5327

Магнитное поле в веществе описывается величинами магнитной индукции B и напряжённости магнитного поля H , которые связаны между

Для немагнитных участков магнитной цепи (воздух, диэлектрик) маг-

мейство петель гистерезиса. При расчётах магнитных цепей применяют основную кривую намагничивания, которая проходит через вершины симметричных петель гистерезиса.

Основной величиной, характеризующей магнитную цепь, является магнитный поток Ф . При расчете магнитных цепей допускают, что магнитное поле однородно и его силовые линии параллельны средней линии участка магнитопровода. В этом случае магнитный поток можно найти по формуле Ф BS , где S – площадь поперечного сечения участка.

Для неразветвлённых магнитных цепей, в которых магнитный поток создаётся одной обмоткой с током I , может быть построена веберамперная характеристика Ф I . Экспериментальным путём построить ве- бер-амперную характеристику можно, измеряя величину магнитного потока в магнитопроводе при изменении тока в обмотке магнитной цепи. Если измерения производятся на переменном токе, то получают динамические

В магнитной цепи без воздушного зазора амплитуда напряженности магнитного поля равна

H m I mW ,

lср

41

где W – число витков намагничивающей катушки; lcp – длина средней ли-

нии магнитопровода.

Амплитудное значение ЭДС в обмотке Wu наиболее точно измеряется

амплитудным электронным вольтметром, имеющим очень большое входное сопротивление. Учитывая, что шкалы таких вольтметров проградуированы в действующих значениях синусоидального напряжения, величину

амплитуды ЭДС можно найти по формуле Em 2 U , где U – показание вольтметра.

2. Задание

2.1.Собрать схему, приведенную на рисунке 1. Записать геометрические размеры магнитопровода и количество витков катушек.

2.2.Вставить в зазор магнитопровода ферромагнитную пластинку. Изменяя с помощью лампового реостата величину тока в пределах от 0 до 2,5 А, измерить напряжение на измерительной катушке. Произвести 8–10 опытов, результаты измерений записать в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты исследования магнитной цепи без воздушного зазора

2.3. Вставив в зазор магнитопровода немагнитную вставку, повторить измерения по п. 2.2, результаты измерений записать в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты исследования магнитной цепи с воздушным зазором

42

2.4. Для исследуемых режимов сделать необходимые вычисления. По дан-

3. Контрольные вопросы

3.1.Сформулируйте законы магнитных цепей.

3.2.Каковы основные допущения при расчете магнитных цепей?

3.3.Поясните методы расчёта неразветвлённых магнитных цепей.

3.4.Как влияет величина немагнитного зазора на величину магнитного потока?

Лабораторная работа № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ

Цель работы: Исследование различных режимов работы трёхфазной нагрузки, соединённой по схеме «звезда». Построение векторных диаграмм.

1. Схема опыта

Схема соединения трёхфазной нагрузки по схеме «звезда» представлена на рисунке 1.

B

U N

Рисунок 1 – Схема трёхфазной нагрузки, соединённой по схеме «звезда»

Основные выражения для расчета трёхфазных электрических цепей

При соединении трёхфазной нагрузки звездой векторная диаграмма напряжений в общем случае имеет вид, показанный на рисунке 2.

В трёхфазной электрической цепи действуют следующие трёхфазные системы напряжений:

43

U A , U B , U C – фазные напряжения генератора, обычно симметричная система;

U AO1 , U BO1 , UCO1 – фазные напряжения нагрузки;

U AB , U BC , UCA – линейные напряжения.

Положение нулевой (нейтральной) точки O1 нагрузки на векторной диаграмме определяется напряжением смещения нейтрали U N .

Нулевые точки генератора O и нагрузки O1 могут совпадать в двух

случаях:

а) при симметричной нагрузке, когда Z A ZB ZC ;

б) при равенстве нулю сопротивления нулевого провода Z N .

В таких режимах фазные напряжения генератора и нагрузки совпадают.

C

B

Рисунок 2 – Векторная диаграмма нагрузки трёхфазной цепи

Положение точек A , B и C на векторной диаграмме определяется системой фазных напряжений U A , U B , U C генератора и не зависит от режима работы нагрузки.

Направления векторов фазных (линейных) токов I A , I B , IC зависят от

грамме этому выражению соответствует сложение соответствующих векторов фазных токов.

44

2. Задание

2.1.Собрать схему для исследования различных режимов работы нагрузки, приведённую на рисунке 3. В качестве сопротивлений фаз нагрузки использовать ламповый реостат.

2.2.Выполнить семь опытов для режимов работы нагрузки, указанных в

таблице 1. Измерения фазных напряжений U AO1 , U BO1 , UCO1 производятся вольтметром Vф путём подключения его поочередно к точкам A , B и C

цепи. Включение и выключение нулевого провода производится с помощью ключа K .

Рисунок 3 – Схема для исследования различных режимов работы нагрузки трёхфазной цепи

Таблица 1 – Результаты измерений

45

2.3. Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений. При построении векторных диаграмм напряжений принять

систему фазных напряжений U A , U B и U C генератора симметричной и одинаковой для всех режимов. Положение нулевой точки нагрузки O1 при построении диаграмм напряжений для опытов без нулевого провода опре-

рассматриваемом режиме. Это можно выполнить с помощью циркуля, сделав соответствующие засечки из точек A , B и C диаграммы.

При построении векторных диаграмм токов, следует учитывать, что сопротивления фаз нагрузки в ходе экспериментов были чисто активными и, следовательно, векторы фазных токов должны совпадать по направлению с векторами соответствующих фазных напряжений нагрузки.

