Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электромеханические системы. Учебно-методическое пособие
.pdf
1.2 Опыт холостого хода
Опыт холостого хода проводится при номинальном напряжении
первичной обмотки и разомкнутой вторичной обмотке трансформатора.
Схема для проведения опыта холостого хода представлена на рисунке 1.7.
Рисунок 1.7 – Схема проведения опыта холостого хода
Первичная обмотка трансформатора подключена через модуль МИМ и
датчик тока к выходам ~ U модуля автотрансформатора, который
запитывается от модуля питания.
К выходам вторичной обмотки трансформатора подключен датчик
напряжения.
Выходы датчиков тока и напряжения соединяются со входами А1 и А2
модуля ввода/вывода.
Опыт проводится в следующем порядке:
включить последовательно автоматические выключатели QF1
модуля питания стенда и QF2 модуля питания;
включить кнопку «Сеть» модуля МИМ.
31
перевести переключатель SA1 модуля автотрансформатора
переводится в верхнее положение и рукояткой устанавливается
выходное ~ 220В.
необходимые данные заносятся в таблицу 1.2
Таблица 1.2
После проведения опыта необходимо отключить автоматы QF1, QF2 и
установить модули в исходное состояние.
Расчетные данные.
Коэффициент трансформации трансформатора
.
Полное, активное и индуктивное сопротивления намагничивающего
контура «Т» - образной схемы замещения трансформатора в Ом определяется:
Коэффициент мощности при опыте холостого хода трансформатора
равен:
Ток холостого хода трансформатора в долях номинального тока
первичной обмотки трансформатора рассчитывается так:
где – номинальный ток первичной обмотки трансформатора в А,
равный:
32
1.3 Внешние характеристики трансформатора
Внешние характеристики представляют собой зависимости вторичного
напряжения трансформатора от коэффициента нагрузки U2=f(
) при
U1=U1Н=const; сosφ2=const. Для снятия данных характеристик собирается
схема, показанная на рисунке 1.8.
Рисунок 1.8 – Схема для снятия внешней характеристики трансформатора
Однофазный трансформатор подключается к выходам ~220В модуля
питания. Для создания нагрузки во вторичную цепь трансформатора
включается регулируемое сопротивление RP2. Контроль параметров в
первичной обмотке осуществляется с помощью датчиков тока и напряжения
силового модуля (СМ).
Выходы датчиков тока и напряжения соединяются с входами A1 и A2
модуля ввода/вывода.
Параметры вторичной цепи контролируются с помощью модуля МИМ.
Сопротивление RР2 модуля однофазного трансформатора
устанавливают переключателем SА2 в положение «∞», что соответствует
режиму холостого хода трансформатора.
Опыт проводится в следующем порядке.
33
Н2
Н
U
S
Данные опыта
Расчетные данные
U1, В
I1, A
I2, А
U2, В
Kнг
Н2
2
I
I
Последовательным включением автоматических выключателей QF1,
QF2 подать напряжение ~220В на трансформатор.
Изменением положения переключателя SA2 (ОдТр) изменять ток
вторичной обмотки до значения
I2Н =
(Приложение 1)
Данные опыта заносят в таблицу 1.3.
Таблица 1.3
После проведения опыта вернуть модули в исходное состояние,
отключить автоматы QF2, QF1.
По расчетным данным можно построить внешнюю характеристику
трансформатора и зависимость КПД трансформатора от коэффициента
нагрузки:
К
НГ
=
.
Расчетное значение вторичного напряжения U2 при нагрузке в
зависимости от коэффициента нагрузки находят из выражения:
где U
– напряжение вторичной обмотки трансформатора на холостом
20
ходу (принимается из опытных данных), В
Активная составляющая напряжения короткого замыкания UКА%
равна:
34
0
75К
2
Н1
rI
%100
РКРcosSК
РКP
1
0
0
75.Н.К
2
НГН02ННГ
75.Н.К
2
НГН0
1.4 Расчет коэффициента полезного действия трансформатора
Коэффициент полезного действия трансформатора определяют только
расчетным путем
η = ,
где Р
– потери холостого хода при номинальном напряжении
0Н
первичной обмотки трансформатора, Вт;
Р
К.Н.75
приведенные к температуре 75
– потери короткого замыкания при номинальном токе,
0
С, Вт
Р
К.Н.75
=
Контрольные вопросы
1. Почему ток холостого хода трансформатора очень мал и составляет
несколько процентов от номинального тока?
