обмотки статора.

Згідно з цим рівнянням, при незмінних значеннях опорів
обмоток статора і ротора, момент двигуна пропорційний до
квадрату напруги. При зменшенні

напруги момент двигуна
знижується, зменшується і максимальний момент, а критичне
ковзання
s
кр

залишається сталим.

В розрахунках користуються більш простим рівнянням,
яке дозволяє побудувати механічну характеристику за
паспортними даними двигуна:


,


20


де


-

критичне ковзання;


-

номінальне ковзання, яке визначається при
номінальній частоті обертання ротора двигуна.

Зміна напряму обертання (реверсу) ротора асинхронного
двигуна досягається з
міною черговості фаз обмоток статора,
що під’єднуються до трифазної мережі.

Механічна характеристика наглядно показує властивості
асинхронного двигуна як частини електроприводу. Для більш
повного виявлення властивостей самого двигуна служать його
робочі ха
рактеристики (рисунок 2.2), тобто залежності
параметрів
n, М, I
1
, P
1
, η, cos φ

від потужності
P
2

на валу
двигуна.


















Рисунок 2.2


Робочі характеристики асинхронного двигуна.

0

n, M,

I
1
, P
1
,


η,

cos φ

cos φ

η

n

I
1

P
1

P
2

P
2
Н

М


21

Номінальний і максимальний моменти визна
чають за
формулами:

;

,

де

-

номінальна потужність на валу двигуна, кВт.

Активна потужність , яка споживається трифазним
асинхронним двигуном від мережі:

,

а коефі
цієнт корисної дії
η

та коефіцієнт потужності
cos φ

визначаються за формулами:

;

,

де

-

корисна потужність на валу двигуна;


,

-

відповідно

лінійні напруга і струм в
обмотці статора.

Відношення пускового моменту M
п

до номінального M
н



є важливою характеристикою асинхронних двигунів і
становить від 0,8 до 2,0, а кратність пускового струму до
номінального:

.

Трифазний асинхронний двигун з короткозамкнутим ротором
характеризується наступними паспортними номінальними
величинами: потужністю на валу

P

, лінійною напругою
U
н
, лінійним
струмом
I
н
, типом з’єднання фаз статора, частотою змінного струму
f
1
,
частотою обертання ротора
n
н
, коефіцієнтом потужності
cos φ
н

і
коефіцієнтом корисної дії
η
н
.


22

Опис лабораторної установки


Об’єктом дослідження служить трифазний асинхронний
двигун (АД) з короткозамкнутим ротором, який живиться від
мережі змінного струму

через автоматичний вимикач SF
1
.
Схема дослідження трифазного асинхронного двигуна
приведена на рисунку 2.3.




Рисунок 2.3
-

Схема дослідження трифазного асинхронного
двигуна з короткозамкнутим ротором


+

A

B

С

Ш
1

Ш
2

SF
2

SF
1

U

I

I
*

U
*

С
1

С
2

С
3

С
4

С
5

С
6

Я
2

Я
1

R
н

-

PV
2


PA
2


PV
1

V1

3


PW
1


PA
1

V1

3


АД


23

Значення лінійної напруг
и
U
1

вимірюють вольтметром
PV
1
, лінійний струм
I
1



амперметром PA
1
. Ватметром PW
1

вимірюють активну потужність
P
PW1

однієї фази. Потужність,
яку споживає асинхронний двигун від трифазної мережі:
P
1
=
3
P
PW1
, де
P
PW1



показ ватметра.

Навантаження двигуна зді
йснюється методом
гальмування ротора з допомогою генератора (Г) постійного
струму. Корисна потужність на валу двигуна, яка
споживається генератором, визначається за формулою:


P
2
= P
1
Г

=U
2
I
2
/
η
Г
,

де
U
2



напруга на затискачах якоря Я
1
, Я
2

генератора
(вольтме
тр PV
2
);

I
2



струм навантаження якоря генератора (амперметр
PA
2
);

η
Г



коефіцієнт корисної дії генератора (
η
Г

=

0,7).



Програма роботи


1 Зібрати схему приведену на рисунку 2.3. Для зміни
напряму обертання ротора двигуна необхідно поміняти
чергування фаз

(будь
-
які дві фази поміняти місцями).

2 Дослідити двигун в неробочому режимі. Запустити
двигун при розімкнутому колі збудження генератора (вимикач
SF
2

розімкнутий). Покази приладів записати в таблицю 2.1.

3 Дослідити двигун в режимі навантаження. Замкнути

коло збудження генератора (вимикач SF
2

замкнутий). Реостат
R
НАВ

повністю введений, тобто опір його максимальний. З
допомогою реостата
R
НАВ

змінювати навантаження двигуна.
Записати покази приладів в таблицю 2.1 для 67 різних
значень опору
R
НАВ
.



24

Таблиця 2
.1


Результати досліджень і обчислень


з/п

Обчислити

При
-
мітка

U
1
,
В

I
1
,

А

P
1
,
Вт

U
2
,
В

I
2
,

А

n
,

хв
-
1

M
,

Нм

P
2
,
Вт

cos
φ
н

s,
%

η, %


1












Не
-
робочий
режим

2












Режим
наванта
-
ження

3












-
//
-

4












-
//
-

5












-
//
-

6












-
//
-

7












-
//
-

8












-
//
-


Обробка результатів дослідів


1 Визначити кількість пар полюсів , досліджуваного
двигуна.

2 Розрахувати для всіх дослідів:

-

момент на валу двигуна,
M
;

-

корисну потужність,
P
2
;

-

коефіцієнт

потужності,
cos φ
;

-

ковзання,
s
;

-

коефіцієнт корисної дії,
η
.

