УДК 621.313.332

ББК 3261.632.2

Сборник методических указаний к лабораторным работам по

Электрическим машинам.- СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2003.- с.

Библиогр.: назв. Табл. . Ил. .

Сборник содержит методические указания к двенадцати лабораторным работам курса «Электрические машины» включая разделы: трансформаторы, электрические машины переменного тока и электрические машины постоянного тока.

Описанию лабораторных работ предшествует вводная часть сборника, включающая рекомендации по домашней подготовке к выполнению лабораторной работы, сборке схемы опыта, проведению исследования и оформлению отчёта по работе.

Сборник предназначен для студентов, обучающихся на дневном, вечернем и заочном отделении, изучающих курс «Электрические машины». Материалы сборника могут быть использованы при проведении занятий со специалистами транспортных и промышленных предприятий, проходящих повышение квалификации и переподготовку.

Программы исследований, предусмотренные в описании каждой лабораторной работы, могут быть дополнены или изменены по решению преподавателя, ведущего занятия в группе, или с учётом предложений обучающихся.

Подбор лабораторных работ, включенных в сборник, выполнен с таким расчетом, чтобы удовлетворять учебным программам курса различных специальностей. Описание лабораторных работ выполнено применительно к лабораторным стендам, находящимся в лаборатории электрические машины кафедры.

На вводном занятии студенты знакомятся с оборудованием лаборатории, расположением источников питания и проходят инструктаж по технике безопасности на конкретных рабочих местах. Они изучают утвержденные «Правила по технике безопасности при работе в лаборатории электрические машины», сдают зачет и расписываются в журнале, подтверждая, что они знают безопасные приемы работы и обязуются выполнять правила техники безопасности.

© Петербургский государственный

Университет путей сообщения, 2003.

Общие вопросы исследования

электрических машин и трансформаторов.

Подготовка к учебному лабораторному исследованию

(Г.А. Попов)

Предварительная домашняя подготовка

Учебные исследования электрических машин, выполняемые студентами в лаборатории, являются одним из важнейших элементов подготовки инженера-электромеханика или механика. Цели этих исследований заключаются в практическом ознакомлении студентов с основными свойствами электрических машин и трансформаторов, привитии навыков управления машинами и изучении методов испытания, а также оформления отчетной документации по результатам испытаний.

Для достижения целей учебного исследования совершенно необходимо освоение студентом теории данного вида электрической машины или трансформатора, а именно принципа действия, основных электромагнитных процессов и свойств (характеристик) этой машины, а также способов управления ей и вспомогательными устройствами. До начала работы следует заготовить черновик протокола испытаний (один на бригаду), в котором должны быть приведены электрические схемы, таблицы для записи результатов исследования. Все эти материалы приведены в методических указаниях по отдельным работам.

Выбор оборудования для исследования

В основе выбора оборудования лежат номинальные данные исследуемых и вспомогательных электрических машин. Номинальные данные характеризуют работу машины в режиме, для которого она предназначена заводом-изготовителем. Этот режим также называется номинальным. На заводском щитке или в каталоге приводятся номинальные данные – мощность, ток, напряжение, частота, КПД, коэффициент мощности, частота вращения и другие величины в зависимости от типа и назначения машины.

Номинальная мощность для генераторов переменного тока определяется в ВА, как полная электрическая мощность на выводах при номинальном коэффициенте мощности ( ), для генераторов постоянного тока – в Вт, как электрическая мощность на выводах машины, для двигателей постоянного и переменного тока – в Вт, как механическая мощность на валу.

В соответствии с номинальными данными машины подбирают измерительные приборы так, чтобы измеряемые значения величин находились в пределах 20-95% их шкалы.

Используемые приборы и их характеристики записываются в табл. 1. При этом должны быть установлены и зафиксированы цены деления. При различных режимах испытаний могут быть использованы одни и те же приборы, но с разными уставками и ценами делений.

Таблица 1

Таблица используемых приборов

Наименование прибора	Заводской номер	Система прибора	Класс точности	Пределы измерения	Цена деления

При испытаниях используются резисторы для ограничения пускового тока (пусковые), для регулирования токов (регулировочные) и для преобразования электрической энергии в тепло (нагрузочные). Резистор выбирается по предполагаемому значению тока в цепи. Токи возбуждения машин постоянного тока и синхронных машин обычно составляет 1 – 5 % от их номинального тока.

При исследовании трансформаторов и машин переменного тока используются индуктивные катушки. Их индуктивность может регулироваться перемещением ферромагнитного сердечника, причем наибольшее значение индуктивности наблюдается при полностью введенном сердечнике.

Для нагрузки двигателей используется электромагнитный тормоз (тормоз Фуко). Его работа основана на взаимодействии магнитного поля с вихревыми токами, индуктированными в стальном массивном диске при его вращении.

