Дослідження генератора постійного струму незалежного збудження

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт
“ Дослідження електричних машин
постійного струму і трансформатору"
з дисципліни “ Електричні машини ”

для студентів напряму 6.050702 - електромеханіка

Затверджено редакційно-видавничою

секцією науково-методичної ради ДДТУ

____________201__р., протокол № _____

Дніпродзержинськ

Розповсюдження і тиражування без офіційного дозволу Дніпродзержинського державного технічного університету заборонено

Методичні вказівки до лабораторних робіт “ Дослідження електричних машин постійного струму і трансформатору " з дисципліни “ Електричні машини “ для студентів напряму 6.050702 - електромеханіка / укл.: асистент Польовий Є.В. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2013. - 32 стор.

Укладач: асистент Польовий Є.В.

Відповідальний за випуск: зав. кафедрою ЕТЕМ,
докт. техн. наук, професор Садовой О. В.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Количев С. В.

Затверджено на засіданні кафедри ЕTEМ

(протокол № 2 від 06. 09. 2013 р.)

Методичні вказівки містять теоретичні відомості про конструкцію і принципі дії електричних машин постійного струму і трансформаторів, основні характеристики, способи пуску двигунів постійного струму, опис лабораторної установки, порядок виконання робіт.

ЗМІСТ

Основні вимоги з техніки безпеки........................................................... 4

Лабораторна робота №1......................................................................... 5

Лабораторна робота №2....................................................................... 13

Лабораторна робота №3....................................................................... 18

Лабораторна робота №4....................................................................... 22

Лабораторна робота №5....................................................................... 25

Перелік посилань................................................................................... 31

ОСНОВНІ ВИМОГИ З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

Приступаючи до виконання лабораторної роботи, студенти повинні бути ознайомлені із загальними правилами техніки безпеки при роботі з електроустановками та внутрішнього розпорядку лабораторії електричних машин.

Оскільки в роботі використовується вимірювальні прилади (амперметри, вольтметри, ватметри і т.і.), то студенти повинні спочатку ознайомитись з правилами користування цими приладами. Для зручності потрібно раціонально розмістити на робочому місці вимірювальні прилади та апаратуру.

Провідники схеми не повинні заважати виконувати потрібні при експериментах операції.

Індукторні регулятори напруги (ІРН) повинні бути розташовані поруч, а їх регулюючі рукоятки необхідно встановити в положення, яке відповідає нулю напруги на виході випрямлячів.

КАТЕГОРИЧНО ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ використовувати в схемах з'єднувальні неізольовані сполучення та оголені провідники, бо це небезпечно для життя.

При виконання лабораторної роботи студенти повинні стояти на ізольованих гумових захисних килимках.

Лабораторна робота № 1

ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ НЕЗАЛЕЖНОГО ЗБУДЖЕННЯ

Ціль роботи: вивчення конструкції генератора постійного струму (ГПС) незалежного збудження й дослідження його характеристик.

Програма й порядок виконання роботи:

1. Вивчити будову і принцип дії генератора постійного струму незалежного збудження.

2. Ознайомитися зі стендом, записати паспортні дані машин, регулювальних реостатів і вимірювальних приладів (наведені на панелі стенда).

3. Виміряти опір кола якоря генератора Ra.

Вимір опору кола якоря Ra електричних машин проводиться методом амперметра й вольтметра за схемою рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема виміру опору кола якоря

Опір обмоток якоря, додаткових полюсів, послідовної або компенсаційної обмоток становить десяті або тисячні частки ома, тому при вимірі опору таких обмоток вольтметр слід включати безпосередньо на затискачі для того, щоб виключити спадання напруги в амперметрі, яке може бути порівняне зі спаданням напруги в зазначених обмотках.

Прилади для виміру опору обмоток повинні мати клас точності не нижче 0,5. Опір обмотки слід вимірювати у “холодному” стані. Тому під час вимірів максимальний струм в обмотці не повинен перевищувати 10-25 % від номінального струму генератора. У схему слід включити навантажувальний реостат R, якщо живлення відбувається від мережі постійного струму напругою 110 В.

Вимір опорів необхідно виконати не менше трьох раз при різних значеннях струму. За дійсний опір слід прийняти середнє арифметичне з усіх вимірюваних значень. Дані вимірів і результати розрахунків звести до табл. 1.1.