3 Побудувати механічну характеристику двигуна
n=
f
1
(M)
або
M=
f
2
(
s
)
.

4 Побудувати в одній координатній системі робочі
характеристики трифазного асинхронного двигуна з
короткозамкнутим ротором.

5 Зробити висновки з проведеної роботи.


25


Контрольні запитання


1 Визначення асинхронного двигуна.

2 Будова асинхронного двигуна.

3 Принцип дії трифазного асинхронного двигуна з
короткозамкнутим ротором.

4 Як змінити напрям обертання ротора трифазного
асинх
ронного двигуна?

5 Як розрахувати номінальний момент асинхронного
двигуна за його паспортними даними?

6 Як визначити максимальний (критичний) момент
асинхронного двигуна.

7 Що називають перевантажувальною властивістю
двигуна.

8 Що називають ковзанням асинх
ронного двигуна і як
воно визначається?

9 Як визначити частоту струму в обмотці ротора?

10 Як визначити коефіцієнт корисної дії асинхронного
двигуна?

11
Яку залежність називають механічною характеристикою?

12 Приведіть залежності, які відповідають робочим
характеристикам асинхронного двигуна.

13 Що використовують в якості навантаження трифазного
асинхронного двигуна?


26

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №
3


ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕРАТО
РА ПОСТІЙНОГО
СТРУМУ ПАРАЛЕЛЬНОГО
ЗБУДЖЕННЯ


Мета роботи


1 Вивчити будову і принцип дії генератор
а постійного
струму.

2 Вибрати контрольно
-
вимірювальні прилади для
проведення дослідів.

3 Дослідити генератор постійного струму паралельного
збудження в різних режимах роботи.

4 За результатами дослідних даних побудувати
характеристики: неробочого режиму,
зовнішню,
регулювальну.

5 Визначити процентну зміну напруги генератора.


Основні теоретичні відомості


Електричні машини постійного струму можуть працювати
як в режимі генератора, так і в режимі двигуна, тобто вони
оборотні і за конструкцією не відрізняють
ся між собою. В
режимі генератора вони перетворюють механічну енергію, яка
підводиться до валу від первинного двигуна, в електричну
енергію постійного струму. В режимі двигуна здійснюють
перетворення електричної енергії постійного струму в
механічну енергі
ю, яка знімається з валу. Генератори
постійного струму використовуються для живлення різного
роду пристроїв, які працюють на постійному струмі, в тому
числі електричних двигунів постійного струму.


27

Машина постійного струму складається з нерухомої
частини


станини і рухомої частини


якоря, який
обертається. Станина


порожнинний стальний циліндр, в
якому замикається магнітний потік збудження машини. На
внутрішній поверхні станини кріпиться парна кількість
головних полюсів, які набираються з тонких 0,250,5
мм
ізольованих між собою листів електротехнічної сталі. На
головних полюсах розташовані котушки збудження. Обмотки
котушок збудження з’єднані таким чином, щоб полярність
полюсів чергувалася. Між головними полюсами в машинах
постійного струму встановлюють д
одаткові полюси, які
служать для зменшення реакції якоря та покращують умови
комутації. Обмотки додаткових полюсів з’єднують послідовно
з колом якоря так, щоб збуджене ними магнітне поле було
зустрічним до магнітного поля якоря.

Якір складається з осердя,

обмоток і колектора. Осердя


циліндр впресований на вал машини. Воно виготовлене з
тонких, ізольованих між собою шаром спеціального лаку,
листів електротехнічної сталі з пазами на зовнішній поверхні.
В пазах розташовані обмотки, які під’єднані до колекто
ра.
Колектор


циліндр, який складається з мідних ізольованих
між собою пластин і призначений для отримання постійної
напруги на зовнішніх затискачах генератора.

За способом збудження генератори поділяють:

-

з незалежним збудженням;

-

із самозбудженням (ге
нератори паралельного,
послідовного та змішаного збуджень).


Принцип роботи генераторів постійного струму базується
на законі електромагнітної індукції, тобто на явищі
індукування ЕРС у провідниках, які рухаються в магнітному
полі. Якщо обертати якір генер
атора в магнітному полі

28

залишкового магнетизму в його обмотках індукується
невелика електрорушійна сила Е
0
. Оскільки обмотка
збудження з’єднана паралельно з обмоткою якоря, то в ній
виникає струм збудження від залишкової ЕРС. Цей струм
підсилює магнітний п
отік полюсів і тому ЕРС якоря буде
зростати, що в свою чергу призводить до збільшення струму
збудження. Збуджений генератор буде створювати змінну
ЕРС, яка з допомогою колектора і мідно
-
графітних щіток
перетворюється в постійну:


,

д
е
р



кількість пар полюсів;

n



частота обертання якоря, хв
-
1
;

N



кількість провідників якоря;

а



кількість паралельних віток обмоток якоря;

Ф



магнітний потік одного полюса;

C



постійний конструктивний коефіцієнт, який дорівнює:


.


Якщо генератор не збуджується, необхідно змінити
напрям струму в обмотці збудження. Самозбудження
генератора може не відбутися і з інших причин, а саме: через
відсутність залишкової намагніченості головних полюсів;
обриву кола збудження; підвищеного
опору кола збудження;
забруднення колектора; неправильного розташування щіток
на колекторі та через недостатню частоту обертання якоря.

