2.Можно ли регулировать напряжение синхронного генератора

Список рекомендуемой литературы

М.М. Кацман, «Электрические машины»

А.А. Дайлидко «Электрические машины тягового подвижного

состава».

Лабораторная работа №7

Запуск и реверсирование электрического двигателя

Постоянного тока

Цель работы: Исследовать процессы запуска и реверсирования

электрического двигателя постоянного тока

Оборудование, принадлежности:

 Стенд с двигателем постоянного тока

Теоретические сведения

Пуск двигателя постоянного тока прямым включением его на

напряжение сети допустим только для двигателей небольшой

мощности. При этом пик тока в начале пуска может быть порядка 4 —

6-кратного номинального. Прямой пуск двигателей постоянного тока

значительной мощности совершенно недопустим, потому что

начальный пик тока здесь будет равен 15 — 50-кратному

номинальному. Поэтому пуск двигателей средних и больших

мощностей производят при помощи пускового реостата, который

Пусковой реостат выполняется из провода или ленты с высоким

удельным сопротивлением, разделенных на секции. Провода

присоединяются к медным кнопочным или плоским контактам в

местах перехода от одной секции к другой. По контактам

перемещается медная щетка поворотного рычага реостата. Реостаты

могут иметь и другое выполнение. Ток возбуждения при пуске

двигателя

с

параллельным

возбуждением

устанавливается

соответствующим нормальной работе, цепь возбуждения включается

прямо на напряжение сети, чтобы не было уменьшения напряжения,

обусловленного падением напряжения в реостате (см. рис. 1).

Необходимость иметь нормальный ток возбуждения связана с

тем, что при пуске двигатель должен развивать возможно больший

допустимый момент Мэм, необходимый для обеспечения быстрого

разгона. Пуск двигателя постоянного тока производится при

последовательном уменьшении сопротивления реостата, обычно —

путем перевода рычага реостата с одного неподвижного контакта

реостата на другой и выключения секций; уменьшение сопротивления

может производиться и путем замыкания накоротко секций

контакторами, срабатывающими по заданной программе.

При пуске вручную или автоматически ток изменяется от

максимального значения, равного 1,8 —2,5-кратному номинальному в

начале работы при данном сопротивлении реостата, до минимального

значения, равного 1,1 — 1,5-кратному номинальному в конце работы

и перед переключением на другое положение пускового реостата. Ток

якоря после включения двигателя при сопротивлении реостата rп

составляет

где Uс — напряжение сети.

После включения начинается разгон двигателя, при этом

возникает противо-ЭДС Е и уменьшается ток якоря. Если учесть, что

механические характеристики n = f1(Mн) и n = f2 (Iя) практически

линейны, то при разгоне увеличение скорости вращения будет

происходить по линейному закону в зависимости от тока якоря (рис.

1).

Пусковая диаграмма (рис. 1) для различных сопротивлений в цепи

якоря

представляет

собой

отрезки

линейных

механических

характеристик. При уменьшении тока якоря IЯ до значения Imin

выключается секция реостата с сопротивлением r1 и ток возрастает до

значения

где E1 — ЭДС в точке А характеристики; r1—сопротивление

выключаемой секции.

Затем снова происходит разгон двигателя до точки В, и так

далее вплоть до выхода на естественную характеристику, когда

двигатель будет включен прямо на напряжение Uc. Пусковые

реостаты рассчитаны по нагреву на 4 —6 пусков подряд, поэтому

нужно следить, чтобы в конце пуска пусковой реостат был полностью

выведен.

При остановке двигатель отключается от источника энергии, а

пусковой реостат полностью включается — двигатель готов к

следующему пуску. Для устранения возможности появления больших

ЭДС самоиндукции при разрыве цепи возбуждения и при ее

отключении цепь может замыкаться на разрядное сопротивление.