Таблиця 1.1 Вимір опору кола якоря

№№ п/п	Виміряно	Обчислено
	U, В	I, А	Ra, Ом	Raср, Ом

4. Зняти й побудувати п’ять характеристик генератора.

Для зняття характеристик зібрати схему згідно рис. 1.2. Обмотку статора привідного асинхронного двигуна М2 зібрати за схемою “трикутник”. Якірне коло генератора М1 приєднати до навантаження (клеми 4,5 лицьової панелі стенда).

Рис. 1.2. Схема експериментальної установки

4.1. Зняти й побудувати характеристику холостого ходу генератора (х.х.х.). Характеристика холостого ходу являє собою залежність ЕРС обмотки якоря від струму збудження при холостому ході й номінальній частоті обертання . Для зняття характеристики холостого ходу ротор генератора привести в обертання з номінальною частотою , включивши автомат В1. Збудити генератор до включивши автомат і впливаючи на реостат Це перша точка характеристики. Зняти показання приладів і зробити перший запис у табл. 1.2. Далі, поступово зменшуючи струм збудження до нуля, зняти ще 4-5 точок характеристики. Останню точку зняти при струмі збудження, рівному нулю, відключивши автомат В2. Значення напруги при обумовлене залишковим магнітним потоком.

Таблиця 1.2 Характеристика холостого ходу

I_зб, А
E₀, В

Струм збудження у досліді необхідно регулювати плавно й тільки в одному напрямку. Приводний двигун М2 наприкінці досліду не зупиняти. За даними табл. 1.2 побудувати характеристику холостого ходу (крива 1, рис. 1.3). Для одержання характеристики холостого ходу, що проходить через початок координат (теоретичної), зняту характеристику (практичну) необхідно змістити по осі абсцис на величину отриману шляхом графічної екстраполяції цієї характеристики до перетинання з віссю абсцис.

Рис. 1.3. Характеристики холостого ходу й навантажувальна

За характеристикою холостого ходу можна зробити висновок про ступінь насичення магнітної системи випробуваної машини. Для цього необхідно провести дотичну 0В до теоретичної характеристики, що проходить через нуль (крива 2, рис. 1.3). Для номінальної ЕРС генератора провести пряму АС і визначити коефіцієнт насичення магнітного кола Тут - струм збудження при холостому ході, що забезпечує номінальну ЕРС; - струм збудження, необхідний для створення магнітної напруги у повітряному проміжку. Якщо - машина недонасичена; при - машина середньо насичена; при сильно насичена. Найбільш вигідну конструкцію за ваговими показниками мають машини із середньонасиченою магнітною системою.

4.2. Зняти й побудувати навантажувальну характеристику генератора. Навантажувальна характеристика визначає залежність напруги на затискачах генератора від струму збудження при , Ця характеристика дозволяє оцінити, як змінюється напруга генератора при зміні струму збудження, а також величину розмагнічуючої дії поперечної реакції якоря.

Навантажувальна характеристика знімається у такий спосіб.

Збуджувати генератор впливом на реостат і навантажувати його включенням ламп Л1-Л5 таким чином, щоб при номінальній напрузі на генераторі в обмотці якоря встановити номінальний струм. Зробити виміри й записати їх у табл. 1.3. Потім зменшувати струм збудження з таким розрахунком, щоб при зміні напруги в межах від до зняти 4-5 точок характеристики (струм у якорі при зменшенні струму збудження підтримувати рівним номінальному). При проведенні досліду струм збудження змінювати тільки в одному напрямку.

Дані вимірів звести до табл. 1.3 і побудувати навантажувальну характеристику (крива 3 на рис. 1.3).

Таблиця 1.3 Навантажувальна характеристика

, А
, А
, В

Наприкінці досліду виключити лампи Л1-Л5, зменшити струм збудження до нуля, приводний двигун не зупиняти.

Навантажувальна характеристика проходить нижче х.х.х. через розмагнічуючу дію поперечної реакції якоря й спадання напруги в обмотці якоря Щоб визначити ступінь розмагнічуючої дії реакції якоря на значення напруги, будують характеристичний трикутник с m n (рис. 1.3), у якого катет ( - номінальний струм якоря; - спадання напруги в щітковому контакті; ).

