Методические указания к проведению лабораторных работ по курсу «Электрические машины и электропривод» для студентов спец. 110304 «Технология обслуживания и ремонта машин в апк»

Вид материала

Содержание

Исследование пуска асинхронного двигателя с фазным ротором
Изучение типовых схем управления электроприводами конвейеров
Исследование пуска асинхронного двигателя с фазным ротором
Общие методические указания
QF1 готова к работе силовая часть схемы. При включении автоматического выключателя SF1
А); - эдс между кольцами неподвижного разомкнутого ротора (В
Исследование машин постоянного тока
Внешняя характеристика
I=0. Снятие нагрузочной характеристики производится следующим образом. На холостом ходу при п
Контрольные вопросы
ИЗУЧЕНИЕ типовых схем управления электроприводами конвейеров
Общие методические указания
Схема управления групповым электроприводом с одновременным пуском электродвигателей.
Изучение типовых схем управления электроприводами компрессорной установки
Общие методические указания
Схема управления электроприводом компрессорной установки с параллельно работающими компрессорами.
Общие методические указания
Типовые узлы и схемы управления электроприводов с двигателями постоянного тока (ДПТ)
Типовая схема пуска ДПТ с независимым возбуждением в функция времени
SB2. Катушка контактора КМ
...
Полное содержание

Подобный материал:

1 2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ГОУ ВПО КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ»

Ст. преп., к.п.н. КУЛАКОВА С.Ф.

Методические указания к проведению лабораторных работ

по курсу

«Электрические машины и электропривод»

для студентов спец. 110304 «Технология обслуживания и ремонта машин в АПК»

Черкесск - 2008

Содержание

Предисловие		3
Работа № 1	Исследование пуска асинхронного двигателя с фазным ротором	4
Работа № 2	Исследование машин постоянного тока	9
Работа № 3	Изучение типовых схем управления электроприводами конвейеров	17
Работа № 4	Изучение типовых схем управления электроприводами компрессорной установки	23
Работа № 5	Изучение разомкнутых схем управления электропривода	29
Литература		32

ПРЕДИСЛОВИЕ

В учебном процессе высших учебных заведений наряду с теоретическим обучением значительное место отводится выполнению лабораторных работ, что способствует повышению уровня подготовки будущих специалистов.

В процессе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся не только с исследуемыми электромеханическими устройствами, но и приобретают определенные навыки использования измерительных приборов и иного электрооборудования. У студентов накапливается определенный опыт экспериментирования и обработки полученных результатов.

В методических указаниях предусмотрено выполнение лабораторных работ по следующим разделам: трансформаторы, асинхронные машины, машины постоянного тока, типовые схемы управления электроприводами.

Методические указания к лабораторным работам составлены в соответствии с учебной программой по предмету «Электрические машины и электропривод» для студентов специальности 110304 «Технология обслуживания и ремонта машин в АПК».

Лабораторная работа № 1 (2 час.)

ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Цель работы: изучение схемы лабораторной установки; изучение методов выбора пусковых резисторов.

Общие методические указания

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором производится с помощью резистора, включенного в цепь ротора. Это уменьшает начальный пусковой ток и позволяет получить пусковой момент, близкий к максимальному моменту двигателя.

На лабораторной установке, схема которой приведена на рис. 1.1 изучается пуск двигателя с фазным ротором в функции независимой выдержки времени.

При включении автоматического выключателя QF1 готова к работе силовая часть схемы. При включении автоматического выключателя SF1 подаётся напряжение на цепи управления схемы. Ток протекает по обмотке реле времени KT1 через диод VD1, замкнутый контакт контактора KM1.5. Диод выпрямляет ток, подаваемый на обмотки реле времени. Реле времени срабатывает и без выдержки времени замыкает контакты KT1.2, KT1.3 и размыкает контакт KT1.1. Схема готова к работе.

При нажатии на кнопку ПУСК SB2 получает питание обмотка контактора KM1. Он срабатывает, замыкая главные контакты KM1.1, KM1.2, KM1.3 в силовой цепи. Напряжение подается на двигатель M, который начинает вращаться с полностью введенным сопротивлением в цепи ротора. Одновременно вспомогательные контакты замыкаются (KM1.4 KM1.6) и размыкается KM1.5. Обмотка реле времени теряет питание, однако отпускание якоря реле произойдет по истечении заданного времени. Поэтому получает питание обмотка реле времени KT2, которое срабатывает размыкая контакт KT2.1 и замыкая KT2.2. Получив питание срабатывает и реле времени KT3 размыкая свой контакт KT3.1. По истечении заданного времени с момента обесточивания обмотки реле KT1 произойдет размыкание контактов KT1.2, KT1.3 и замыкание контакта KT1.1. После замыкании контакта KT1.1 питание получает обмотка контактора KM2, который срабатывает и замыкает контакты KM2.1 и KM2.2 шунтируя первую ступень пускового резистора R_п1.При размыкании контакта KT1.3 начинается отсчет времени реле KT2. По истечении этого времени размыкается контакт KT2.2 и замыкается контакт KT2.1, подавая напряжение на обмотку контактора KM3, который срабатывая замыкает свои контакты KM3.1 и KM3.2 шунтируя вторую ступень пускового резистора R_п2.После размыкания контакта KT2.2 отсчет времени производит реле времени KT3. По истечении которого замыкается контакт KT3.1 подавая питание на обмотку контактора KM4, который срабатывая полностью шунтирует пусковое сопротивление и отключает контакторы KM2 и KM3 своим контактом KM4.3.