В регулируемых приводах пуск двигателей постоянного тока

производится путем постепенного повышения напряжения источника

питания так, чтобы ток при пуске поддерживался в требуемых

пределах или сохранялся в течение большей части времени пуска

примерно неизменным. Последнее можно осуществить путем

Пуск двигателей постоянного тока с последовательным

возбуждением производится также при помощи пусковых устройств.

Пусковая диаграмма представляет собой отрезки нелинейной

механической характеристики для различных сопротивлений цепи

якоря. Пуск при относительно небольших мощностях может

выполняться вручную, а при больших — путем замыкания накоротко

секций пускового реостата контакторами, которые срабатывают при

управлении вручную или автоматически.

Реверсирование — изменение направления вращения двигателя

— производится путем изменения направления действия вращающего

момента. Для этого требуется изменить направление магнитного

потока двигателя постоянного тока, т. е. переключить обмотку

возбуждения или якорь, при этом в якоре будет протекать ток другого

направления. При переключении и цепи возбуждения, и якоря

направление вращения останется прежним.

Обмотка возбуждения двигателя параллельного возбуждения

имеет значительный запас энергии: постоянная времени обмотки

составляет секунды для двигателей больших мощностей. Значительно

меньше постоянная времени обмотки якоря. Поэтому для того чтобы

реверсирование

проходило

возможно

быстрее,

производится

переключение якоря. Только там, где не требуется быстродействия,

можно выполнять реверсирование путем переключения цепи

возбуждения.

Реверсирование двигателей последовательного возбуждения

можно производить переключением или обмотки возбуждения, или

обмотки якоря, так как запасы энергии в обмотках возбуждения и

якоря невелики и их постоянные времени относительно малы.

При реверсировании двигателя с параллельным возбуждением

якорь сперва отключается от источника питания и двигатель

механически тормозится или переключается для торможения. После

окончания торможения якорь переключается, если он не был

переключен в процессе торможения, и выполняется пуск при другом

направлении вращения.

В такой же последовательности производится и реверсирование

двигателя

последовательного

возбуждения:

отключение

—

торможение — переключение — пуск в другом направлении. У

двигателей со смешанным возбуждением при реверсировании следует

Порядок выполнения работы:

 Изучить особенности пуска и реверсирования двигателей

Содержание отчета:

1. Описать особенности пуска и реверсирования двигателей.

2. Выводы.

3. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Какие способы ограничения пускового тока применяются в

двигателях постоянного тока?

2. Сравните двигатели параллельного и последовательного

возбуждения по их регулировочным свойствам.

3. Как осуществить реверсирование двигателя параллельного

возбуждения?

4. Как осуществить реверсирование двигателя последовательного

возбуждения?

Список рекомендуемой литературы

М.М. Кацман, «Электрические машины»

А.А. Дайлидко «Электрические машины тягового подвижного

состава».

Лабораторная работа №8

Запуск и реверсирование электрического двигателя

переменного тока

Цель работы: Исследовать процессы запуска и реверсирования

электрического двигателя переменного тока

Теоретические сведения:

Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным

процессом, обусловленным переходом ротора и механически

связанных с ним частей исполнительного механизма из состояния

покоя в состояние равномерного вращения, когда вращающий момент

двигателя уравновешивается суммой противодействующих моментов,

действующих на ротор двигателя.

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь

значением пускового тока I или его кратностью I / Iном и значением

п

п

пускового момента М или его кратностью М /М . Двигатель, обла-

п

п

ном

дающий хорошими пусковыми свойствами, развивает значительный

пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе.

Однако получение такого сочетания пусковых параметров в

асинхронном двигателе сопряжено с определенными трудностями, а

иногда оказывается невозможным.

Улучшить пусковые свойства двигателя можно увеличением

активного сопротивления цепи ротора r ', так как в этом случае

2

уменьшение пускового тока сопровождается увеличением пускового

момента. В то же время напряжение U по-разному влияет на

1

пусковые параметры двигателя: с уменьшением U пусковой ток

1

уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства

двигателя, но одновременно уменьшается пусковой момент.

