Учебники 80154
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
Кафедра электромеханических систем и электроснабжения
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторных и практических работ по дисциплине «Испытания и надежность электрических машин» для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электромеханика»)
очной формы обучения
Воронеж 2021
УКД 621.313(07) ББК 31.26я7
Составитель
канд. техн. наук Л. Н. Титова
Исследование методов испытаний электрических машин:
методические указания к выполнению лабораторных и практических работ / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост.: Л. Н. Титова. - Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2021. - 29 с.
Приведены основные сведения с целью выработки навыков в проведении работ и обработки результатов промышленных испытаний электрических машин.
Предназначены для студентов 4-го курса очной формы обучения. Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся
в файле ЛР_ПР_ИиНЭМ.pdf
Ил. 9. Табл. 6. Библиогр.: 5 назв.
УКД 621.313 (07)
ББК 31.26я7
Рецензент – А. В. Тикунов, канд. техн. наук, доц. кафедры электромеханических систем и электроснабжения
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторные занятия являются одним из важнейших элементов учебного процесса. Выполнение лабораторных работ по дисциплине «Испытания и надежность электрических машин» для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электромеханика») очной формы обучения имеет своей целью закрепление и углубление теоретических сведений, излагаемых в лекционных курсах и учебных пособиях.
При выполнении лабораторных работ студенты знакомятся с методами проведения испытаний и определения параметров электрических машин.
Для выполнения каждой лабораторной работы необходима предварительная подготовка. Предварительная подготовка включает в себя следующее:
изучение соответствующих разделов по литературным источникам и конспекту лекций;
тщательное ознакомление с содержанием лабораторной работы по методическим указаниям, усвоение ее целевого назначения и программы;
подготовку таблиц для занесения результатов испытаний; ознакомление с правилами обработки и оформления экспериментальных
результатов.
На первом лабораторном занятии студент должен изучить инструкции по технике безопасности и расписаться в журнале инструктажа по технике безопасности.
Перед началом выполнения лабораторной работы студент должен на рабочем месте подробно ознакомиться с необходимой схемой соединения, записать паспортные данные исследуемого электромеханического устройства, измерительных приборов и только после этого приступить к выполнению лабораторной работы. Сборку электрической схемы необходимо производить без напряжения при отключенных выключателях со стороны питающей сети. Рекомендуется сначала собирать силовую сеть, а затем цепи управления и сигнализации. Собранная схема проверяется преподавателем, после чего дается разрешение на ее включение.
Лабораторная работа выполняется в том порядке, какой приведен в данных методических указаниях. Результаты измерений заносятся в соответствующие таблицы каждым членом бригады. По полученным данным выполняются необходимые предварительные расчеты и строятся графики. Черновые материалы представляются преподавателю, и после подписи работа считается законченной. После выполнения полного объема лабораторной работы с разрешения преподавателя схема разбирается, соединенные провода укладываются в отведенное место.
3
Расчеты должны производиться в системе СИ с необходимыми пояснениями. Схемы и графики должны выполняться в соответствии ЕСКД.
Если в одних координатных осях строится несколько графиков в функции одной независимой переменной, то нужно строить дополнительные оси параллельно основной и каждую со своей масштабной шкалой.
Отчёт по лабораторной работе составляется на листах формата А4 и содержит: титульный лист с наименованием работы, цель работы, перечень используемых приборов и инструментов, таблицы данных, схемы установок, графики, расположенные в последовательности, соответствующей порядку выполнения работы, выводы по проделанной работе, ответы на контрольные вопросы.
Темы практических занятий связаны с проведением испытаний электрических машин в лабораторных работах. На практических занятиях рассматриваются теоретические вопросы и методики обработки результатов испытаний, на основании которых проводится анализ результатов испытаний электрических машин, полученных в ходе лабораторных работ. В соответствии с темами лабораторных работ в методических указаниях приводятся вопросы для изучения на практических занятиях.
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
Перед началом работы необходимо внимательно ознакомиться с правилами поведения и техники безопасности в лаборатории.
Не загромождайте рабочее место оборудованием, приборами и другими предметами, не относящимися к выполняемой работе.
При работе в лаборатории выполняйте только задание, которое вам поручено.
Запрещается находиться в лаборатории в верхней одежде. Она должна быть размещена в специально отведенном месте.
Запрещается начинать работу без разрешения преподавателя.
При работе на испытательной установке весь монтаж схемы требуется производить при отключенном стенде.
