Включение лабораторного стенда и проведение опытов

При включении электрической цепи под напряжение необходимо сразу 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 определять 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 схему опять включают под напряжение, производят пробный опыт, не записывая показаний приборов, т. е. проверяют правильность собранной схемы и соответствие электроизмерительных приборов поставленной задаче.

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

Записи показаний технических электроизмерительных приборов производятся в тех единицах, которые нанесены на шкале прибора, т. е. вольт, ампер, ватт и т. д. Когда применяются многопредельные приборы, а также приборы, включаемые через трансформаторы тока и напряжения, то запись производится в делениях шкалы прибора. По окончании опыта числа делений шкалы переводятся в измеряемые единицы путем умножения числа делений на цену деления C. Она равна:

- для амперметра C_I = I_NA / N_A;

- для вольтметра C_V = U_NV / N_V;

- для ваттметра ,

где I_NA и U_NV — номинальные величины прибора; N_W — полное число делений шкалы.

Пример. Амперметр с пределом измерения 5 А имеет число делений шкалы 100. Тогда постоянная амперметра

А/дел.

Ваттметр с пределами измерения по току 5 А и по напряжению 150 В имеет число делений шкалы 150. Тогда

Вт/дел.

Пусть при замере стрелка амперметра отклонилась на 55 делений шкалы, а стрелка ваттметра — на 36 делений. Отсюда измеренный ток

I = 55· C_I = 55·0,05 = 2,75 А,

а мощность

P = 36· C_W = 36·5 = 180 Вт.

Если измерительные приборы включены в цепь посредством измерительных трансформаторов, то:

- для амперметра ;

- для вольтметра ;

- для ваттметра ,

где K_т.т и K_т.н — коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

Пример. Пусть показания прибора были те же, что и в предыдущем примере, а измерения производились при помощи трансформатора тока с пределом измерения 20/5 А. Тогда измеряемый ток и мощность будут соответственно следующими:

- ток А;

- мощность Вт.

Если бы измерения производились при напряжении U ₁ = 400 В, то для измерения мощности потребовался бы трансформатор напряжения с коэффициентом трансформации K_т.н = 380/100. Тогда при отклонении стрелки ваттметра на то же число делений 36 измеренная мощность была бы равна:

Вт.

По окончании опыта, не разбирая схемы, проверяют записанные результаты. Для этого на координатных осях в выбранном масштабе наносят полученные при опыте точки. Координатами этих точек будут цифровые значения величин опыта. Соединение точек друг с другом плавной линией даст черновик полученной при опыте кривой (характеристики). Само расположение точек определит качество проведенного опыта. Если часть точек не располагается на кривой, а резко выпадает, то это указывает или на отсутствие навыка выполнения экспериментальных исследований у студента, или на наличие помех во время проведения опыта. Выпавшие точки легко могут быть проверены, и график исправлен, пока схема не разобрана. Результаты опыта должны быть показаны руководителю лабораторных занятий.

Оформление отчета о выполненной работе

Каждый студент представляет индивидуальный отчет о проведенной работе в рабочей тетради.

Он составляется на основе записей в рабочей тетради и должен содержать: название работы, ее номер и дату выполнения, номинальные данные машин, аппаратов и электроизмерительных приборов. В отчете должны быть все таблицы наблюдений опытов, кривые и графики, формулы, по которым производились вычисления, пример, вычисления по каждой формуле. Отчет пишется чернилами. Схемы и графики вычерчиваются чертежным карандашом с помощью чертежных принадлежностей.

Особое внимание следует обратить на выполнение графических построений. Все схемы должны быть выполнены согласно стандартным обозначениям. На графиках, исполненных в карандаше, 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 не менее, чем 8 × 8 см или, лучше 10 × 10 см. Для удобства использования и из эстетических соображений размеры графика по осям абсцисс и ординат выбираются так, чтобы отношение между ними было не более 1,5:1. Масштаб графиков должен быть удобным для построения и использования. 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 чертеже должна быть нанесена масштабная сетка, облегчающая построение кривых и их практическое использование.

Для того чтобы на графиках электротехнических величии проследить процесс изменения измеряемой величины в целом, необходимо строить графики, начиная отсчет по осям координат от нуля. В редких случаях, при желании 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.

