М. В. Гаранжа, О. Н. Косыченко

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Учебное пособие по лабораторному практикуму

 

Харьков «ХАИ» 2008

УДК 621.3

 

 

Электрические машины: учеб. пособие по лаб. практикуму/ А. А. Бояркин, Э. А. Галицын, М. В. Гаранжа, О. Н. Косыченко. – Х.: Нац. аэрокосм. ун‑т «Харьк. авиац. ин-т», 2008. – 81 с.

 

Описаны лабораторные работы по исследованию электрических машин и микромашин. Приведены краткие теоретические сведения, даны методические рекомендации по их выполнению и вопросы для самостоятельной работы.

Для студентов, изучающих курс «Электротехническое оборудование энергоустановок».

 

Ил. 56. Табл. 21. Библиогр.: 4 назв.

 

 

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. Ю. Ф. Свергун,

канд. техн. наук, доц. М. В. Чернявская

 

Ó Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского
«Харьковский авиационный институт», 2008 г.

1. ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.1. Предварительная подготовка к выполнению
лабораторных работ

Лабораторно-практические занятия – один из важнейших этапов изучения дисциплин: «Электротехника и электроника», «Устройства управления ИТМ», «Электротехнические устройства нетрадиционных энергоустановок». Они иллюстрируют большинство положений теории электрических цепей и электротехнических устройств и особенностей режимов их работы, способствуют закреплению знаний, приобретению студентами навыков в обращении с электротехническими устройствами и цепями, а также знакомят с элементарными правилами организации экспериментальных работ.

Для работы в лаборатории группу студентов делят на бригады, каждая из которых состоит из трех – четырех человек.

Задание на следующую лабораторную работу бригада получает по окончании предыдущей работы (за неделю до ее выполнения).

Предварительная подготовка к выполнению лабораторной работы заключается в следующем. Студенты по учебнику, конспекту лекций и учебному пособию по лабораторному практикуму повторяют теоретический материал, относящийся к выданному заданию, затем по рабочей тетради знакомятся с планом проведения работы, изучают схемы, таблицы для записей результатов измерений и записывают формулы, по которым будут производиться вычисления. Правильность полученных при опыте данных проверяет и утверждает преподаватель.

 

1.2. Ознакомление с лабораторным стендом.
Монтаж электрической цепи

Допущенная к работе бригада приступает к ознакомлению с рабочим местом. Студенты знакомятся с электротехническими устройствами, реостатами, пусковыми и регулировочными приспособлениями. Записывают данные щитка электротехнических устройств и реостатов, т. е. тип, номер и номинальные значения величин напряжения, тока, мощности, скорости вращения, режима работы, перечень электроизмерительных приборов с указанием системы приборов, номинальных значений измеряемых величин, класса точности, заводского номера и цены деления.

Каждое рабочее место в лаборатории оснащено постоянным набором пусковой и регулировочной аппаратуры и электроизмерительных приборов. Студент должен разобраться, какие приборы следует включить в отдельные ветви электрической цепи для проведения опыта, так как один и тот же стенд служит рабочим местом для нескольких разнородных работ.

Лабораторный стенд – рабочее место для выполнения нескольких разнообразных работ, поэтому студенты должны выбрать из имеющейся аппаратуры именно ту, которая необходима для данной лабораторной работы.

Приборы следует подбирать так, чтобы значения измеряемых величин находились в пределах 20…95 % шкалы прибора. При измерениях мощности в трехфазных цепях по способу двух ваттметров измеряемые токи и напряжения должны быть не ниже 20 % номинальных токов и напряжений применяемых ваттметров.

После этого начинают сборку электрической цепи по принципиальной схеме, предложенной в задании. Однако монтаж (размещение) аппаратуры и электроизмерительных приборов на рабочем месте обычно отличается от принципиальной схемы. Очень важно, чтобы электрическая цепь была по возможности простой, пусковая и регулировочная аппаратура доступной для управления и обеспечивала максимальную оперативность и безопасность, а электроизмерительные приборы были расположены удобно (для быстрых и безошибочных отсчетов). Приборы электродинамической и электромагнитной систем следует располагать вне сферы влияния магнитных полей катушек и реостатов с большим числом витков и проводов с большими токами. Таким образом, студентам предоставляется возможность получить навыки организационной работы по сборке электрической цепи.

На всех электротехнических установках, реостатах и электроизмерительных приборах до включения их в цепь следует установить назначение их выводов, а для реостатов, кроме того, выяснить, какое положение рукояток подвижных контактов соответствует пусковому и рабочему режимам (пуск, ход). Провода электрической цепи по сечению должны соответствовать токам, которые будут в них протекать при работе, и иметь необходимую длину (без излишков). Все места соединений проводов с элементами цепи должны быть надежно закреплены в зажимах и иметь хороший контакт.

Электрическую цепь собирают следующим образом. Руководствуясь принципиальной схемой, нужно начинать сборку главной последовательной цепи от одного зажима источника энергии и заканчивать ее на другом. К этой цепи в соответствующих принципиальной схеме местах присоединяют все параллельные цепи. Монтаж цепи выполняют все участники бригады. Это достигается тем, что одну цепь собирают один или два человека, а остальные – ее проверяют, вторую собирают те, которые проверяли первую, а другие – ее проверяют. Каждую собранную цепь следует обязательно показать руководителю работ, и только после его разрешения цепь может быть подключена к источнику электрической энергии.