Під реакцією якоря розуміють явище дії магнітного поля
якоря на магнітне поле головних полюсів. В неробочому
режимі гене
ратора магнітне поле створюється тільки

29

головними полюсами. При роботі генератора з
навантаженням поле якоря накладається на поле полюсів і
створюється результуюче поле.

При навантаженні генератора з паралельним збудженням
напруга змінюється в залежності
від струму навантаження
I
нав. Це відбувається внаслідок спадів напруг в обмотці якоря
та перехідному контакті щіток і тому напруга генератора
зменшується. Струм збудження
I
з, при сталому опорі кола
збудження, пропорційний до напруги на щітках якоря. Тому
із
зменшенням напруги на якорі струм збудження також
зменшується, що призводить до зменшення магнітного потоку
Ф
. Це в свою чергу викликає додаткове зменшення ЕРС і
напруги на затискачах генератора, яка визначається за
формулою:


U=E
-

I
я
R
я
,


д
е

I
я



стру
м в обмотках якоря;

R
я



опір обмоток якоря.

Струм
I
з генератора постійного струму паралельного
збудження дорівнює:


,

де
R
з



опір паралельної обмотки збудження;


R
р



опір регулюючого реостата, який ввімкнений
послідовно до обм
отки збудження.

Залежність
E
=
f
1
(
I
з)

при постійній частоті обертання якоря
і при відсутності навантаження генератора (неробочий
режим), називається характеристикою неробочого режиму
(рисунок 3.1).


30


Рисунок 3.1


Характеристика неробочого режиму генератора


Магнітне коло машини має залишковий магнітний потік
(приблизно 23% від номінального). При обертанні якоря в
полі залишкового потоку в ньому індукується незначна ЕРС
Е
0
, яка викликає струм в обмотц
і збудження.


Залежність
U
=
f
2
(
I
я)

називається зовнішньою
характеристикою генератора (рисунок 3.2), яку отримують
при незмінному опорі кола збудження та сталій частоті
обертання якоря. Струм якоря
I
я

визначається як сума струму
обмотки збудження
I
з

і струм
у навантаження
I
нав
.




E=f
1
(I
з
) при I
я
=0; n=const

E

E
макс
р

E
0
р

I
з

0


31



Рисунок 3.2


Зовнішня характеристика генератора
паралельного збудження


У генераторів з паралельним збудженням напруга
знижується не тільки через розмагнічуючу дію реакції якоря і
спаду напруги в колі
якоря, але і внаслідок зменшення струму
збудження
I
з
U
/(
R
з
R
р)

при
(
R
з
R
р)
const

викликане
зменшенням напруги
U

на клемах машини, до яких під’єднане
коло обмотки збудження.

У генератора паралельного збудження при зменшенні опору
навантаження струм
I
я

буде

зростати до певного значення, яке
називається критичним струмом
I
кр(1,52,5)

I
н
.

При
U=f
2
(Iя) при RзRрconst, nconst

I
я

а

б

I
кз

I
н

I
кр

0

U
н

U
0

U


32

подальшому зменшенні опору навантаження струм
I
я

починає
зменшуватися (рис
унок

3.2). Такий характер зміни зовнішньої
характеристики пояснюється тим, що генератор паралел
ьного
збудження сам себе розмагнічує, так як зменшується струм
збудження.

При кортокому замиканні обмотки якоря струм
I
кз

генератора з паралельним збудженням порівняно незначний
(рисунок 3.2), так як в цьому режимі напруга і струм
збудження дорівнюють нулю
. Отже, струм короткого
замикання створюється тільки ЕРС від залишкового
магнетизму і складає
(0,4


0,8)Iн
:


.

Робота на ділянці аб зовнішньої характеристики (рисунок
3.2) нестійка і машина переходить в режи
м роботи, який
відповідає точці б, тобто в режим короткого замикання.

Процентна зміна напруги генератора визначається за
формулою:

,

де




номінальна напруга генератора;

U
0



напруга генератора в неробочому режимі.

Для генераторів
з паралельним збудженням
Δ
U
(1020)%
.

Залежність
Iз
f
з(Iнав)

при сталій частоті обертання якоря
n

і незмінній напрузі
U

на затискачах генератора називається
регулювальною характеристикою (рисунок 3.3). Вона показує,
як необхідно змінювати струм збудження п
ри зміні струму
навантаження, щоб напруга на затискачах генератора була
сталою.
I
оз



струм збудження генератора в неробочому
режимі (рисунок 3.3).



33

Iзf
3
(I
нав
) при nconst, Uconst

I
з

I
0
з

I
нав

0
















Рисунок 3.3


Регулювальна характеристика генератора
паралельного

збудження



Опис лабораторної установки


Об’єктом дослідження служить генератор постійного
струму паралельного збудження, схема якого приведена на
рисунку 3.4.










34































Рисунок 3.4


Схема дослідже
ння генератора паралельного
збудження

PV
1

PA
2

PA
1

SA
2

R
нав

SA
1

Я
1

Я
2

Ш
2

Ш
1

R
р

Г

АД

C
4

C
5

C
6

C
1

C
2

C
3

A

B

C

SF
1


35

Привідним пристроєм якоря генератора є асинхронний
двигун (АД) з короткозамкнутим ротором, який під’єднаний
до мережі трифазного струму через автоматичний вимикач
SF
1
. В колі генератора ввімкнені прилади для вимірюванн
я
напруги PV
1
, струму збудження PA
1

і струму навантаження
PA
2
, а також реостати регулювальний Rр та навантаження
Rнав і комутаційні пристрої SA
1
, SA
2
.