При возникновении аварийных режимов (перегрузка током, электрический пробой, короткое замыкание, чрезмерное увеличение частоты вращения и т. д.) лабораторная установка должна быть немедленно отключена. Если произойдет несчастный случай, то лабораторную установку следует отключить, т. е. обесточить. Пострадавшему оказать помощь, помня о том, что прикосновение к человеку под напряжением опасно. Освобождать пострадавшего можно только с помощью сухих деревянных или других изоляционных предметов.
ВНИМАНИЕ! Категорически запрещается прикасаться к элементам схемы при включенном напряжении.
4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИСПЫТАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
СВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА
1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1.Ознакомиться с конструкцией двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита.
1.2.Ознакомиться с методами сборки и разборки двигателя.
1.3.Изучить методы стабилизации постоянного магнита в свободном состоянии и поперечной реакцией якоря.
1.4.Изучить методы определения магнитного потока в воздушном зазоре двигателя.
1.5.Изучить методы намагничивания и размагничивания постоянного магнита внешними магнитными полями.
1.6.Ознакомиться с методами регулирования двигателя по частоте вращения и потребляемому току.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ
Основным активным элементом магнитных цепей с постоянными магнитами является непосредственно сам постоянный магнит. Постоянный магнит характеризуется частью петли гистерезиса, расположенной во втором квадранте декартовой системы координат с осями В, Н, где Н – напряженность магнитного поля в теле магнита, А/м; В – индукция магнитного поля в теле магнита.
При напряженности, равной нулю, индукция в теле магнита равна остаточной индукции В0, а при индукции, равной нулю, напряженность равна коэрцитивной силе Нс. В0 и Нс – параметры постоянного магнита, которые приводятся в стандартах и справочной литературе по постоянным магнитам. Полное намагничивание постоянного магнита характеризуется индукцией полного намагничивания Вs. Намагничивание и размагничивание постоянного магнита производят в специальных установках. Кроме основных параметров В0 и Нс постоянный магнит характеризуется удельной магнитной энергией W, Тл А / м.
W = |
B H |
(1.1) |
|
2 |
|||
|
|
Координаты В и Н на кривой размагничивания магнита с максимальной энергией обозначаются символами Вd и Нd, которые также приведены в справочной литературе.
5
На практике чаще всего ставится задача по определению магнитного потока в воздушном зазоре электрической машины с постоянными магнитами в трех ее состояниях: при намагничивании в собранном виде и без последующего размагничивания; при намагничивании и с последующим размагничиванием в свободном состоянии (без якоря); при намагничивании и с последующим размагничиванием реакцией якоря.
Рассмотрим методы определения магнитного потока в каждом из этих случаев.
2.1. Определение магнитного потока после намагничивания электрической машины в собранном состоянии и без последующего размагничивания.
В данном случае расчет магнитных систем сводится к следующему (рис.
1.1.).
2.1.1.Строится кривая размагничивания постоянного магнита в координатах Ф, F.
2.1.2.Проводится луч суммарной магнитной проводимости λ∑ под углом
α∑,
α∑ =arctg(λ∑ mF,Ф ), |
(1.2) |
||
где λ∑ =λ0 + λs ; |
|
||
mF,Ф – масштабный коэффициент кривой размагничивания; |
|
||
mF,Ф = |
mF |
, |
(1.3) |
|
|||
|
mФ |
|
|
где mF – масштаб по оси F; |
|
||
mФ – масштаб по оси Ф. |
|
||
2.1.3. Проводится луч проводимости рассеяния λ под углом |
|
||
αs =arctg(λs mF,Ф ). |
(1.4) |
||
2.1.4. Из точки пересечения луча проводимости λs с кривой размагничивания перпендикулярно оси F проводится отрезок АС. Тогда отрезок АС будет равен магнитному потоку в нейтральном сечении магнита Фm; отрезок АВ соответствует полезному магнитному потоку Ф0; отрезок ВС равен потоку рассеяния Фs.
2.2. Определение магнитного потока в зазоре электрической машины при
Рис. 1.1. К определению
магнитного потока п. 2.1
стабилизации в свободном состоянии (без якоря) (рис. 1.2).
2.2.1.Строится кривая размагничивания магнита в координатах F, Ф.
2.2.2.Проводится луч суммарной магнитной проводимости под углом α∑.
6
2.2.3.Проводится луч проводимости рассеяния под углом αs.
2.2.4.Определяется проводимость воздушного зазора электрической машины
без якоря λ0 и проводится луч λ0 под углом
α0.