L1 L2 L3

QF1 SF1

SB1 SB2 KT1.2 KM1

KA1 KA2 KK1 KK2

KA1 KA2 KM1.4

KM4.3 KM2 KT1.1

KM1.1 KM1.2 KM1.3

KK1 KK2 KM3 KT2.1

KM4 KT3.1

М

VD1 KM1.5 KT1

KM4.1 KM4.2

KM1.6 KT1.3

Rп3 KM3.1 KM3.2 KT2

KT2.2 KT3

Rп2 KM2.1 KM2.2

Rп1

Рис. 1.1

Реле максимального тока KA1 и KA2 и тепловые реле KK1 и KK2 служат для защиты от аварийных режимов работы. Как видно, скорость разгона двигателя определяется временем срабатывания реле времени KT1-KT3, почему пуск и считается с независимой выдержкой времени.

Выбор пусковых резисторов можно произвести двумя способами: графическим и аналитическим.

Графический метод основан на прямолинейности механических характеристик. Вначале строится рабочая часть механической характеристики. Для этого определяются точки, соответствующие синхронной скорости и номинальному режиму. Далее задаваясь максимальным

и переключающим

пусковыми моментами двигателя, строят пусковые характеристики двигателя.

Для асинхронных электродвигателей обычно принимают

=(180-250)% от

;

=(110-120)% от

, где

- номинальный момент двигателя, который в данном случае принимается равным нагрузочному

, т.е.

n

а

б

в

M

Рис. 1.2

Отрезок аб на прямой

соответствует внутреннему активному сопротивлению обмотки ротора :

(Ом) (1.1)

где

- номинальное скольжение электродвигателя, %;

- активное сопротивление неподвижного ротора (Ом):

(1.2)

где

- номинальный ток ротора ( А);

- эдс между кольцами неподвижного разомкнутого ротора (В).

Электродвижущую силу между кольцами замеряют с помощью вольтметра при заторможенном роторе или принимают по каталогу.

Отрезок гд в масштабе сопротивлений дает величину первой секции пускового резистора. Отрезки вг и бг и т.д. соответствуют сопротивлениям отдельных секций пускового резистора в порядке их замыкания. Масштаб для сопротивлений, Ом/мм,

.

При аналитическом расчете необходимо помнить, что для асинхронных двигателей обычно принимают три-пять ступеней ускорения. Если число ступеней неизвестно, то их можно определить

(1.3)

где m - число ступеней резистора;

- максимальный пусковой момент электродвигателя, % номинального;

- отношение максимального пускового момента к переключающему.

Если число ступеней резистора известно, то  можно определить по следующим формулам:

- для нормального пуска (задаемся моментом

)

(1.4)

- для форсированного пуска (задаемся моментом

)

(1.5)

Сопротивление отдельных секций резистора каждой фазы

. (1.6)

Время разгона двигателя на каждой ступени при пуске в холостую определяется соотношением:

, (сек) (1.7)

Таблица 1.1.

тип	P_ном кВт	U_ном В	N_c об/мин	S_ном %	 %	сos_ном	I_рот А	U_рном В	M_max M_ном	J кгм²
ВАОК 315S(A)-6	90	380/660	1000	2,2	91,4	0,83	260	240	2,6	4
ВАОК 315S(B)-6	110	380/660	1000	2,2	91,7	0,85	290	250	2,6	4
ВАОК 315M-6	132	380/660	1000	2,2	92,3	0,85	290	300	2,6	5
ВАОК 315S-8	75	380/660	750	2,7	90,2	0,80	270	190	2,2	4,5
ВАОК 315M-8	90	380/660	750	2,7	91	0,8	260	235	2,3	5,5
ВАОК 355S-6	160	380/660	1000	1,8	92,8	0,85	330	315	2,6	8
ВАОК 355M-6	200	380/660	1000	1,8	93,3	0,86	350	375	2,6	11
ВАОК 355S(A)-8	110	380/660	750	2	91,5	0,82	315	235	2,3	8
ВАОК 355S(B)-8	132	380/660	750	2	92	0,84	340	250	2,3	10
ВАОК 355M-2	160	380/660	750	2	92,5	0,84	335	300	2,3	10
ВАОК 450S-6	250	660	1000	1,5	94,3	0,88	315	470	2,5	18
ВАОК 450M-6	315	660	1000	1,5	94,7	0,88	315	600	2,5	22,5
ВАОК 450S-8	200	380/660	750	1,5	93,3	0,83	290	420	2,3	21,5
ВАОК 450M-8	250	660	750	1,5	93,7	0,83	290	525	2,3	27