Частоту обертання вала генератора постійного струму
фіксують за допомогою тахометра, який на схемі дослі
дження
не вказаний.


Програма роботи


1 Зібрати схему, приведену на рисунку 3.4. Замкнути
триполюсний автоматичний вимикач SF
1

і перевірити
наявність самозбудження генератора в неробочому режимі.

2 Зняти дані для побудови характеристики неробочого
режиму.
Замкнути вимикач SA
1

і встановити регулювальним
реостатом Rр такий струм збудження, при якому напруга на
затискачах генератора буде на (2025)% перевищувати
номінальну напругу генератора (вимикач SA
2

розімкнутий).

Переміщуючи повзунок реостата Rр тільки в
напрямі
зменшення струму збудження фіксувати значення цього
струму і відповідні їм значення напруги (68) точок, які
записати в таблицю 3.1. Розімкнути вимикач SA
1

і записати
значення ЕРС
Е
0
, яка обумовлена залишковою намагніченістю
головних полюсів. Замкн
ути вимикач SA
1

і записати покази
приладів. Переміщуючи повзунок реостата Rр тільки в
напрямі збільшення струму збудження до досягнення напруги
на затискачах генератора значення
(1,21,25) Uн
, фіксувати
струм збудження і відповідні їм значення напруги (68
) точок,
які записати в таблицю 3.1.


36

3 Зняти дані для побудови зовнішньої характеристики при
роботі генератора з навантаженням. Замкнути вимикачі SF
1
,
SA
1
, SA
2

і збудити генератор до напруги, яка становить
(1,21,25) Uн
. Регулюючи навантаження (реостат Rна
в) і
струм збудження (реостат Rр) досягнути режиму, при якому
генератор працював би при номінальній напрузі та
номінальному струмі. Після цього регулювальний реостат
більше не рухати. Розімкнути коло навантаження (вимикач
SA
2
) і записати в таблицю 3.2 знач
ення струму навантаження
та напруги. Потім замкнути коло навантаження (вимикач SA
2
)
і переміщуючи повзунок реостата Rнав в напрямі зростання
струму навантаження до номінального, фіксувати значення
цього струму і відповідні їм значення напруги (68) точок,
які
записати в таблицю 3.2.

4 Зняти дані для побудови регулювальної характеристики.
Від’єднати навантаження (вимикач SA
2

розімкнути) і
виставити номінальну напругу генератора в неробочому
режимі, записавши в таблицю 3.3 струм збудження
I
оз
.
Замкнути коло н
авантаження (вимикач SA
2
) і поступово
зменшуючи опір реостата Rнав, кожен раз при цьому з
допомогою реостата Rр встановлюють такий струм
збудження, при якому напруга генератора залишається
номінальною. Дані досліду записати в таблицю 3.3 (68)
точок.










37

Таблиця 3.1


Результати досліджень при неробочому режимі

№ п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Струм
збудження,

, А

















Напруга
генератора в
неробочому
режимі
U
0
Е, В

















ЕРС
Е
0

 , В


Таблиця 3.2


Дані для п
обудови зовнішньої характеристики

№ п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

Струм
навантажен
-
ня,
Iнав
, А









Напруга
генератора

U
, В











Таблиця 3.3
-

Дані для побудови регулювальної
характеристики

№ п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

Струм
навантаження,
Iнав
, А









Струм

збудження,


, А














38

Обробка результатів дослідів


1 Використовуючи дослідні дані з таблиць 3.13.3
,

побудувати в масштабі характеристики генератора:
неробочого режиму, зовнішню та регулювальну.

2 Згідно з даними таблиці 3.2 для зовнішньої
характ
еристики визначити процентну зміну напруги
генератора.

3 Зробити висновки з проведеної роботи.


Контрольні запитання


1 Будова генератора постійного струму

2 Принцип дії генератора постійного струму

3 Який генератор постійного струму називають
генератором
паралельного збудження?

4 З яких причин може не відбутися самозбудження
генератора?

5 Від чого залежить ЕРС генератора постійного струму?

6 Які причини викликають зниження напруги генератора
паралельного збудження при збільшенні навантаження?

7 Як практичн
о регулювати напругу генератора при зміні
навантаження?

8 Яке призначення колектора і щіток?

9 Яку залежність називають характеристикою неробочого
режиму?

10 Яку залежність називають зовнішньою характеристи
-
кою?

11 Яку залежність називають регулювальною ха
рактерис
-
тикою?

12 Як визначити процентну зміну напруги генератора
паралельного збудження?

13 Чим обумовлена ЕРС
Е
0
?


39

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №
4


ДОСЛІДЖЕННЯ ДВИГУНА
ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
ПАРАЛЕЛЬНОГО ЗБУДЖЕН
НЯ


Мета роботи


1 Вивчити будову і принцип дії двигуна по
стійного
струму.

2 Вибрати контрольно
-
вимірювальні прилади для
проведення дослідів.

3 Засвоїти способи пуску і регулювання частоти
обертання якоря двигуна.



4 Дослідити двигун в режимі навантаження і побудувати
механічну та робочі характеристики.


