Впо фгоу Рязанская государственная сельскохозяйственная

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВПО ФГОУ Рязанская государственная сельскохозяйственная

академия им. профессора. П.А.КОСТЫЧЕВА

 

 

КАФЕДРА

Электротехники, электрооборудования и автоматики

Рабочая тетрадь по дисциплине

 

“ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ”

для студентов 3 курса инженерного факультета

ЧАСТЬ 2

ГЕНЕРАТОРЫ И ДВИГАТЕЛИ

 

Ф. И. О.

 

№ группы

 

 

РЯЗАНЬ 2005 г.

Авторы: Кипарисов Н.Г., к.т.н., доцент.

Под общей редакцией д.т.н., профессора Гришина И.И.

Рецензент:

 

Одобрено методической комиссией инженерного факультета.

Протокол № 6 от 2006 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №13. ИЗУЧЕНИЕ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА….…3

Лабораторная работа №14. ИЗУЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА……………………………….8

Лабораторная работа №15. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ………………….13

Лабораторная работа №16. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГУЛИРОВКИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ…17

Лабораторная работа №17. ИЗУЧЕНИЕ НЕСТАНДАРТНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.……23

Лабораторная работа №18. ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА…………………………………………………………………………………27

Лабораторная работа №19. ИЗУЧЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА…………….……………………………………………………………………37

Лабораторная работа №20. ИЗУЧЕНИЕ АСИНХРОННОГО ТАХОГЕНЕРАТОРА………………………………………………………………..42

Лабораторная работа №21. ИЗУЧЕНИЕ АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА …..45

Лабораторная работа №22. ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГА-ТЕЛЯ…………………………………………………………………………………..47

Литература ……………………………………………………………………………52

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13.

Характеристики генератора

Характеристика холостого хода СГ -зависимость Uхх=f (I возб) при n=const.

Характеристика близка к нормальной характеристике синхронной машины, таблица 13.1. (нормированного значения эдс Е*и нормированного значения тока возбуждения Iв*). Из таблицы 13.1. следует, что СГ работает при выраженном насыщении магнитной системы.

Таблица 13.1.Нормальная характеристика синхронной машины

Е* 0.58 1.0 1.21 1.33 1.4 1.46 1.51

Iв* 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

 

Х арактеристика короткого замыкания - зависимость тока короткого замыкания якоря (до 1.25 Iном) от тока возбуждения синхронного генератора, зависимость прямая.

Внешняя характеристика - зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения. Зависит от величины и характера нагрузки и похожа на внешнюю характеристику трансформатора. Поведение характеристики объясняется реакцией якоря.

Регулировочная характеристика -зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянном напряжении. При работе на активную и индуктивную нагрузки из-за реакции якоря с увеличением тока нагрузки ток возбуждения необходимо увеличивать, а при работе на емкостную нагрузку- уменьшать.

Отношение короткого замыкания (ОКЗ). Отношение тока короткого замыкания к номинальному току в установившемся режиме близко к единице.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Соберите схему СГ согласно рис.13.1. Произвести пуск приводного двигателя. Проконтролируйте самовозбуждение машины по вольтметру К505.

 

 

2. Проведите измерение эдс СГ от тока возбуждения (характеристика холостого хода).

Таблица 13.2. Данные опыта ХХ.

Е1, В

Iв, А

3. Проведите измерение тока возбуждения от тока нагрузки при постоянном напряжении СГ (регулировочная характеристика).

 

Таблица 13.3. Данные регулировочной характеристики.

U1, В

Iн, А

Iвозб,А

4. Проведите измерение напряжения СГ от тока нагрузки (внешняя характе-ристика).

Таблица 13.4. Данные внешней характеристики.

U1, В

Iв, А

5. Проведите опыт короткого замыкания.

Таблица 13.5. Данные опыта КЗ.

U1, В

Iв, А

6. Произведите синхронизацию машины с сетью посредством синхроноскопа.

Соберите схему СГ согласно рис.13.2. Произвести пуск приводного двигателя. Изменяя частоту вращения СГ, также тока возбуждения ОВ СГ добейтесь погасания ламп синхроноскопа. После этого машину можно синхронизировать с сетью 220 В.