Лабораторная работа №2 (4 час)

ИССЛЕДОВАНИЕ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: ознакомление с конструкцией генератора постоянного тока параллельного возбуждения и снятие следующих характеристик: холостого хода; внешней; регулировочной; нагрузочной; короткого замыкания.

Характеристика холостого хода

Характеристикой холостого хода генератора параллельного возбуждения называется зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при постоянной (номинальной) частоте вращения якоря и отсутствии нагрузки:

при

.

При работе генератора параллельного возбуждения в режиме холостого хода ток нагрузки равен нулю (I=0), а ток якоря равен току возбуждения (I_a=I_B). В этом случае, пренебрегая реакцией якоря, т.к. I_B<<I_HOM, можно считать, что ЭДС генератора равна:

(2.1)

где U₀ - напряжение генератора в режиме холостого хода.

Рис. 2.1. Схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения

Схема генератора представлена рис. 2.1. Первый замер выполняется при разомкнутой обмотке возбуждения. Затем, замкнув цепь, увеличивают ток возбуждения, пока напряжение не достигнет значения (1,2...1,25)U_HOM. После этого уменьшают ток возбуждения и снимают показания приборов.

Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения располагается в первом квадранте и имеет две ветви: восходящую 1 и нисходящую 2 (рис. 2.2). Нисходящая ветвь, вследствие возросшего остаточного потока, проходит несколько выше восходящей Е_ост>Е’_ост.

Рис. 2.2. Характеристики холостого хода генераторов параллельного и независимого возбуждения

Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения проходит через все квадранты, поскольку в таком генераторе можно изменить направление тока в обмотке возбуждения (кривые 2 и 3). Следует отметить, что в третьем квадранте ветвь 2 является восходящей, а 3 - нисходящей. Кривая 2 совместно с кривой 3 образуют гистерезиснуго петлю, определяющую свойства магнитной системы генератора.

За расчетную характеристику холостого хода принимают среднюю линию между ветвями, проходящую через начало координат (показано пунктиром). Точка номинального напряжения обычно лежит на колене расчетной кривой.

Данные измерений и вычислений заносят в таблицу 2.1 и строят характеристику холостого хода.

Таблица 2.1

№	Восходящая ветвь			Нисходящая ветвь
	Измерения		Вычисления	Измерения		Вычисления
	I_B, A	U₀, B	E₀, B	I_B, A	U₀, B	E₀, B

Внешняя характеристика

Внешней характеристикой ГПТ параллельного возбуждения называется зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и номинальной частоте вращения: U=f(I) при R_B=const и п=п_НОМ= const.

Снятие внешней характеристики возможно:

при таком неизменном сопротивлении цепи возбуждения, при котором напряжение холостого хода равно номинальному;
при таком неизменном сопротивлении цепи возбуждения, при котором ток нагрузки и напряжение равны номинальным значениям.

Для определения номинального изменения напряжения при сбросе нагрузки и неизменном сопротивлении цепи возбуждения используют следующее выражение (рис. 2.3):

, (2.2)

где U₀ — напряжение на холостом ходу после сброса номинальной нагрузки.

Рис. 2.3. Внешние характеристики генераторов:

1 - параллельного возбуждения; 2 - независимого возбуждения

При уменьшении сопротивления нагрузки напряжение генератора уменьшается (кривая 1, рис. 2.3). Последнее объясняется следующими причинами: увеличением внутреннего падения напряжения R_BI_a; увеличением размагничивающего действия реакции якоря; уменьшением тока возбуждения при снижении напряжения вследствие первых двух причин. Ток нагрузки при этом возрастает до определенного критического значения I_КР. Дальнейшее уменьшение сопротивления приводит к уменьшению тока, т.к. генератор теряет возбуждение. Когда сопротивление нагрузки R_нагр=0, т.е. при коротком замыкании в обмотке якоря протекает ток, обусловленный остаточной ЭДС.

ГПТ независимого возбуждения имеет более жесткую внешнюю характеристику (кривая 2) и больший ток короткого замыкания I_КЗ.НВ по сравнению с ГПТ параллельного возбуждения (кривая 1). Это объясняется тем, что в ГПТ независимого возбуждения ток возбуждения не зависит от сопротивления нагрузки, т.е. I_B=const.