Основні

теоретичні відомості


Будова електричних двигунів і генераторів постійного
струму однакова. Їх принцип дії базується на взаємодії
струму, що протікає в обмотці якоря і магнітного поля, яке
створюється головними полюсами машини. Двигуни
постійного струму н
а відміну від генераторів завжди
живляться від мережі постійного струму. В залежності від
способу під’єднання обмотки збудження до обмотки якоря їх
поділяють на двигуни паралельного, послідовного та
змішаного збуджень. Двигуни постійного струму отримали
за
стосування в тих випадках, коли необхідний широкий і
плавний діапазон регулювання швидкості обертання
механізмів, з’єднаних з валом двигуна. Їх використовують в
металургійній промисловості, станкобудуванні, для створення
систем автоматичного регулювання, в

авіації,

40

автомобілебудуванні, на транспорті. Потужності, на які
випускаються двигуни, знаходяться в межах від декількох ват
до тисяч кіловат. За номінальну потужність двигуна
приймається механічна потужність на валу
P
2
. Потужність
P
2
,
напруга

, струм
Ін
, частота обертання
n
н

вказуються на
щитку, який закріплений на корпусі машини.

При живленні двигуна від мережі постійного струму в
обмотках збудження і якоря протікають струми. Струм
збудження створює магнітний потік полюсів машини. Згідно
із законом Ампе
ра на провідники якоря, які знаходяться в
магнітному полі, діють механічні сили. Ці сили створюють
обертальний момент і якір обертається. За законом
електромагнітної індукції в обмотках якоря виникає ЕРС:

,

де
С
E



конструктивний кое
фіцієнт
ЕРС
;

n


частота обертання якоря двигуна;

Ф



магнітний потік головних полюсів двигуна.

ЕРС
Е

напрямлена проти струму в обмотках якоря.
Напруга
U
, яка прикладена до якоря двигуна, зрівноважує
ЕРС і спад напруги в обмотці якоря:

,

де




струм в обмотці якоря;





опір обмотки якоря.

Струм в обмотці якоря


і частота обертання якоря n
визначаються за формулами:

;


.

З приведених формул видно, що в момент ввімкнення
двигуна (
n=0
) Е
РС відсутня (
Е0
). Пусковий струм
I
п
U
/
R
я
обмежується тільки малим опором обм
отки якоря і може
перевищувати номінальний струм в 1030 разів.
Таке

41

перевищення струму недопустиме тому, що може призвести
до руйнування обмотки якоря, колектора та викликати
вел
икий механічний удар. Щоб запобігти цьому на час пуску
двигуна послідовно до кола якоря вмикають пусковий реостат
з опором Rп. В момент під’єднання двигуна до мережі
пусковий струм зменшиться:
IпU/(RяRп)
. При зростанні
частоти обертання якоря двигуна в й
ого обмотці виникає ЕРС
Е

і струм якоря

зменшується. Тому, на початку
пуску опір пускового реостата Rп максимальний. При
збільшенні частоти обертання якоря двигуна опір пускового
реостата плавно зменшують до нульового значення.

Част
оту
n
обертання якоря двигунів постійного струму
паралельного збудження визначають за формулою:


і регулюють трьома способами:

-

зміною напруги
U
,
що підводиться до клем двигуна;

-

зміною загального опору кола якоря додатковим
резис
тором Rд, який вмикають послідовно до обмотки якоря:

-

зміною магнітного потоку
Ф

(струму збудження

)
регулювальним реостатом Rр, який ввімкнений в коло
збудження.

Верхня границя частоти обертання якоря обмежується
зростаючим впливом реакції якоря і руйн
уванням колектора і
обмотки якоря. Тому обрив кола збудження недопустимий.
Номінальне зниження частоти обертання якоря визначається
за формулою:



42

і для двигунів з паралельним збудженням становить
Δn(210)%
.

Для зміни напряму обертан
ня якоря двигуна необхідно
змінити напрям струму в обмотці якоря або в обмотці
збудження. Це досягається зміною полярності напруги на
затискачах двигуна.

Взаємодія струму провідників якоря та магнітного поля
обмотки збудження викликає появу обертального мо
менту:

МС
М
ФІя
,

де
С
М



конструктивний коефіцієнт

моменту
.

Внаслідок дії цього моменту якір двигуна обертається.
Найбільшого значення обертальний момент досягає при
максимальному магнітному потоці, який забезпечується
нульовим значенням опору регулювальног
о реостата.

Властивості двигуна постійного струму паралельного
збудження визначаються механічною характеристикою
n=
f
(M)

(рисунок 4.1,а) та робочими характеристиками:

n=
f

1
(P
2
)
;
M=
f

2
(P
2
)
;
Iя
f

3
(P
2
)
;
P
1
=
f

4
(P
2
)
;
η
f
5
(P
2
)
, які
знімають при
UUнconst

і
Iзconst
. Робочі характеристики
приведені на рисунку 4.1,б.










а)





б)

Рисунок 4.1


Механічна (а) і робочі (б) характеристики
двигуна постійного струму паралельного збудження

n

n
0

n
н

M
н

M

0

n,M,Iя,

P
1


η

n

P
1

І
я

М

P
2
н

P
2

0


43


Опис лабораторної установки


Об’єктом дослідження служить двигун пост
ійного струму
паралельного збудження, який живиться від мережі
постійного струму через автоматичний двополюсний вимикач
SF
1

(рисунок 4.2).

В колах двигуна ввімкнений пусковий Rп і
регулювальний Rр реостати, а також вимірювальні прилади:
PA
1
, PA
2
, PV
1
. Част
ота обертання вала двигуна вимірюється
тахометром, який на схемі дослідження не зображений.
Навантаженням двигуна постійного струму служать обмотки
трифазного асинхронного двигуна (АД) з короткозамкнутим
ротором та реостат навантаження Rнав, які з’єднані
п
ослідовно. Потужність навантаження визначається за
показами вимірювальних приладів PA
3

i PV
2

в колі
навантаження.