1.3. Включение лабораторного стенда
и проведение опытов

При включении электрической цепи под напряжение необходимо обратить внимание на показания электроизмерительных приборов. Если стрелка прибора не отклоняется, то это указывает или на обрыв цепи, или на неправильное присоединение зажимов прибора. В первом случае следует проверить соответствующую цепь, а во втором — поменять местами концы присоединенных к прибору проводов. По показаниям электроизмерительных приборов во многих случаях можно определить неисправность даже в тех цепях, в которые эти приборы не включены. Например, большой и не уменьшающийся ток в якоре при пуске электродвигателя параллельного возбуждения указывает на обрыв в цепи обмотки возбуждения и др. Во всех этих случаях машину отключают от источника энергии и устраняют неисправность. Затем электрическую цепь опять включают под напряжение, проводят пробный опыт, не записывая показаний приборов, т. е. проверяют собранную схему и соответствие электроизмерительных приборов поставленной задаче.

После этого проводят требуемый опыт и записывают показания приборов в таблицы рабочих тетрадей. Так как в работе с электрическими машинами нужно выполнять одновременно отсчеты по нескольким приборам, то для наблюдения за каждым из них требуется один человек, и каждый ведет свою запись. Отсчеты показаний следует выполнять очень внимательно, одновременно, по команде одного из членов бригады. Для построения графика необходимо сделать пять-шесть таких отсчетов. По окончании опыта все записи сводят в общую таблицу, указанную в задании.

Показания электроизмерительных приборов записывают в тех единицах, которые нанесены на шкале прибора, т. е. вольт, ампер, ватт и т. д. Если применяют многопредельные приборы, а также приборы, включаемые через трансформаторы тока и напряжения, то запись выполняют в делениях шкалы прибора. По окончании опыта числа делений шкалы переводят в измеряемые единицы путем умножения числа делений на цену деления C:

- для амперметра ;

- для вольтметра ;

- для ваттметра ,

где и — номинальные величины прибора, — полное число делений шкалы.

По окончании опыта, не разбирая цепь, проверяют записанные результаты. Для этого на координатных осях в выбранном масштабе наносят точки, полученные при выполнении опыта. Координаты этих точек – цифровые значения величин опыта. Соединение точек друг с другом плавной линией даст черновик полученной кривой (характеристики). Само расположение точек определяет качество проведенного опыта. Если часть точек не расположена на кривой, а резко выпадает, то это указывает на отсутствие навыка выполнения экспериментальных исследований у студента или на наличие помех во время проведения опыта. Выпавшие точки легко можно проверить, а график исправить, пока схема не разобрана. Результаты опыта следует показать руководителю лабораторных занятий.

 

Оформление отчета о выполненной работе

Каждый студент должен представить индивидуальный отчет о проведенной работе в рабочей тетради.

Отчет составляют на основе записей в рабочей тетради. Он включает в себя: название работы, ее номер и дату выполнения; номинальные данные машин, аппаратов и электроизмерительных приборов; таблицы наблюдений опытов, кривые и графики; формулы и вычисления по каждой формуле. Отчет должен быть написан чернилами. Схемы и графики вычерчивают карандашом с помощью чертежных принадлежностей.

Особое внимание следует обратить на выполнение графических построений. Все схемы выполняют согласно стандартным обозначениям. На графиках не допускаются надписи, сделанные чернилами. Чертеж не должен содержать излишних обозначений и пояснений — хороший чертеж понятен и без них. На одной координатной плоскости можно строить несколько кривых, если их соседство увеличивает наглядность и облегчает сопоставление, например, рабочие характеристики, механические характеристики и др.

Графики желательно строить на поле размером 8 × 8 см или 10 × 10 см. Для удобства пользования и из эстетических соображений размеры графика по осям абсцисс и ординат выбирают так, чтобы отношение между ними было не более 1,5:1. Масштаб графиков должен быть удобным для построения и применения. Для этого следует брать в одном миллиметре A измеряемых единиц, где A кратно десяти или одному из чисел ряда 1; 2, (2,5); 5, На чертеж наносят масштабную сетку, облегчающую построение кривых и их практическое использование.

Для того чтобы на графиках электротехнических величин проследить процесс изменения измеряемой величины, необходимо строить графики, начиная отсчет по осям координат от нуля. В некоторых случаях (если нужно выделить ту часть графика, в пределах которой интересующая нас величина изменяется очень мало) допускается построение, когда в начале координат стоит не нуль, как обычно, а некоторые значения x и y, принятые за начальные.

На рис. 1 показан пример построения кривой зависимости ЭДС от изменения тока возбуждения при холостом ходе генератора с неизменной, например, номинальной скоростью вращения, т. е. при и .

Независимой переменной является ток возбуждения, а функцией ЭДС – . Поэтому при проведении опыта величину тока возбуждения изменяют произвольно, а ЭДС изменяется принудительно. Выполнено шесть замеров, которые сведены в табл. 1. В шестом замере ЭДС не равна нулю, она очень мала и в данном случае ею пренебрегают.

Полученные значения и – это координаты точек 1, 2, 3, 4 и 5, которые нанесены на рис. 1 и лежат на искомой кривой, проведенной с помощью лекала. Никогда не следует проводить отрезков, представляющих величины координат, как это показано пунктиром для точки 5 с координатами А, В. При пользовании графиком нужна сама кривая, а не точки, полученные в ходе опыта. При нанесенном на осях масштабе можно найти значения любой точки графика.

Таблица 1
Номер наблюдения
, А	12,5	10,0	7,5	5,0	2,5
, В

 

Иногда через полученные при выполнении опыта точки нельзя провести плавную кривую, как показано на рис. 1. Тогда при соединении всех точек получится зигзагообразная линия, изображенная пунктиром. В этом случае следует провести плавную кривую, захватывающую наибольшее число точек или занимающую среднее положение между ними. Выпадение точек объясняется или помехами во время проведения опыта, или недостаточными навыками в работе.