Методичка элетротехника 2013

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5.Создайте неравномерную нагрузку в четырехпроводной цепи, причем установите такие сопротивления фаз приемника, при которых токи в фазах будут равны токам в расчетном задании (табл. 4.2). Измерьте все величины, указанные в табл. 4.3 и запишите результаты измерений.

6.Не изменяя сопротивлений фаз приемника, измерьте те же величины в трехпроводной цепи.

7.По указанию преподавателя установите равномерную нагрузку в четырехпроводной цепи, выполните измерения при обрыве одной из фаз приемника и результаты измерений запишите в табл. 4.3.

8.По результатам измерений, вычислите и запишите в табл. 4.4 все величины, указанные в ней.

9.Постройте векторные диаграммы напряжений и токов для всех исследованных режимов, как показано в п. 4.2.4.

10.Запишите основные технические данные приборов.

11.В выводах по работе проведите сравнение теоретических и опытных соотношений между фазными и линейными напряжениями, расчетных и опытных значений IN, значений мощностей, полученных расчетом и путем измерения; значений мощностей, полученных разными методами

ч. 2. «Исследование трехфазной цепи при соединении приемников треугольником»

1.На основании задания произведите все необходимые расчеты,

ирезультаты расчета запишите в табл. 4.6.

2.Соберите трехфазную цепь при соединении приемников треугольником в соответствии с электрической схемой, приведенной на рис. 4.5.

3.Установите равномерную нагрузку и выполните измерения всех величин, как указано в п. 4.3.3.. Результаты измерений запишите в табл. 4.7.

4.Создайте неравномерную нагрузку, причем установите такие сопротивления фаз приемника, при которых токи в фазах будут равны токам, полученным в расчетном задании (табл. 4.6). Измерьте все величины и результаты запишите в табл. 4.7.

63

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5.По указанию преподавателя осуществите обрыв одной из фаз приемника, измерьте все величины и результаты запишите в табл. 4.7.

6.По результатам измерений, вычислите и запишите все величины, указанные в табл. 4.8.

7.Постройте векторные диаграммы напряжений и токов для всех исследованных режимов, пользуясь рекомендациями, приведен-

ными в п. 4.3.4.

8.Запишите основные технические данные приборов.

9.В выводах по работе проведите сравнение теоретических и опытных соотношений между фазными и линейными токами, значений мощностей, полученных расчетом и путем измерения; значений мощностей, полученных разными методами расчета.

4.5.Контрольные вопросы

1.Как соединить однофазные приемники звездой (треугольником)?

2.Как сделать четырехпроводную или трехпроводную трехфазную цепь?

3.Покажите точки цепи, между которыми следует измерять напряжение UN.

4.Какие напряжения называют фазными и линейными и как их измерить?

5.Какую нагрузку в трехфазной цепи называют равномерной (неравномерной)? Как создать равномерную (неравномерную) нагрузку?

6.Каково назначение нейтрального провода?

7.При каких условиях применим метод двух ваттметров при измерении мощности трехфазного приемника? Для чего предназначены переключатели S2 и S3?

8.Для измерения каких токов (линейных или фазных) при соединении приемников треугольником следует взять амперметры с большим пределом измерения?

64

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Работа 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА

ПОСТОЯННОГО ТОКА

5.1. ВВЕДЕНИЕ

Цель работы — ознакомление с устройством и принципом действия генератора постоянного тока (ГПТ), приобретение практических навыков в сборке электрических цепей, опытном исследовании и построении основных характеристик генератора, а также экспериментальное подтверждение теоретических знаний о ГПТ.

Работа ГПТ в установившихся режимах определяется уравнением

где U — напряжение генератора; Ея — электродвижущая сила якоря; Iя — ток якоря;

Rя — сопротивление цепи якоря, в дальнейшем — сопротивление якоря. В свою очередь

где сЕ — коэффициент, значение которого зависит от конструкции ГПТ; n — частота вращения якоря; Ф — магнитный поток..

В лаборатории проводят испытания ГПТ параллельного возбуждения. Для испытаний собирают электрическую цепь в соответствии со схемой, изображенной на рис. 5.1, где Д1 и Д2 — выводы обмотки якоря, а Ш1 и Ш2 — выводы параллельной обмотки возбуждения генератора. Номинальные данные генератора приведены на стенде. Номинальный ток возбуждения, как правило, не указывается. Обычно он составляет 3...5 % от номинального тока ГПТ.