Потери и КПД генератора

Получаемая от первичного двигателя механическая мощность Р₁ за вычетом механических потерь

, магнитных потерь

, добавочных потерь

, потерь в якорной цепи

и потерь на возбуждение

, преобразуется в электрическую мощность Р₂ (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Энергетическая диаграмма ГПТ параллельного возбуждения

Уравнения мощностей имеют следующий вид:

(2.3)

где Р_ЭМ=ЕI_a - электромагнитная мощность;

- добавочные потери некомпенсированного генератора.

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

№	Измерения				Вычисления
№	U, B	I, A	I_B, A	n=n_HOM, об/мин	I_a, A	E, B	P₂, Bm	P₁, Bm		U_HOM

Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика ГПТ представляет собой зависимость тока возбуждения I_а от тока нагрузки I при постоянном и номинальном напряжении на зажимах генератора U_НОМ и номинальной скорости вращения п_ном: I_B=f(I) при U=U_HOM=const и п=п_НОМ=const.

По регулировочной характеристике можно судить о том, как необходимо изменять ток возбуждения с изменением нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменным.

Снятие характеристики производится следующим образом. При холостом ходе и номинальной скорости вращения устанавливается ток возбуждения, при котором напряжение равно номинальному значению. Затем, поддерживая неизменной скорость, увеличивают нагрузку, производя такое регулирование тока возбуждения, при котором U=U_HOM=const.

Полученные данные заносят в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

№	Измерения
№	I, A	I_B, A	U=U_HOM, A	n=n_HOM, об/мин

Нагрузочная характеристика

Зависимость напряжения от тока возбуждения при неизменной частоте вращения и неизменном токе нагрузки называется нагрузочной характеристикой: U=f(I_В) при I=const и п=п_НОМ=const.

Частным случаем нагрузочной характеристики является характеристика холостого хода, при которой I=0.

Снятие нагрузочной характеристики производится следующим образом. На холостом ходу при п=п_НОМ=const устанавливают напряжение несколько превышающее номинальное. Затем подключают нагрузку и, регулируя её сопротивление, устанавливают нужный ток из диапазона (0,5...1)I_HOM. Далее, уменьшают сопротивление нагрузки и осуществляют такое уменьшение тока возбуждения, при котором ток нагрузки остается неизменным.

Данные измерений и вычислений заносят в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

№	Измерения				Вычисления
№	U, B	I, A	I_B, A	n=n_HOM, об/мин	Е, В

В одних координатных осях строим расчетную характеристику холостого хода, нагрузочную характеристику и реактивный (характеристический) треугольник (рис. 2.5). Катет треугольника аb пропорционален падению напряжения в цепи якоря (R_aI_a), другой катет bc пропорционален размагничивающему действию реакции якоря (в масштабе тока якоря).

При неизменном токе возбуждения I_B=I_B.HOM переход от режима холостого хода I=0 к работе с номинальной нагрузкой I=I_HOM сопровождается уменьшением ЭДС (отрезок fd>bd). Такое снижение ЭДС вызвано размагничивающим действием реакции якоря. С другой стороны, ЭДС на холостом ходу Е₀ (отрезок cg) и под нагрузкой Е (отрезок bd) могут быть равны, если компенсировать действие реакции якоря за счет увеличения тока возбуждения с I_B₀ до I_B_._HOM. Разность этих токов (отрезок gd=cb) представляет собой размагничивающую МДС реакции якоря, выраженную в масштабе тока возбуждения.

Рис. 2.5. Нагрузочная характеристика и реактивный треугольник ГПТ

Характеристика короткого замыкания

Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость тока короткого замыкания I_К (тока якоря) от тока возбуждения I_B при номинальной частоте вращения и напряжении на зажимах генератора, равном нулю: I_K=f(I_B) при п=п_НОМ=const и U=0.

Поскольку при коротком замыкании напряжение генератора равно нулю, то характеристика короткого замыкания может быть снята только при независимом возбуждении.

При проведении опыта короткого замыкания для ограничения тока якоря (I_KI_HOM) существенно снижают ток возбуждения (I_B<<I_B_._HOM). В силу этого магнитная система генератора не насыщенна, а характеристика короткого замыкания прямолинейна.

Рис. 2.6. Характеристика короткого замыкания

При снятии характеристики короткого замыкания магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, может совпадать по направлению с остаточным потоком или быть направленным против него. В первом случае при увеличении от нуля тока возбуждения ток якоря будет возрастать (кривая 1, рис. 2.6), а во втором - будет уменьшаться, пройдет нулевое значение, изменит свой знак и начнет увеличиваться (кривая 2).

Данные замеров заносят в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

№	Измерения
№	I_B, A	I_a, A	U, A	n=n_HOM, об/мин

Blog