2.2.5. Из точки пересечения луча λ0 с кривой размагничивания под углом β к оси F проводится луч до пересечения луча λ∑.
β=arctg(KB mF,Ф ),
Рис. 1.2. К определению
магнитного потока п. 2.2
(1.4)
где КВ – коэффициент возврата для данной марки магнита, Гн/м.
2.2.6. Перпендикуляр, опущенный из точки А к оси F при пересечении луча λ, даст значение магнитного потока в зазоре при стабилизации магнита в свободном состоянии.
2.3 Определение магнитного потока в зазоре электрической машины при стабилизации реакцией якоря.
На рис. 1.3 показана последовательность определения потока в зазоре при воздействии на магнит внешних
размагничивающих полей. |
|
|
|||||
2.3.1. Строится кривая размагничивания |
Рис. 1.3. К определению |
||||||
магнита в координатах F, Ф. |
|
||||||
2.3.2. Проводится луч λ∑. |
|
магнитного потока п. 2.3 |
|||||
2.3.3. Проводится луч λs. |
|
|
|||||
2.3.4. На оси F откладывается МДС поля якоря |
|
||||||
Fя = А τ, |
|
(1.5) |
|||||
где τ - полюсное деление машины, м |
|
|
|||||
τ= |
πD |
, |
|
|
(1.6) |
||
|
|
|
|||||
|
2p |
|
|
||||
где А – линейная нагрузка машины, А/м; |
|
||||||
A = |
N iа |
|
, |
(1.7) |
|||
πD |
|||||||
|
|
|
|
||||
где iа – ток параллельной ветви при пуске или реверсе, А; N – число проводников в обмотке якоря.
2.3.5.Из точки А проводится луч параллельно лучу λ∑ до пересечения с кривой размагничивания магнита.
2.3.6.Из точки пересечения В под углом β к оси F проводится луч магнитного возврата до пересечения луча λ∑.
2.3.7.Из точки пересечения С опустить перпендикуляр к оси F.
7
Точка N пересечения данного перпендикуляра с лучом проводимости потокам рассеяния λs определяет поток в воздушном зазоре Фδ рп.
3.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1.Разобрать двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, ознакомиться с его конструкцией.
Перед разборкой двигатель необходимо размагнитить. Для этого его обернуть мягкой тканью и поместить в зазор размагничивающей установки. Затем включить размагничивающую установку на 3-5 с. Разборку необходимо начинать со снятия переднего подшипникового щита. Затем из корпуса вынуть якорь. При этом необходимо обратить внимание на то, что вместе с якорем из корпуса вынимаются подшипники, поэтому специальными захватами необходимо приподнять щетки и только тогда якорь поднимать.
3.2.Повторить размагничивание магнита без якоря по п. 3.1.
3.3.Собрать двигатель в обратной последовательности.
3.4.Убедиться, что постоянный магнит размагничен. Для этой цели подключить исследуемую машину к вспомогательному двигателю и привести
еево вращение в генераторном режиме. К выходным концам исследуемой машины подключить вольтметр. Отсутствие напряжения будет свидетельствовать о полном размагничивании магнита. В качестве вспомогательного двигателя использовать синхронный двигатель с известной частотой вращения ротора. Магнитный поток в зазоре исследуемой машины определяется по выражению
Ф = |
60 Е |
, |
(1.8) |
|
р N n |
||||
|
|
|
где Е – ЭДС якоря, полученная опытным путем, В. При полном размагничивании магнита Е = 0.
р – число пар полюсов;
N – число проводников обмотки якоря, об/мин; n – частота вращения якоря, об/мин.
Данные двигателя (р, N, n и др.) приведены на стенде. 3.5. Намагнитить двигатель в собранном состоянии.
Для этого поместить его в зазор намагничивающей установки. Необходимо следить, чтобы расстояние между корпусом двигателя и полюсами намагничивающей установки было одинаково. При этом использовать мягкие прокладки, например бумагу или дерево. В этом случае магнит намагнитится с равными полюсными делениями (в случае с цилиндрическим магнитом), а также обезопасится от раздавливания. При намагничивании пропустить по обмотке намагничивающей установки не менее пяти импульсов тока.
3.6. Определить поток в воздушном зазоре Фδ исследуемой машины аналогично п. 3.4.
8
3.7.Включить исследуемый двигатель на холостом ходу и записать следующие данные: U – напряжение питания, В; n – частоту вращения
холостого хода, об/мин; Iхх – ток холостого хода, А.