Как следует строить график, показано на рис. 1, где дан пример построения кривой зависимости ЭДС от изменения тока возбуждения при холостом ходе генератора к неизменной, например, номинальной, скорости вращения, т. е. E = f (I_в) при I = 0 и Ω ₂ = Ω _{2 н}.

Независимой переменной является ток возбуждения, а функцией ЭДС — E. Поэтому при опыте величину тока возбуждения изменяют произвольно, а ЭДС изменяется принудительно. Проделано шесть замеров, которые сведены в табл. 1. В шестом замере ЭДС не будет равна нулю, но очень мала и в данном случае ею пренебрегаем, так как главное не в этом.

Полученные значения I_в и E предоставляют координаты точек 1, 2, 3, 4 и 5. Эти точки нанесены на рис. 1 и лежат на искомой кривой, проведенной при помощи лекала. Никогда не следует проводить отрезков, представляющих величины координат, как это показано пунктиром для точки 5 с координатами I_в = 2,5 А, E = 133 В. Дело в том, что при пользовании графиком нужна сама кривая, а не те точки, которые получены при опыте. При нанесенном на осях масштабе можно легко найти значения любой интересующей нас точки графика.

Таблица 1

№ наблюдения
Iв, А	12,5	10,0	7,5	5,0	2,5
E, В

Может случиться, что через полученные при опыте точки нельзя провести плавную кривую так удачно, как это представлено на рис. 1, и при соединении всех точек подучится зигзагообразная линия, показанная пунктиром. В этом случае все-таки 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.

Однако при рассмотрения рис. 1 можно обнаружить большой недостаток графика, если координаты точек нанесены в непосредственно измеряемых единицах, т. е. в вольтах и амперах. Действительно, по кривой нельзя определить номинальное напряжение машины U_н и тот ток возбуждения холостого хода I_в, при котором получается номинальное напряжение, и многое другое. Поэтому на осях координат лучше откладывать измеряемые величину не в амперах, вольтах и др., а в процентах номинальных величин или их долях, отнесенных к номинальным величинам и называемых в последнем случае «относительными величинами». Обозначение относительных единиц принято в дальнейшем с индексом звездочкой (_*). Тогда для построения надо сделать пересчет числовых значений табл. 1.

Примем за единицу номинальное значение напряжения U_н и ток возбуждения , при котором устанавливается U_н у генератора, работающего вхолостую. Тогда любые значения напряжения и тока возбуждения в относительных единицах будут соответственно следующими:

и .

При умножении относительных единиц на 100 получаются выражения для U и I_в в процентах:

и .

Пример. Для точки 1 табл. 1 при U_н = 230 В получается:

; ;

%; %.

Данные пересчета табл. 1 приведены в табл. 2.

Таблица 2

№ наблюдения
Iв *	2,5	2,0	1,5	1,0	0,5
E*	1,4	1,33	1,21	1,0	0,58
Iв, %
E, %

График зависимости E _* = U _* = f (I_{в *}) соответственно данным табл. 2 приведен на рис. 2. Этот график имеет неоспоримое преимущество перед приведенным на рис. 1. Сразу видна точка 4, отмечающая номинальное напряжение, положение этой точки на определенном участке кривой, рост ЭДС в долях процента или долях номинального напряжения при изменении тока возбуждения и т. д. В таком виде даются все графики в каталогах и справочниках. Представление электротехнических величин в процентах или относительных единицах облегчает построение векторных диаграмм, определение процентного изменения напряжение, расчет токов короткого замыкания и т. п.

Принимая за единицу номинальные напряжение, ток, мощность, сопротивление, скорость вращения и момент машины, получают их значения в относительных единицах или процентах, пользуясь следующими формулами:

Здесь R_н = U_н / I_н — номинальное сопротивление машины.

Пример. Номинальное напряжение машины U_н = 380 В, а падение напряжения в ее обмотке при номинальном токе I_н · Z = 38 В. Определить величину падения напряжения в относительных единицах:

.

В результате всей проделанной работы отчет должен содержать краткое заключение, сделанное на основании сравнения полученных результатов с данными каталогов машин данного типа.