2. Как объяснить, что при опыте короткого замыкания I1К ≈ I`2К?
3. Чем объяснить, что КПД трансформатора, как правило, определяют
расчетным способом?
Требование к отчету
.
Отчет должен содержать:
1) наименование и цель работы;
2) расчет всех параметров схемы замещения трансформатора
по данным опытов холостого хода и короткого
замыкания;
3) таблицы экспериментальных данных и внешние характеристики
трансформатора
35
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
НЕЗАВИСИМОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Цель работы
Исследование рабочих свойств генераторов постоянного тока.
Основные теоретические сведения
Генераторы постоянного тока являются источниками постоянного тока, в
которых осуществляется преобразование механической энергии в
электрическую. Якорь генератора приводится во
вращение каким-либо двигателем, в качестве которого могут быть
использованы электрические двигатели, двигатели внутреннего
сгорания и т. д.
Генераторы находят применение в тех отраслях промышленности, где по
условиям производства необходим или является предпочтительным
постоянный ток (металлургические и электролизные
предприятия, транспорт и др.).
В последнее время в связи с развитием полупроводниковой
техники для получения постоянного тока часто используют выпрямительные
установки, но, несмотря на это, генераторы продолжают
находить широкое применение.
Классификация генераторов постоянного тока производится по
способу их возбуждения. Они подразделяются на генераторы с независимым
возбуждением и с самовозбуждением.
Генератор постоянного тока независимого возбуждения выполняется с
электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением.
В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения,
располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику
питания. Ток цепи возбуждения может изменяться в широких пределах.
Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, невелика и в номинальном
режиме составляет 1 –5% номинальной мощности, снимаемой с якоря
генератора. Обычно процентное значение мощности возбуждения
уменьшается с возрастанием номинальной мощности машины.
Магнитоэлектрические генераторы возбуждаются постоянными
магнитами, из которых изготовляются полюсы машины. С таким
видом возбуждения выполняются генераторы относительно небольшой
мощности, которые применяются в специальных случаях.
36
Недостатком генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением
является трудность регулирования напряжения.
В настоящее время электромашиностроительные заводы изготовляют
электрические машины постоянного тока, предназначенные для работы в
самых различных отраслях промышленности, поэтому отдельные узлы этих
машин могут иметь разную конструкцию, но общая конструктивная схема
машин одинакова. Неподвижная часть машины постоянного тока называется
статором, вращающаяся часть – якорем.
В машине постоянного тока обмотка якоря расположена на роторе, а
обмотка возбуждения – на статоре. Машина постоянного тока имеет на якоре
коллектор, а на статоре помимо главных полюсов с обмоткой возбуждения –
добавочные полюсы, которые служат для уменьшения искрения под щетками.
На рис. 2.1 изображена упрощенная модель такого генератора:
между полюсами N и S постоянного магнита находится вращающаяся часть
генератора – якорь, вал которого посредством шкива и
ременной передачи механически связан с приводным двигателем
(на рисунке не показан) – источником механической энергии. В
двух продольных пазах на сердечнике якоря расположена обмотка
в виде одного витка abсd, концы которого присоединены к двум
медным изолированным друг от друга полукольцам, образующим
простейший коллектор. Щетки А и В осуществляют скользящий
контакт с коллектором и связывают генератор с внешней цепью
(нагрузка сопротивлением R).
Рисунок 2.1 – Упрощенная модель коллекторной машины
37
В процессе работы генератора якорь вращается и виток abсd занимает
разное пространственное положение, поэтому в обмотке
якоря наводится переменная ЭДС. Если бы в машине не было кол-
лектора, то ток во внешней цепи (в нагрузке R) был бы переменным, но
посредством коллектора и щеток переменный ток обмотки
якоря преобразуется в пульсирующий ток во внешней цепи генератора, т. е.