Примечание: Частоту вращения якоря определить с помощью стробоскопического тахометра.
3.8.Разобрать двигатель аналогично п. 3.1. В этом случае двигатель не следует размагничивать. Данный опыт проводится с целью выяснения размагничивающего действия на магнит уменьшенного значения проводимостей потокам постоянного магнита. В разобранном виде происходит стабилизация магнита в свободном состоянии, т.е. без якоря. Вынутый якорь поместить в корпус, затем опять вынуть и так повторить не менее пяти раз. Произойдет полная стабилизация магнита в свободном состоянии.
3.9.Собрать двигатель аналогично п. 3.3.
3.10. Включить двигатель в генераторном режиме аналогично п. 3.4. Определить поток в воздушном зазоре после стабилизации магнита в свободном состоянии (Фδс) и его значение записать.
3.11.Включить двигатель на холостом ходу аналогично п. 3.7. Записать:
U – напряжение питания, В; n – частоту вращения якоря, об/мин; Iхх – ток якоря при холостом ходе, А.
3.12.Намагнитить магнит аналогично п. 3.5.
3.13.Включить исследуемую машину в генераторном режиме и убедиться, что значение магнитного потока в зазоре равно приведенному в п.п.
3.5; 3.6.
3.14.Включить машину в двигательном режиме, записать U, n, Iхх.
3.15.Стабилизировать магнит реакцией якоря. Для этой цели на вал двигателя поместить вентиляторную нагрузку. Установить номинальное напряжение питания. Включить двигатель, затем с помощью ключа произвести реверс в разные стороны не менее пяти раз. После этого снять с вала нагрузку и включить двигатель на холостом ходу. Записать U, n, Iхх.
3.16.Включить машину в генераторном режиме и определить Фδ,р,я согласно п. 3.4. Записать Фδ,р,я.
3.17.Сравнить значения магнитных потоков в зазоре
нестабилизированной магнитной системы Фδ п. 3.6, стабилизированной в свободном состоянии Фδ,с, п. 3.10 и при стабилизации реакцией якоря в режиме реверса Фδ,р,я п. 3.16.
3.18. По результатам опытов сделать анализ с соответствующим заключением и сформулировать ответы на вопросы
3.18.1.В каком случае магнит размагничивается в большей степени и
почему?
3.18.2.Можно ли исследуемый двигатель после намагничивания в собранном состоянии разбирать, а затем после сборки эксплуатировать без последующего намагничивания?
9
3.18.3. В каком случае размагничивающее действие поля якоря на магнит имеет наибольшее значение при плавном пуске; с пониженным напряжением; при пуске с номинальным напряжением; при реверсе с номинальным напряжением и почему?
4.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
4.1.В каком случае магнит размагничивается в большей степени и
почему?
4.2.Можно ли исследуемый двигатель после намагничивания в собранном состоянии разбирать, а затем после сборки эксплуатировать без последующего намагничивания?
4.3.В каком случае размагничивающее действие поля якоря на магнит имеет наибольшее значение при плавном пуске; с пониженным напряжением; при пуске с номинальным напряжением; при реверсе с номинальным напряжением и почему?
4.5.Как изменится частота вращения двигателя после стабилизации различными способами? Объяснить причину замеченного.
4.6.Какие параметры двигателя можно регулировать, производя стабилизацию (размагничивание) магнита?
5.ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
5.1.Как изменится частота вращения двигателя после стабилизации различными способами? Объяснить причину замеченного.
5.2.Какие параметры двигателя можно регулировать, производя стабилизацию (размагничивание) магнита?
5.3.Как рассчитать магнитный поток в воздушном зазоре магнитной системы с постоянным магнитом без стабилизации постоянного магнита?
5.4.Как рассчитать магнитный поток в зазоре магнитной системы с постоянным магнитом при стабилизации в свободном состоянии?
5.5.Как рассчитать магнитный поток в зазоре магнитной системы с постоянным магнитом при стабилизации реакцией якоря?
5.6.Как рассчитать магнитный поток в воздушном зазоре магнитной системы с постоянным магнитом при намагничивании магнита в разобранном состоянии машины с последующей сборкой?
5.7.Физический смысл коэффициента магнитного возврата.
5.8.Назвать основные параметры постоянного магнита, указанные в справочной литературе и стандартах.
5.9.Нарисовать диаграмму магнита, указать координаты точек с максимальной энергией магнита.
10