2.4. Записать выводы по результатам измерений.

3. Контрольные вопросы

3.1.Какие напряжения и токи называются линейными, фазными? Показать их на схеме.

3.2.Чему равно отношение U л Uф при симметричной нагрузке? Как оно

получается?

3.3. Объяснить, почему отсутствует напряжение смещения нейтрали в случаях: а) симметричной нагрузки; б) при Z N 0?

3.4.Зависит ли система линейных напряжений на зажимах нагрузки от режима работы нагрузки?

3.5.В трёхфазной симметричной нагрузке, соединённой по схеме «звезда» без нулевого провода, произошло короткое замыкание одной из фаз. Во сколько раз увеличатся токи повреждённой и неповреждённой фаз нагрузки?

46

Лабораторная работа № 11

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы: Исследование генератора постоянного тока параллельного возбуждения, ознакомление с конструкцией генератора; экспериментальное подтверждение возможности регулирования напряжения путём изменения сопротивления регулировочного реостата; получение опытным путём характеристики генератора.

1. Схема опыта

Электрическая схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения представлена на рисунке 1.

M

Rр

Рисунок 1 – Электрическая схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения

Основные выражения для расчёта генератора постоянного тока параллельного возбуждения

Генератор, у которого обмотка возбуждения подключена к якорю параллельно нагрузке, называется генератором параллельного возбуждения (шунтовым). Напряжение на зажимах генератора параллельного возбуждения создается в процессе самовозбуждения, которое основано на том, что в машине практически всегда существует поток остаточного магнетизма – Фост . Если привести якорь во вращение с номинальной скоростью, то под

действием этого потока в якоре возникает ЭДС Eост , и по обмотке возбуж-

дения пойдёт ток, который будет создавать магнитный поток машины Ф . Направление этого потока должно совпадать с потоком остаточного магнетизма и усиливать его, в противном случае результирующий магнитный поток практически может стать равным нулю, машина «размагнитится» и не будет создавать ЭДС.

47

При согласном направлении потоков Ф и Фост результирующий поток

увеличивается, что приводит к росту наводимой в якоре ЭДС и, в свою очередь, вызывает дальнейшее повышение тока возбуждения и магнитного потока машины до тех пор, пока не наступит равновесие между ЭДС якоря и падением напряжения в цепи возбуждения. Электрическая схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения представлена на рисунке 1.

где ce – электрическая постоянная, зависящая от конструктивных данных

машины; Ф – магнитный поток, Вб;

n – частота вращения якоря, об./мин;

2. Задание

2.1.Собрать схему для исследования генератора постоянного тока параллельного возбуждения, приведённую на рисунке 1.

2.2.Снять характеристику холостого хода генератора (это зависимость напряжения на зажимах генератора Е0 от тока возбуждения IВ при от-

ключённой нагрузке и постоянной частоте вращения, т. е. Е0 = f( В) при

= 0 и n = const).

Регулировочным реостатом RP в цепи возбуждения увеличить ток IВ от минимального значения до величины, при которой напряжение на зажимах генератора будет превышать номинальное напряжение генератора на 10– 15 %. Показания амперметра и вольтметра для 5–6 измерений записать в таблицу 1. Далее, уменьшая ток возбуждения, показания приборов также записать в таблицу 1.

48

Таблица 1 – Характеристика холостого хода Е0 = f(Iв) при I = 0 и n = const

IВ, А

E0, B →

E0, B ←

2.3. Снять внешнюю характеристику генератора (это зависимость напря-

жения на зажимах генератора U от тока нагрузки I при постоянной частоте вращения и сопротивлении регулировочного реостата, т. е. U = f(I)

при n = const и Rр = const).

Регулировочным реостатом RP установить номинальное напряжение генератора. Увеличивая нагрузку включением ламп реостата RН, измерить показания амперметра и вольтметра. Данные для 5–6 измерений записать в таблицу 2.

Таблица 2 – Характеристика внешняя U = f( ) при Rр = const

U, B

I, A

2.4. Снять регулировочную характеристику генератора (это зависимость тока возбуждения В от тока нагрузки I при постоянном напряжении и частоте вращения, т. е. В = f(I) при U = const и n = const).

Реостатом в цепи возбуждения RР установить напряжение на зажимах генератора U = (0,5 0,6) UН. Увеличивая нагрузку ламповым реостатом, поддерживать напряжение генератора постоянным путём изменения тока возбуждения. Показания амперметров для 5–6 значений нагрузки записать в таблицу 3.

Таблица 3 – Характеристика регулировочная В = f(I) при U = const

IВ, А

I, A

2.5. По данным этих таблиц поcтроить в различных системах координат в масштабе характеристику холостого хода Е0 = f( В), внешнюю U = f(I) и регулировочную IВ = f(I).

2.6. Сформулировать краткие выводы по работе.

3. Контрольные вопросы

3.1. Назовите конструктивные элементы генератора постоянного тока и укажите их назначение.

3.2. На каком законе основан принцип действия генератора? 3.3. Объясните принцип самовозбуждения генератора.

49

3.4. Каковы условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения?

3.5. Как регулируется напряжение на зажимах генератора?

3.6. Что такое реакция якоря и как она влияет на работу генератора? 3.7. Какие существуют способы уменьшения реакции якоря?

Лабораторная работа № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Цель работы: Исследование электрических и механических свойств трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Построение его рабочих и механических характеристик.

1. Схема опыта

Электрическая схема трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором для исследования его электрических и механических характеристик представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Электрическая схема трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

50