ток, неизменный по направлению. При положении витка
якоря ток во внешней цепи (в нагрузке) направлен от щетки А к
щетке В; следовательно, щетка А является положительной, а щетка
В – отрицательной. После поворота якоря на 180° направление тока
в витке якоря изменится на обратное, однако полярность щеток, а
следовательно, и направление тока во внешней цепи (в нагрузке)
останутся неизменными. Объясняется это тем, что в тот момент,
когда ток в витке якоря меняет свое направление, происходит смена
коллекторных пластин под щетками. Таким образом, под щеткой А всегда
находится пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным магнитным полюсом, а под щеткой В –
пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом.
Благодаря этому полярность щеток генератора остается неизменной
независимо от положения витка якоря. Что же касается пульсаций тока во
внешней цепи, то они намного ослабляются при увеличении числа витков в
обмотке якоря при их равномерном распределении по поверхности якоря и соответствующем
увеличении числа пластин в коллекторе.
Таким образом, назначение коллектора и щеток в двигателе постоянного
тока – изменять направление тока в проводниках обмотки якоря при их
переходе из зоны магнитного полюса одной полярности в зону полюса другой
полярности.
На якорь, по обмотке которого проходит ток Iа, действует
электромагнитный момент:
где См – коэффициент, зависящий от конструктивных параметров машины;
Ф – магнитный поток
При работе машины в генераторном режиме электромагнитный момент
является тормозным.
Основные соотношения, характеризующие работу машины в
качестве генератора, можно представить в виде приведенных ниже
уравнений. Эти уравнения справедливы для всех генераторов независимо от
способа их возбуждения.
38
Напряжение на выводах генератора всегда будет меньше наводимой в
обмотке якоря ЭДС Е на значение падения напряжения:
(2.1)
Падение напряжения в цепи якоря состоит из двух составляющих: Iа ∑rа – падения напряжения в обмотках, ∆Uщ – падения
напряжения в щеточном контакте. Сопротивление ∑rа включает
в себя сопротивления обмотки якоря и всех последовательно соединенных с
ней обмоток. В общем случае:
где rа, rд, rс, rк – сопротивления обмоток: якоря, дополнительных полюсов,
последовательной и компенсационной.
В зависимости от конкретной схемы генератора часть сопротивлений в
∑rа будет отсутствовать.
Для приближенных расчетов уравнение (2.1) можно упростить:
где
Переходное сопротивление щеточного контакта r
приближенно
щ
принимается постоянным и равным:
Ток якоря генератора Ia обусловлен ЭДС Е и всегда имеет с ней
одинаковое направление:
Уравнение баланса мощности получим, если правую и левую
часть (2.1) умножим на ток Iа:
39
Произведение Е • Iа = Рэм называется электромагнитной мощностью и
представляет собой полную электрическую мощность, которая получается в
результате преобразования механической мощности. Часть этой мощности
расходуется в цепи якоря на электрические потери в обмотках:
и в переходном сопротивлении щеточного контакта:
Остальная часть мощности, равная произведению U • Iа = P2 , является
отдаваемой мощностью генератора.
В генераторах параллельного и смешанного возбуждения полезная
мощность P2, отдаваемая в сеть, будет меньше на значение мощности,
затрачиваемой на возбуждение:
От двигателя, приводящего во вращение якорь генератора, подводится
механическая мощность P
. Большая часть этой мощности преобразуется в
1
электрическую Рэм, а другая ее часть расходуется в
генераторе на покрытие механических потерь Рмх (трение в подшипниках,
вентиляцию), магнитных потерь в якоре Рм и добавочных потерь Рд:
(2.2)
Разделив правую и левую части уравнения (2.2) на угловую
скорость якоря, получим уравнение момента:
или:
Электромагнитный момент Мэм в генераторе направлен против
вращения якоря и равен:
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]