Електротехніка та електроніка

Теоретичні відомості

Трансформатор – це статичний апарат, призначений для зміни величини напруги та струму одного рівня в інший при цьому частота залишається постійною. Трансформатор працює тільки на змінному струмі. Принцип дії трансформатора засновано на законі електромагнітної індукції, який визначає умови створення електрорушійної сили в котушці:

dt

де w - кількість витків котушки,

dФ - швидкість зміни магнітного потоку, що змінюється з часом.

dt

Діюче значення е.р.с. за законом електромагнітної індукції при магнітному потоці синусоїдальної форми становить

E1 4.44 w1 fФm, E2 4.44 w2 fФm, (4.2)

де Е1 – електрорушійна сила самоіндукції першої котушки, Е2 – електрорушійна сила взаємоіндукції другої котушки.

Між котушками трансформатора існує електромагнітний зв’язок, який встановлюється рівнянням магніторушійних (намагнічуючих) сил:

трансформатора визначають як співвідношення абсолютної різниці напругиU U20 U2 до напруги трансформатора в режимі холостого ходу U20

Розрахунок досліду холостого ходу

З досліду холостого ходу трансформатора (табл.4.2) визначають

Величину опору R1 , R2 визначають за дослідом короткого замикання, або за паспортними значеннями трансформатора.

Кут магнітного запізнення δ визначають

Розрахунок для побудови векторної діаграми

Для побудови векторної діаграми трансформатора використовують два рівняння, складені за другим законом Кірхгофа для первинної та вторинної котушок та рівняння (1.4) взаємодії їх струмів:

Для побудови векторної діаграми розраховують падіння напруги на активних та реактивних опорах котушок трансформатора. Векторну діаграму будують для номінального струму навантаження трансформатора. Приклад побудованої векторної діаграми наведений на рис.4.2.

22

Рис. 4.2. Векторна діаграма навантаженого трансформатора

Контрольні питання для самоперевірки

1.Який закон покладений в основу дії трансформатора?

2.Яке призначення трансформатора?

3.Що показує коефіцієнт трансформації і як він визначається?

4.За рахунок чого в трансформаторі змінюється напруга, струм, опір?

5.Як та для чого виконується дослід холостого ходу трансформатора?

6.Пояснити причини втрати потужності в трансформаторі та як вони вимірюються?

7.Як та для чого виконується дослід короткого замикання трансформатора?

8.Який взаємозв’язок між первинним та вторинним струмами в трансформаторі?

9.Як та чому в трансформаторі змінюється вторинна напруга під навантаженням?

10.Як визначається кут магнітного запізнення δ трансформатора?

11.Як розраховуються зведені параметри трансформатора U2;I2;Z2 ?

12.Як будується векторна діаграма трансформатора під навантаженням?

13.Який вид мають робочі характеристики трансформатора: f (P2);

cos 1 f (P2 ); U2 f (P2); I1 f (P2 )?

14. Чому при зміні навантаження змінюється коефіцієнт корисної дії трансформатора?

23

Лабораторна робота № 5

Дослідження трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором

Мета роботи – Ознайомитись з властивостями асинхронного двигуна. Навчитися визначати залежності ковзання, обертового моменту, споживаної потужності від навантаження та будувати графіки характеристик.

Порядок виконання роботи

1.Ознайомитись з паспортними даними електричних машин лабораторного стенду (рис. 5.1) на робочому місці та записати їх значення до табл. 5.1.

Таблиця 5.1

2.Визначити на робочому місці розташування вимикачів, які подають на схему напруги змінного та постійного струмів. Визначити розташування вимірювальних приладів та визначити їх ціну поділки з урахуванням граничних значень.

3.Виконати дослід холостого ходу (х.х.) АД. Дані вимірів занести до табл.5.2. За даними вимірів розрахувати підведену до АД потужність Р10 , ковзання у відсотках, коефіцієнт потужності cosφ10, втрати потужності Р0.

Виміряти частоту обертів валу АД стробоскопічним тахометром, перевести величину в кількість обертів за секунду і записати її в табл.5.2.

Порядок проведення досліду:

- Встановити на вимірювальних пристроях необхідні межі вимірювань

подачі напруги на схему керування.

Натиснути на кнопку «Пуск», після чого ротор двигуна почне обертатися. Звернути увагу на відхилення стрілок вимірювальних пристроїв під час розгону АД. Навантаження на валу відсутнє, що відповідає холостому ходу АД.

24

Виміряти частоту обертання валу АД стробоскопічним тахометром і записати її в табл. 5.2.

- Показники приладів і ціну їх поділок записати в табл. 5.2 і показати їх викладачу для перевірки. Звернути увагу на знаки полярності ватметрів, що вимірюють потужність у колі статора АД.

Рис.5.1. Електрична схема для випробовування АД:

АД – асинхронний двигун ГПС – генератор постійного струму ОЗГ – обмотка збудження ПВ – пакетний вимикач П - запобіжник Л – магнітний пускач

RÇÃ - регулюючий реостат в ланцюзі ОЗГ СТ – стробоскопічний тахометр

T5 T9 - вимикачі навантаження ГПС

R6 R9 - реостати навантаження ГПС

4.Виконати дослідження АД при зміні навантаження.

-Подати напругу постійного струму на обмотку збудження (ОЗГ) генератора навантаження.

-Реостатом RЗГ у колі ОЗГ встановити номінальну напругу на якорі

генератора згідно даним табл. 5.1.

25

- Встановити різні значення навантаження генератора в напрямку його збільшення і зростання струму у колі Iß (включити по черзі вимикачі Q5 Q9 ). Для кожного нового навантаження визначити показники вимірювальних приладів, їх ціни поділок і записати в табл. 5.2. Дані вимірювань показати викладачу для контролю.