Целесообразность применения того или иного способа улучшения

пусковых свойств двигателя определяется конкретными условиями

эксплуатации двигателя и требованиями, которые предъявляются к

его пусковым свойствам.

Помимо пусковых значений тока I и момента М пусковые

п

п

свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями:

продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой операции,

ее экономичность (стоимость и надежность пусковой аппаратуры и

потерь энергии в ней).

При выборе сопротивления пускового реостата rдоб исходят из

условий пуска двигателя: если двигатель включают при значительном

нагрузочном моменте на валу, сопротивление пускового реостата rдо6

выбирают таким, чтобы обеспечить наибольший пусковой момент;

пуска, оказывается целесообразным сопротивление ПР rдоб

выбирать

несколько

больше

значения,

соответствующего

наибольшему

/

пусковому моменту, т. е. чтобы R > x + х' . В этом случае пусковой

2

1

2

момент оказывается несколько меньшим наибольшего значения

М п.mах, но зато пусковой ток значительно уменьшается.

На рис. 1, а показана схема включения ПР в цепь фазного ро-

тора. В процессе пуска двигателя ступени ПР переключают таким

образом, чтобы ток ротора оставался приблизительно неизменным, а

среднее значение пускового момента было близко к наибольшему. На

рис. 1, б представлен график изменения пускового момента

асинхронного двигателя при четырех ступенях пускового реостата.

Рис. 1. Схема включения пускового реостата (а) и построение графика пускового

момента (б) асинхронного двигателя с фазным ротором

Так, в начальный момент пуска (первая ступень реостата)

пусковой момент равен Мп.maх. По мере разгона двигателя его момент

уменьшается по кривой 1. Как только значение момента уменьшится

до значения Мп.min рычаг реостата переводят на вторую ступень и

сопротивление реостата уменьшается. Теперь зависимость М = f(s)

выражается кривой 2 и пусковой момент двигателя вновь достигает

Мп.mах. Затем ПР переключают на третью и на четвертую ступени

(кривые 3 и 4). После того как электромагнитный момент двигателя

уменьшится до значения, равного значению противодействующего

момента на валу двигателя, частота вращения ротора достигнет

установившегося значения и процесс пуска двигателя будет закончен.

момента остается приблизительно постоянным, равным М . Следует

п.ср

иметь в виду, что при слишком быстром переключении ступеней

реостата пусковой ток может достигнуть недопустимо больших

значений.

Пусковые реостаты состоят из кожуха, рычага с переключаю-

щим устройством и сопротивлений, выполненных из металлической

проволоки или ленты, намотанной в виде спирали, или же из

чугунного литья. Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременное

протекание тока, а поэтому рычаг пускового реостата нельзя долго

задерживать на промежуточных ступенях, так как сопротивления

реостата могут перегореть. По окончании процесса пуска, когда рычаг

реостата находится на последней ступени, обмотка ротора замкнута

накоротко.

В заключение отметим, что в асинхронных двигателях с фазным

ротором обеспечивается наиболее благоприятное соотношение между

пусковым моментом и пусковым током: большой пусковой момент

при небольшом пусковом токе (в 2—3 раза больше номинального).

Недостатками пусковых свойств двигателей с фазным ротором

являются

некоторая

сложность,

продолжительность

и

неэкономичность

пусковой операции.

Последнее

вызывается

необходимостью применения в схеме двигателя пускового реостата и

непроизводительным расходом электроэнергии при его нагреве.

Изменение направления вращения ротора (реверс) асинхронного

двигателя осуществляется сменой порядка следования фаз. Для этого

необходимо поменять два любых провода на зажимах статорной

обмотки.

Порядок выполнения работы:

 Изучить особенности пуска и реверсирования двигателей

Содержание отчета:

1. Описать особенности пуска и реверсирования двигателей.

2. Выводы.

