Методические указания, лабораторные работы для студентов заочной формы обучения по специальности 140211

Вид материала

Методические указания

Содержание Котеленец Н.Ф. Перед проведением лабораторной работы каждый студент обязан пройти инструктаж по технике безопасности. Студенты, нарушившие правила техники безопасности удаляются из лаборатории. Исследование асинхронных двигателей Исследование генераторов постоянного тока Лабораторная работа №1 Пояснения и указания к работе В – трехфазный выключатель, с помощью которого подается напряжение на собранную схему; ЛАТР1 Показания мультиметра А-В Напряжение линейное В-С А Активная мощность фазы В А Полная мощность фазы В По окончании опыта необходимо отключить схему (выключатель Обработка опытных данных Контрольные вопросы Лабораторная работа №2 Программа работы Пояснения и указания к работе Схема Y/Y Y – трехпроводная. Поэтому в первичную обмотку трансформируются только токи прямой и обратной последовательности I ... Полное содержание

Подобный материал:

• Программа и методические указания по выполнению контрольной работы для студентов заочной, 326.82kb.
• Методические указания к дисциплине и задания к контрольной работе для студентов заочной, 126.92kb.
• Методические указания к дисциплине и темы рефератов для студентов заочной формы обучения, 102.72kb.
• Методические указания для написания курсовой работы по дисциплине «Деньги, кредит,, 162.15kb.
• Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения, 193.46kb.
• Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Оценка недвижимости», 678.32kb.
• Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения, 150.65kb.
• Методические указания для выполнения контрольной работы по дисциплине "Налоговое планирование", 278.39kb.
• Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Маркетинг» для специальности, 226.22kb.
• А. Н. Косыгина Учебно-методический комплекс по специальности 080502 «Экономика и управление, 905.25kb.

Негосударственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский институт энергобезопасности и энергосбережения


Кафедра

Электротехника и Электроника


ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА


Методические указания,

лабораторные работы


для студентов заочной формы

обучения по специальности 140211

«Электроснабжение»


Учебно-методический комплекс

Часть 3


Москва 2008

Электромеханика. Методические указания, лабораторные работы для студентов заочного обучения. - М.: МИЭЭ, 2007, 43 с.

Данные методические указания предназначены для студентов заочного отделения специальности «Электроэнергетика», изучающих дисциплину «Электромеханика». Целью данной работы является оказание помощи студентам при выполнении лабораторных работ по отдельным разделам дисциплины.

В указаниях приведены методики проведения лабораторных работ, краткие теоретические сведения по разделам дисциплины, расчетные формулы, векторные диаграммы и экспериментальные схемы лабораторного стенда. Кроме того, приведены указания по безопасному проведению лабораторных работ.


Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры Электротехники и электроники МИИЭ 12 марта 2007 г.


Автор: к.т.н., доцент Котеленец Н.Ф.

Вычитка и корректура автора.


Формат 60×90 1/16. Тираж ….

Отпечатано в типографии

производственно-торговой фирмы

Московского института энергобезопасности и энергосбережения.


105043, Москва, ул. 4-я Парковая, д. 27,
тел. 965-3790, 652-2412, факс 965-3846.

mieen.ru, e-mail: ptf@mieen.ru


©МИЭЭ, 2008

ПРЕДИСЛОВИЕ


Целью лабораторного практикума по электромеханике является закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях и результате самостоятельной работы, а также приобретение навыков в исследовании электрических машин и трансформаторов. Настоящий лабораторный практикум включает четыре лабораторный работы:

1. Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора.

2. Исследование несимметричной нагрузки трансформатора.

3. Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора.

4. Исследование генератора постоянного тока.

Выполнение каждой лабораторной работы включает в себя следующие этапы:

а) самостоятельная подготовка к работе (знакомство с описанием работы, ее программой, порядком выполнения и подготовкой ответов на все контрольные вопросы, приведенные в описании лабораторной работы);

б) выполнение экспериментальной части работы (сборка схемы для проведения опыта, обязательная проверка собранной схемы преподавателям во избежание выхода из строя экспериментального стенда, проведение самого опыта с занесением его результатов в журнал лабораторных работ); результаты эксперимента предъявляются преподавателю и подписываются им;

в) обработка опытных данных ― проведение необходимых расчетов по результатам эксперимента, построение векторных диаграмм и характеристик (проводится в журнале лабораторных работ);

г) защита лабораторной работы ― принимается преподавателем в объеме контрольных вопросов после выполнения предыдущих этапов.



Внимание!

Приборы и установки, используемые в лабораторных работах, подключены к сети 380 вольт. При подаче питания на стенд на его лицевой панели загорается красная лампа.

Перед проведением лабораторной работы каждый студент обязан пройти инструктаж по технике безопасности.

Помните, что нарушение правил техники безопасности приводит к утрате здоровья и гибели людей.

Студенты, нарушившие правила техники безопасности удаляются из лаборатории.



Введение


Исследование трансформаторов проводится на базе сухих однофазных трансформаторов с расщепленной фазой (имеют две одинаковые обмотки НН) типа ОСМ1-016У3 мощностью 0,16 кВА, U_ВН = 220 В, U_НН = 29 В, I_ВН = 0,8 А, I_НН = 2x2,75 А. На стенде смонтировано три таких трансформатора, что позволяет проводить исследование как однофазных, так и трехфазных схем.

Сердечник трансформатора Ш-образный ленточный. Обмотки ВН имеют маркировку A-X, B-Y, C-Z; а обмотки НН ― a₁-x₁, a₂-x₂, b₁-y₁, b₂-y₂, c₁-z₁, c₂-z₂, соответственно. Обмотки ВН и НН расположены на среднем стержне сердечника.

Для измерения напряжений, токов и мощностей на лабораторном стенде установлены цифровой мультиметр марки UPM305 и тестер марки М838.

Исследование асинхронных двигателей проводится на базе серийного трехфазного 4-полюсного асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора типа 4А56В4У3 с высотой оси вращения 56 мм. Номинальная мощность двигателя Р_н = 180 Вт, напряжение U_н = 220/380 В, номинальный ток I_н = 1,15/0,66 А, номинальная скорость n_н = 1370 об/мин, η_н = 64%, cosφ_н = 0,64.

Для измерения броска тока при прямом пуске асинхронного двигателя предусмотрен амперметр переменного тока; мультиметр в этой работе служит для измерения токов, напряжений и мощностей в цепи статора двигателя при снятии рабочих характеристик. Для контроля тока и напряжения нагрузочного генератора постоянного тока предназначены установленные на стенде вольтметр и амперметр постоянного тока.

Исследование генераторов постоянного тока проводится на базе 2 полюсного генератора малой мощности марки ПЛ-072. Номинальная мощность Р_н = 180 Вт, номинальное напряжение U_н = 220В, η_н = 63%, номинальная скорость n_н = 1500 об/мин. Возбуждение независимое.


Лабораторная работа №1

Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора


Краткие теоретические сведения

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство для преобразования электрической энергии (мощности) одного уровня напряжения и тока в электрическую энергию (мощность) другого уровня напряжения и тока.

Принцип работы трансформатора основан на законе электромагнитной индукции, открытом М.Фарадеем в 1831 году, согласно которому любое изменение потокосцепление контура (катушки) вызывает появление в ней ЭДС, пропорциональной скорости изменения потокосцепления.

Математическое выражение этого закона имеет вид

e = dψ/dt, (1.1)

где ψ – потокосцепление обмотки, Вб; t – время, с; e – наводимая в обмотке ЭДС, В.

Эта ЭДС направлена так, что вызванный ею ток препятствует изменению потокосцепления (правило Ленца). Поэтому уравнение (1.1) записывается в виде

e = – dψ/dt. (1.2)

При синусоидальном изменении потокосцепления во времени уравнение (1.1) может быть записано в действующих значениях в виде

E = 4,44fФ_max w, (1.3)

где E – действующее значение ЭДС, В; f – частота сети, Гц; Ф_max – максимальное (амплитудное) значение потока, Вб; w – число витков обмотки, с которой сцеплен поток Ф_max.

Если первичную обмотку трансформатора подключить к сети переменного тока с напряжением , по обмотке потечет ток . Магнитодвижущая сила обмотки создает поток Ф₁, который наведет в первичной обмотке ЭДС самоиндукции . Все названные величины изменяются во времени синусоидально. Перечисленную последовательность физических явлений можно изобразить так:



Полный поток Ф₁, созданный первичной обмоткой, делится на две принципиально различные части



где — поток взаимной индукции, замыкающийся по сер­дечнику и сцепленный с контуром вторичной обмотки; — поток рассеяния первичной обмотки, сцепленный только с ее витками и замыкающийся по воздуху; является пото­ком самоиндукции.

Магнитное сопротивление воздушных участков намного больше сопротивления сердечника, поэтому . Соответствующее соотношение получается, поэтому и между индуктивными сопротивлениями обмотки

х₁₂ >> х_1σ.

Когда по вторичной обмотке трансформатора будет проте­кать ток, она также создаст свою МДС F₂ и потоки взаимной индукции Ф₂₁ и рассеяния Ф_2σ. Поток Ф_2σ обусловит индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки х_2σ. В итоге уравнения баланса напряжений для первичной и вторичной обмоток для комплексных величин будут иметь вид

(1.4)

В силовых трансформаторах ЭДС E₁ и напряжение U₁ практически равны не только в режиме холостого хода, но и при номинальной нагрузке. Их отношение k_e = E_н/U_н = 0,98―0,99. Поэтому можно считать, что рабочий поток Ф₁₂ неизменен и не зависит от величины нагрузки. Тогда из закона полного тока вытекает третье основное уравнение, описывающее работу трансформатора - уравнение баланса МДС

I₁w₁+I₂w₂ = I₁₀w₁, (1.5)

где I₁₀ – ток холостого хода трансформатора.

Уравнения (1.4) и (1.5) являются основными уравнениями, описывающими работу трансформатора в установившихся режимах работы.

В трансформаторах широко применяется система относительных единиц, позволяющая получать инвариантные результаты расчетов независимо от того, используется трансформатор в качестве повышающего или понижающего. В качестве независимых базисных единиц принимаются номинальное фазное напряжение и номинальный фазный ток первичной обмотки трансформатора – U_баз = U_н.ф, I_баз = I_н.ф. В качестве производной (зависимой) базисной величины принимается сопротивление первичной обмотки трансформатора – z_баз = x_баз = r_баз = U_баз/I_баз = U_н.ф/I_н.ф .


Программа работы


Экспериментальная часть

1. Выполнить опыт холостого хода.

2. Выполнить опыт короткого замыкания.


Обработка опытных данных

1. По данным опыта холостого хода рассчитать коэффициент трансформации, построить характеристики холостого хода, рассчитать параметры , и Г-образной схемы замещения трансформатора, ток i_10н (%) и коэффициент мощности холостого хода.

2. По данным опыта короткого замыкания построить характеристики короткого замыкания, рассчитать параметры , и Г-образной схемы замещения трансформатора, номинальное напряжение короткого замыкания u_к.н (%) и коэффициент мощности короткого замыкания.

3. Нарисовать Г-образную схему замещения трансформатора и проставить на ней полученные значения сопротивлений.


Пояснения и указания к работе

Экспериментальная часть

1. Опыт холостого хода проводится с целью определения тока и потерь холостого хода, а также соответствующих параметров схемы замещения трансформатора. Номинальным током холостого хода I_0н (А) называется установившийся ток в одной из обмоток трансформатора при приложении к ней номинального синусоидального напряжения при разомкнутых остальных обмотках. Ток холостого хода i_0н принято выражать в процентах от номинального тока этой обмотки. Потери в трансформаторе, возникающие при этом, называются номинальными потерями холостого хода P_0н (Вт).

Опыт холостого хода проводится по схеме, представленной на рис.1.1, где В – трехфазный выключатель, с помощью которого подается напряжение на собранную схему; ЛАТР1 – лабораторный трехфазный автотрансформатор, с помощью которого регулируется напряжение, подаваемое на обмотки трансформатора; Т – испытуемый однофазный трансформатор; М1 – цифровой мультиметр; М2 – тестер.




Рис.1.1. Схема опыта холостого хода


Перед включением стенда следует убедиться, что ручка автотрансформатора ЛАТР1 установлена в нулевое положение, а выключатель В находится в положении «откл» (off). После включения стенда (на лицевой панели загорается красная лампа) выключателем В подают напряжение на собранную схему. С помощью трехфазного автотрансформатора ЛАТР1 устанавливают на обмотке ВН (обмотка A-X) однофазного трансформатора Т напряжение 240 В. Контроль величины напряжения осуществляют с помощью мультиметра М1 (см. табл. 1.1). Им же после установления напряжения измеряют мощность Р_10н (Вт) и ток I_10н (А). С помощью тестера М2 измеряют напряжение U₂₀ = U_НН обмотки НН (параллельно соединенные обмотки a₁-x₁ и a₂-x₂). Повторяют опыт при напряжениях 220 (номинальное), 200 и 180 В.

Полученные данные заносят в журнал лабораторных работ.


Таблица 1.1.

ПОКАЗАНИЯ МУЛЬТИМЕТРА

Измеряемая величина	Обозначение
Напряжение фазы А Напряжение фазы В Напряжение фазы С	U1 U2 U3
Напряжение линейное А-В Напряжение линейное В-С Напряжение линейное А-С	U12 U23 U31
Ток фазы А Ток фазы В Ток фазы С Ток в нейтрали	A1 A2 A3 An
Частота напряжения	F
Активная мощность фазы А Активная мощность фазы В Активная мощность фазы С Реактивная мощность фазы А Реактивная мощность фазы В Реактивная мощность фазы С	Р1 Р2 Р3 rP1 rP2 rP3
Полная мощность фазы А Полная мощность фазы В Полная мощность фазы С	AP1 AP2 AP3
Активная мощность трех фаз Реактивная мощность трех фаз Полная мощность трех фаз	P rP AP

По окончании опыта необходимо отключить схему (выключатель В – в положение «откл») и установить в нулевое положение ручку автотрансформатора ЛАТР1.