ВНИМАНИЕ! Следите за показаниями приборов. При больших токов или выпадении из синхронизма отключите машину от сети и опыт повторите сначала.

7. Исследуйте синхронную машину различных токах возбуждения роторной обмотки. Изменяя плавно ток возбуждения снимите зависимость тока, напряжения и мощности потребляемого ста­торной обмоткой. Заполните таблицу 13.6.

Таблица 13.6. Данные опыта Изучения U-образной характеристики.

Iвозб, А

I ₁, А

Cos

 

Рис. 13.2. Схема СГ, синхронизированного с сетью.

 

Рис.13.3. Схема лампового синхроноскопа.

Выводы

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как устроены и работают синхронные машины? Почему в синх­ронных

машинах устанавливают пусковую обмотку?

2. Почему в синхронных машинах при пуске роторную обмотку возбуждения

замыкают накоротко?

3. Почему подачу напряжения возбуждения производят только после

практически полного разгона машины до синхронной частоты вращения?

4. Почему в синхронной машине при увеличении возбуждения реактивное

сопротивление статорной обмотки из индуктивного превращается в емкостное?

5. При каком токе возбуждения целесообразно использовать синхронный

двигатель при работе на отдаленных участках?

6. Можно ли применять синхронную машину для увеличения коэффициента

мощности электроустановок?

7. Как использовать синхронную машину в качестве генератора?

8. Где применяют синхронные машины?

9. Можно ли применять синхронные машины в электрооборудовании тракторов и

автомобилей, работающих на постоянном токе?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучите конструкцию и схемы соединения обмоток асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

2. Омметром найдите выводы однофазных обмоток статора. Соберите схему

Рис. 14.4. Схемы соединения обмоток АЭД при восстановлении маркировки

 

согласно рис. 14.4. Выберите эталонную обмотку и промаркируйте ее выводы С1 и С4. Соберите схему согласно рис. 14.4 А, рис. 14.4 Б и по показаниям вольтметра в третьей обмотке промаркируйте выводы С2 и С5. Соберите схему согласно рис. 14.4 В, рис. 14.4 Г и по показаниям вольтметра в третьей обмотке промаркируйте выводы С3 и С6.

3.Соберите схему включения двигателя согласно рис.14.2. Измерьте пусковой ток Iпуск=, ток холостого хода I хх=, частоту вращения на холостом ходу n _хх= об/мин. Определите значение синхронной частоты

n_синхр= об/мин, число пар полюсов Р=.

4. Переменой местами двух питающих фаз произведите реверс АЭД.

5. Соберите схему для АЭД с фазным ротором согласно рис.14.2. Измерьте напряжение на роторной и статорной обмотках при отключенных реостатах на холостом ходу и занесите результаты в таблицу 14.1.

Таблица 14.1. Напряжения статорной и роторной обмоток

U _С1-С2 U _С2-С3 U _С3-С4 U _Р1-Р2 U _Р2-Р3 U _Р3-Р4 U _С2-С5 U _С3-С6 U _С1-С4

В В В В В В В В В

 

6.Произведите пуск АЭД и измерьте пусковой ток и ток холостого хода. 7.Подсоедините реостаты и измерьте зависимость напряжения на роторной обмотке от частоты вращения. Результаты измерения занесите в таблицу 14.2.

 

Таблица 14.2. ЭДС и частота вращения роторной обмотки

n, об/мин

U, В

 

Контрольные вопросы

1.По каким схемам соединяют обмотки АЭД?

2.Как зависит напряжение роторной обмотки от частоты вращения ротора?

3.Как зависит частота тока роторной обмотки от частоты вращения ротора?

4.Как рассчитать коэффициент скольжения по экспериментальным данным?

5.Обясните принцип работы индукционного регулятора.

6.В каком случае электрический и физический углы поворота ротора одинаковы?

7.Как на основе АЭФ с фазным ротором построить катушку с изменяемой индуктивностью?

8.Где применяют индукционный регулятор?

9.Как построить фазовращатель на основе АЭД с фазным ротором?

10.Обясните принцип работы регулируемой катушки индуктивности на основе АЭД с фазным ротором.

11.Обясните принцип работы преобразователя частоты на основе АЭД с фазным ротором.

12. Как произвести реверс трехфазного АЭД.

13. По эквивалентной схеме АЭД объясните влияние элементов эквивалентной схемы двигателя на величину пускового тока, кпд, косинус угла сдвига фаз между напряжением и потребляемым током.

14. Что такое синхронная частота, синхронная скорость, коэффициент скольжения, частота и скорость вращения ротора, их взаимосвязь.

15.Задача.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15

 

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучите схемы соединения обмоток трехфазного асинхронного электродвигателя. Выпишите его паспортные данные и занесите в таблицу 15.1.

 

Таблица 15.1. Паспортные данные электродвигателя.

UAО UАВ Р ном I A Cos _ном n_ном n_синхр

В В Вт А об/мин об/мин

 

2. Выберете схему включения обмоток исходя из напряжения сети переменного тока и паспортных данных электродвигателя. Соберите схему согласно рис. 15.1. Трехфазный регулятор напряжения (РН) выполните на основе сфазированных однофазных лабораторных автотрансформаторов регулируемых.

 

Рис.15.1. Схема подключения АЭД с трехфазным регулятором напряжения и измерительным комплектом К505

3. Определите напряжение и ток короткого замыкания, АЭД по результатам опыта КЗ. Ток короткого замыкания установите равным (2-3) Iном. Результаты измерения занесите в таблицу 15.2.

Таблица 15.2. Данные опыта короткого замыкания.

UAО UBО U CО Ра Рв Рс I A IB I C Cos _к Zк Rк Хк

В В В Вт Вт Вт А А А Ом Ом Ом

 

4. Определите номинальное напряжение, ток намагничивания асинхронной машины по результатам опыта ХХ. Проведите опыт ХХ. Результаты измерения занесите в таблицу 15.3.

Таблица 15.3. Данные опыта холостого хода.

UAО UBО U CО Ра Рв Рс I A IB I C Cos ₀ Zо Rо Хо

В В В Вт Вт Вт А А А Ом Ом Ом

 

 

Измерьте сопротивление статорной обмотки R1= Ом.

5. По результатам опытов холостого хода и короткого замыкания определите основные параметры и постройте: 1- круговую диаграмму АЭД; 2- механическую характеристику АЭД.

 

Контрольные вопросы

 

1. Как построить круговую диаграмму асинхронного электродвигателя по

экспериментальным данным?

2. Что можно определить по круговой диаграмме?

3. Укажите различные области возможных режимов работы электродвигателя на

круговой диаграмме.

4. Начертите эквивалентную схему электродвигателя с вынесенным контуром

намагничивания и поясните назначение его параметров.

5. Как проводят опыт ХХ в АЭД?

6. Как проводят опыт КЗ в АЭД?

7. Какие причины увеличения момента на валу в генераторном режиме и при

снижении частоты питающего тока?

8. Как видоизменится круговая диаграмма и ее составляющие при изменении

частоты и величины питающего напряжения?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Рассчитайте величину критического скольжения и критическую частоту вращения асинхронного электродвигателя по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания. Соберите установку согласно рис.16.2. Изменяя симметрично напряжение питания АТ1-АТ3 добейтесь наибольшей и наименьшей устойчивой частоты вращения АЭД. При уменьшении частоты

менее критической вращение двигателя неустойчиво. Сравните расчетный и экспериментальный диапазоны регулировки частоты вращения. При установке напряжения добейтесь одинаковой величины тока в статорных обмотках.

Заполните таблицу 16.1.

Рис.16.3. Схема включения асинхронного электродвигателя с фазным ротором при регулировании напряжением и роторными сопротивлениями.