3. Ответы на контрольные вопросы.

1. Какими показателями характеризуются пусковые свойства

асинхронных двигателей?

2. Каковы достоинства и недостатки пусковых свойств

асинхронных двигателей?

3. Как лучше, с точки зрения улучшения пусковых свойств,

уменьшить пусковой ток: снижением подводимого к двигателю

напряжения или увеличением активного сопротивления в цепи

обмотки ротора?

4. Что такое реверс?

5. Как осуществить реверсирование двигателя переменного

тока?

Список рекомендуемой литературы

М.М. Кацман, «Электрические машины»

А.А. Дайлидко «Электрические машины тягового подвижного

состава».

Лабораторная работа №

Определение КПД трансформатора под нагрузкой по

методу холостого хода и короткого замыкания

Цель работы: Ознакомится с устройством трансформатора,

приобрести практические приёмы лабораторного исследования

трансформатора методом холостого хода и короткого замыкания.

Оборудование, принадлежности:

Трансформатор однофазный

Амперметр

Э25

Э30

220/50 В

0 – 5 А

Вольтметр

Амперметр

Вольтметр

Э309

Э30

Д307

0 – 100 В

0 – 10 А

0 – 30 В

Ваттметр

РНД-250-5 0 – 1 кВт

Автотрансформатор

Вольтметр

Э30

Э30

0 – 250 В

0 – 600 В

Холостым ходом называют режим работы трансформатора при

разомкнутой вторичной обмотке (Z =∞, I = 0).

н

2

Так как полезная мощность при работе трансформатора

вхолостую равна нулю, то мощность на входе трансформатора в

режиме х.х. Р расходуется на магнитные потери в магнитопроводе

0

Р , (потери на перемагничивание магнитопровода и вихревые токи) и

м

электрические потери в меди I r , (потери на нагрев обмотки при

2

0

1

прохождении по ней тока) одной лишь первичной обмотки. Однако

ввиду небольшого значения тока I , который обычно не превышает

0

2

2—10% от I1ном, электрическими потерями I r , можно пренебречь и

0

1

считать, что вся мощность х.х. представляет собой мощность

магнитных потерь в стали магнитопровода. Поэтому магнитные

потери в трансформаторе принято называть потерями холостого

хода.

Рис. 1. Характеристики х.х. трансформатора

Криволинейность этих характеристик обусловлена состоянием

магнитного насыщения магнитопровода, которое наступает при

некотором значении напряжения U1.

Обычно в силовых трансформаторах общего назначения

средней и большой мощности при номинальном первичном

напряжении ток х.х. i =10÷0,6%.

0

Если же фактические значения тока х.х. I0ном и мощности х.х.

P0ном,

соответствующие

номинальному

значению

первичного

напряжения U1ном, заметно превышают величины этих параметров,

Короткое замыкание трансформатора — это такой режим, когда

вторичная обмотка замкнута накоротко (z = 0), при этом вторичное

н

напряжение U = 0. В условиях эксплуатации, когда к трансформатору

2

подведено номинальное напряжение U1ном, короткое замыкание

является аварийным режимом и представляет собой большую

опасность для трансформатора.

Рис. 2. Характеристики к.з. трансформатора

Магнитный

поток

в

магнитопроводе

трансформатора

пропорционален первичному напряжению U . Но так как это

1

напряжение при опыте к.з. составляет не более 10% от U1HOM, то

такую же небольшую величину составляет магнитный поток. Для

создания такого магнитного потока требуется настолько малый

намагничивающий ток, что значением его можно пренебречь.

Так как при опыте к.з. основной поток Фmах составляет всего

лишь несколько процентов по сравнению с его значением при

номинальном первичном напряжении, то магнитными потерями,

вызываемыми этим потоком, можно пренебречь. Следовательно,

можно считать, что мощность Р , потребляемая трансформатором ври

k

опыте к.з., идет полностью на покрытие электрических потерь в

обмотках трансформатора: