ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

Донецкий национальный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине “Электрические машины”

Раздел “Синхронные машины”

Донецк – ДонНТУ – 2015

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

Донецкий национальный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине “Электрические машины”

Раздел “Синхронные машины”

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры

“Электромеханика и ТОЭ”.

Протокол № 1 от 31.08. 2015 г.

РЕКОМЕНДОВАНО

К изданию учебно-издательским

Советом ДонНТУ.

Протокол № от 2015 г.

Донецк – ДонНТУ - 2015

У ДК 621.313 (071)

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Электрические машины”. Раздел “Синхронные машины” (для студентов направления подготовки 6.050701 “Электротехника и электротехнология” дневной и заочной форм обучения) / Составители: А.С. Апухтин, Г.В. Демченко. – Донецк: ДонНТУ, 2015. – 43 с.

Приведены основные рекомендации по методике получения характеристик синхронных машин, определения параметров синхронных машин в установимшемся и переходном режимах, исследования параллельной работы синхронных генераторов с сетью, исследования рабочих характеристик синхронного двигателя.

Приведены общие правила выполнения лабораторных работ, а также правила техники безопасности и правила внутреннего распорядка.

Составители: А.С.Апухтин, к.т.н., профессор,

Г.В.Демченко, к.т.н., доцент

Рецензент: А.П.Ковалев, д.т.н., профессор

ПРЕДИСЛОВИЕ

Методические указания к выполнению лабораторных работ ссоставлены в соответствии с программой курса “Электрические машины” и предназначены для студентов высших учебных заведений направления подготовки 6.050701 “Электротехника и электротехнология”.

Объектом изучения являются синхронные электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую (генераторы) и электрическую энергию в механическую (двигатели).

Лабораторные работы по исследованию синхронных машин составлены для стационарных процессов в машинах. Главное внимание уделяется устройству, принципу работы, физическим процессам, которые происходят в машинах, приобретению навыков работы с машинами при эксплуатации и исследовании. Теория электрических машин базируется на основах электротехники, физики явлений и их анализе. Свойства машин и их технические характеристики зависят от материалов, из которых выполнены машины. Поэтому изучению дисциплины предшествует усвоение курса теоретических основ электротехники, знание электротехнических материалов.

ВВЕДЕНИЕ

Изучение электрических машин не может быть эффективным без выполнения лабораторных работ. Целью лабораторных работ является изучение конструкции машин, принципов действия, физических явлений, которые имеют место в электрических машинах, приобретение навыков работы при експлуатации и исследовании.

Выполнение лабораторного практикума связано с исползованием измерительной аппаратуры, работа которой основывается на законах электротехники, физики. Поэтому для качественного проведения лабораторных работ необходима тщательная самоподготовка студентов, которая включает:

– освоение теоретического материала по рекомендованной литературе;

– изучение методических указаний по конкретной лабораторной работе, уяснение цели, задач и методики выполнения работы;

– ознакомиться с требованиями, которые предъявляются к отчетам по лабораторным работам, включая подготовку необходимых схем, формуляров (таблиц) для записи результатов измерения.

Работы выполняются подгруппами, по назначению преподавателя делятся на бригады по 3–4 человека. В начале занятия преподаватель контролирует готовность студентов к проведению текущей работы и принимает отчеты по предыдущей работе. Отчет по работе является индивидуальным, составляется на листах бумаги формата А4.

Выполнение лабораторных работ связано с безопасностью для жизни, так как используется электрическая энергия напряжением до 380 В. Поэтому основными требованиями, которые предъявляются к студентам, является сначала изучение соответствующих инструкций по правилам техники безопасности и неукоснительное их соблюдение в процессе выполнения лабораторных работ.

В результате изучения дисциплины и проведения лабораторных работ студент должен:

ЗнатЬ – классификацию и назначение основных типов электрических машин, конструкцию, принцип действия, физические условия работы, характеристики, параметры и схемы замещения.

УМЕТЬ – пользоваться основными аналитическими выражениями и уравнениями при решении практических задач и анализе режимов работы электрических машин, иметь навыки определения параметров, выполнять исследования машин, а также уметь выбирать машины к конкретнвм условиям практики, уметь анализировать и описывать статические процессы в системах, выполнять их монтаж, наладку.

В.1 Правила безопасности для студентов, работающих в лаборатории электрических машин

1. Не приступать к работе, не ознакомившись с рабочим местом и системой аварийного отключения.

2. Перед сборкой схемы убедиться в отсутствии напряжения на зажимах автоматов питания.

3. Перед включением схемы убедиться в том, что вся включенная в схему аппаратура находится в исходном положении и при подаче питания ток в цепи будет минимальным.

4. В процессе работы не оставлять без наблюдения установку, находящуюся под напряжением.

5. Не делать каких либо переключений в установке, находящейся под напряжением.

6. Не касаться неизолированных частей приборов и аппаратов, находящихся под напряжением.

7. После отключения установки не делать никаких переключений в схеме до полной остановки машины.

В.2 Правила внутреннего распорядка

1. К выполнению лабораторной работы допускаются только те студенты, которые усвоили правила безопасности.

2. Лабораторные работы выполняются бригадой студентов в составе не менее двух.

3. Каждый студент должен подготовиться к работе. При недостаточной подготовке студент не допускается к работе.

4. При сборке схемы сначала собирается главная цепь (токовая цепь), а потом – паралельные и дополнительные цепи.

5. Собранная схема должна быть проверена преподавателем, который дает разрешение на включение.

6. После включения схемы, без записи показаний приборов, проверяется возможность выпонения работы во всем заданном диапазоне и характер изменения показаний. Только после этого приступают к работе.

7. Результаты измерений по каждой характеристике должны быть проверены преподавателем.

8. Все переключения в схеме или окончательная разборка схемы делается только с разрешения преподавателя.

9. В случае аварии на рабочем месте необходимо немедленно отключить питание и сообщить об аварии прподавателю без каких либо изменений в схеме. Вместе с преподавателем требуется найти причину аварии и способ ее устранения.

10. Студент должен бережно обращаться с оборудованием лаборатории. Запрещается делать надписи мелом, карандашом или чернилом на столах, прилборах и машинах. Нельзя загромождать рабочие места приборами и аппаратами, которые не используются в работе.

11. К следующему занятию каждый студент должен составить отчет о выполненной работе по установленной форме.

В.3 Оформление отчетов о выполненных лабораторных работах

Результаты лабораторных работ, выполненных в лаборатории электрических машин, оформляются в виде отчета по единому образцу. Отчет пишут с одной стороны листа форматом А4 (размером 210×297 мм). Основные надписи выполняют в соответствии со стандартом.

На первой странице делают основную надпись, как для первого листа текстовых документов, на других – как для последующих страниц. В отчете обязательно должны быть отображены разделы: “Цель работы”, “Содержание работы”, “Схемы испытаний”, “Результаты измерений и вычислений” и “Анализ полученных характеристик и краткие выводы”. В состав отчета могут быть включены другие разделы, которые учитывают специфику изучаемой дисциплины. Необходимые схемы, рисунки и графики необходимо выполнять карандашом с помощью чертежных приспособлений.

Допускается следующее оформление первой страницы отчета о лабораторной работе. В верхней части бланка указывается номер или название работы, группа и фамилия, инициалы студента, а в нижней части размещается фамилия, инициалы преподавателя и студента, их подписи и дата выполнения работы, как показано на рис. В.1.

Все выполненные и подписанные руководителем отчеты о лабораторных работах складывают по порядку и брошируют. При большом числе страниц (больше, чем десять) составляют содержание отчетов, которое размещают в альбоме после титульного листа. Титульный лист имеет надпись “Журнал лабораторных работ (отчеты)” с фамилиями, инициалами руководителя и исполнителя (рис. В.2).

