2.2. Экспериментальная часть

Исходные данные (оборудование):

• набор конденсаторов с разными емкостями;

• набор резисторов с заданными сопротивлениями R;

• набор источников тока с заданными значениями тока I.

Размеры АД, которые требуются для расчета параметров элементов электрической цепи, необходимо получить у преподавателя или взять из курсового проекта. Для расчета потребуются следующие величины: D_в1, м; D_н1, м; l_с1, м; Z₁; p_п1, м; b_ш1, м; k_з1; S_п1, м²; N_п1; δ_и1, м; l_л1, м; p_л1; δ_ли1, м; δ_зск, м; D_в2, м; D_н2, м; l_с2, м; Z₂; p_п2, м; b_ш2, м; k_з2; S_п2, м²; N_п2; δ_и2, м; l_л2, м; l_к, м; b_к, м; b_щ, м; k_о.

Значение удельных проводимостей, коэффициентов теплоотдачи удельных теплоемкостей при вычислении тепловых сопротивлений и теплоемкостей принять равными: λ_п1 = 390 Вт/(м^.оС); λ_п2 = 390 Вт/(м^.оС); λ_и1 = 1,4 Вт/(м^.оС); λ_и2 = 1,4 Вт/(м^.оС); λ_ли1 = 1,4 Вт/(м^.оС); λ_ли2 = 1,4 Вт/(м^.оС); λ_к = 230 Вт/(м^.оС); λ_щ = 230 Вт/(м^.оС); λ_в = 0,026 Вт/(м^.оС); α_л1 = 100 Вт/(м^2.оС); α_л2 = 115 Вт/(м^2.оС); α_т1 = 100 Вт/(м^2.оС); α_т2 = 150 Вт/(м^2.оС); α_сз = 100 Вт/(м^2.оС); α_рз = 150 Вт/(м^2.оС); α_вк = 100 Вт/(м^2.оС); α_к = 100 Вт/(м^2.оС); α_щ = 100 Вт/(м^2.оС); с_с = 450 Дж/(кг^.оС); с_п1 = 385 Дж/(кг^.оС); с_п2 = 385 Дж/(кг^.оС); с_в = 1000 Дж/(кг^.оС); с_к = 930 Дж/(кг^.оС); с_щ = 930 Дж/(кг^.оС); γ_с = 7870 кг/м³; γ_п1 = 8920 кг/м³; γ_п2 = 8920 кг/м³; γ_к = 2700 кг/м³; γ_щ = 2700 кг/м³.

Задание:

• определить, при каких условиях электрическая схема замещения тепловых процессов АД (рис. 2.3) с заданными размерами подобна тепловой цепи, изображенной на рис. 2.1;

• в среде Simulink построить электрическую цепь, подобную исследуемой тепловой цепи;

• построить осциллограмму процессов нагрева участков АД.

Порядок выполнения работы

1. Получите у преподавателя параметры исследуемого АД и рассчитайте значения параметров тепловой цепи, используя соотношения (2.10) – (2.30).

2. При единичных значениях независимых масштабов m_C = m_R = = m_Q = 1, используя (2.46), рассчитайте величины зависимых масштабов .

3. В среде Simulink постройте схему электрическую замещения тепловой цепи АД (рис. 2.3). В схеме замещения необходимо предусмотреть датчики напряжения, позволяющие фиксировать мгновенное значение потенциала интересующих нас узлов электрической цепи. Для этого один из входов датчика напряжения соединяется с выбранным узлом электрической цепи, а другой вход заземляется. Сигнал с датчика напряжения подается на измерительный прибор (осциллограф), выдающий кривую изменения потенциала во времени φ = f(τ).

4. Модифицируйте измерительные цепи схемы замещения таким образом, чтобы измерительный прибор (осциллограф) фиксировал кривую Θ = f(t) аналогично тому, как это сделано в лабораторной работе № 1. Для этого сигнал φ = f(τ) необходимо подать на усилитель (пропорциональное звено) с коэффициентом усиления 1/m_Θ. Сигнал с этого усилителя численно равен перегреву в соответствующей точке тепловой цепи Θ = f(τ). Для масштабирования по времени используйте таймер, сигнал с которого подается на усилитель с коэффициентом усиления 1/m_t. Масштабированный таким образом сигнал подается на горизонтальную ось двухвходового измерительного прибора, а на вертикальную ось – сигнал Θ = f(τ). В результате прибор будет выдавать сигнал Θ = f(t) в масштабе времени оригинала.

5. Запустите расчетный процесс и зафиксируйте результат (осциллограмму Θ = f(t)) для нескольких участков тепловой цепи, соответствующих воздуху внутри машины, пазовой части обмотки статора, лобовой части обмотки статора, пазовой части обмотки ротора, лобовой части обмотки ротора.

6. В отчете приведите исходные данные, расчет всех масштабов, электрическую схему замещения, выполненную в среде Simulink, а также кривые Θ = f(t) для воздуха внутри машины, пазовой части обмотки статора, лобовой части обмотки статора, пазовой части обмотки ротора, лобовой части обмотке ротора.

7. В выводе ответьте на вопросы:

• Как выглядит электрическая схема замещения участка тепловой цепи?

• Запишите закон Ома для тепловой цепи.

• Каким уравнением описывается динамика участка тепловой цепи?

• Каким уравнением описывается динамика электрической схемы замещения участка тепловой цепи?

• Каким элементом электрической схемы замещения моделируется инертность тепловых процессов?

• При каких условиях электрическая схема замещения становится подобной участку тепловой цепи?

• Из каких соображений выбирается количество независимых и зависимых масштабов подобия в электрической схеме замещения тепловой цепи?

• Из каких соображений выбираются независимые и зависимые масштабы подобия?

8. При устном отчете по работе необходимо знать:

• формулировку первой и второй теорем подобия;

• способ построения тепловой цепи и электрической схемы замещения тепловой цепи;

• способ построения критериев и масштабов подобия на основе анализа уравнений связи;

• способ построения критериев и масштабов подобия на основе анализа размерностей;

• способ определения количества независимых и зависимых масштабов и базисных величин;

• способ задания независимых и расчета зависимых базисных величин и масштабов подобия;

• способ построения уравнений в относительных единицах.

9. При устном отчете по работе необходимо уметь:

• строить тепловые цепи и электрические схемы замещения тепловых цепей электрических машин и аппаратов;

• записывать уравнения физических процессов в относительных единицах;

• формулировать критерии подобия на основе анализа уравнений связи и на основе анализа размерностей;

• по заданным изоморфным уравнениям записывать систему условий подобия, построенных из масштабных коэффициентов, определять количество независимых и зависимых масштабов и базисных величин, записывать выражения для расчета зависимых масштабов и базисных величин.