 

Таблица 16.1.Пределы регулировки частоты вращения изменением

напряжения в двигателе с короткозамкнутым ротором

U, В n _макс n _мин n _макс / n _мин

об/ мин об/ мин

 

 

Таблица 16.2.Пределы регулировки частоты вращения изменением

напряжения в двигателе с фазным ротором

U, В Rрот n _макс n _мин n _макс / n _мин

Ом об/ мин об/ мин

 

 

 

 

Таблица 16.3.Пределы регулировки частоты вращения изменением

напряжения в двигателе с фазным ротором

U, В Rрот n _макс n _мин n _макс / n _мин

Ом об/ мин об/ мин

 

2.Соберите схему АЭД с фазным ротором и определите диапазон частот вращения при регулировке напряжением при различных сопротивлениях роторной обмотки. Результаты занесите в таблицу 16.2 и 16.3.

3. Соберите схему включения многоскоростного АЭД. Измерьте частоту вращения. Выпишите его паспортные данные и начертите схему включения обмоток.

Рис.16.4. Двухскоростной АЭД со схемой /YY. (Треугольник -двойная звезда).

Таблица 16.4.Частоты вращения многоскоростного АЭД с короткозамкнутым ротором.

Р= n _макс = об/мин n _мин = об/мин

 

Р= n _макс = об/мин n _мин = об/мин

4.Подключите АЭД к трехфазному синхронному генератору. Синхронный генератор приводится во вращение машиной постоянного тока от тиристорного регулируемого преобразователя напряжения. Изменяя частоту вращения генератора определите пределы изменения частоты вращения асинхронного электродвигателя.

Таблица 16.5.Частотное регулирование асинхронного электродвигателя с

короткозамкнутым ротором.

N макс Nмин Nмакс -N мин

об/ мин об/ мин об/ мин

 

Рис.16.5. Схема включения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при частотном регулировании.

 

Выводы

 

 

Контрольные вопросы

1. Напишите уравнение для частоты вращения асинхронного АЭД.

2. Какие способы регулировки частоты вращения вращения возможны?

3. Как устроены многоскоростные асинхронные электродвигатели?

4. Как влияет сопротивление роторной обмотки на диапазон частоты вращения

асинхронных электродвигателей?

5. Какие факторы и как влияют на механическую характеристику АЭД?

6. Покажите на развернутом статоре местонахождение полюсов обмоток переменного тока.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1.Соберите схему согласно рис.17.1. Установите на статорной обмотке двигателя номинальное напряжение. Нагрузите двигатель. Изменяя напряжение на одной из фаз измерьте токи и напряжения в других фазах и частоту вращения. Не допускайте увеличение тока статора более номинального. Результаты занесите в таблицу 17.1. Сделайте выводы о влиянии несимметрии напряжения на параметры электродвигателя.

 

 

Рис.17.1. Схема включения АЭД с короткозамкнутым ротором.

Таблица 17.1. Несимметричный режим.

n Ua Ub Uc Ia Ib Ic Pa Pb Pc Ракт S Cos Uл Iл Рл Рпер Рвала

об/ В В В А А А Вт Вт Вт Вт ВА В А Вт Вт Вт

мин

 

 

2. Проведите опыты по изучению влияния симметричного напряжения питания на мощность на валу двигателя не допуская перегрузки статора по току.

Опыты производите в сторону уменьшения и увеличения напряжения питания АЭД от номинального.

Установите на статорной обмотке АЭД номинальное напряжение. Изменяя с помощью тока возбуждения величину тормозного момента машины постоянного тока, доведите ток в фазах двигателя до номинального значения.

Определите мощность постоянных потерь Р пост = (Ра+Рв+Рс)/2 в машине постоянного тока из опыта холостого хода. Заполните таблицу 17.2.

 

 

Таблица 17.2. Симметричный режим.

n Ua Ub Uc Ia Ib Ic Pa Pb Pc Ракт S Cos Uл Iл Рл Рпер Рвала

об/ В В В А А А Вт Вт Вт Вт ВА В А Вт Вт Вт

мин

 

Ракт = Ра+Рв+Рс; Р вала =Uл Iл+Iя² Rя +Р пост; S=Uа Iа+Uв Iв+Uс Iс;

= Рвала/Ракт; Cоs = Ракт/S

3.Соберите схему с двигателем с фазным ротором согласно рис.17.2. Установите номинальное напряжение на статоре и произведите пуск электродвигателя.