Розрахувати величини: Р1, N2, М, S, cosφ1, η. За даними вимірів і розрахунків в одній сітці координат побудувати залежності n2 = f(N2), S = f(N2), M = f(N2), I1 = f(N2), cosφ1=f(N2), η = f(N2).

Таблиця 5.2

- Відключити АД від мережі, для чого натиснути кнопку «Стоп» і виключити пакетний вимикач (Q).

Зробити висновки по роботі.

Теоретичні відомості

Асинхронний двигун (АД) – це електрична машина, яка призначена для перетворення електричної енергії трифазного струму в механічну. В основу роботи асинхронного двигуна покладений закон Ампера, який визначає умови створення електромагнітної сили. Закон Ампера визначається

де F – електромагнітна сила,

l – довжина провідника в магнітному полі,

В– магнітна індукція,

α– кут між напрямом провідника зі струмом і магнітною індукцією. Асинхронний двигун складається з двох частин. Нерухому частину

називають статором. В пази статора закладається трифазна обмотка. Рухому частину називають ротором. В пази ротора закладається обмотка. Обмотка ротора буває короткозамкненою та фазною. Короткозамкнена обмотка виконується у вигляді білячої клітки.

26

Для дослідження АД під навантаженням застосовується генератор постійного струму. Вал АД та генератора з’єднані механічною муфтою. При зміні навантаження генератора одночасно змінюється завантаження АД. Генератор створює штучне навантаження асинхронному двигуну. За результатами вимірів визначають потужність, яку споживає АД:

P1 PWI PW2 ,

де PW1 та PW2 - потужність, яку вимірюють ватметрами схеми (рис. 5.1).

Коефіцієнт потужності розраховується за формулою

Ковзання АД визначає відносну швидкість ротора по відношенню до швидкості магнітного поля статора:

Швидкість валу двигуна менша за швидкість магнітного поля статора.

де n1 – вимірюється в [об/с], f0 – частота струму статора, стандартне промислове значення частоти струму становить: f0 = 50 Гц;

або

де Рем - електромагнітна потужність, S – ковзання.

Електромагнітна потужність – це потужність, яка передається від статора, через повітряний проміжок, до ротора.

В досліді холостого ходу АД вимірюється потужність усіх втрат. При роботі двигуна з навантаженням збільшується потужність, яку він споживає. Величину збільшення потужності визначають

27

де Р – збільшення потужності, Р1 – потужність в досліді під навантаженням,

Р10 - потужність в досліді холостого ходу.

При незначній зміні струму статора будемо вважати, що втрати

Розрахувавши корисну потужність Р2 на валу АД за результатами вимірів та розрахунків будуємо робочі характеристики: (S, cosφ1, I1 , P1,M) =f(Р2).

Контрольні питання для самоперевірки

1.Який закон покладений в основу роботи асинхронного двигуна?

2.Який устрій та принцип дії АД?

3.Які втрати потужності в АД?

4.Як визначається ковзання?

5.Як визначається частота обертання магнітного поля статора?

6.Як визначається частота обертання ротора?

7.Як визначається частота струму ротора?

8.Які робочі характеристики АД?

9.Який вид має механічна характеристика АД та яка її властивість?

10.Що таке електромагнітна потужність та як її розрахувати?

11.Як визначається потужність на ваду АД?

12.Як визначається обертовий момент на валу АД?

13.Чому та в скільки разів пусковий струм більше за номінальний?

14.Що таке перевантажувальна здібність АД та як вона визначається?

15.Яка кратність пускового моменту АД та як вона визначається?

16.Пояснити переваги та недоліки АД.

28

Лабораторна робота № 6

Дослідження фотоелементів та фотореле

Мета роботи – Вивчити конструкцію, принцип роботи і характеристики різних фотоелектричних приладів, ознайомитись зі схемою фотореле.

Вказівки до виконання роботи

1.Перед виконанням роботи необхідно уважно ознайомитися з лабораторним стендом, з'ясувати призначення перемикачів, визначити, де знаходяться досліджувані прилади на схемі, відкрити вікно в стенді і розгледіти прилади, встановлені за світлочутливим екраном.

2.Встановити ручки регулювальників напруги на стенді в крайнє ліве положення. Включити тумблери вибору світлового потоку F1 , F2 в нейтральне положення. Підключити шнур живлення в розетку з напругою 220В.

3.Включити стенд тумблером "МЕРЕЖА" ; при цьому спалахує сигнальна лампочка.

4.Схеми зібрати за допомогою відповідних перемикачів (тумблерів). Величина напруги, необхідної для зняття характеристик, встановлюється за допомогою відповідного потенціометра, а світлового потоку - перемикачами, розташованими під вікном з фотоелементами.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати схему дослідження вакуумного фотоелемента СЦВ-3 (рис. 6.1).

Рис.6.1.

двох значень світлового потоку: F1 та F2 . Отримані результати занести в табл.6.1.

3. Побудувати на одному графіку обидві вольтамперні характеристики і розрахувати динамічну чутливість фотоелемента при F1 = 0,3 лм і F2 = 0,6 лм.

4. Зібрати схему дослідження газонаповненого фотоелемента ЦГ-3 (рис. 6.2).

Рис.6.2.

5. Виконати дослідження відповідно до пп. 2 і 3 для газонаповненого фотоелемента (результати занести до таблиці 6.2).

6. Зібрати схему дослідження фоторезистора ФСК-Г1 (рис. 6.3).

Рис.6.3.

7. Зняти вольтамперні характеристики: I f (U) при F const для двох значень світлового потоку: F1 і F2 . Отримані результати занести до таблиці 6.3.

30