2. Опыт короткого замыкания проводится с целью определения напряжения u_к.н (%) и потерь Р_к.н (Вт) короткого замыкания, а также соответствующих параметров схемы замещения трансформатора. Номинальным напряжением короткого замыкания U_к.н называется напряжение, подаваемое на одну из обмоток трансформатора, при замкнутой накоротко другой обмотке; при этом по обеим обмоткам трансформатора протекают номинальные токи. Напряжение короткого замыкания u_к.н принято выражать в процентах от номинального напряжения.

Опыт короткого замыкания проводится по схеме, представленной на рис.1.2 (обозначения на схеме те же, что на рис.1.1).



Рис.1.2. Схема опыта короткого замыкания


После включения стенда выключателем В подают напряжения на собранную схему. С помощью автотрансформатора ЛАТР1 плавно увеличивают c нуля подаваемое на обмотку ВН (обмотка A-X) однофазного трансформатора Т напряжение, пока вторичный ток в параллельно соединенных накоротко замкнутых обмотках (обмотки a₁-x_1, a₂-x₂) не достигнет номинального значения I_2н = 5,5 А. Контроль напряжения U_1к и тока I_1к первичной обмотки и тока I_2к вторичной обмотки осуществляют с помощью мультиметра М1. Им же измеряют потребляемую трансформатором мощность P_1к. Повторяют опыт при значениях тока вторичной обмотки I_2к = 0,8, 0,6 и 0,5 от исходного значения.

Полученные данные заносят в журнал лабораторных работ.


По окончании опыта необходимо отключить схему (выключатель В – в положение «откл») и установить в нулевое положение ручку автотрансформатора ЛАТР1.


Обработка опытных данных

1. По данным опыта холостого хода для точки номинального напряжения рассчитывают:

коэффициент трансформации k ≈ U₁₀/U₂₀ = U_AX/U_ax,

коэффициент мощности холостого хода cosφ₀ = P₁₀/(U₁₀I₁₀),

номинальный ток холостого хода i_0н = 100 (I₁₀ /I_1н), где I_1н = I_н.ВН - номинальный ток обмотки ВН трансформатора;

сопротивления схемы замещения (в Омах)

z₁₂ ≈ z₁₀ = U₁₀/I₁₀, r₁₂ ≈ r₁₀ = P₁₀/(I₁₀²), x₁₂ ≈ x₁₀ = z₁₀ sinφ₀,

сопротивления схемы замещения (в относительных единицах)

= z₁₂/z_баз , = x₁₂/z_баз, = r₁₂/z_баз.

Базисное сопротивление для первичной обмотки (ВН) рассчитывают по формуле z_баз = U_н.ВН/I_н.ВН (номинальные данные трансформатора приведены во Введении.

2. По данным опыта холостого хода строят характеристики холостого хода: P₁₀, I₁₀, cosφ₁₀ = f(U₁₀).

3. По данным опыта короткого замыкания для точки номинального тока рассчитывают:

напряжение короткого замыкания

u_к.н = 100 (U_1к/U_1н), %;

коэффициент мощности короткого замыкания

cosφ_к = P_1к/(U_1кI_1к);

сопротивления схемы замещения в Омах

z_1к = U_1к/I_1к, r_1к = P_1к/I_1к², x_1к = z_1к sinφ_к;

сопротивления схемы замещения в относительных единицах

= z_1к/z_баз, = x_1к/z_баз, = r_1к/z_баз,

где z_баз рассчитано в п.1, первичная обмотка ― обмотка ВН;

изменение напряжения (β = 1) и cosφ₂ = 0,9 в относительных единицах

∆u = (u_к.аcosφ₂ + u_к.рsinφ₂) = (cosφ₂ + sinφ₂), о.е;

изменение напряжения при номинальной нагрузке в вольтах

∆U = U₂₀ ∆u, В.

4. По данным опыта короткого замыкания строят характеристики короткого замыкания: P_1к, U_1к, cosφ_1к = f(I_1к).

5. Рисуют упрощенную Г-образную схему замещения трансформатора, представленную на рис.1.3 и проставляют на ней значения сопротивлений (параметров) схемы замещения и тока холостого хода в относительных единицах в виде:

z₁₂ = …+ j…, Ом; z_к = …+ j…, Ом; i₁₀ = …, %.




Рис.1.3. Упрощенная Г-образная схема замещения
трансформатора