Нагрузкой ГПТ являются резисторы R2 и R3. Ротор (якорь генератора) приводят во вращение асинхронным или синхронным двигателем. Электрические цепи двигателей собраны на стенде заранее. Пуск и остановку первичного двигателя производит преподаватель или

65

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

студент по его указанию. Частоту вращения n якоря измеряют цифровым тахометром типа ЦАТ–ЗМ.

При испытании генератора частота вращения должна быть постоянной. При использовании асинхронного двигателя в качестве первичного незначительным изменением частоты вращения можно пренебречь, так как оно не превышает двух процентов.

5.2. ПРОЦЕСС САМОВОЗБУЖДЕНИЯ ГПТ

Для возбуждения генератора параллельного возбуждения необходимо выполнение трех условий:

1) наличие остаточного магнитного потока Фост, который при вращении якоря генератора индуцирует в его обмотке остаточную ЭДС

Еост;

2)ток возбуждения IB генератора, обусловленный ЭДС Еост, должен создавать такой магнитный поток Ф0, чтобы результирующий магнитный поток Ф = Ф0 + Фoст увеличивался;

3)сопротивление цепи возбуждения ГПТ, равное сумме сопротивлений обмотки возбуждения RB, обмотки якоря Rя и регулировочного реостата R1, должно быть меньше некоторого критического зна-

чения Rкр: RВ + Rя + R1 < RKP.

66

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Возбуждение генератора проводят на холостом ходу (нагрузка отключена). Частота вращения якоря генератора должна быть номинальной или близка к ней. Выполнение условий возбуждения проверяют по показанию вольтметра, подключенному к якорю генератора. Если при разомкнутой цепи возбуждения напряжение на зажимах генератора окажется равным нескольким вольтам, то это свидетельствует о том, что первое условие возбуждения выполнено.

Для проверки второго условия самовозбуждения устанавливают сопротивление реостата R1 равным нулю и наблюдают за изменением напряжения на зажимах генератора в момент включения выключателя S6. Если второе условие возбуждения выполняется, то напряжение генератора должно увеличиться до значения, близкого к Uном, так как при R1 = 0 и исправной цепи возбуждения третье условие возбуждения заведомо выполняется.

Если при включении выключателя S6 напряжение генератора уменьшается, то это означает, что второе условие возбуждения не выполняется. Чтобы возбудить генератор в этом случае, нужно остановить двигатель и изменить направление тока в обмотке возбуждения ГПТ.

5.3. СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРА

Основными характеристиками ГПТ являются характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения гене-

ратора от тока возбуждения при отсутствии нагрузки и постоянной частоте вращения, т. е.,

U0 = f(Iв) при n = const и I = 0.

Так как в режиме холостого хода напряжение на зажимах генератора равно ЭДС якоря (U 0 = Ея) , то зависимость U0 = f(Iв) эквивалентна зависимости Ея = f(Iв). Характеристика холостого хода представлена на рис. 5.2. Она имеет вид кривой намагничивания машины Ф = f(Iв), так как при n = const можно записать, что:

67

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

U0 = Eя = сЕnФ = сE Ф,

следовательно, значение ЭДС, и, следовательно, напряжение U0 пропорциональны магнитному потоку.

1.2 U

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

IВ*

Рис. 5.2. Характеристика холостого хода

Зависимость U0 = f ( I в ) не является однозначной вследствие гистерезиса. При одном и том же токе IВ возбуждения значение U0 зависит от того, получено оно при увеличении или при уменьшении тока возбуждения. Поэтому при экспериментальном определении характеристики снимают восходящую (при увеличении тока возбуждения) и нисходящую (при уменьшении тока возбуждения) ветви. Результаты измерений напряжения генератора и тока возбуждения записывают в табл. 5.1

Перед снятием характеристики устанавливают максимальное сопротивление реостата R1 в цепи возбуждения. Сначала снимают восходящую ветвь характеристики, изменяя ток возбуждения от Iв = 0 (выключатель S6 выключен) до наибольшего значения при R1 = 0. Затем снимают нисходящую ветвь характеристики, уменьшая ток Iв возбуждения до нуля (S6 выключен). На каждой ветви необходимо получить 6...8 точек через примерно равные интервалы тока Iв.

68

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 5.1

Характеристика холостого хода генератора

при n =..……об./мин. = const; I = 0

Изменять ток возбуждения следует обязательно монотонно, т. е., снимая восходящую ветвь характеристики, ток возбуждения следует только увеличивать, а при снятии нисходящей ветви — только уменьшать.

При снятии нисходящей ветви нужно обязательно зафиксировать такое значение тока возбуждения Iв0, при котором напряжение генератора будет равно номинальному значению Uном. Относительные значения напряжения U0* и тока возбуждения Iв* вычисляют при этом по формулам:

U0* = U0/Uном и Iв* = Iв/Iв0.

Результаты вычислений также записывают в табл. 5.1.

По данным табл. 5.1 строят характеристику холостого хода (см. рис. 5.2).

Внешняя характеристика ГПТ — это зависимость напряжения

U генератора от тока нагрузки I при постоянной частоте вращения и неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U = f(I) при n = const и R1 = const. При этом считают, что ток нагрузки примерно равен току якоря, т. е., I = Iя – Iв Iя, так как ток возбуждения много

69

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

меньше тока якоря. Внешняя характеристика ГПТ параллельного возбуждения имеет вид, показанный на рис. 5.3.

Причины изменения напряжения генератора можно объяснить, анализируя уравнения (5.1) и (5.2).

Так, при увеличении тока нагрузки:

1.Увеличивается падение напряжения на обмотке якоря IяRя. IRя, что приводит к снижению напряжения на зажимах генератора.

2.Уменьшается ЭДС якоря Ея = сЕnФ (следовательно, и напряжение генератора), вследствие уменьшения результирующего магнитного потока Ф, обусловленного:

- размагничивающим действием реакции якоря;

напряжения на зажимах якоря.

Внешнюю характеристику генератора можно снимать как при увеличении нагрузки от холостого хода до номинальной, так и при снижении нагрузки от номинальной до холостого хода. Поскольку на лабораторных стендах не всегда удается нагрузку генератора довести до номинальной, поэтому рекомендуется снимать внешнюю характеристику при снижении нагрузки от значения, которое можно получить на стенде.

70

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Опыт по определению внешней характеристики рекомендуется проводить в следующей последовательности.

В режиме холостого хода, изменяя ток возбуждения, устанавливают напряжение генератора, равное номинальному (U = Uном). Перед включением нагрузки убеждаются в том, что сопротивление нагрузочного реостата R2 максимально. Затем подключают нагрузочный реостат к зажимам якоря ГПТ (включают контактор КМ1) и постепенно уменьшают сопротивление реостата R2 до минимального значения, одновременно увеличивая ток возбуждения до Iвмакс, что соответствует сопротивлению R1 = 0. Таким образом увеличивают нагрузку генератора до наибольшего значения, которое можно получить на стенде, как правило, не превышающего номинальной. При этом измеряют и записывают в табл. 5.2 ток нагрузки I = Iмакс (Iмакс ≤ Iном), ток возбуждения Iв и напряжение Uмин генератора (Uмин ≤ Uном). Эти значения тока и напряжения соответствуют первой точке характеристики и являются базисными при представлении внешней характеристики в относительных единицах (рис. 5.3)

Затем, не изменяя сопротивления реостата R1, снимают 5…6 точек характеристики, снижая нагрузку генератора до холостого хода, когда контактор КМ1 отключен и I = 0. При этом измеряют токи I и Iв, напряжение U генератора. Результаты измерений записывают в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Внешняя характеристика генератора при n = ……об/мин = const; R1 = const

71

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

По данным табл. 5.2 строят внешнюю характеристику генератора в относительных единицах, как показано на рис. 5.3, и определяют изменение напряжения u

u U0 Uмин 100% ,

Uмин

или в относительных единицах u* = U0* – 1, где U0 напряжение генератора при холостом ходе (I = 0), U0* = U0 / Uмин — относительное значение напряжения холостого хода. Изменение напряжения ГПТ параллельного возбуждения при номинальной нагрузке составля-

ет u = 10…20 %.

Регулировочная характеристика ГПТ показы-

вает, как следует изменять ток возбуждения Iв при изменении тока нагрузки I, чтобы при неизменной ча-

стоте вращения напряжение генератора оставалось постоянным. Формально регулировочную характеристику выражают графи-

ческой зависимостью Iв = f(I) при n = const и U = const, вид которой показан на рис. 5.4.

Экспериментально регулировочную характеристику снимают при увеличении тока нагрузки от нуля до наибольшего значения. Значение регулируемого напряжения выбирают по результатам снятия внешней характеристики ГПТ или по указанию преподавателя. Результаты измерений записывают в табл. 5.3.

При расчете измеренных величин в относительных единицах в качестве базисных принимают ток Iмах генератора и ток возбуждения Iв0 (при токе I = 0):

I* = I / Iмах, Iв* = Iв / Iв0.

72