Магнитный поток, создаваемый катушками 5 (рис.1.1), замыкается через сердечник 6, полюсный наконечник 7 и стальной диск 8, насаженный на вал электродвигателя. Момент, возникающий от взаимодействия токов в диске и магнитного поля, противодействует вращению двигателя. Магнитная система допускает некоторый угол поворота и отклоняется в сторону вращения диска. Момент уравновешивается грузом 1, жестко связанным с электромагнитами. Угол отклонения груза, который определяется значением момента, фиксируется стрелкой 3 и шкалой 4, отградуированной в Нм.

Сборка схемы соединений

Все цепи в схеме соединений делятся на две группы-главные (силовые) и вспомогательные. К первой группе относятся цепи якорей машин постоянного тока, цепи обмоток статоров и роторов машин переменного тока и цепи обмоток трансформаторов. Для этих цепей следует выбирать провода относительно большого сечения. Их рекомендуется полностью собрать в первую очередь. Ко второй группе относятся цепи независимого и параллельного возбуждения, вольтметров, параллельных обмоток ваттметров и т.п. Эти цепи можно собирать проводами меньшего сечения.

При сборке необходимо обеспечить надежные контакты, особенно в цепях возбуждения двигателей постоянного тока, исключить возможность соприкосновения проводников с вращающимися частями машин и тормозов.

При обрыве цепи возбуждения двигателя постоянного тока сохраняется только слабый поток остаточного намагничивания. При малой нагрузке или в режиме холостого хода частота вращения двигателя возрастает в несколько раз по сравнению с номинальным значением. Это явление сопровождается многократным увеличением тока в цепи якоря. Такой режим является аварийным и может вызвать повреждения двигателя и измерительных приборов. Двигатель в этом случае должен быть немедленно отключен от сети. Схема должна быть проверена преподавателем или лаборантом. Включение без разрешения преподавателя не допускается.

Пуск электродвигателей

Для приведения в движение исследуемых генераторов в лаборатории используются двигатели постоянного тока параллельного возбуждения или асинхронные двигатели.

Для ограничения пускового тока в цепь якоря двигателя постоянного тока включается пусковой резистор R_пуск (рис. 2). Перед пуском его сопротивление должно быть максимальным. Регулировочный резистор в цепи возбуждения R_В следует поставить на минимум сопротивления (полностью вывести). При этом ток возбуждения и, следовательно, основной магнитный поток и ЭДС в обмотке якоря будут иметь максимальное значение. Это необходимо для получения максимального значения пускового момента при ограниченном значении тока якоря. Пусковой резистор выводится с контролем бросков пускового тока по амперметру. Этот ток не должен превышать номинальное значение более чем в 1,5 – 2 раза. Пусковой резистор рассчитан только на кратковременное включение, поэтому после окончания пуска он должен быть полностью выведен (рукоятка доведена до упора).

После пуска регулированием тока возбуждения устанавливается номинальная частота вращения испытуемой машины. При необходимости изменения направления вращения следует остановить двигатель и поменять местами проводники на зажимах якоря или возбуждения, изменив этим направление тока в одной из обмоток. Для остановки двигателя сначала следует ввести пусковой резистор, а затем выключить рубильник, соединяющий двигатель с сетью.

На некоторых стендах установлены четырехзажимные пусковые устройства (рис. 3). В устройство входят резисторы пусковой R_пуск и вспомогательный R_всп, контактор (К – контакт и К’ – катушка), контакты 1 – 8 , ползунок с маховичком, расположенным на наружной стенке кожуха, контакторы Л₁ и Л₂ для присоединения к питающей линии, Я – для присоединения якоря двигателя и Ш – для присоединения обмотки возбуждения.

В положении 1 ползунка обмотка возбуждения замкнута на сопротивление R_всп , а катушка контактора К’ – накоротко. После перемещения ползунка в положение 3 получает питание катушка К^’, и контактор включается, подавая питание на якорь через полностью выведенный резистор R_пуск и на обмотку возбуждения. Начиная с положения 4 , в цепь катушки К’ включается резистор R_всп. При этом ток в катушке достаточен для сохранения контактора во включенном положении, но недостаточен для его включения. Этим обеспечивается невозможность включения контактора при положении ползунка на всех последующих позициях и, следовательно, безреостатный пуск двигателя, а также минимальная защита двигателя, т.е. невозможность его включения без установки ползунка в положение 1 после снятия и восстановления напряжения. Перемещение ползунка с положения 5 на положение 8 постепенно выводит сопротивление R_пуск .

Пуск асинхронных двигателей выполняется включением обмотки статора на полное напряжение трехфазной сети. Перед пуском двигателя с фазным ротором следует убедиться, что пусковой резистор полностью введен. После включения обмотки статора резистор в цепи ротора должен быть полностью выведен.