44































Рисунок 4.2


Схема дослідження двигуна постійного струму
паралельного збудження

PA
2

R
р

R
п

SF
1

+

-

АД

PA
3

SA
1

SF
1

+

-

Ш
2

Ш
1

PV
1

PV
2

R
нав

Я
1

Я
2

М

PA
1

C
1

C
2

C
3

C
4

C
5

C
6


45

Пр
ограма роботи


1 Зібрати електричну схему, приведену на рисунку 4.2.
Ввести повністю пусковий реостат Rп (опір максимальний), а
регулювальний реостат Rр в колі збудження виведений (опір
мінімальний). Замкнути вимикач SF
1

і при зростанні частоти
обертання я
коря поступово вивести пусковий реостат Rп (опір
мінімальний).

2 Дослідити вплив напруги на затискачах якоря Я
1
Я
2

двигуна на частоту його обертання. Для цього необхідно
пусковим реостатом Rп встановлювати різні значення напруги
на затискачах якоря і тахом
етром фіксувати частоту
обертання валу двигуна. Впродовж всього досліду з
допомогою регулювального реостата Rр підтримувати сталий
струм збудження:
IзІзн
, де
Ізн



номінальне значення струму
збудження. Результати досліду записати в таблицю 4.1.


Таблиця 4
.1


Залежність частоти обертання від напруги

№ з/п досліду

1

2

3

4

5

6

Напруга на затискачах
якоря,

, В







Частота обертання
якоря,
n
, хв
-
1








3 Дослідити вплив струму збудження на частоту
обертання якоря двигуна. Для цього необхідно
регулювал
ьним реостатом Rр встановлювати різні значення
струму збудження і тахометром фіксувати відповідні частоти
обертання валу двигуна. Впродовж усього досліду з
допомогою пускового реостата Rп підтримувати на
затискачах якоря двигуна сталу напругу:
UяUян

(
Uян



номінальна напруга на затискачах якоря двигуна). Результати
досліду записати в таблицю 4.2.


46

Таблиця 4.2


Залежність частоти обертання від струму
збудження

№ з/п досліду

1

2

3

4

5

6

Струм збудження,


, А







Частота обертання
якоря,
n
, хв
-
1








4 Дослідити двигун в режимі навантаження. Встановити
реостат Rнав в положення, при якому його опір
максимальний. Замкнути однополюсний вимикач SA
1

і
реостатами Rп та Rр встановити номінальну напругу


двигуна і номінальний струм збудження Iзн. Покази прил
адів
записати в таблицю 4.3. Змінювати навантаження двигуна
постійного струму реостатом Rнав (67 дослідів) , при цьому
для кожного досліду з допомогою реостатів Rп і Rр
підтримувати сталими номінальну напругу


та номінальний
струм збудження
Ізн
. Покази

приладів записати в таблицю 4.3.


Таблиця 4.3


Результати досліджень і розрахунків в режимі
навантаження

№ з/п
досліду

Дослідні дані

Розрахункові величини

U
,

В

I
з,


А

I
я,


А

n
,

хв
-
1

U
нав
,

В

I
нав
,
А

P
1
,
Вт

P
2
,
Вт

M
,
Н
·
м

η

1











2











3











4











5











6











7











8














47


Обробка результатів дослідів


1 Побудувати залежності частоти обертання якоря
двигуна
n

від напруги


та струму
Із
:

n=f
1
(U
я
)

при

Із
=const
;

n= f

2
(I
з
)

при

U
я
=const
.

2 Розрахувати

для всіх дослідів п.4 і записати в таблицю
4.3 наступні величини:

-

потужність, яку споживає двигун

P
1
=U(I
я
+I
з
)
,

де
U



напруга живлення двигуна (PV
1
);

-

потужність на валу двигуна

P
2
Uнав·Iнав
,

де
Uнав



напруга навантаження (PV
2
);

Інав



струм навантажен
ня (PA
3
).

-

момент на валу двигуна

;


-

коефіцієнт корисної дії двигуна

.


3 Використовуючи дані з таблиці 4.3 побудувати в
масштабі графіки механічної та робоч
их

характеристик
двигуна постійного струму пар
алельного збудження.

4 Зробити висновки з проведеної роботи.



48

Контрольні запитання


1 Будова двигуна постійного струму

2 Принцип дії двигунів постійного струму

3 Призначення пускового реостата

4 Способи регулювання частоти обертання вал
у

двигуна
паралельн
ого збудження

5 Як змінити напрям обертання вал
у

двигуна?

6 Механічна характеристика двигуна постійного струму
паралельного збудження

7 Робочі характеристики двигуна постійного струму
паралельного збудження

8 Як визначається напруга, прикладена до якоря дв
игуна?

9 Як визначається струм в обмотці якоря?

10 Як визначається частота обертання якоря двигуна?












49

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №

5


ДОСЛІДЖЕННЯ СПОЖИВАННЯ РЕАКТИВНОЇ
ПОТУЖНОСТІ АСИНХРОННИМ ДВИГУНОМ

З
КОРОТКОЗАМКНУТИМ РОТОРОМ


Мета роботи



1
Освоїти
мет
одику визначення залежностей споживання
активних і реактивних потужностей від
навантаження та

напруги
трифазним асинхронним двигуном з
короткозамкнутим ротором

.

2 Е
кспериментально д
ослідити

способи зниження
споживання реактивної потужності асинхронним дви
гуном.

3 Згідно дослідних даних побудувати
залежності
споживання активної та реактивної потужностей, струму та
коефіцієнта потужності двигуна від навантаження на валу та
напруги на йогозатискачах.