Характеристичний трикутник будується у такий спосіб.

З точки відкласти відрізок і через точку m провести пряму, паралельну осі абсцис - Катет у масштабі струму збудження враховує розмагнічуючу дію магнітного потоку якоря.

4.3. Зняти й побудувати зовнішню характеристику генератора. Зовнішня характеристика визначає залежність напруги на вихідних затискачах генератора від струму якоря при Ця характеристика є основною з погляду вивчення робочих властивостей генератора.

Зовнішня характеристика знімається у такий спосіб. У режимі холостого ходу збудити генератор за допомогою реостата до номінальної напруги . Це перша точка характеристики. Включаючи лампи Л1-Л5, навантажувати генератор до Зняти 4-5 точок. Результати вимірів звести до табл. 1.4 і побудувати зовнішню характеристику (рис. 1.4). Наприкінці досліду відключити навантаження, приводний двигун не зупиняти.

Таблиця 1.4 Зовнішня характеристика

, А
, А
, В

Рис. 1.4. Зовнішня характеристика генератора

Зміна напруги для будь-якої точки від номінальної обчислюється за формулою:

4.4. Зняти й побудувати регулювальну характеристику генератора.

Регулювальна характеристика визначає залежність струму збудження від струму якоря генератора при Ця характеристика показує, як треба змінювати струм збудження зі зміною струму навантаження, щоб напруга на виході генератора залишалася незмінною.

Регулювальна характеристика знімається у такий спосіб. При холостому ході встановити на затискачах генератора номінальну напругу (за допомогою реостата ). Це перша точка характеристики. Потім навантажувати генератор включенням ламп Л1-Л5 так, щоб напруга на генераторі залишалася незмінною (збільшувати струм в обмотці збудження). Струм навантаження слід змінювати до Зняти 4-5 точок характеристики.

Результати вимірів звести до табл. 1.5 і побудувати характеристику (рис. 1.5). Відключити автомати В1 і В2.

Таблиця 1.5 Регулювальна характеристика

, В
, А
, А

Рис. 1.5. Регулювальна характеристика

4.5. Зняти й побудувати характеристику короткого замикання (х.к.з.). Характеристика короткого замикання визначає залежність струму в обмотці якоря від струму збудження при короткому замиканні вихідних затискачів генератора й

Характеристику короткого замикання зняти за схемою, наведеною на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Схема для зняття характеристики короткого замикання

Для зняття х.к.з. ротор генератора привести в обертання (включити ). Реостат у колі збудження привести у таке положення, при якому струм в обмотці збудження буде дорівнює нулю Включити вимикач , який замикає обмотку якоря накоротко. Це перша точка характеристики. Далі збільшувати струм в обмотці збудження генератора до значення, при якому струм в обмотці якоря стане рівним Зняти 3-4 точки характеристики. Результати вимірів звести до табл. 1.6 і побудувати характеристику (пряма 2, рис. 1.7). Для побудови характеристичного трикутника АВС (рис. 1.7) початкова ділянка х.х.х. (1) і х.к.з. (2) побудувати в одних осях координат і в однаковому масштабі струму збудження.

Таблиця 1.6 Характеристика короткого замикання

, А
, А

Рис. 1.7. Побудова характеристичного трикутника

З точки на осі ординат, що відповідає провести пряму, паралельну осі абсцис, до перетину з характеристикою короткого замикання. Із точки перетину Е провести пряму, паралельну осі ординат, до перетину з віссю абсцис у точці С. Із точки С на прямій відкласти відрізок рівний спаданню напруги в обмотці якоря при номінальному струмі . Із точки В провести пряму, паралельну осі абсцис, до перетину з характеристикою холостого ходу (точка А). Точку А з’єднати із точкою С. Трикутник, що вийшов, є характеристичним. Відрізок , рівний являє собою повну намагнічуючу силу (н.с.) короткого замикання при , виражену у масштабі струму збудження . Відрізок - струм збудження необхідний для створення ЕРС, що компенсує спадання напруги в обмотці якоря Відрізок являє собою струм збудження, що компенсує реакцію якоря при струмі