Рис.17.2. Схема включения асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

 

4.Отключите сопротивление роторной обмотки одной из фаз на вращающемся асинхронном электродвигателе с фазным ротором. Изменяя сопротивления в двух оставшихся фаз добейтесь снижения частоты вдвое. Сделайте выводы.

5.Отключите одну питающую фазу на вращающемся АЭД с фазным ротором. Изменяя сопротивления роторной обмотки добейтесь его остановки (отсутствие самохода). Сделайте выводы.

6. Постройте графики зависимостей мощности двигателя, кпд, Cos при симметричном и несимметричном снижении напряжения.

Выводы

 

Контрольные вопросы

1. К чему приводит симметричное отклонение напряжения питания статорной

обмотки в асинхронном электродвигателе?

2. К чему приводит несимметричное отклонение напряжения питания

статорной обмотки в асинхронном электродвигателе?

3. Как влияет сопротивление ротора на работу АЭД?

4. К чему приводит несимметричное напряжение в электродвигателе?

5. Какой допустимый предел несимметрии напряжения возможен?

6. Как зависят допустимая мощность двигателя от несимметрии напряжения?

7. Как зависит коэффициент полезного действия двигателя от несимметрии

напряжения?

8. Как зависит коэффициент мощности от несимметрии напряжения?

9. Какие допустимые значения несимметрии напряжения получены

в лабораторной работе?

10. Как зависят основные характеристики двигателя от отклонения напряже-

ния от номинального значения в сторону увеличения и уменьшения?

11. В каких случаях целесообразно применять несимметричный ре­жим работы

АЭД?

12. Как проявляется несимметрия сопротивления роторной обмот­ки АЭД?

13. Начертить механические характеристики создаваемые токами прямой и

обратной последовательностей?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18

 

Генератор с независимым (внешним) возбуждением (ГПТНВ).

В ГПТНВ на независимую ОВ подают напряжение от отдельного источника питания. При этом последовательную ОВ можно включить в цепь якоря для увеличения (или уменьшения) суммарного магнитного потока и выходного напря­жения при изменении тока нагрузки.

Характеристики ГПТ.

Существуют пять основных характеристик генераторов: характеристика холостого хода (ХХ), короткого замыкания (КЗ), внешняя, регулировочная и нагрузочная.

Характеристика ХХ- зависимость напряжения на зажимах якорной обмотки от напряжения ОВ при нулевом токе якоря.

Внешняя характеристика-зависимость напряжения ГПТ от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения.

Регулировочная характеристика-зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянном напряжении ГПТ.

Нагрузочная характеристика-зависимость выходного напряжения от тока возбуждения при фиксированном токе нагрузки.

Характеристика короткого замыкания- зависимость тока короткого замыкания предварительно размагниченной машины от тока возбужде­ния.

 

 

Рис.18.1. Схематичное изображение простейшего двухполюсного ГПТ. Якорь генератора содержит две ветви, отмеченных цифрами 1-2-3-4-5 и 1-8-7-6-5.

 

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучите конструкцию машины постоянного тока. Найдите ее основные узлы: станину, якорь, коллекторно-щеточный механизм, обмотки возбуждения, вентилятор системы охлаждения.

2. Найдите выводы обмоток машины постоянного тока. Измерьте их сопротивление и занесите в таблицу 18.1.

Таблица 18.1.

С1-С2 Я1-Я2 Ш1-Ш2

R= Ом R= Ом R= Ом

3. Соберите схему для исследования генератора с независимым возбуждением. Измерьте зависимость напряжения холостого хода на ЯО от тока возбуждения Iв в режиме холостого хода при постоянной частоте вращения (характеристику холостого хода). Измерения провести дважды: при увеличении тока возбуждения от 0 до максимального значения а затем при уменьшении тока от максимального
значения до нуля. Обратите внимание на расхождение прямой и обратной ветвей характеристики холостого хода. Результаты занести в таблицу 18.2.

 

Рис.18.2. Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

 

Таблица 18.2.Характеристика холостого хода