Основні теоретичні положення


Електротехнічні установки с
творюють в мережах, що
живлять їх, активні і реактивні навантаження. Приймачі, що
мають індуктивний характер навантаження


асинхронні
двигуни, трансформатори, повітряні лінії


вважають
споживачами реактивної енергії, а приймачі, що мають
ємнісний характе
р,


статичні конденсатори, перезбуджені
синхронні машини, кабельні лінії


генераторами реактивної
енергії. Відповідно до цього перші приймачі
характеризуються додатньою реактивною потужністю
Q,
а
другі


від

ємною.


50

Реактивною потужністю
Q

прийнято назива
ти добуток
напруги
U

на
навантаженні,
струму
I
, що протікає в ньому, на
синус кута φ між ними:

Q

=
U
І
sin
φ
.

Реактивна потужність вимірюється у вольт

амперах
реактивних


скорочено ВАр. Реактивна потужність
пропорційна середньому за чверть періода значен
ню енергії,
яка створює змінну складову електричного і магнітного полів
ємності та індуктивності. За один період змінного струму ця
енергія двічі передається джерелом живлення у коло і двічі
повертається назад. Вона пов’язана зі зворотними процесами
обміну

електричною енергією між індуктивними та ємнісними
елементами (або між реактивними споживачами та
генераторами).

Реактивна потужність витрачається на
створення магнітного потоку в апаратах і машинах. Обмін
реактивною потужністю між приймачами та генератор
ами
при
з
водить до додаткових втрат енергії в системі
електропостачання, тому зниження споживання реактивної
потужності є актуальною задачею, рішення якої дає значний
техніко

економічний ефект.

Мірою співвідношення між активною і реактивною
потужн
остями

є
к
оефіцієнт потужності



в
ідношення
активної потужності
Р
до повної
S

,

де
S
=
UI

повна потужність, яка вимірюється в вольт

амперах
(ВА).

Коефіцієнт потужності показує, яку частину повної
потужності складає
активн
а потужність.
Значення коефіцієнта
потужності залежить від характеру

опору приймачів,
їх
коефіцієнта завантаження та значень напруги на затискачах
споживачів. Так,
у

асинхронних двигунах в залежності

від їх

51

завантаження
0,10


0,97, а в

електропечах з

резистивними

нагрівальними елементами та лампах
розжарювання
1. В

освітлювальних установках з

люмінесцентними лампами

0,85

0,95.


Основними споживача
ми реактивної енергії є

трифазні
асинхронні двигуни, які споживають близько 65

70% всієї
реактивної енергії. Силові трансформатори споживають
близько 15

25%, а повітряні мережі та

зварювальні агрегати

5

10% .

Існує два способи розвантаже
ння електричних мереж від
споживання реактивної потужності: встановлення
компенсувальних пристроїв або зменшення споживання
реактивної потужності.

В якості компенсувальних пристроїв в о
сновному
використовують
конденсаторні батареї, які
доцільно
встановлюва
ти в місцях споживання реактивної по
тужності.
Встановлення
конденсаторних батарей
для підвищення
коефіцієнта потужності сприяє одночасному підвищенню
рівня напруги, тому вибір їх параметрів слід виконувати з
врахуванням збільшення потужності при підвищенн
і напруги.

Проаналізуємо роботу
о
сновного споживача реактивної
енергії



трифазного асинхронного двигуна
з короткозамк
-
нутим ротором
.
Струм, що споживається фазою двигуна


де
P
1
, U
1
,
со

1



відповідно з
начення величин фази двигуна:

а
ктивної потужності
,
напруги та
коефіцієнта потужності.

Чим більший коефіцієнт потужності со

1
, тим меншим
буде струм
I
1
. В асинхронних двигунах номінальний со

1
=
0,75...0,95. Коефіцієнт потужності со

1
та ККД двигуна
η
залежать від його навантажен
ня (
рисунок 5.1).


52

На рисунку 5.1 приведені залежності
η,
со

1

від
коефіцінта навантаження
ß 

P
2
/
P

,


де
P
2



потужність на валу двигуна;



P




номінальна потужність двигуна.














Рисунок 5.1


Залежність ККД

та
коефіцієнта потужності
від
к
оефіцієнта навантаження


ККД асинхронного двигуна


Асинхронні двигуни працюють з найкращими
енергетичними показниками при завантаженні 75%


100%
своєї номінальної потуж
ності. Якщо вони завантажені менше
як на 60%, необхідно замінюва
ти їх на менш потужні .


Сумарні втрати електроенергії у двигуні

залежать
також від значення напруги.
При зміні напруги в межах
робочого діапазону можуть змінюватися значення не тільки
вихідного параметра електроприймач
а, наприклад, потужності
на валу асинхронного електродвигуна, але й значення
ß

η,

cos φ
1

η

cos φ
1

0


53

споживаної електроприймачем потужності.
У зв'язку з тим,
що для забезпечення необхідної потужності на валу двигуна
при змен
шенні напруги втрати в сталі зменшуються, а в міді
зрос
та
ють, функція
=
f
(
U
) має екстремум. Слід відмітити,
що момент обертання ротора асинхронного двигуна також
залежить від напруги на його затискачах. При зниженні
напруги ускладнюється пуск двигунів і знижується швидкість
обертання вал
у

двигуна, що призводить до зменшення
продуктивності механізмів і збільшення струмів, тобто до
збільшення втрат. При підвищенні напруги збільшується
споживання реактивної потужності (1% підвищення напруги
збільшує споживання реактивної потужності приблизно

на
3%).