ЭсЭ-13	Отчет о лабораторной работе № 1				Иванов И.И.
Исследование трехфазного синхронного генератора
1. Цель работы Изучить конструкцию и паспорт синхронной машины, принцип действия синхронного генератора, определить характеристики. 2. Оборудование и приборы Трехфазный синхронный генератор СГР–4,5, асинхронный двигатель ВАО-52-4, комплект измерительных приборов К-50, трехфазный реостат, автотрансформатор РНТ-220-6, индукционный регулятор с выпрямителем, амперметр магнитоэлектрической системы с пределом измерения 10 А. 3. Содержание работы 3.1. Изучить конструкцию и паспорт синхронной машины. 3.2. Изучить принцип действия синхронного генератора. 3.3. Собрать схему для выполнения работы. 3.4. Снять характеристики: холостого хода при ; ; нагрузочную характеристику при индуктивной нагрузке при , ; внешнюю характеристику при активной нагрузке при ; ; регулировочную характеристику при активной нагрузке при ; ; трехфазного, двухфазного и однофазного короткого замыкания при .
Разработал		Иванов И.И.				Лист
Проверил		Апухтин А.С.
			Подпись	Дата		Листов

Pисунок В.1 – Образец выполнения первого листа отчета о лабораторной работе

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

Донецкий национальный технический университет

Кафедра “Электромеханика и ТОЭ”

ЖУРНАЛ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

(ОТЧЕТЫ)

Исполнитель

студент группы ЭСЭ-13

Иванов И.И.

Руководитель

проф. Апухтин А.С.

Донецк – 2015

Рисунок В.2 – Образец титульного листа

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ЛабораторнаЯ работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Объектом исследования является трехфазный синхронный генератор переменного тока.

Цель работы – изучить конструкцию синхронной машины, паспорт машины, принцип действия синхронного генератора и научиться определять опытным путем характеристики генератора.

Оборудование и приборы:

Трехфазный синхронный генератор СГР-4,5, асинхронный двигатель ВАО-52-4, комплект измерительных приборов К-50, трехфазный реостат, автотрансформатор РНТ-220-6, индукционный регулятор с выпрямителем, амперметр магнитоэлектрической системы на 10 А.

Содержание работы:

1. Изучить конструкцию и паспорт синхронной машины.

2. Изучить принцип действия синхронного генератора.

3. Собрать схему для выполнения работы.

4. Снять характеристики:

1. холостого хода – зависимость электродвижущей силы обмотки якоря от тока в обмотке возбуждения; при токе обмотки якоря ; .

2. нагрузочную индукционную – зависимость напряжения на зажимах обмотки якоря от тока в обмотке возбуждения при индуктивном токе нагрузки генератора , .

3. внешнюю при активной и индуктивной нагрузке – зависимость напряжения на зажимах обмотки якоря от тока в обмотке якоря при , .

4. регулировочную при активной и индуктивной нагрузке – зависимость тока в обмотке возбуждения от тока в обмотке якоря при , .

5. трехфазного, двухфазного и однофазного короткого замыкания – зависимость тока в обмотке якоря от тока в обмотке возбуждения при , .

5. По данным опытов:

1) построить опытные характеристики в именованных единицах (В, А), характеристики холостого хода и индукционную нагрузочную построить в одной системе координат, дать оценку симметрии напряжений;

2) построить в относительных единицах в одной системе координат характеристику холостого хода и характеристики трехфазного, двухфазного и однофазного короткого замыкания, приведенные к началу координат. В этой же системе координат построить нормальную характеристику холостого хода по данным табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Нормальная характеристика холостого хода

iв, о. е.	0	0.5	1.0	1.5	2	2,5	3,0	3,5
E0, о. е.	0	0.53	1.0	1.23	1.30	1,4	1,46	1,51

Сравнить последнюю с характеристикой холостого хода исследуемого генератора, относительно их общей точки Е₁₀ = 1 и і_в = 1; определить коэффициент насыщения К_нас;

3) определить по внешним характеристикам, соответственно для активной и индуктивной нагрузки, изменение напряжения в процентах при уменьшении (сбросе) тока нагрузки от номинального до нуля;

4) определить в относительных единицах номинальный ток возбуждения і_вн при номинальном токе якоря І_1н и номинальном напряжении U_1н для активной и индуктивной нагрузки;

5) по характеристике холостого хода и характеристике короткого замыкания, которая соответствует симметричному трехфазному короткому замыканию, определить:

– опытное значение продольного синхронного сопротивления для ненасыщенной и насыщенной машины, соответственно X_d∞ и X_d;

– отношение короткого замыкания (ОКЗ);

6) по характеристике холостого хода и индукционной нагрузочной характеристике построить реактивный треугольник и определить:

– ток возбуждения і_вк при КЗ и І₁ = І_1н;

– ЭДС рассеяния;

– сопротивление Х_sа.