Експериментальне визначення спожитої реактивної
потужності зручно вимірювати за допомогою варметра. За
відсутності останнього реактивну потужність вимірюють

трьома приладами: вольт
метром
, амперметром і ватметром з

подальшим

застосуванням

формули:
Q

=
,
де
U,I,Р



відповідно одночасно виміряні з
начення фазних величин:

напруги
U

; сили струму
I
, що протікає в обмотці статора;

активної потужності

P
.




Опис лабораторної установки


Об'єктом д
ослідження служить трифазний асинхронний
двигун з короткозамкнутим ротором (АД), який живиться від
трифазної мережі змінного струму (А,В,С) через трифазний
регулятор напруги РНТ (рисунок 5.2).


Значення фазних величин двигуна: напруги
U
1

; струму
I
1
;

потуж
ності

P
1
, (
потужність, яку споживає асинхронний

54

двигун від трифазної мережі
P

= 3
P
1
) визначають за
допомогою вимірного комплекту К506.

Навантаження двигуна здійснюється шляхом гальмування
ротора за допомогою генератора Г постійного струму.
Корисна потужніс
ть двигуна, яка споживається генератором,
визначається за формулою


де

U
2


напруга на затискачах якоря генератора (вольтметр

Р
V
2
,);


I
2


струм навантаження (амперметр
Р
A
2
);

U
З



напруга на
затискачах обмотки збудження (вольтметр

Р
V
З
)
;

I
З



струм
збудження генератора (амперметр
Р
A
З

);

-

ККД генератора
(
=0,7).





















55

























Рисунок 5.2


Схема дослідження
споживання реактивної
потужності
трифазн
им

асинхронн
им

д
вигун
ом

з
короткозамкнутим ротором


Програма роботи


1 Зібрати схему, згідно рисунка 5.2.

2
Ввімкнути
SF
1

і, плавно збільшуючи напругу за
SA
1

R
н

Я
1

Я
2

АД

C
4

C
5

C
6

C
1

C
2

C
3

A

B

C

SF
1

A
1

B
1

C
1

A


B

C

A

B

C

a


b

c

приймач


генератор


РНТ


К506


PA
2

Г

PV
2

+

Ш
1

Ш
2

SF
2

-

PA
3


PV
3

3



56

допомогою РНТ до номінальної


220 В, з
апустити
асинхронний двигун при вимкнутих вимикачах

SA
1

і
SF
2

(
кола
збудження т
а якоря генератора). Записати покази приладів в
таблицю 5.1.


Таблиця 5.1


Результати вимірювань та обчислень

№п/п

Вимірювання при
U
1
=
U
ном
220В

Обчислення


I
1
,
А

P
1
,
Вт

U
2
,
В

I
2
,
А

U
3
,
В

I
3
,
А

n,
об/хв

S
,
ВА

Q
,
ВАр

с
os
φ

P
2
,
Вт

η

ß

1














2














...














9














3

При
R
H
=
R
H
max

замкнути коло збудження генератора
(
SF
2
) і коло навантаження
(
SA
1
).

За допомогою реостата
R
H
змінювати навантаження двигуна, підтримуючи напругу на
затискачах АД номінальною. Записати в таблицю 5
.1 покази
приладів для

6
значень
R
H
.

4 При заданих викладачем 3
-
х значеннях навантаження
R
H
двигуна змінювати за допомогою РНТ напругу в межах (0,7

1,1)
U
ном

.
Записати покази приладів в таблицю 5.2.


Таблиця 5.2


Результати вимірювань та обчислень

№п/п

В
имірювання

Обчислення


U
1
,
В

I
1
,
А

P
1
,
Вт

U
2
,
В

I
2
,
А

U
3
,
В

I
3
,
А

n,
об/хв

S
,
ВА

Q
,
ВАр

с
os
φ

P
2
,
Вт

η

ß

1















2















...















9





















57

Обробка результатів дослідів


1 Розрахувати для всіх дослідів
S
,
Q
,
P
2
,
cos
φ
, η,
ß
.

2 Побудувати в одній координатній системі
залежності
споживання активної та реактивної потужностей, струму та
коефіцієнта потужності двигуна від корисної потужності
P
2


двигуна та швидкості обертання вала при незмінній напрузі на
його затискачах.

3 Побудувати в одній координатній системі
залежності:
P
=
f
(
U
),
Q
=
f
(
U
),
I
=
f
(
U
),
cosφ
=
f
(
U
)

.


4
Зробити висновки з проведеної роботи.


Контрольні запитання



1 З
апишіть формули для визначення активної, реактивної
і повної потужності електричного кола си
нусоїдного струму
та коефіцієнта потужності.


2 Чому в режимі холостого ходу двигуна знижується
коефіцієнт потужності?

3 Як впливає зміна напруги на
споживання
активної

та
реактивної потужностей,
на струм в обмотках двигуна та на
коефіцієнт потужності двиг
уна?

4 Чому при зниженні напруги під час роботи двигуна при
незмінному навантаженні струм збільшується?

5 Поясніть значення коефіцієнта потужності і вкажіть
способи його підвищення.



58

Перелік рекомендованих джерел


1 Малинівський С.М. Загальна електротехні
ка.


Львівська політехніка, 2003.


412 с.

2 Будівщев М.С. Електротехніка, електроніка та
мікропроцесорна техніка.


Львів: Афіша, 2001.


424 с.

3 Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка:
теорія і практикум: Підручник.


К.: Каравела, 2004.



440 с.


Приложенные файлы

  • pdf 1083493
    Размер файла: 667 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий