МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Лабораторный практикум Составители: А. М. Крицштейн С. М. Марага Ульяновск УлГТУ 2017 УДК 621.313.001.2 (076) ББК 31.261.63 я7 Э 45 Рецензент: Кузнецов А. В., доктор технических наук, старший научный сотрудник государственного технического университета Рекомендовано научно-методической комиссией энергетического факультета в качестве лабораторного практикума Э 45 Электрические машины : лабораторный практикум / сост.: А. М. Крицштейн, С. М. Марага. – Ульяновск : УлГТУ, 2017. – 90 с. Практикум содержит описание двенадцати лабораторных работ, методические рекомендации по самостоятельной подготовке и проведению работ, а также приведены вопросы для самопроверки. Практикум разработан в соответствии с рабочей программой курса «Электрические машины» для студентов, обучающихся по направлениям 13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» профиль «Электропривод и автоматика» и «Электроснабжение» для бакалавриата и магистратуры всех форм обучения Подготовлено на кафедре «Электропривод и автоматизация промышленных установок». УДК 621.313.001.2 (076) ББК 31.261.63 я7 © Крицштейн А. М., Марага С. М., составление, 2017 © Оформление. УлГТУ, 2017 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................ 4 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ........................... 5 Общий порядок выполнения лабораторных работ ................................................. 5 Требования правил техники безопасности .............................................................. 6 Описание сборки схемы.............................................................................................. 6 Требования к отчету по выполняемой лабораторной работе и рекомендации по подготовке к очередному занятию ......................................... 8 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ................................................................................ 9 Работа №1. Изучение универсального лабораторного стенда .............................. 9 Работа №2. Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора .... 26 Работа №3. Исследование асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором ................................................................................. 28 Работа №4. Исследование механических и энергетических характеристик асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором ...................................................................................................................... 36 Работа №5. Исследование трехфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором ..................................................................................................... 40 Работа №6. Исследование асинхронного генератора ........................................... 48 Работа №7. Исследование синхронного генератора ............................................. 52 Работа №8. Исследование синхронного электродвигателя ................................. 58 Работа №9. Исследование механических и энергетических характеристик синхронного электродвигателя ..................................................... 63 Работа №10. Исследование генератора постоянного тока ................................... 67 Работа №11. Исследование электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения ..................................................................................... 73 Работа №12. Исследование механических и энергетических характеристик электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения .............................................................................................................. 78 ПРИЛОЖЕНИЕ А .................................................................................................. 83 ПРИЛОЖЕНИЕ Б .................................................................................................. 84 ПРИЛОЖЕНИЕ В .................................................................................................. 86 ПРИЛОЖЕНИЕ Г .................................................................................................. 87 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................... 90 3 ВВЕДЕНИЕ Все электрические машины после их изготовления подвергаются испытаниям для проверки соответствия их параметров техническим условиям (ТУ) и требованиям стандартов. В зависимости от целей, которые ставятся при испытании электрических машин, различают промышленные и учебные испытания. Согласно ГОСТ 183-74 программа промышленных испытаний для вновь разработанных образцов машин и для машин, производство которых давно освоено, различна. Все вновь разработанные образцы машин должны быть подвергнуты таким испытаниям, которые проверили бы соответствие разработанного типа машины требованиям ТУ. Эти испытания называются типовыми. К ним относятся испытания на срок службы, на вибростойкость, транспортабельность, хранение и т. п. Специальные машины, кроме того, испытываются на работу при повышенной и пониженной температуре, при повышенном и пониженном атмосферном давлении и т. д. Такая проверка гарантирует соответствие техническим условиям всех следующих экземпляров машин, изготовленных по тем же чертежам и той же технологии. Определенный процент каждой партии серийных машин также подвергается типовым испытаниям. После изготовления каждый экземпляр электрической машины подвергается в заводских условиях контрольным испытаниям. Цель этих испытаний – проверить такие параметры машины, относительно которых нет уверенности, что чертежи и технология полностью обеспечат их соответствие требованиям технических условий и государственных стандартов. Обычно при этих испытаниях проверяют номинальные данные электрических машин. Согласно действующим в настоящее время государственным стандартам электрические машины и трансформаторы для проверки качества их изготовления и выявления свойств и характеристик необходимо подвергать испытаниям на соответствие требованиям следующих стандартов: ГОСТ 183-74 «Машины электрические вращающиеся»; ГОСТ 11828-86 «Машины электрические. Методы испытаний»; ГОСТ 11920-93 «Трансформаторы силовые масляные общего назначения напряжением до 35 кВ включительно. Технические условия»; ГОСТ 11677-85 «Трансформаторы силовые. Общие технические требования». В практикум включены 12 лабораторных работ, которые отражают программу испытаний трансформаторов, электрических машин переменного и постоянного тока. 4 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Общий порядок выполнения лабораторных работ Так как учебные заведения имеют разные требования к изображению схем экспериментов, в данном лабораторном практикуме приводятся исключительно схемы соединений. Это, с одной стороны, упрощает сборку схем, а с другой стороны требует от студентов более тщательной подготовки к лабораторным работам. Перед выполнением работ все студенты должны изучить правила техники безопасности, действующие в лаборатории, в которой проводятся лабораторные работы. Преподавателям рекомендуется подробно ознакомиться с техническим описанием лабораторного стенда, обращая внимание на рекомендации по безопасной эксплуатации стенда, к ним относятся: 1. Диапазоны рабочих токов и напряжений на элементах стенда. 2. Последовательность включения и выключения элементов стенда. 3. Безопасное выполнение оперативных переключений. Для большей безопасности в некоторых лабораторных работах приводятся дополнительные рекомендации по безопасности, они выделены жирным шрифтом. При подготовке к лабораторной работе студенту необходимо: 1) ознакомиться с ее содержанием и, пользуясь рекомендованной литературой и конспектом лекций, изучить теоретические положения, на которых базируется работа; 2) выполнить предварительные расчеты, составить таблицы, начертить схемы, указанные в задании; преподаватель может задать варианты заданий; 3) изучить схему лабораторной установки и продумать методику выполнения лабораторной работы; 4) ответить на контрольные вопросы. Перед выполнением каждой лабораторной работы необходимо сдать коллоквиум, ответив на контрольные вопросы пособия и представить отчет по предыдущей работе. При выполнении лабораторной работы необходимо: 1) ознакомиться с рабочим местом, проверить наличие необходимых соединительных проводов; 2) произвести сборку схемы в режиме выключенного питания; 3) после разрешения преподавателя включить питание и приступить к выполнению работы; 5 4) в ходе работы и по ее окончанию полученные данные представлять на проверку преподавателю; 5) схему разбирать только после проверки преподавателем результатов опыта (перед разборкой не забудьте выключить источник питания); 6) по окончании работы привести в порядок рабочее место. Требования правил техники безопасности Работа на лабораторном стенде требует соблюдения мер безопасности при его эксплуатации, а также выполнения определенных требований для обеспечения работоспособности самого стенда, а именно: 1. Запрещается подключать цепи двигателей агрегата к сторонним источникам питания, не предусмотренным составом стенда, так как это может привести к перегреву обмоток высокими токами и преждевременному старению изоляции электрических машин. 2. Запрещается перегружать элементы стенда повышенными токами и напряжениями. Для модулей, содержащих активную нагрузку в виде добавочных сопротивлений, в техническом описании приведены таблицы с допускаемыми номиналами токовых нагрузок, категорически запрещается их превышать. 3. Для измерительных приборов и датчиков запрещается превышать измеряемый диапазон: нельзя допускать зашкаливания стрелочных приборов. 4. При срабатывании защиты или возникновении сигнала о защите в одном или нескольких модулях необходимо незамедлительно прекратить выполнение лабораторной работы и обесточить лабораторный стенд. Перед следующим включением необходимо ликвидировать причину, вызвавшую срабатывание защиты. 5. Сборку и разборку схемы, переключение проводов, а также оперативные переключения, не оговоренные в методических указаниях к работе, необходимо выполнять исключительно при выключенном питании. Описание сборки схемы Для облегчения проведения лабораторных работ студентами в данном пункте в качестве примера рассматривается стандартная схема подключения асинхронного электродвигателя к преобразователю частоты (ПЧ). Рекомендуется ознакомиться с данным пунктом методических указаний перед проведением лабораторных работ. Для подключения преобразователя частоты с сети 3×380 В необходимо подать на вход ПЧ трехфазное напряжение. Статорные обмотки 6 асинхронного электродвигателя подключаются к выходу ПЧ. Роторные обмотки собираются в звезду. Для заведения сигнала задания на вход ПЧ необходимо соединить клеммы X1 и X1 ПЧ (выход потенциометра RP1 соединяется с аналоговым входом 1 преобразователя). Между клеммами XS1 и XS2 силового модуля ставится перемычка. В некоторых случаях между этими клеммами подключается амперметр или датчик тока. Схема, собираемая на стенде, приведена на рисунке О.1. Рис. О.1. Схема соединений на стенде Подача напряжения на лабораторный стенд осуществляется включением автоматического выключателя QF1 модуля питания стенда. Подача напряжения 3×380 В на преобразователь частоты осуществляется контактором КМ1 модуля питания. В целях улучшения наглядности набора схем в лабораторных работах представлены не помодульные электрические схемы, а упрощенные электрические схемы. Вариант такой схемы рассматривается на рисунке О.2. 7 Рис. О.2. Функциональная электрическая схема для лабораторной работы Требования к отчету по выполняемой лабораторной работе и рекомендации по подготовке к очередному занятию Составление отчета по выполняемой работе и подготовка к очередному лабораторному занятию являются соответственно заключительным и предварительным этапами практических занятий в лаборатории. Отчет по выполняемой работе составляется и защищается каждым студентом самостоятельно. Отчет должен быть составлен согласно всем нормам и общепринятым стандартам оформления на тетрадных листах или листах бумаги формата А4 с указанием номера и наименования работы, даты проведения эксперимента, фамилии, имени, отчества студента, названия факультета и группы. В отчете должна быть приведена цель работы, описание лабораторной установки, последовательность проведения эксперимента. В отчете должны быть схемы исследований со стандартным обозначением элементов, приборов. Данные измерений и расчетов необходимо сводить в таблицы, таблицам присваивать порядковый номер. Графическое оформление результатов опытов производится написанием на прямоугольную сетку координат опытных точек и соединением их в кривые при помощи лекала. Кривые и графики рекомендуется выполнять на миллиметровой бумаге и вклеивать на соответствующие места отчета. При завершении работы над отчетом рекомендуется проверять свои знания и готовность к защите отчета по контрольным вопросам, которые приведены в конце описания каждой лабораторной работы. Подготовка к работе в лаборатории является непременным условием эффективности этого вида практического занятий. Она должна производиться путем изучения лекционного материала, данного пособия и рекомендованной литературы. Результатом подготовки должен явиться черновик протокола, содержащий программу работы, рабочие схемы, таблицы для записи опытных данных и расчетные формулы, которые будут необходимы в процессе выполнения работы. 8 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ Работа №1. Изучение универсального лабораторного стенда Цель работы Изучение технических характеристик, структуры и общих принципов работы лабораторного стенда. Предварительное домашнее задание 1. Изучить состав и техническое описание стенда и его элементов. 1.1. Состав стенда 1. Электромашинный агрегат ...................................................................... 1 шт. 2. Модуль питания стенда ........................................................................... 1 шт. 3. Модуль питания........................................................................................ 1 шт. 4. Модуль добавочных сопротивлений №1 ............................................... 1 шт. 5. Модуль добавочных сопротивлений №2 ............................................... 1 шт. 6. Модуль измерительный ........................................................................... 1 шт. 7. Модуль силовой........................................................................................ 1 шт. 8. Модуль преобразователя частоты .......................................................... 1 шт. 9. Модуль тиристорного преобразователя постоянного тока ................. 1 шт. 10. Модуль регуляторов............................................................................... 1 шт. 11. Модуль однофазного трансформатора ................................................ 1 шт. 12. Лабораторный стол ................................................................................ 1 шт. 13. Тумбочка-подставка под агрегат .......................................................... 1 шт. 14. Комплект кабелей и соединительных проводов ................................. 1 шт. 15. Методические указания к выполнению лабораторных работ .......... 1 шт. Общий вид лабораторного стенда представлен на рисунке 1.1. 1.2. Технические характеристики стенда Электропитание от сети ......................................................................... 3×380 В Частота питающего напряжения ............................................................... 50 Гц Потребляемая мощность, не более ........................................................ 750 В·А Габаритные размеры (Ш×В×Г) .......................................... 1300×1550×650 мм Масса, не более ........................................................................................... 100 кг 9 Диапазон рабочих температур ........................................................... +10...35°С Влажность ................................................................................................. до 80% Рис. 1. Общий вид стенда 1.3. Структура стенда и общие принципы работы В силу своего назначения стенд содержит основные электромеханические узлы, силовые преобразователи, измерительные элементы, охватывающие основные разделы курсов «Электрические машины», «Теория электропривода», «Основы электропривода»: – исследование однофазного трансформатора; – исследование машины постоянного тока (генератора и двигателя) с независимым / параллельным возбуждением; – исследование машины переменного тока (асинхронного двигателя с фазным ротором, асинхронного генератора); – исследование разомкнутой и замкнутой систем электропривода постоянного тока; – исследование разомкнутой и замкнутой систем электропривода переменного тока. Для выполнения этой программы работ в лабораторный стенд включены: – электромашинный агрегат и силовой модуль. Агрегат содержит машину постоянного тока, асинхронный двигатель с фазным ротором и 10 импульсный датчик скорости. Силовой модуль упрощает подключение силовых цепей двигателей и датчика скорости. При исследовании машин постоянного тока асинхронный двигатель выступает в качестве нагрузочной машины, и, наоборот, – при исследовании машин переменного тока нагрузочной служит машина постоянного тока. Применение импульсного датчика скорости позволяет получить как аналоговый сигнал скорости, так и импульсный сигнал; – модули питания предназначены для защиты стенда от режима короткого замыкания и обеспечивают подачу трехфазного напряжения 380 В, однофазного напряжения 220 В и низковольтных напряжений питания ±15 В, +5 В; – модули силовых преобразователей (тиристорный преобразователь постоянного тока, частотный преобразователь). Эти модули обеспечивают подачу силовых регулируемых напряжений постоянного и переменного токов на электродвигатели, регулирование частоты вращения, поддержание неизменных значений моментов двигателей; – измерительные модули позволяют: а) выполнить измерение стрелочными приборами параметров постоянного и переменного токов (U, I); б) для наблюдения за силовыми напряжениями и токами в ряде модулей установлены датчики тока и напряжения, обеспечивающие гальваническую развязку цепей и приведение уровней выходных напряжений к напряжениям ±10 В. Методические указания к проведению работы 2. Техническое описание элементов стенда 2.1. Электромашинный агрегат Электромашинный агрегат представляет собой соединенные на одном валу три электрические машины (рисунок 1.1): – машина постоянного тока независимого возбуждения (М1); – асинхронный двигатель с фазным ротором (М2); – импульсный датчик скорости – энкодер (ДС). Электрические машины установлены на основании Осн. машины постоянного и переменного токов, соединены друг с другом с помощью муфты С1, датчик скорости с М1 – с помощью муфты, установленной в стакане С2. Силовой кабель X1 электромашинного агрегата соединяется с разъемом Х2 силового модуля, разъем датчика скорости Х2 – с разъемом Х3 силового модуля. В каждой конкретной работе электрические машины имеют различное 11 функциональное назначение, например, при изучении электропривода постоянного тока машина М1 выступает как исследуемая машина, асинхронный двигатель – в качестве нагрузочной машины, и наоборот. Рис. 1.1. Электромашинный агрегат Паспортные и расчетные данные машины постоянного тока, асинхронного двигателя и датчика скорости представлены в Приложении Б. Импульсный датчик позволяет наблюдать за текущей скоростью вращения двигателей. Если при выполнении лабораторных работ требуется ввести аналоговый сигнал, пропорциональный скорости вращения двигателей стенда, его можно получить с помощью преобразователя частота-напряжение (ПЧН), установленном в силовом модуле. Электромашинный агрегат при выполнении работ устанавливается на тумбочку справа от лабораторного стола с модулями и подключается с помощью кабелей к силовому модулю с тыльной стороны стенда. Это позволяет использовать для необходимых соединений электрических машин только переднюю панель силового модуля. 2.2. Модуль питания стенда Модуль питания стенда (МПС) предназначен для ввода трехфазного напряжения 380 В из сети в лабораторный стенд, защиты стенда от токов короткого замыкания и подачи силовых и низковольтных напряжений питания на модули стенда. Внешний вид модуль представлен на рисунке 1.2. Модуль содержит автоматический выключатель QF1, вторичный источник питания ±15 В, +5 В. Подключение стенда к напряжению питания, подача силового и низковольтного напряжений на модули выполняется с помощью соединительных кабелей, подключаемых с тыльной стороны модуля: 12 – на разъем X11 подается трехфазное напряжение ~ 380 В на стенд (три фазы A, B, C и N); а) б) Рис. 1.2. Модуль питания стенда а) – лицевая сторона; б) – тыльная сторона – с разъемов X5...X10 подается напряжение питания ±15 В, +5 В на модули (все разъемы идентичны друг другу); – с разъемов X1...X3 подается трехфазное / однофазное силовое напряжение на модули (все разъемы идентичны друг другу). Автоматический выключатель QF1 отключает питание всех разъемов, кроме X11. На лицевой панели имеется индикация подачи силового напряжения по фазам A, B и C, а также низковольтных напряжений питания +5 В, +15 В и –15 В. Кроме этого возможен контроль низковольтных напряжений с лицевой панели (выведены соответствующие клеммы напряжений и общего провода). 2.3. Модуль питания Модуль питания (МП) предназначен для подачи трехфазного напряжения 380 В на модули при наборе схемы студентами с помощью соединительных проводов с лицевой стороны модуля посредством контактора, установленного в модуле. Внешний вид модуля представлен на рисунке 1.3. На лицевой панели 13 модуля изображена схема контактора КМ1, клеммы трехфазного напряжения А, В, С и нейтрали N, кнопки «Вкл» и «Откл» для управления контактором, индикация наличия фазных напряжений, клеммы фазного напряжения ~ 220 В, клеммы напряжения постоянного тока = 220 В. На тыльной стороне модуля установлены разъемы РП10-11: – X17 – для подачи питания на модуль от модуля питания стенда (см. схему подключений выше); а) б) Рис. 1.3. Модуль питания а) – лицевая сторона; б) – тыльная сторона – разъемы X15 или X16 используются для подачи питания на модуль тиристорного преобразователя и идентичны разъемам X1...X3 модуля питания стенда. 2.4. Модуль добавочных сопротивлений №1 Модуль добавочных сопротивлений №1 применяется для создания регулируемой трехфазной активной нагрузки. Внешний вид модуля приведен на рисунке 1.4. Шкала переключателя SA1 имеет следующие деления: 0; 50; 100; 150; 200; 400; 600; 800; 1000; 1200, ∞. В положении «∞» переключатель SA1 обеспечивает разрыв. 14 Риc. 1.4. Модуль добавочных сопротивлений №1 В таблице 1.1 приведены перегрузочные данные для каждого из сопротивлений. Кратковременной считается перегрузка, длительность которой не более 5 секунд. Таблица 1.1 Сопротивление, Ом 50 100 150 200 400 600 800 1000 1200 Максимальная рассеиваемая мощность, Вт 45 85 110 150 300 170 50 55 55 Допустимый продолжительный ток, А 1 1 1 1 1 0,75 0,55 0,55 0,55 Допустимый кратковременный ток, А 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1 0,8 0,8 0,8 Крайне нежелательно производить коммутацию между ступенями сопротивлений под нагрузкой. Для безопасной эксплуатации рекомендуется перед переключением снизить ток до нуля. В случае если эти правила не соблюдаются, возможен быстрый износ модуля, а также выход из строя как отдельных ступеней сопротивлений, так и модуля в целом. 2.5. Модуль добавочных сопротивлений №2 Модуль добавочных сопротивлений №2 используется в стенде для ввода добавочных сопротивлений в якорную цепь и цепь обмотки возбуждения машины постоянного тока. Внешний вид модуля приведен на рисунке 1.5. 15 В таблице 1.2 приведены перегрузочные данные для каждого из сопротивлений. Кратковременной считается перегрузка, длительность которой не более 5 секунд. Крайне нежелательно производить коммутацию между ступенями сопротивлений под нагрузкой. Для безопасной эксплуатации рекомендуется перед переключением снизить ток до нуля. В случае если эти правила не соблюдаются, возможен быстрый износ модуля, а также выход из строя как отдельных ступеней сопротивлений, так и модуля в целом. Предусмотрена защита по току резисторов RP1, срабатывание защиты сигнализируется светодиодом. В случае срабатывания защиты вывести переключатель SA1 в положение «∞». Рис. 2.5. Модуль добавочных сопротивлений №2 Таблица 1.2 Сопротивление, Ом 20 40 60 80 100 120 140 160 Максимальная Допустимый рассеиваемая продолжительный мощность, Вт ток, А Добавочное сопротивление в цепи якоря RP1 30 1 60 1 90 1 120 1 150 1 180 1 200 1 230 1 16 Допустимый кратковременный ток, А 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Окончание таблицы 1.2 220 440 660 880 1100 Добавочное сопротивление в цепи возбуждения RP2 60 0,5 130 0,5 200 0,5 270 0,5 330 0,5 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 2.6. Модуль измерительный Модуль измерительный содержит два вольтметра постоянного и переменного тока, а также два амперметра постоянного и переменного тока. Внешний вид модуля представлен на рисунке 1.6. Основные параметры приведены в таблице 1.3. Рис. 1.6. Модуль измерительный Таблица 1.3 Наименование прибора Тип Шифр Род тока Диапазон измерения Класс точности Цена деления RV1 RV2 PA1 PA2 Магнитоэлектрический М42300 Постоянный = 250…0... …-250 В 1,5 20 В/дел Магнитоэлектрический Ц42300 Переменный Магнитоэлектрический М42300 Постоянный Электромагнитный ЭА42700 Переменный ~0…250 В = 2…0…2 А ~0…2 А 2,5 10 В/дел 1,5 0,2 А/дел 1,5 0,1 А/дел 17 2.7. Модуль силовой Модуль силовой содержит мнемосхемы электрических машин, а также датчики тока скорости и напряжения. Модуль служит как промежуточное звено в подключении силового агрегата к устройствам питания и управления, ввиду сложности оперативных переключений непосредственно с распределительных коробок электродвигателей. Реальное подключение к электромашинному агрегату выполняется с тыльной стороны силового модуля. Внешний вид модуля приведен на рисунке 1.7. На силовом модуле асинхронный электродвигатель имеет выводы как статорной, так и роторной цепи. В том случае, если в лабораторном стенде используется асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, то выходы роторной цепи не используются. а) б) Рис. 1.7. Модуль силовой а) – лицевая сторона; б) – тыльная сторона 18 На лицевой панели модуля имеется индикатор для отображения частоты вращения агрегата. Канал измерения скорости содержит энкодер М3 и преобразователь частота-напряжение (ПЧН). Выход ПЧН (клемма XS15) представляет собой напряжение, пропорциональное частоте вращения двигателя. ПЧН преобразует частоту вращения электрических машин в диапазоне 0...±2000 об/мин в пропорциональный сигнал напряжения 0...±5,5 В. Модуль содержит датчик напряжения (ДН) типа LV25-P и датчик тока (ДТ) типа HX03-P. Датчики позволяют получить маломощные напряжения, пропорциональные значениям входных силовых токов и напряжений. Датчики работают на основе эффекта Холла, поэтому обеспечивают не только потенциальное, но и гальваническое разделение силовых цепей и цепей управления. Датчик тока включаются в цепь последовательно, датчик напряжения – параллельно. При неправильном включении датчиков возможен их выход из строя. Диапазоны работы датчиков приведены в таблице 1.4. Таблица 1.4 Датчик ДН ДТ ДС Диапазон входных сигналов ±0...500 В ±0...5 А ±0…2000 об/мин Диапазон выходных сигналов, В ±0...10 ±0...10 ±0...10 Полоса пропускания частот, Гц 0…1000 0…1000 – 2.8. Модуль частотного преобразователя Модуль содержит ПЧ фирмы Schneider Electric, который представляет собой законченное устройство с силовой частью, выполненной на IGBT-транзисторах, оснащенное цифровой системой управления. Преобразователь частоты (ПЧ) обеспечивает преобразование переменного напряжения 3×380 В в трехфазное напряжение с регулируемыми значениями напряжения и частоты. Преобразователь частоты содержит неуправляемый выпрямитель и автономный инвертор. ПЧ обеспечивает регулирование скорости вращения и момента асинхронного двигателя при различных законах управления. Внешний вид модуля представлен на рисунке 1.8. Модуль преобразователя частоты содержит: – преобразователь частоты ATV71H075N4 с кнопочной панелью расширенного функционала VW3A1101; – силовые клеммы подачи трехфазного входного напряжения A, B и C и снятия выходного напряжения A1, B1 и C1; – потенциометр аналогового сигнала задания RP1; 19 – переключатели SA1 (выбора управления «Скорость» и «Момент»), SA2 (выбора направления вращения); – кнопка SB1 (сброс ошибки привода); – клеммы X1…X4 для подключения сигнала аналогового задания на один из аналоговых входов преобразователя частоты; – разъем ДС на лицевой панели, предназначенный для подключения импульсного датчика скорости для получения замкнутой системы. Рис. 1.8. Модуль преобразователя частоты Altivar 71 Характеристики преобразователя частоты Altivar 71 приведены в таблице. 1.5. Таблица 1.5 Наименование параметра Полная мощность, кВ·А Номинальный ток, А Максимальный ток, А Напряжение питающей сети, В Значение 0,75 2,3 3,7 380 20 Окончание таблицы 1.5 Количество фаз Диапазон частоты питания, Гц Диапазон выходных частот, Гц Защита по току 3 48…62 0,1…400 150% от номинального тока в течение 60 с 2.9. Модуль тиристорного преобразователя Модуль тиристорного преобразователя постоянного тока (ТП) обеспечивает преобразование переменного напряжения ~ 220 В в регулируемое постоянное 0…220 В. Тиристорный преобразователь представляет собой однофазный двухкомплектный преобразователь с раздельным управлением комплектами. Преобразователь служит для управления электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения. ТП содержит выходы управляемого преобразователя для питания обмотки якоря и выходы неуправляемого преобразователя = 220 В для питания обмотки возбуждения. Внешний вид модуля приведен на рисунке 1.9. На лицевую панель вынесены: кнопка «Сеть» подачи питания на ТП; переключатель SA1, предназначенный для переключения параметра, значение которого отображается на светодиодном индикаторе: «напряжение → ток якоря → ток возбуждения»; тумблер SA2 выбор режима регулирования «Скорость / Момент»; тумблер SA3 выбор режима управления «Руч» / «Авт». В положении «Авт» (Автоматическое управление) сигнал задания подается на клемму X1, а режим работы преобразователя определяется положением остальных элементов управления. В положении «Руч» (Ручное управление) сигнал задания формируется с помощью потенциометра RP1 и переключателя SA5 «Вперед / Назад»; тумблер SA4 выбор режима работы «П / НМ» В режиме «НМ» (нагрузочная машина) обратные связи по скорости или моменту подключаются автоматически. В режиме «П» (преобразователь) все внутренние обратные связи преобразователя размыкаются, тем самым сигнал задания подается напрямую на систему импульсно-фазового управления. Выбор режима работы сигнализируется соответствующими светодиодами; тумблер SA5 осуществляет выбор направления вращения; 21 тумблер SA6 «Разрешение» обеспечивает разрешение управления силовой частью; потенциометр RP1 обеспечивает уставку задания, в соответствии с положением тумблера SA2, по напряжению якоря или по моменту; датчики тока (ДТ) и напряжения (ДН), предназначенные для коммутации внешних обратных связей с помощью аналоговых регуляторов. Выходные сигналы датчиков вынесены на соответствующие клеммы, расположенные на лицевой панели модуля. Рис. 1.9. Внешний вид модуля «Тиристорный преобразователь» Индикация режима работы преобразователя осуществляется через 4 светодиода («Защита», «Работа», «мост А» и «мост В»). При работе в режиме НМ (нагрузочная машина) преобразователь работает в двух основных режимах (рисунок 1.10): регулирование скорости; регулирование момента. 22 В режиме регулирования скорости двигатель работает на горизонтальной механической характеристике, а в режиме регулирования по моменту на вертикальной, при этом можно использовать двигатель как нагрузочное устройство для исследования асинхронной машины. Режим регулирования по скорости: Для работы преобразователя в режиме регулирования скорости необходимо: тумблер SA2 установить в положение «Скорость»; потенциометром RP1 производить регулирование скорости двигателя. а) б) Рис. 1.10. Механические характеристики ДПТ при работе ТП в режиме НМ: а) при регулировании задания по скорости; б) при регулировании задания по моменту Режим регулирования по моменту: Для работы преобразователя в режиме регулирования момента необходимо: тумблер SA2 установить в положение «Момент»; потенциометром RP1 регулировать момент, развиваемый двигателем. 2.10. Модуль однофазного трансформатора Модуль предназначен для исследования однофазного трансформатора, его внешний вид представлен на рисунке 1.11. Вторичная обмотка трансформатора защищена плавким предохранителем, расположенным на кожухе модуля, номиналом 2 А. 23 Сопротивление RP1 предназначено для введения добавочного сопротивления в первичную обмотку трансформатора, его технические характеристики даны в таблице 1.6. Сопротивление RP2 предназначено для введения добавочного сопротивления во вторичную обмотку трансформатора, его технические характеристики даны в таблице 1.7. В положении «0» сопротивление закорачивается, в положении «∞» сопротивление обеспечивает разрыв. Рис. 1.11. Модуль однофазного трансформатора Таблица 1.6 Сопротивление, Ом 120 135 Максимальная рассеиваемая мощность, Вт 11 12,15 Допустимый продолжительный ток, А 0,3 0,3 24 Допустимый кратковременный ток, А 0,6 0,6 Окончание таблицы 1.6 150 165 180 195 210 225 240 13,5 14,85 16,2 17,55 18,9 20,25 21,6 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Таблица 1.7 Сопротивление, Ом 10 30 90 Каталожные Приложении А. Максимальная рассеиваемая мощность, Вт 25 68 100 данные Допустимый продолжительный ток, А 1,5 1,5 1,5 однофазного трансформатора Допустимый кратковременный ток, А 2 2 2 приведены в Работа №2. Исследование однофазного двухобмоточного трансформатора Цель работы Экспериментальное исследование свойств однофазного двухобмоточного трансформатора. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел «Характеристики однофазных трансформаторов», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением работы необходимо привести модули в исходное состояние. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF1 модуля питания стенда: установить переключатели SA1 и SA2 модуля однофазного трансформатора в положение ∞. 25 В работе используется однофазный двухобмоточный трансформатор, каталожные данные которого приведены в Приложении А. 1.1. Опыт холостого хода и внешние характеристики трансформатора Внешние характеристики представляют собой зависимости вторичного напряжения трансформатора от тока нагрузки U2 = f (I2) при U1 = U1Н = const; cos(φ)2 = const. Для снятия данных характеристик собирается схема, показанная на рисунке 2.1. Однофазный трансформатор подключается к модулю питания на клеммы ~220 В. Для создания нагрузки во вторичную цепь включается регулируемое сопротивление RP2. Контроль параметров в первичной и вторичной обмотках осуществляется с помощью приборов PV и РА модуля измерительного. Рис. 2.1. Схема для снятия внешней характеристики трансформатора и опыта холостого хода Опыт проводится в следующем порядке: сопротивление RP2 модуля однофазного трансформатора устанавливают переключателем SA2 в положение «∞», что соответствует режиму холостого хода трансформатора; включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; переключателем SA2 модуля однофазного трансформатора изменять ток вторичной обмотки до тех пор, пока ток во вторичной обмотке не будет равен 2 амперам. Для каждого из положений переключателя SA2 занести показания приборов в таблицу 2.1. Переключатель SA2 в положение «0» не выводить. После проведения опыта SA2 перевести в положение «∞», отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. По расчетным данным можно построить 26 внешнюю характеристику трансформатора и зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки kНГ 𝐼2 . 𝐼2Н 𝑘НГ = Опытную и расчетную внешние характеристики трансформатора следует представить на одном графике и проанализировать их. Коэффициент трансформации трансформатора 𝐾= 𝑈1 . 𝑈2 Полное, активное и индуктивное сопротивления намагничивающего контура Т-образной схемы замещения трансформатора, Ом 𝑈1 , 𝐼0 𝑃 𝑟𝑚 ≈ 𝑟0 = 20 , 𝐼0 𝑧𝑚 ≈ 𝑧0 = 𝑥𝑚 ≈ 𝑥0 = √𝑧2𝑚 − 𝑟2𝑚 . Коэффициент мощности при опыте холостого хода трансформатора cos (𝜑)0 = 𝑃0 . 𝐼0 · 𝑈1 Ток холостого хода трансформатора в долях номинального тока первичной обмотки трансформатора 𝐼0∗ = 𝐼0 , 𝐼1Н где I1Н номинальный ток первичной обмотки трансформатора, А 𝐼1Н = 𝑆Н , 𝑈1Н где SН номинальная мощность трансформатора, В·А. Расчетное значение вторичного напряжения U2 при нагрузке в зависимости от коэффициента нагрузки находят из выражения 𝛥𝑈% 𝑈2 = 𝑈20 · 1 − , ( 100 ) где U20 напряжение вторичной обмотки трансформатора на холостом ходу, В; ΔU% процентное изменение вторичного напряжения трансформатора; ΔU% = kНГ·(UКА%·cos(φ)2 + UКА%·sin(φ)2), cos(φ)2 = 1 для чисто активной нагрузки. 27 Таблица 2.1 U1, В Данные опыта U2, В I2, А kТР Расчетные данные kНГ I1, А Контрольные вопросы 1. Каково устройство, принцип действия и область применения трансформаторов? 2. Почему трансформаторы применяются только в цепях переменного тока? 3. В чем состоит опыт холостого хода трансформатора? 4. Что может быть определено из опыта холостого хода? 5. Что показывает КПД трансформатора? 6. Как определяют коэффициент трансформации, коэффициент мощности и коэффициент загрузки трансформатора? 7. Что такое потери в трансформаторе, от чего они зависят? 8. Каковы меры борьбы с вихревыми токами в трансформаторе? Работа №3. Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Цель работы Исследование рабочих свойств асинхронного электродвигателя путем снятия соответствующих экспериментальных характеристик. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел «Асинхронные электродвигатели», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние: переключатель SA1 МДС№1 установить в положение «∞»; переключатель SA1 МДС№2 установить в положение «∞»; 28 переключатель «Сеть» тиристорного преобразователя перевести в нижнее; положение, переключатель SA3 в положение «Руч», SA4 в положение «НМ», SA6 «Разрешение» в нижнее положение (см. Приложение Г), В работе исследуется асинхронный электродвигатель, каталожные данные которого приведены в Приложении Б. 3.1. Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя Опыт короткого замыкания проводится при неподвижном (заторможенном) роторе s = 1 и пониженном напряжении, при котором ток статора примерно равен номинальному току статора I1К ≈ I1Н. Схема для проведения опыта короткого замыкания представлена на рисунке 3.1. Заторможенное состояние двигателя осуществляется путем установки металлического стержня в отверстие полумуфты. Понижение напряжения достигается включением добавочного сопротивления в цепь статора. Для этого статорные обмотки асинхронного двигателя подключаются через амперметр и вольтметр модуля измерительного и добавочные сопротивления модуля МДС№1 к трехфазному напряжению модуля питания. Рис. 3.1. Схема для проведения опытов короткого замыкания и холостого хода Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; переключателем SA1 МДС№1 вводить сопротивление в цепь статора до тех пор, пока ток статора примерно не будет равен номинальному току статора. Данные занести в таблицу 3.1. Опыт необходимо производить максимально быстро. 29 Таблица 3.1 U1ФК В I1ФК А Данные опыта P1К ΔPЭЛ.1 Вт Вт ΔPСТ Вт PЭМ.К Вт Расчетные данные MЭМ.К zК rК Н·м Ом Ом xК Ом После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние. Переключатель SA1 модуля МДС№1 перевести в положение «∞», отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Удалить металлический стержень из электромашинного агрегата. По данным опыта короткого замыкания определить пусковой ток, пусковой момент при s = l. Для этого произвести следующие расчеты. Трехфазная активная мощность при опыте короткого замыкания, Вт 𝑃1К = 𝑚1К · 𝐼1ФК · 𝑈1ФК . Электрические потери в цепи статора, Вт 2 𝛥𝑃ЭЛ.СТ = 𝑚1 · 𝐼1К · 𝑟1 , где m1 число фаз; r1 сопротивление обмотки статора (Приложение Б), Ом. Потери в стали при напряжении U1К, Вт 𝛥𝑃СТ 𝑈1К 2 ≈ 𝛥𝑃СТ1 · , (𝑈1Н ) где ΔPСТ1 потери в стали при номинальном напряжении, Вт Электромагнитная мощность при опыте короткого замыкания, Вт 𝑃ЭМ.К = 𝑃1К − ∆𝑃ЭЛ1 − ∆𝑃СТ . Электромагнитный момент при опыте короткого замыкания, Н·м 𝑀ЭМ.К = 𝑃ЭМ.К , 𝜔1 где ω1 синхронная частота вращения электродвигателя, рад/с. Электромагнитный момент при номинальном напряжении, Н·м 𝑀ЭМ.Н = 𝑀ЭМ.К · 𝑈1Н 2 . (𝑈1К ) Кратность пускового момента 𝑀П∗ = 𝑀ЭМ.Н . 𝑀Н Номинальный момент электродвигателя, Н·м 𝑀Н = 30 𝑃2Н , 𝜔Н где P2Н номинальная мощность на валу, Вт; ωН угловая номинальная частота вращения (Приложение Б), рад/с. Кратность пускового тока 𝐼П∗ = 𝐼1К 𝑈1Н · . 𝐼1Н 𝑈1К 3.2. Опыт холостого хода асинхронного двигателя Исследование двигателя в режиме холостого хода проводится для номинального напряжения и позволяет оценить величину тока холостого хода, а также потери в стали при номинальном напряжении. Схема для проведения опыта холостого хода представлена на рисунке 3.1. Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; переключатель SA1 МДС№1 установить из положения «∞» в положение «0», напряжение принимает значение, равное номинальному; зафиксировать показания приборов на холостом ходу. Данные опыта занести в таблицу 3.2. Таблица 3.2 U1ФН В Данные опыта I10 n А об/мин P10 Вт cos(φ)10 Расчетные данные ΔPЭЛ.1 ΔPСТ Вт Вт I10* После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние. Переключатель SA1 модуля МДС№1 перевести в положение «∞», отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Произвести следующие расчеты: Коэффициент мощности cos (𝜑)10 = 𝑃10 . 𝑚1 · 𝑈1ФН · 𝐼1Ф Активная мощность трех фаз, Вт 𝑃10 = 𝑚1 · 𝐼10 · 𝑈1Ф . Потери в стали сердечника статора при номинальном напряжении, Вт 2 𝛥𝑃СТ1 = 𝑃10 − 𝑚1 · 𝐼10 · 𝑟1 − 𝛥𝑃МЕХ.АД − 𝛥𝑃МЕХ.ДПТ , где r1 активное сопротивление фазы статора при температуре окружающей среды (Приложение Б), Ом; ΔPМЕХ.АД механические потери 31 асинхронного двигателя (Приложение Б), Вт; ΔPМЕХ.ДПТ механические потери машины постоянного тока (Приложение Б), Вт. Потери в стали сердечника статора при любом другом напряжении могут быть пересчитаны через квадрат напряжения: 𝛥𝑃СТ 𝑈1 2 = 𝛥𝑃СТ1 · . (𝑈1Н ) Значение тока холостого хода в относительных единицах ∗ 𝐼10 = 𝐼10 . 𝐼1Н 3.3. Рабочие характеристики асинхронного двигателя Схема для снятия рабочих характеристик, представлена на рисунке 3.2. Асинхронный двигатель, исследуемый в данной работе, подключается к выходам 3x380 В модуля питания через вольтметр и амперметр переменного тока модуля измерительного. В качестве нагрузочной машины выступает двигатель постоянного тока (ДПТ), подключенный к тиристорному преобразователю (ТП). Перед началом работы тиристорный преобразователь должен быть переведен в режим регулирования момента (Приложение Г). Рис. 3.2. Схема для снятия рабочих характеристик асинхронного двигателя Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и выбрать направление вращения ДПТ (переключатель SA5); 32 потенциометром RP1 модуля ТП, задавая момент нагрузки, следить за частотой вращения. Если она увеличивается, поменять направление момента нагрузки; снять несколько точек двигательного режима, поменять направление момента нагрузки (переключатель SA5 ТП), снять несколько точек генераторного режима. При проведении опыта следить за током якоря ДПТ. Он не должен превышать 1,5 А. Опытные данные, как со стороны асинхронного двигателя, так и со стороны машины постоянного тока, занести в таблицы 3.3 и 3.4. Таблица 3.3 Со стороны асинхронного двигателя Данные опыта Расчетные данные U1Ф I1Ф P1 cos(φ)1 ΔPЭЛ.1 ΔPСТ PЭМ s ΔPЭЛ.2 ΔPМЕХ ΣΔP P2 MЭМ n В А Вт об/мин Вт Вт Вт % Вт Вт Вт Вт Н·м % Таблица 3.4 Данные опыта IЯ UОВ А В CМ В·с Со стороны ДПТ Расчетные данные MЭМ IЯ M0 M2 Н·м А Н·м Н·м P2 Вт % После проведения опыта перевести переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Расчетные данные со стороны асинхронного двигателя. Электрические потери в обмотке статора асинхронного двигателя, Вт 2 𝛥𝑃ЭЛ1 = 𝑚1 · 𝐼1Ф · 𝑟1 , где r1 активное сопротивление фазы статора (Приложение Б). Потери в стали при напряжении U1Ф, Вт 𝛥𝑃СТ = 𝛥𝑃СТ1 · 𝑈1Ф 2 , (𝑈1Н ) Электромагнитная мощность, Вт 𝑃ЭМ = 𝑃1 − ∆𝑃ЭЛ1 − ∆𝑃СТ. Скольжение 𝑠= 𝜔1 − 𝜔 . 𝜔1 33 Электрические потери в обмотке ротора, Вт ∆𝑃ЭЛ2 = 𝑃ЭМ · 𝑠. Суммарные потери в двигателе, Вт ∑ 𝛥𝑃 = 𝛥𝑃ЭЛ1 + 𝛥𝑃СТ + 𝛥𝑃ЭЛ2 + 𝛥𝑃МЕХ.АД . Электромагнитный момент асинхронного двигателя, Н·м 𝑀ЭМ = 𝑃ЭМ , 𝜔1 где ω1 синхронная угловая частота вращения, рад/с. Полезный момент на валу двигателя, Н·м 𝑀2 = 𝑀ЭМ − 𝑀0 . Полезная мощность на валу двигателя, Вт 𝑀2 = 𝑀ЭМ − ∑ 𝛥𝑃 . Коэффициент полезного действия, % = 𝑃2 · 100%. 𝑃1 Коэффициент мощности (расчетный) cos (𝜑)1 = 𝑃1 . 𝑚1 · 𝑈1Ф · 𝐼1Ф Расчетные данные со стороны машины постоянного тока. Электромагнитный момент ДПТ, Н·м 𝑀ЭМ.ГПТ = 𝐶М · 𝐼Я , где CМ принимается из тарировочной кривой (Приложение В). Момент холостого хода ДПТ, Н·м 𝑀0 = 𝐶М · 𝐼Я0 , где IЯ0 ток холостого хода принимается из тарировочной кривой машины постоянного тока (Приложение В), А. Полный момент на валу ДПТ, Н·м 𝑀2ГПТ = 𝑀ЭМ.ГПТ + 𝑀0 . Полезная мощность на валу ГПТ, Вт 𝑃2 = 𝑀2ГПТ · 𝜔. Рабочие характеристики представляют собой графически изображенные зависимости тока статора, потребляемой из сети активной мощности, частоты вращения, скольжения, электромагнитного момента, КПД и коэффициента мощности от полезной мощности на валу двигателя: I1, P1, n, s, MЭМ, , cos(φ)1 = f (P2) при f1 = const и U1 = const. 34 3.4. Расчет параметров асинхронного двигателя Опыты холостого хода и короткого замыкания позволяют рассчитать параметры асинхронного двигателя и построить схему замещения. Из опыта холостого хода. Активное сопротивление намагничивающей цепи, Ом 𝑟𝑚 = 𝑃СТ1 2 𝑚1 · 𝐼10 , Полное сопротивление намагничивающей цепи, Ом 𝑧𝜇 = 𝑈1ФН . 𝐼10 Индуктивное сопротивление намагничивающей цепи, Ом 𝑥𝜇 = √𝑧2𝜇 − 𝑟2𝜇 . Из опыта короткого замыкания. Полное сопротивление, Ом 𝑧К = 𝑈1ФК . 𝐼1К Активное сопротивление, Ом 𝑟К = 𝑃1К 2 𝑚1 · 𝐼1К ; 𝑟’2 = 𝑟К − 𝑟1 . Индуктивное сопротивление, Ом 𝑥 𝑥К = √𝑧2К − 𝑟2К ; 𝑥1 ≈ 𝑥’2 · К . 2 Т-образная схема замещения асинхронного двигателя представлена на рисунке 3.3. Рис. 3.3. Т-образная схема замещения 35 Контрольные вопросы 1. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя? 2. Укажите особенности конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. 3. Как изменится момент асинхронного двигателя при понижении напряжения питающей сети? 4. Может ли асинхронный двигатель создавать момент при синхронной частоте вращения, т. е. может ли он вращаться с синхронной частотой вращения? 5. Как изменяется ток статора двигателя при повышении напряжения и неизменной нагрузке на валу двигателя? 6. Объяснить физический смысл зависимости cos(φ)1 = f (P2). 7. Как влияет величина добавочного сопротивления в цепи статора на вид рабочих характеристик? Работа №4. Исследование механических и энергетических характеристик асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором Цель работы Исследование характеристик асинхронного электродвигателя, построение энергетических диаграмм электродвигателя. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел курса «Асинхронный электропривод», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние: переключатель «Сеть» тиристорного преобразователя перевести в нижнее положение, переключатель SA3 в положение «Руч», SA4 в положение «НМ», SA6 «Разрешение» в нижнее положение (см. Приложение Г). В работе исследуются свойства асинхронного двигателя, каталожные данные которого приведены в Приложении Б. 36 Рис. 4.1. Схема для исследования асинхронного электродвигателя Схема для исследования асинхронного электродвигателя представлена на рисунке 4.1. Асинхронный двигатель, исследуемый в данной работе, подключается к выходам 3×380 В модуля питания через приборы модуля измерительного. В качестве нагрузочной машины выступает двигатель постоянного тока, подключенный к тиристорному преобразователю (ТП). Перед началом работы ТП должен быть переведен в режим регулирования момента (Приложение Г). 4.1. Механическая и электромеханическая характеристики двигателя Механическая характеристика представляет собой зависимость частоты вращения двигателя от полезного момента на валу двигателя ω = f (MВ) при постоянном значении частоты и амплитуды питающего напряжения, Электромеханическая характеристика двигателя представляет собой зависимость частоты вращения от тока статора ω = f (IС). Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл»» контактора модуля питания; подать питание на ТП включением кнопки «Сеть»; подать разрешение на работу ТП (тумблер SA6) и выбрать направление вращения ДПТ (переключатель SA5); 37 задавая момент нагрузки, следить за частотой вращения. Если она увеличивается, поменять направление момента нагрузки; снять несколько точек двигательного режима, поменять направление момента (переключатель SA5 ТП), снять несколько точек генераторного режима. При проведении опыта следить за током якоря ДПТ. Он не должен превышать 1,5 А. Данные опыта занести в таблицу 4.1. Таблица 4.1 n, об/мин UФ, В I С, А PС, Вт ω, 1/с S, B·A cos(φ) ΔPЭЛ, Вт ΔPМЕХ, Вт PВ, Вт MВ, Н·м После проведения опыта необходимо привести модули в исходное состояние, нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания и отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда. Произвести следующие расчеты: Частота вращения двигателя, 1/с 𝜔= 2·𝜋 · 𝑛, 60 где n скорость вращения электродвигателя, об/мин. Полная мощность, потребляемая из сети, В·А 𝑆 = 3 · 𝑈Ф · 𝐼С , где UФ фазное напряжение питающей сети, В; IС ток фазы статора асинхронного электродвигателя, А. Коэффициент мощности электродвигателя 𝑐𝑜𝑠(𝜑) = 3 · 𝑃С . 𝑆 Электрические потери в цепи статора, Вт ∆𝑃ЭЛ = 3 · 𝐼С2 · 𝑟С , где rС сопротивление фазы обмотки статора (Приложение Б). 38 Полезная мощность на валу двигателя, Вт 𝑃В = 3 · 𝑃С − ∆𝑃ЭЛ − ∆𝑃МЕХ.АД , где ΔPМЕХ.АД механические потери двигателя (Приложение Б), Вт; PС активная мощность в фазе статора, Вт. Момент на валу двигателя, Н·м 𝑀В = Коэффициент электродвигателя полезного 𝑃В . 𝜔 действия = в двигательном режиме 𝑃В . 3 · 𝑃С Коэффициент полезного действия в генераторном режиме = 3 · 𝑃С . 𝑃В По данным опытов построить механическую, электромеханическую характеристику, а также зависимости , cos(φ) = f (MВ). 4.2. Энергетические диаграммы Энергетические диаграммы представляют собой графическое отображение распределения потерь и показывают направление потоков мощностей в электроприводе. Диаграмма отображается в масштабе для конкретного режима работы и для конкретной точки. Направление потоков мощностей показывается стрелками с указанием величин потерь. Примерный вид диаграммы для двигательного режима представлен на рисунке 4.2. В лабораторной работе необходимо построить диаграммы для двигательного, режима, а также для режима холостого хода. Рис. 4.2. Пример построения энергетической диаграммы АД 39 Контрольные вопросы 1. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя? 2. Как изменится момент асинхронного двигателя при понижении напряжения питающей сети? 3. Может ли асинхронный двигатель создавать момент при синхронной частоте вращения? 4. Как изменяется ток статора двигателя при повышении напряжения и неизменной нагрузке на валу двигателя? 5. Объяснить физический смысл зависимости cos(φ)1 = f (P2). 6. На механической характеристике двигателя указать точку перехода в генераторный режим. Работа №5. Исследование трехфазного асинхронного электродвигателя с фазным ротором Цель работы Исследование рабочих свойств асинхронного электродвигателя с фазным ротором путем снятия соответствующих экспериментальных характеристик. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел «Асинхронные электродвигатели», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние: переключатель SA1 МДС№1 установить в положение «∞»; переключатель SA1 МДС№2 установить в положение «∞». Исследуемый асинхронный двигатель входит в состав электромашинного агрегата стенда, его каталожные данные приведены в Приложении Б. 5.1. Опыт короткого замыкания Опыт короткого замыкания проводится при неподвижном (заторможенном) роторе s = 1 и пониженном напряжении, при котором ток статора примерно равен номинальному току статора I1К ≈ I1Н. 40 Рис. 5.1. Схема для проведения опыта короткого замыкания Схема для проведения опыта короткого замыкания представлена на рисунке 5.1. Опыт короткого замыкания проводится при неподвижном (заторможенном роторе) s = 1 и пониженном напряжении, при котором ток статора примерно равен номинальному току статора I1К ≈ I1Н. Принудительное торможение двигателя осуществляется путем установки металлического стержня в отверстие полумуфты. Статорные обмотки асинхронного двигателя подключаются через сопротивления модуля МДС№1 к клеммам трехфазного напряжения модуля питания. Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; переключателем SA1 МДС№1 вводить сопротивление в цепь статора до тех пор, пока ток статора примерно будет равен номинальному. Данные занести в таблицу 5.1. Таблица 5.1 Данные опыта U1ФК I1ФК P1ФК В А Вт cos(φ)1К P1К Вт ΔPЭЛ.СТ Расчетные данные ΔPСТ PЭМ.К MЭМ.К Вт Вт Н·м zК Ом rК Ом xК Ом После проведения опыта отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания, установить модули в исходное состояние. Удалить металлический стержень из электромашинного агрегата. По данным опыта короткого замыкания определить пусковой ток и пусковой момент при s = 1. 41 Трехфазная активная мощность при опыте короткого замыкания, Вт 𝑃1К = 𝑚1К · 𝑃1ФК . Электрические потери в цепи статора, Вт 2 𝛥𝑃ЭЛ.СТ = 𝑚1 · 𝐼1К · 𝑟1 . Потери в стали при напряжении U1К, Вт 𝛥𝑃СТ ≈ 𝛥𝑃СТ1 · 𝑈1К 2 , (𝑈1Н ) где ΔPСТ1 потери в стали при номинальном напряжении, Вт. Электромагнитная мощность при опыте короткого замыкания, Вт 𝑃ЭМ.К = 𝑃1К − 𝛥𝑃ЭЛ.СТ − 𝛥𝑃СТ . Электромагнитный момент при опыте короткого замыкания, Н·м 𝑀ЭМ.К = 𝑃ЭМ.К , 𝜔1 𝑀ЭМ.К = 𝑃ЭМ.К , 2 · 𝜋 · 𝑛1 60 или где n1 синхронная частота вращения, об/мин; ω1 синхронная угловая частота вращения, рад/с 𝜔= 2·𝜋·𝑓 , 𝑝 где p число пар полюсов (Приложение Б). Электромагнитный момент при номинальном напряжении, Н·м 𝑀ЭМ.Н 𝑈1Н 2 = 𝑀ЭМ.К · . (𝑈1К ) Кратность пускового момента 𝑀ЭМ.Н ; 𝑀Н 𝑃 𝑀Н = 2Н , 𝜔Н 𝑀П∗ = где P2Н и ωН номинальная мощность на валу и угловая номинальная частота вращения (Приложение Б). Кратность пускового тока 𝐼П∗ = 𝐼1К 𝑈1Н · . 𝐼1Н 𝑈1К 5.2. Опыт холостого хода Исследование двигателя в режиме холостого хода проводится аналогично п.3.2 лабораторной работы №3. 42 5.3. Расчет параметров асинхронного двигателя Опыт холостого хода и короткого замыкания позволяет рассчитать параметры асинхронного двигателя и построить схему замещения. Из опыта холостого хода: активное сопротивление намагничивающей цепи 𝑟𝑚 ≈ 𝑃СТ1 2 𝑚1 · 𝐼10 ; полное сопротивление намагничивающей цепи 𝑧𝑚 ≈ 𝑈1ФН ; 𝐼10 индуктивное сопротивление намагничивающей цепи 𝑥𝑚 ≈ √𝑧2𝑚 − 𝑟2𝑚 ; Из опыта короткого замыкания: полное сопротивление 𝑧К = активное сопротивление 𝑟К = 𝑈1ФК ; 𝐼1К 𝑃1К 2 𝑚1 · 𝐼1К ; 𝑟’2 = 𝑟К − 𝑟1 ; индуктивное сопротивление 𝑥 𝑥К = √𝑧2К − 𝑟2К ; 𝑥1 ≈ 𝑥’2 · К . 2 Т-образная схема замещения асинхронного двигателя представлена на рисунке 5.2 Рис. 5.2. Т-образная схема замещения 5.4. Снятие рабочих характеристик Схема для снятия рабочих характеристик, представлена на рисунке 5.3, Статорные обмотки асинхронного двигателя подключаются к клеммам трехфазного напряжения модуля питания через вольтметр и амперметр модуля измерительного. Ротор электродвигателя включается по схеме «звезда» через 43 сопротивления МДС№1. Якорная цепь машины постоянного тока, выступающей в качестве приводного двигателя, подключается к выходам UТП тиристорного преобразователя, а обмотка возбуждения к нерегулируемому источнику постоянного напряжения UОВ. Значения тока якоря, напряжения на якоре машины постоянного тока контролируется с помощью индикатора тиристорного преобразователя. Текущее значение частоты вращения n агрегата также можно наблюдать на индикаторе силового модуля. Рис. 5.3. Схема для снятия рабочих характеристик Опыт проводится в такой последовательности: переключателем SA1 модуля МДС№1 ввести добавочное сопротивление в цепь ротора (значение задается преподавателем); включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и выбрать направление вращения ДПТ (переключатель SA5); потенциометром RP1 модуля ТП увеличивать нагрузку машины постоянного тока, пока ток якоря не достигнет номинального значения IНАГР = IЯ ≈ IЯН (IЯН = 1,3·А). Выше этого значения двигатель не нагружать! SA1 в «0» не выводить! опыт повторить для другого значения сопротивления в цепи ротора, а также для номинального режима при нулевом добавочном сопротивлении. 44 Опытные данные со стороны, как асинхронного двигателя, так и машины постоянного тока, занести в таблицу 5.2. После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Таблица 5.2 U1Ф, В I1Ф, А P1, Вт n, об/мин cos(φ)1 ΔPЭЛ.СТ, Вт ΔPСТ, Вт PЭМ, Вт s ΔPЭЛ.Р, Вт ΔPМЕХ.АД, Вт ΔPЭЛ.ДОБ, Вт ΣΔP, Вт P2, Вт MЭМ, Н·м , % I Я, А UОВ, В CМ MЭМ, Н·м IЯО, А M0, Н·м M2ГПТ, Н·м P2ГПТ, Вт Частота вращения электродвигателя, рад/с 𝜔= 2·𝜋·𝑛 . 60 Электрические потери в обмотке статора асинхронного двигателя, Вт 2 𝛥𝑃ЭЛ.СТ = 𝑚1 · 𝐼1Ф · 𝑟1 , где r1 активное сопротивление фазы статора, приводится в паспортных данных двигателя (Приложение Б), Ом.· 45 Потери в стали сердечника статора при номинальном напряжении, Вт 𝛥𝑃СТ1 = 𝑃10 − 𝛥𝑃ЭЛ1 − 𝛥𝑃МЕХ.АД − 𝛥𝑃МЕХ.МПТ , где ΔPМЕХ.АД механические потери асинхронного двигателя, Вт (Приложение Б); ΔPМЕХ.МПТ механические потери машины постоянного тока, Вт (Приложение Б). Потери в стали при напряжении U1Ф, Вт 𝛥𝑃СТ 𝑈1Ф 2 = 𝛥𝑃СТ1 · . (𝑈1Н ) Электромагнитная мощность, Вт 𝑃ЭМ = 𝑃1 − 𝛥𝑃ЭЛ1 − 𝛥𝑃СТ . Скольжение 𝑠= 𝑛1 − 𝑛 . 𝑛1 Электрические потери в обмотке ротора, Вт ∆𝑃ЭЛ.Р = 𝑃ЭМ · 𝑠. Электрические потери в добавочных сопротивлениях ротора, Вт ∆𝑃ЭЛ.ДОБ = 3 · 𝐼22 · 𝑅ДОБ . Суммарные потери в двигателе, Вт ∑ 𝛥𝑃 = 𝛥𝑃ЭЛ.СТ + 𝛥𝑃СТ + 𝛥𝑃ЭЛ.Р + 𝛥𝑃ЭЛ.ДОБ . Полезная мощность на валу двигателя, Вт 𝑃2 = 𝑃1 − ∑ 𝛥𝑃 . Полезный момент на валу двигателя, Н·м 𝑀2 = 𝑃2 . 𝜔 Электромагнитный момент двигателя, Н·м 𝑀ЭМ = 𝑃1 , 𝜔0 где ω0 cинхронная угловая частота вращения электродвигателя, 1/с. Коэффициент полезного действия, % = 𝑃2 · 100%. 𝑃1 Коэффициент мощности (расчетный) cos (𝜑)1 = 𝑃1 . 𝑚1 · 𝑈1Ф · 𝐼1Ф Электромагнитный момент ГПТ, Н·м 𝑀ЭМ.ГПТ = 𝐶М · 𝐼Я , 46 где CМ принимается из тарировочной кривой (Приложение В). Момент холостого хода ГПТ, Н·м 𝑀0 = 𝐶М · 𝐼Я0 , где IЯ0 ток холостого хода, принимается из тарировочной кривой машины постоянного тока (Приложение В) и пропорционален механическим потерям в стали ГПТ, А. Полный момент на валу ГПТ, Н·м 𝑀2ГПТ = 𝑀ЭМ.ГПТ + 𝑀0 . Полезная мощность на валу ГПТ, Вт 𝑃2ГПТ = 𝑀2ГПТ · 𝜔. Рабочие характеристики представляют собой графически изображенные зависимости тока статора, потребляемой из сети активной мощности, частоты вращения, скольжения, электромагнитного момента, КПД и коэффициента мощности от полезной мощности на валу двигателя: I1, Р1, n, s, MЭМ, , cos(φ)1 = f (P2) при f1 = const и U1 = const. По данным опыта построить механическую ω = f (M2) и электромеханическую ω = f (I1) характеристики. Контрольные вопросы 1. Как изменить направление вращения асинхронного двигателя? 2. Как изменится момент асинхронного двигателя при понижении напряжения питающей сети? 3. Назовите основные конструктивные отличия между двигателями с фазным ротором и короткозамкнутым ротором. 4. Как изменяется ток статора двигателя при повышении напряжения и неизменной нагрузке на валу двигателя? 5. Объяснить физический смысл зависимости cos(φ)1 = f (P2). 6. Как влияет величина добавочного сопротивления в цепи ротора на величину момента? 7. Как влияет величина добавочного сопротивления в цепи ротора на жесткость механической характеристики? 47 Работа №6. Исследование асинхронного генератора Цель работы Изучение способа включения асинхронной машины для работы в режиме генератора. Исследование рабочих свойств асинхронного генератора путем снятия и построения опытных характеристик. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел генераторы», быть готовым ответить на контрольные вопросы. «Асинхронные Методические указания к проведению работы Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние: переключатель «Сеть» тиристорного преобразователя перевести в нижнее положение, переключатель SA3 в положение «Руч», SA4 в положение «НМ», SA6 «Разрешение» в нижнее положение (см. Приложение Г). Исследуемая асинхронная машина входит в состав электромашинного агрегата стенда, ее каталожные данные приведены в Приложении Б. 6.1. Пробный пуск Для исследования асинхронного генератора собирается схема, представленная на рисунке 6.1. В качестве приводного двигателя используется двигатель постоянного тока, обмотки которого выведены на силовой модуль. Двигатель постоянного тока подключается к тиристорному преобразователю. Якорная цепь подключается к выходам регулируемого источника напряжения UТП, обмотка возбуждения к выходам UОВ. Контроль за параметрами электродвигателя постоянного тока осуществляется измерительными приборами тиристорного преобразователя. Статорные обмотки асинхронного генератора подключаются к трехфазному напряжению модуля питания. Ток статора, напряжение статора генератора измеряются стрелочными приборами модуля измерительного. Значение частоты вращения n агрегата наблюдать на индикаторе силового модуля. 48 Рис. 6.1. Схема для исследования асинхронного генератора Опыт пробного пуска проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания генератор придет во вращение; включить кнопку «Сеть» модуля ТП подается напряжение на тиристорный преобразователь. Подать разрешение на работу ТП (SA6) и выбрать направление вращения (SA5); задавая потенциометром RP1 модуля ТП момент нагрузки, наблюдать за частотой вращения агрегата. Если она уменьшается, поменять направление задания момента. После пробного пуска вернуть модули в исходное состояние. 6.2. Снятие рабочих характеристик Рабочие характеристики представляют собой зависимость мощности, подводимой к асинхронном генератору P1 фазного тока IФ, КПД А.ГЕН, скольжения s от полной активной мощности, отдаваемой асинхронным генератором в сеть P2, IФ, P1, n, s, , cos(φ)1 = f (P2) при UФ = const и f = const. Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания, запустится асинхронный генератор, зафиксировать показания холостого хода; произвести запуск ДПТ так, как было описано в пункте 6.1; 49 увеличивая напряжение на якоре, изменять скорость ДПТ до достижения асинхронной машиной точки перехода в генераторный режим (активная мощность, потребляемая из сети, равна нулю). Дальнейшее увеличение напряжения на якоре или ослабление обмотки возбуждения приводит к переходу асинхронной машины в режим асинхронного генератора и отдачи в сеть активной мощности. Опыт проводить до тех пор, пока ток якоря ДПТ не будет равен 1,5 А. Данные опыта занести в таблицы 6.1 и 6.2. Таблица 6.1 UФ В Со стороны асинхронного генератора Данные опыта Расчетные данные IФ Р P2 cos(φ) S n А Вт об/мин Вт В·А А.ГЕН % Таблица 6.2 UЯ В Со стороны двигателя постоянного тока Данные опыта Расчетные данные IЯ MЭМ IЯ0 M0 M1 А Н·м А Н·м Н·м P1 Вт После окончания опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние. Отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Расчетные данные со стороны асинхронного генератора. Полная активная мощность, отдаваемая асинхронным генератором в сеть переменного тока, Вт 𝑃2 = 𝑃1 − 𝑃ХХ − ∆𝑃ЭМ , где РХХ потери холостого хода асинхронной машины (Приложение Б), Вт. Потери в обмотке статора, Вт ∆𝑃ЭМ = 3 · 𝐼Ф2 · 𝑟С , где rС сопротивление обмотки статора (Приложение Б). Коэффициент мощности асинхронного генератора cos (𝜑)1 = 𝑃2 . 𝑚1 · 𝑈Ф · 𝐼Ф Скольжение асинхронного генератора 𝑠= 𝑛1 − 𝑛 . 𝑛1 50 КПД асинхронного генератора А.ГЕН = 𝑃2 . 𝑃1 Мощность, подводимая к асинхронному генератору от двигателя постоянного тока (определяется по расчетным данным этого двигателя), Вт 𝑃 1 = 𝑀1 · 2·𝜋·𝑛 . 60 Полезный момент на валу двигателя постоянного тока, Н·м 𝑀1 = 𝑀ЭМ − 𝑀0 . Электромагнитный момент, создаваемый двигателем постоянного тока, Н·м 𝑀ЭМ = 𝐶М · 𝐼Я . Момент холостого хода двигателя постоянного тока, Н·м 𝑀0 = 𝐶М · 𝐼Я0 . Коэффициенты CМ и IЯ0 принимаются по тарировочным кривым (Приложение В) в зависимости от угловой частоты вращения с учетом тока возбуждения. По расчетным данным построить рабочие характеристики асинхронного генератора: P1; IФ; cos(φ); А.ГЕН; S = f (P2),при UФ = const и f = const. Контрольные вопросы 1. В чем состоят достоинства и преимущества асинхронного генератора по отношению к синхронному генератору? 2. Указать недостатки асинхронного генератора. 3. Может ли асинхронный генератор работать без сети переменного тока? 4. Каким образом создается магнитное поле в асинхронном генераторе? 5. Назовите области применения асинхронных генераторов. 51 Работа №7. Исследование синхронного генератора Цель работы Исследование рабочих свойств и характеристик трехфазного синхронного генератора (СГ). Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел курса электрических машин «Синхронные машины», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Исследуемый синхронный генератор входит в состав электромашинного агрегата стенда, его каталожные данные приведены в Приложении Б. Перед проведением работы установить модули в исходное состояние: перевести модуль тиристорного преобразователя в режим регулирования скорости, для этого установить переключатель SA3 в положение «Авт», SA4 в положение «НМ», SA6 в нижнее положение (Приложение Г). установить переключатели SA1 МДС№1 и МДС№2 в положение «∞»; установить переключатель SA2 МДС№2 в положение «1100». 7.1. Характеристика холостого хода синхронного генератора Характеристика холостого хода СГ представляет собой зависимость ЭДС обмотки статора от тока возбуждения при постоянной частоте вращения ротора и отсутствии нагрузки: EС = f (IВ), IС = 0, ω0 = const. Схема для проведения опыта приведена на рисунке 7.1. Якорная цепь машины постоянного тока, выступающей в качестве приводного двигателя, подключается к выходам UТП тиристорного преобразователя, а обмотка возбуждения к нерегулируемому источнику постоянного напряжения UОВ. Для регулирования тока возбуждения синхронного генератора в цепь обмотки возбуждения включаются регулируемые сопротивления МДС№1, включенные параллельно друг с другом. Статорные обмотки генератора остаются разомкнутыми. В качестве измерителей тока возбуждения и напряжения генератора выступают амперметр РА1 и вольтметр PV2 модуля измерительного. Измерение параметров якорной цепи приводного двигателя осуществляется посредством цифрового индикатора модуля тиристорного преобразователя. 52 Рис. 7.1. Схема для проведения опыта холостого хода Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и, выбрав направление вращения, задать потенциометром RP1 напряжение, при котором частота вращения агрегата будет равна ~1500 об/мин; изменяя положение переключателя SA1 МДС№1, увеличивать ток возбуждения синхронного генератора, контролируя выходное напряжение генератора UЛГ. Увеличивать ток возбуждения до тех пор, пока напряжение статора не станет равным = 380 В. Результаты опытов заносить в таблицу 7.1. Таблица 7.1 IОВ, А UЛГ, В После проведения опыта перевести переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. 7.2. Опыт трехфазного короткого замыкания Этот опыт проводится для получения характеристики установившегося трехфазного короткого замыкания, которая представляет зависимость тока IСКЗ в обмотке статора от тока возбуждения СГ при постоянной частоте вращения: IСКЗ = f (IВ), U = 0, ω = ω0 = const. Схема для проведения опыта представлена на рисунке 7.2. 53 Рис. 7.2. Схема для проведения опыта трехфазного короткого замыкания Якорная цепь машины постоянного тока, выступающей в качестве приводного двигателя, подключается к выходам UТП тиристорного преобразователя, а обмотка возбуждения к нерегулируемому источнику постоянного напряжения UОВ. Для регулирования тока возбуждения синхронного генератора в цепь обмотки возбуждения включаются регулируемые сопротивления МДС№2, включенные последовательно друг с другом. Статорные обмотки генератора подключаются к регулируемым сопротивлениям модуля МДС№1 и замыкаются в звезду. В качестве измерителей тока возбуждения, тока и напряжения статора генератора выступают приборы модуля измерительного. Измерение параметров якорной цепи приводного двигателя осуществляется посредством цифрового индикатора модуля тиристорного преобразователя. Порядок проведения опыта: установить начальное положение переключателей всех модулей, затем установить переключателем SA1 МДС№1 сопротивление 0 Ом; включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и, выбрав направление вращения, задать потенциометром RP1 напряжение, при котором частота вращения агрегата будет равна ~1500 об/мин; изменяя ток возбуждения генератора с помощью резисторов RP1 и RP2 МДС№2, контролировать ток статорной обмотки генератора, занося результаты в таблицу 7.2. Ток статора не должен превышать номинального тока генератора. Для более плавной регулировки тока возбуждения рекомендуется при определенном положении RP2 МДС №2 изменять сопротивление RP1; 54 после проведения опыта остановить электродвигатель постоянного тока, выключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Таблица 7.2 IОВ, А I К, А 7.3. Внешняя характеристика СГ Внешняя характеристика генератора представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения СГ, коэффициенте мощности и частоте вращения: UГ = f (IС), IОВ = const, cos(φ)2 = const, ω = ω0 = const. Внешняя характеристика снимается для чисто активной нагрузки на понижение напряжения, то есть на холостом ходу устанавливается напряжение и ток возбуждения СГ, который при этом будет поддерживаться неизменным. Схема для проведения опыта приведена на рисунке 7.2. Порядок проведения опыта: установить начальное положение переключателей всех модулей, затем перевести RP1 МДС№2 в положение 160 Ом; включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и, выбрав направление вращения, задать потенциометром RP1 напряжение, при котором частота вращения агрегата будет равна ~1500 об/мин; переключением SA1 и SA2 МДС№2 установить ток возбуждения генератора, при котором выходное напряжение генератора будет равно = 380 В, Если ток возбуждения IОВ > 0,3 А, необходимо вывести сопротивление RP2 МДС№2 в положение «0» и регулировать ток возбуждения сопротивлением RP1 МДС№2. Ток возбуждения не должен превышать 1 А; изменяя сопротивление RP1 МДС№1, задавать нагрузку генератору, контролируя ток IС и напряжение UГ. Ток статора не должен превышать 1 А. Результаты заносить в таблицу 7.3; после проведения опыта установить SA1 МДС№1 в положение «∞», остановить двигатель постоянного тока, выключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. 55 Таблица 7.3 IВ,А I С, А UГ, В 7.4. Регулировочная характеристика СГ Эта характеристика генератора представляет собой зависимость тока возбуждения СГ от тока нагрузки при постоянном напряжении на зажимах обмотки статора, коэффициенте мощности и частоте вращения: IОВ = f (IС) при U const, cos(φ) = const, ω = ω0 = const. Схема проведения опыта представлена на рисунке 7.2. Опыт проводится в такой последовательности: установить начальное положение переключателей всех модулей, затем перевести RP1 МДС№2 в положение 160 Ом; включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и, выбрав направление вращения, задать потенциометром RP1 напряжение, при котором частота вращения агрегата будет равна ~1500 об/мин; изменением RP1 и RP2 МДС№2 установить такой ток возбуждения генератора, при котором напряжение на выходе генератора будет равно = 200...220 В; переключением SA1 МДС№1 задавать ток нагрузки генератора, а изменением тока возбуждения генератора добиться постоянства напряжения на выходе генератора. Результаты занести в таблицу 7.4. Внимание! Ток статора не должен превышать 1 А. Переключатель SA1 МДС№1 не переводить в положение «0»; после проведения опыта установить SA1 МДС№1 в положение «∞», остановить двигатель постоянного тока, выключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Таблица 7.4 I В, А I С, А UГ, В 56 7.5. Определение синхронного индуктивного сопротивления СГ По опытным характеристикам холостого хода и трехфазного короткого замыкания определить ненасыщенное значение синхронных индуктивных сопротивлениях xd∞ ≈ xq∞, т. к. ротор неявнополюсный. Определение xd∞ показано на рисунке 7.3. Рис. 7.3. Определение синхронного индуктивного сопротивления Прямая 0А спрямленная ненасыщенная характеристика холостого хода. Для одного и того же тока возбуждения определяем ток IК по характеристике трехфазного короткого замыкания и значение Е’ по спрямленной ненасыщенной характеристике холостого хода 𝑥𝑑∞ ≈ 𝑥𝑑∞ = 𝐸’ . √3 · 𝐼К Выразить это сопротивление в относительных единицах 𝑥𝑑∞ ∗= 𝑥𝑑∞ · 𝐼К.Ф. . 𝑈К.Ф. Контрольные вопросы 1. Чем объясняется нелинейность характеристики холостого хода СГ? 2. Опишите основные конструктивные элементы синхронного генератора. 3. Поясните принцип работы синхронного генератора. 4. Чем объяснить падение напряжения СГ при нагрузке? 5. Почему синхронные индуктивные сопротивления xd∞ ≈ xq∞ в данном СГ? 6. Поясните отличия явнополюсных и неявнополюсных генераторов. Какой вариант конструкции предпочтительнее при тех или иных условиях? 7. Сравните синхронный генератор с асинхронным. 8. За счет чего синхронный генератор обеспечивает высокое качество генерируемой электрической энергии? 57 Работа №8. Исследование синхронного электродвигателя Цель работы Ознакомление с асинхронным пуском трехфазного синхронного двигателя (СД) и исследование его рабочих свойств путем снятия опытных характеристик. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел курса электрических машин «Синхронные машины», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние: переключатель «Сеть» тиристорного преобразователя перевести в нижнее положение, переключатель SA3 в положение «Руч», SA4 в положение «НМ», SA6 «Разрешение» в нижнее положение (см. Приложение Г); переключатель SA1 МДС№2 установить в положение «∞». Исследуемый синхронный двигатель входит в состав электромашинного агрегата стенда, его каталожные данные приведены в Приложении Б. 8.1. Асинхронный пуск синхронного двигателя Схема для проведения асинхронного пуска синхронного двигателя представлена на рисунке 8.1. Роторная цепь синхронного двигателя подключена к нерегулируемому источнику постоянного напряжения = 220 В модуля питания через регулируемые сопротивления модуля МДС№2, включенные последовательно друг с другом. Постоянный ток в роторной цепи измеряется амперметром РА1 модуля измерительного. Статорные обмотки синхронного двигателя подключаются непосредственно на сеть. Нагрузка СД создается двигателем постоянного тока, работающим в режиме нагрузочной машины. Якорная цепь машины постоянного тока, выступающей в качестве приводного двигателя, подключается к выходам UТП тиристорного преобразователя, а обмотка возбуждения к нерегулируемому источнику постоянного напряжения UОВ. Измерение параметров якорной цепи приводного двигателя осуществляется посредством цифрового индикатора модуля тиристорного преобразователя. Текущее значение частоты вращения n агрегата наблюдать на индикаторе силового модуля. 58 Рис. 8.1. Схема асинхронного пуска СД и снятия рабочих характеристик Асинхронный пуск проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания, синхронная машина разгонится до подсинхронной скорости; изменяя ток возбуждения генератора с помощью резисторов RP1 и RP2 МДС№2, наблюдать изменение тока ротора IВ.СД по прибору РА и вход в синхронизм СД. После того как синхронный двигатель втянется в синхронизм, можно снимать его рабочие характеристики. 8.2. Рабочие характеристики синхронного двигателя Схема для снятия рабочих характеристик представлена на рисунке 8.1. Рабочие характеристики представляют собой зависимости IС, Р1, М2, и cos(φ) = f (P2) при UС = const и IВ.СД = const. Опыт проводится в следующей последовательности: установить ток возбуждения IВ.СД = 1 А; подать разрешение на работу ТП (SA6) и выбрать направление вращения ДПТ (переключатель SA5); потенциометром RP1 модуля ТП задавать момент нагрузки, пока синхронный двигатель не выпадет из синхронизма или ток якоря машины постоянного тока не достигнет номинального значения IНАГР = IЯ ≈ IЯН (IЯН = 1,3 А). Выше этого значения двигатель не нагружать! SA1 в «0» не выводить! Данные опыта занести в таблицу 8.1 и таблицу 8.2. 59 Таблица 8.1 Данные опыта UФ IС PФ IВ В А Вт А cos(φ) Со стороны СД Расчетные данные PЭЛ.1 PСТ РЭМ МЭМ.СД М0 Вт Вт Вт Н·м Н·м P1 Вт M2 Н·м P2 Вт % Таблица 8.2 UЯ В Со стороны машины постоянного тока Данные опыта Расчетные данные IЯ IВ CМ МЭМ IЯО М0 n А А рад/с В·с Н·м А Н·м M2 Н·м P2 Вт После проведения опыта установить модули в исходное состояние, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Расчетные данные: Полная активная мощность, подводимая к СД, Вт 𝑃1 = 𝑚 · 𝑃Ф . Коэффициент мощности СД cos (𝜑)1 = 𝑃1 . 𝑚1 · 𝑈Ф · 𝐼1Ф Электромагнитная мощность СД 𝑃ЭМ = 𝑃1 − 𝑃ЭЛ1 − 𝑃СТ , где PЭЛ1 электрические потери в обмотке статора: PЭЛ1 = IС·m1·IC2·r1; PСТ потери в стали при напряжении UФ = UС; r1 принимается из Приложения Б; ω0 синхронная угловая частота вращения электродвигателя, рад/с 2·𝜋·𝑛 𝜔0 = 60 . МЭМ электромагнитный (полный) момент, развиваемый СД, Н·м 𝑀ЭМ = 𝑃ЭМ . ( 𝜔0 ) М0 момент холостого хода СД, Н·м 𝑀0 = 𝑃МЕХ.СД ( 𝜔0 , ) где PМЕХ.СД принимаются из Приложения Б и равны механическим потерям асинхронного двигателя PМЕХ.АД. 60 M2 полезный момент на СД, Н·м 𝑀2 = 𝑀ЭМ − 𝑀0 . P2 полезная мощность на валу СД, Вт 𝑃2 = 𝑀2 · 𝜔0 . КПД синхронного двигателя = 𝑃2 · 100%. 𝑃1 Полезную мощность на валу СД можно определить также со стороны ГПТ: MЭМ.ГПТ электромагнитный момент ГПТ, Н·м 𝑀ЭМ.ГПТ = 𝐶М · 𝐼Я , где CМ, IЯ0 принимаются из Приложения Б для соответствующей частоты вращения и тока возбуждения ГПТ. По опытным и расчетным данным построить зависимости, рабочих характеристик СД: IС, Р1, М2, и cos(φ) = f (P2). 8.3. U-образные характеристики СД U-образные характеристики представляют собой зависимости тока статора IС и cos(φ) от тока возбуждения IВ.СД при моменте нагрузки М = const: IС, cos(φ) = f (IВ.СД).Схема для снятия U-образных характеристик СД представлена на рисунке 8.1. Опыт проводится в такой последовательности: осуществить асинхронный пуск СД; установить ток возбуждения СД равным IВ.СД = 0,5 А; потенциометром RP1 модуля ТП установить ток нагрузки IН = 0,5 А, что соответствует М = const. увеличивать ток возбуждения с помощью резисторов RP1 и RP2 МДС№2 вплоть до значения 1,5 А. Данные опыта занести в таблицу 8.3. Таблица 8.3 IН = UС, В I С, А PФ, Вт IВ.СД, А cos(φ) 61 Увеличить ток нагрузки до IН = 1 А и повторить опыт. После проведения опыта установить модули в исходное состояние и отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. По данным таблицы 8.3 построить семейство U-образных характеристик. Контрольные вопросы 1. По каким признакам можно определить что синхронный двигатель втянулся в синхронизм при асинхронном пуске? 2. По каким приборам можно определить, что СД работает в режиме идеального холостого хода? 3. Почему при регулировании тока возбуждения меняется величина тока статора СД? 4. Как изменяется характер зависимости IС и cos(φ) от IВ.СД изменением нагрузки? 5. Что такое выпадение СД из синхронизма, при каких условиях оно возникает, каковы внешние признаки выпадения из синхронизма? 6. При каких условиях СД работает с отстающим током статора, а при каких с опережающим? 7. Как зависит ток статора и cos(φ) от тока возбуждения? 62 Работа №9. Исследование механических и энергетических характеристик синхронного электродвигателя Цель работы Ознакомление с асинхронным пуском трехфазного синхронного двигателя (СД) и исследование его рабочих свойств путем снятия опытных характеристик. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел курса электрического привода «Синхронный электропривод», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние: переключатель «Сеть» тиристорного преобразователя перевести в нижнее положение, переключатель SA3 в положение «Руч», SA4 в положение «НМ», SA6 «Разрешение» в нижнее положение; переключатель SA1 МДС№2 установить в положение «∞». Исследуемый синхронный двигатель входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя собственно исследуемый двигатель M1, нагрузочный генератор машину постоянного тока М2, импульсный датчик частоты вращения М3. Схема для исследования синхронного электродвигателя представлена на рисунке 9.1. Статорная цепь синхронного двигателя, исследуемого в данной работе, подключается к выходам 3×380 В модуля питания. Роторная цепь синхронного двигателя подключена к нерегулируемому источнику постоянного напряжения = 220 В модуля питания через регулируемые сопротивления модуля МДС№2, включенные последовательно друг с другом. Постоянный ток в роторной цепи измеряется амперметром РА1 модуля измерительного. Нагрузка СД создается двигателем постоянного тока, работающим в режиме нагрузочной машины. Якорная цепь машины постоянного тока, выступающей в качестве нагрузочной машины, подключается к выходам UТП тиристорного преобразователя, а обмотка возбуждения к нерегулируемому источнику постоянного напряжения UОВ. Измерение параметров якорной цепи нагрузочного двигателя осуществляется посредством цифрового 63 Рис. 9.1. Схема для исследования синхронного электродвигателя индикатора модуля тиристорного преобразователя. Текущее значение частоты вращения n агрегата наблюдать на индикаторе силового модуля. Перед началом работы ТП должен быть переведен в режим регулирования момента (Приложение Г). 9.1. Механическая и электромеханическая характеристики двигателя Механическая характеристика представляет собой зависимость частоты вращения двигателя от полезного момента на валу двигателя ω = f (MВ) при электромеханическая постоянном токе возбуждения IB = const, характеристика двигателя представляет собой зависимость частоты вращения от тока статора ω = f (IС). Характеристики снимаются для двух значений тока возбуждения, задаваемых преподавателем. Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания, синхронный двигатель разгонится до подсинхронной скорости; изменяя ток возбуждения двигателя с помощью резисторов RP1 и RP2 МДС №2, наблюдать изменение тока ротора IВ СД по прибору РА и втягивание двигателя в синхронизм, установить ток на уровне 0,8 А; включить кнопку «Сеть» модуля ТП; подать разрешение на работу ТП (переключатель SA6) и выбрать направление задания момента (переключатель SA5 модуля ТП); 64 потенциометром RP1 задавать момент нагрузки. Снять несколько точек двигательного режима. Поменять направление момента (переключатель SA5 ТП), снять несколько точек генераторного режима. При проведении опыта следить за током якоря ДПТ. Он не должен превышать 1,5 А. Данные опыта занести в таблицу 9.1. Таблица 9.1 n, об/мин I Р, А UФ, В I С, А PС, Вт ω, 1/с S, B·A cos(φ) ΔPЭЛ.СТ, Вт ΔPЭЛ.Р, Вт ΔPМЕХ.СД, Вт PВ, Вт MВ, Н·м После проведения опыта необходимо привести модули в исходное состояние, нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания и отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда. Частота вращения двигателя, 1/с 𝜔= 2·𝜋 · 𝑛. 60 Полная мощность, потребляемая из сети, В·А 𝑆 = 3 · 𝑈Ф · 𝐼С . Cos(φ) электродвигателя 𝑐𝑜𝑠(𝜑) = 𝑃С , 𝑆 где PС активная мощность, потребляемая из сети, Вт. Электрические потери в цепи статора, Вт ∆𝑃ЭЛ.СТ = 3 · 𝐼С2 · 𝑟С , где rС сопротивление фазы обмотки статора (Приложение Б). Электрические потери в цепи ротора, Вт ∆𝑃ЭЛ.Р = 𝐼Р2 · 𝑟Р , где rР активное сопротивление роторной цепи, Ом. 65 Сопротивление роторной цепи рассчитывается, исходя соединения фаз ротора и сопротивления фазы rФР = 25 Ом. Полезная мощность на валу двигателя, Вт из схемы 𝑃В = 𝑃С − ∆𝑃ЭЛ.СТ − ∆𝑃МЕХ.СД , где ΔPМЕХ.СД механические потери синхронного двигателя, Вт ∆𝑃МЕХ.СД = ∆𝑃МЕХ.АД , где ΔPМЕХ.СД механические (Приложение Б), Вт. Момент на валу двигателя, Н·м потери 𝑀В = Коэффициент электродвигателя полезного 𝑃В . 𝜔 действия = синхронного в двигательном двигателя режиме 𝑃В . 𝑃С Коэффициент полезного действия в генераторном режиме = 𝑃С . 𝑃В По данным опытов построить механическую, электромеханическую характеристику, а также зависимости , cos(φ) = f (MВ). 9.2. Энергетические диаграммы В лабораторной работе необходимо построить диаграммы для двигательного, генераторного режимов, а также для режима холостого и идеального холостого хода. Примерный вид диаграммы для двигательного режима представлен на рисунке 9.2. Рис. 9.2. Энергетическая диаграмма синхронного электродвигателя для двигательного режима 66 Контрольные вопросы 1. Как влияет на механические характеристики полярность подаваемого в роторную цепь напряжения возбуждения? 2. Как изменится момент синхронного двигателя при понижении напряжения питающей сети? 3. Какие существуют способы пуска синхронного двигателя? 4. Как изменится ток статора при повышении тока возбуждения? 5. Как изменяется характер зависимости IС и cos(φ) от IВ с изменением нагрузки? 6. Что такое выпадение СД из синхронизма, при каких условиях оно происходит, каковы внешние признаки выпадения из синхронизма? Работа №10. Исследование генераторов постоянного тока Цель работы Исследование схем включения и характеристик генераторов постоянного тока (в дальнейшем изложении ГПТ) различных типов. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел «Генераторы постоянного тока», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением каждого из опытов работы необходимо привести модули в исходное состояние. Для этого при выключенном автоматическом выключателе QF1 модуля питания стенда: переключатель SA1 модуля добавочных сопротивлений №1 установить в положение «∞»; переключатели SA1 и SA2 модуля добавочных сопротивлений №2 установить в положение «∞». В работе исследуется машина постоянного тока, каталожные данные которой приведены в Приложении Б. 10.1. Внешняя характеристика ГПТ параллельного возбуждения Внешняя характеристика представляет собой зависимость UЯ = f (IЯ) при n = nН = const и снимается на понижение напряжения. 67 Рис. 10.1. Схема для снятия внешней характеристики ГП параллельного возбуждения Схема для снятия характеристики приведена на рисунке 10.1. В качестве приводного двигателя выступает асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором M1, запитываемый трехфазным напряжением 3×380 В. Якорная цепь генератора постоянного тока подключается к регулируемому сопротивлению RP1 МДС№2. Обмотка возбуждения LM включается параллельно якорной цепи. Для контроля тока статора IС приводного двигателя, тока нагрузки IС и напряжения генератора UЯ используются приборы модуля измерительного. Опыт проводится в такой последовательности: установить переключатель SA1 МДС№2 в положение «∞»; включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания, тем самым генератор приводится во вращение при отключенной нагрузке. Контролируется напряжение на зажимах генератора. Если напряжение UЯ отсутствует, то это означает, что магнитный поток, создаваемый током обмотки возбуждения, направлен навстречу потоку остаточной индукции, и следует поменять полярность обмотки возбуждения машины постоянного тока при отключенном автомате QF1. Напряжение генератора при токе нагрузки IНАГР = IЯ = 0 заносят в таблицу 10.1. После снятия точки холостого хода переключателем SA1 модуля добавочных сопротивлений №2 изменять сопротивление в сторону уменьшения, увеличивая таким образом ток нагрузки. Изменять ток нагрузки до 1,5 А, данные опыта занести в таблицу 10.1. Внимание! Не переводить SA1 в положение «0». 68 Таблица 10.1 UЯ, В I Я, А После проведения опыта перевести переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. 10.2. Характеристика холостого хода ГПТ независимого возбуждения Эта характеристика представляет собой зависимость EЯ = f (IВ), IЯ = 0, n = const. Схема для снятия характеристики приведена на рисунке 10.2. Рис. 10.2 .Схема для снятия характеристик ГПТ независимого возбуждения (НВ) В качестве приводного двигателя выступает асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором M1, который подключается непосредственно к трехфазному напряжению модуля питания. Постоянное напряжение подается в обмотку возбуждения LM машины постоянного тока от модуля питания с клемм = 220 через последовательно соединенные сопротивления RP1 и RP2 модуля МДС№2. Якорная цепь генератора постоянного тока подключается на параллельно соединенные сопротивления МДС№1. Для контроля тока якоря IЯ и напряжения UЯ используются приборы модуля измерительного. Текущее значение скорости на валу агрегата n можно наблюдать на светодиодном индикаторе силового модуля. 69 Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания, тем самым генератор постоянного тока приводится во вращение и при IВ = 0 измеряют напряжение от потока остаточной индукции вольтметром модуля измерительного. Данные занести в таблицу 10.2; изменять ток возбуждения переключателями модуля МДС№2. Данные опыта занести в таблицу 10.2. При этом необходимо учитывать, что напряжение постоянного тока поступает на обмотку возбуждения после диодного выпрямителя и отличается от фазного напряжения сети КФ = 1,11 𝑈ОВ = 𝑈ВХ ; 1,11 зафиксировать 5÷7 точек характеристики холостого хода ГПТ. Таблица 10.2 UВХ, В UОВ, В IОВ, А UЯ, В 0 После проведения опыта перевести переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Ток возбуждения рассчитывается по известным напряжению обмотки возбуждения и сопротивлению обмотки возбуждения (Приложение Б). По данным опыта построить характеристику холостого хода и определить степень насыщения магнитной цепи ГПТ при номинальной ЭДС: 𝐸ЯН = 𝑈Н + 𝐼ЯН · 𝑅Я , где UН номинальное напряжение, В; RЯ сопротивление цепи якоря (Приложение Б). Произвести необходимые построения: для этого через точку А провести прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с характеристикой холостого хода в точке С. Отрезок АС в масштабе тока возбуждения будет представлять собой полную МДС машины при номинальном режиме (без учета реакции якоря). Далее необходимо продолжить начальную часть характеристики холостого хода до пересечения с прямой АС. В точке пересечения В отрезок АС разделится на два отрезка АВ и ВС, причем коэффициент насыщения Кμ определяется отношением отрезков АС к АВ (рисунок 10.3). 70 Кμ = 𝐴𝐶 , 𝐴𝐵 где АС МДС всей магнитной цепи, АВ МДС воздушного зазора. При Кμ < 1,2 магнитная цепь слабо насыщена, при Кμ = 1,2...1,35 умеренно насыщена и при Кμ > 1,35 сильно насыщена. Рис. 10.3. Практическая характеристика холостого хода ГПТНВ 10.3 Внешняя характеристика ГПТ независимого возбуждения Эта характеристика UЯ = f (IЯ) снимается на понижение напряжения при постоянном токе возбуждения IB = const. Характеристика снимается по схеме, изображенной на рисунке 10.2. Для дальнейшего соотнесения внешних характеристик ГПТ параллельного и независимого возбуждения, нужно, чтобы они выходили из одной точки, т.е. при IЯ = 0 напряжения UЯ были одинаковыми. Опыт проводится в следующей последовательности: переключатель SA1 модуля МДС№1 перевести в положение «∞»; включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; изменять ток возбуждения переключателями модуля МДС№2 и установить такой ток возбуждения, при котором UЯ было бы равно напряжению генератора параллельного возбуждения при IЯ = 0. (таблица 10.1) и этот ток возбуждения поддерживать постоянным. изменяя переключателем SA1 модуля МДС№1 сопротивление в сторону уменьшения, увеличивают ток нагрузки от IЯ = 0 до IЯ = 1,5 А. Внимание! SA1 не выводить в положение «0». Данные опыта занести в таблицу 10.3. После проведения опыта перевести переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. 71 Таблица 10.3 I Я, А UЯ, В IВ = Контрольные вопросы 1. При каких условиях происходит самовозбуждение ГПТ параллельного возбуждения? 2. Почему внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения более мягкая, т.е. напряжение на зажимах ГПТ значительно уменьшается с нагрузкой по сравнению с генератором независимого возбуждения? 2. Как уменьшить напряжение на якоре ГПТ, если ток возбуждения постоянен? 3. Постройте и объясните энергетические диаграммы генераторов постоянного тока. 4. Составьте уравнения баланса напряжений и схему замещения генератора независимого возбуждения. 5. Что такое характеристический треугольник ГПТ? Назовите методы его построения. 6. Как влияет величина воздушного зазора на реакцию якоря ГПТ? 72 Работа №11. Исследование электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения Цель работы Ознакомиться со схемой включения двигателя постоянного тока (далее ДПТ) независимого возбуждения, исследовать его рабочие и регулировочные характеристики. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел «Двигатели постоянного тока», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние: переключатель SA1 МДС№1 установить в положение «∞»; переключатель SA1 МДС№2 установить в положение «0»; переключатель SA2 МДС№2 установить в положение «0». перевести модуль тиристорного преобразователя в режим регулирования скорости, для этого установить переключатель SA3 в положение «Авт», SA4 в положение «НМ», SA6 в нижнее положение (Приложение Г). В работе исследуется машина постоянного тока, каталожные данные которой приведены в Приложении Б. 11.1. Рабочие характеристики ДПТ независимого возбуждения Схема для исследования двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рисунке 11.1. Якорная цепь через добавочное сопротивление RP1 модуля МДС№2 двигателя постоянного тока подключается к выходам UТП модуля тиристорного преобразователя. Обмотка возбуждения через добавочное сопротивление RP2 модуля МДС№2 подключается к клеммам UОВ модуля тиристорного преобразователя. Статорные обмотки асинхронной машины подключаются через добавочные сопротивления модуля МДС№1 к клеммам трехфазного напряжения модуля питания (асинхронная машина работает в режиме нагрузочной машины). Значения тока якоря IЯ, напряжения якоря UЯ, тока статора IС можно определить с помощью приборов модуля измерительного. Значение скорости наблюдать на индикаторе силового модуля. 73 Рис. 11.1 .Схема для исследования ДПТ независимого возбуждения Перед проведением опытов необходимо определить направление вращения двигателей: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и, выбрав направление вращения, задать потенциометром RP1 напряжение = 200 В, запомнить направление вращения двигателя постоянного тока; вывести потенциометр RP1 модуля ТП в крайнее положение против часовой стрелки, снять разрешение на работу ТП (SA6); переключателем SA1 модуля МДС№1 выводить сопротивления статорной цепи асинхронной машины до ее запуска. Оно должно быть противоположным направлению вращения ДПТ. Если это не так, переключатель SA1 модуля МДС№1 перевести в положение «∞», при выключенном напряжении модуля питания поменять на силовом модуле фазы «А» и «В» и удостовериться в том, что направление вращения приобрело нужный знак. Рабочие характеристики двигателя представляют собой зависимости частоты вращения, полезного и полного момента, тока якоря и КПД от полезной мощности на валу двигателя при постоянных значениях напряжения на зажимах цепи якоря двигателя и тока возбуждения. 74 Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; включить кнопку «Сеть» модуля ТП подается напряжение на тиристорный преобразователь. Подать разрешение на работу ТП (SA6) и выбрать направление вращения (SA5); переключателями модуля МДС№2 установить нулевое добавочное сопротивление якорной обмотки и обмотки возбуждения, произвести первое измерение в режиме холостого хода; переключателем SA1 модуля МДС№1 выводить сопротивления статорной цепи асинхронной машины, тем самым нагружая двигатель постоянного тока до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,2·IЯН. Внимание! Переключатель SA1 МДС№1 не выводить в положение «0». Данные опыта занести в таблицу 11.1. После проведения опыта перевести переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Таблица 11.1 Данные опыта UЯ IЯ n В А об/мин IВ А PЯ Вт ΔPЭЛ.В Вт Расчетные данные CМ M IЯ0 M0 В·с Н·м А Н·м P1 Вт M2 Н·м Расчетные данные: Мощность, подводимая к якорю двигателя, Вт 𝑃Я = 𝑈Я · 𝐼Я . Электрические потери в цепи возбуждения, Вт 𝛥𝑃ЭЛ.В = 𝐼В2 · 𝑟В.20 , где rВ сопротивление обмотки возбуждения (Приложение Б); IВ ток возбуждения ДПТ, А: 𝐼В = 𝑈В 200 = . 𝑟В 𝑟В Мощность, подводимая к ДПТ, Вт 𝑃1 = 𝑃Я + 𝛥𝑃ЭЛ.В . Электромагнитный момент, Н·м 𝑀 = 𝐶М · 𝐼Я , 75 P2 Вт % где CМ принимается в зависимости от угловой частоты вращения (Приложение Б). Момент холостого хода двигателя, пропорциональный механическим потерям и потерям в стали, Н·м 𝑀0 = 𝐶М · 𝐼Я0 , где IЯ0 принимается в зависимости от угловой частоты вращения (Приложение Б). Полезный момент на валу ДПТ, Н·м 𝑀2 = 𝑀 − 𝑀0 . Полезная мощность на валу двигателя, Вт 𝑃 2 = 𝜔 · 𝑀2 . КПД, % = 𝑃2 · 100%. 𝑃1 11.2. Регулировочные характеристики двигателя при изменении напряжения, подводимого к зажимам двигателя Регулировочные характеристики двигателя постоянного тока могут быть получены регулированием либо напряжения на якоре, либо тока обмотки возбуждения. Снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения, подводимого к зажимам двигателя, проводится в следующей последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение UЯ = 200 В; изменением положения переключателя SA1 модуля МДС№1 нагружают ДПТ до тех пор, пока ток якоря ДПТ не достигнет примерно значений IЯ ≈ 0,5·IЯН и это положение переключателя оставляют неизменным, что соответствует М ≈ const; изменять положение RP1 модуля ТП таким образом, чтобы напряжение на зажимах цепи якоря UЯ уменьшалось примерно до 0,4·UЯН. Полученные данные занести в таблицу, аналогичную таблице 11.1. После проведения опыта перевести переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Расчетные данные вычисляются так же, как при снятии рабочих характеристик. 76 11.3. Регулировочные характеристики двигателя посредством ослабления магнитного потока Снятие регулировочной характеристики посредством ослабления магнитного потока осуществляется при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря и постоянном напряжении на зажимах двигателя: UЯ = const и RЯД = 0. Опыт проводится в следующей последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение UЯ = 200 В; изменением положения переключателя SA1 модуля МДС№1 нагружать ДПТ до тех пор, пока ток якоря ДПТ не достигнет примерно значений IЯ ≈ 0,5·IЯН и это положение переключателя оставляют неизменным, что соответствует М ≈ const; переключателем SA2 модуля МДС№2 вводить сопротивление в цепь обмотки возбуждения, тем самым ослабляя магнитный поток, при этом частота вращения не должна превышать 2000 об/мин; если при проведении опыта ток возбуждения уменьшится ниже минимально допустимого, тиристорный преобразователь выключится и сработает светодиод «Защита». В этом случае следует выключить питание ТП, увеличить ток возбуждения переключателем SA2 модуля МДС№2. Полученные данные занести в таблицу, аналогичную таблице 11.1. После проведения опыта перевести переключатели модулей в исходное положение, отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания. Расчетные данные: Ток возбуждения, А 𝐼В = 𝑈В 200 = . 𝑟В + 𝑅ДВ 𝑟В + 𝑅ДВ Мощность, подводимая к двигателю, Вт 𝑃1 = 𝑈Я · 𝐼Я + 𝐼В2 · (𝑟В.20 + 𝑅ДВ ). Остальные расчетные данные вычисляются так же, как при снятии рабочих характеристик. Контрольные вопросы 1. Как изменить направление вращения ДПТ? 2. Почему у ДПТ возрастает ток якоря при увеличении нагрузки на его валу? 77 3. Почему при уменьшении тока возбуждения частота вращения ДПТ возрастает? 4. Можно ли запустить двигатель параллельного возбуждения в случае обрыва цепи возбуждения? 5. Как должен изменяться ток якоря при уменьшении тока возбуждения и постоянном моменте сопротивления на валу двигателя? 6. С какой целью в двигателях параллельного возбуждения применяют компенсационную обмотку? 7. Как сказывается на частоте вращения двигателя сдвиг щеток с геометрической нейтрали по направлению вращения и против направления вращения? Работа №12. Исследование механических и энергетических характеристик электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения Цель работы Исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения, построение энергетических диаграмм электродвигателя. Предварительное домашнее задание 1. Изучить содержание данной работы и раздел курса «Электропривод постоянного тока», быть готовым ответить на контрольные вопросы. Методические указания к проведению работы Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние: перевести модуль тиристорного преобразователя в режим регулирования скорости, для этого установить переключатель SA3 в положение «Авт», SA4 в положение «НМ», кнопку «Сеть» в нижнее положение, SA6 в нижнее положение (Приложение Г); переключатель SA2 модуля ПЧ установить в среднее положение; переключатель SA1 установить в положение «Момент», потенциометр RP1 на минимум снимаемого напряжения (крайнее положение против часовой стрелки), соединить специальным кабелем разъемы Х1 модуля ПЧ и Х1 силового модуля. 78 В работе исследуются свойства двигателя постоянного тока, каталожные данные которого приведены в Приложении Б. Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП). Якорная обмотка присоединяется к выходам двухкомплектного реверсивного преобразователя модуля ТП, обмотка возбуждения к выходам нерегулируемого источника напряжения = 220 В модуля ТП. Измерение параметров двигателя постоянного тока осуществляется прибором модуля ТП. В качестве нагрузочной машины выступает асинхронный электродвигатель, подключенный к преобразователю частоты ПЧ. Преобразователь частоты запитывается трехфазным напряжением 3×380 В от модуля питания. Схема для исследования двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рисунке 12.1. Рис. 12.1. Схема для исследования двигателя независимого возбуждения 12.1. Естественная механическая и электромеханическая характеристики Естественные механическая и электромеханическая характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения представляет собой зависимости частоты вращения от момента на валу и тока якоря соответственно, при номинальных значениях напряжения якоря, тока возбуждения и отсутствии дополнительного сопротивления в якорной цепи: n = f (MН) при UЯ = const, IВ = const и RДЯ = 0. Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; 79 подать разрешение на работу ТП (тумблер SA6) и установить потенциометром RP1 модуля регуляторов выходное напряжение на якоре 220 В, произвести первое измерение в режиме холостого хода; выбрав необходимое направление вращения асинхронного двигателя, задавать потенциометром RP1 модуля ПЧ момент нагрузки, тем самым нагружая двигатель постоянного тока до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5·IЯН; в процессе проведения опыта необходимо снять точку реального холостого хода, идеального холостого хода, несколько точек двигательного режима; для исследования режима рекуперации при выключенном питании поменять направление момента переключателем на модуле ПЧ и аналогично представленному выше алгоритму снять 2 точки режима рекуперации. Данные опыта занести в таблицу 12.1. Таблица 12.1 n, об/мин I Я, А UЯ, А PЯ, Вт ΔPЭЛ, В ΔPМЕХ, В ΔPВ, В ω, 1/с MВ, Н·м После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение. Нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания и отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда. Расчетные данные: Мощность, подводимая к двигателю, Вт 𝑃Я = 𝑈Я · 𝐼Я . Электрические потери в якорной цепи ДПТ, Вт ∆𝑃ЭЛ = 𝐼Я2 · 𝑟Я , где rЯ сопротивление якорной цепи ДПТ (Приложение Б), Ом. Мощность на валу двигателя: 𝑃В = 𝑃Я − ∆𝑃ЭЛ − ∆𝑃МЕХД.ПТ , где ΔPМЕХ.ДПТ механические потери электродвигателя (Приложение Б), Вт. Коэффициент полезного действия для двигательного режима = 𝑃В ⁄ 𝑃Я . 80 Частота вращения двигателя, 1/с 𝜔= 2·𝜋 · 𝑛. 60 Момент на валу двигателя, Н·м 𝑀В = 𝑃В . 𝜔 По данным таблицы 12.1 построить механическую, электромеханическую характеристики, а также зависимость = f (MВ), = f (IЯ). 12.2. Искусственные характеристики ДПТ при изменении напряжения якорной цепи Искусственные механическая и электромеханическая характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения представляет собой зависимости частоты вращения от момента на валу и тока якоря соответственно, при пониженных значениях напряжения якоря, тока возбуждения и отсутствии дополнительного сопротивления в якорной цепи: n = f (MН) при UЯ < UЯН, IВ = const и RДЯ = 0. В опыте используется схема, изображенная на рисунке 12.1. Опыт проводится в такой последовательности: включить последовательно автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда и нажать кнопку «Вкл» контактора модуля питания; подать разрешение на работу ТП (тумблер SA6) и установить потенциометром RP1 модуля регуляторов выходное напряжение на якоре по указанию преподавателя, произвести первое измерение в режиме холостого хода; выбрав необходимое направление вращения асинхронного двигателя, задавать потенциометром RP1 модуля ПЧ момент нагрузки, тем самым нагружая двигатель постоянного тока до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5·IЯН в процессе проведения опыта необходимо снять точку реального холостого хода, идеального холостого хода, несколько точек двигательного режима; для исследования режима рекуперации при выключенном питании поменять направление момента переключателем на модуле ПЧ и аналогично представленному выше алгоритму снять 2 точки режима рекуперации; Данные опыта занести в таблицу, аналогичную таблице 12.1. Расчеты проводятся аналогично пункту 12.1. После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное положение. Нажать кнопку «Откл» контактора модуля питания и отключить автоматический выключатель QF1 модуля питания стенда. 81 12.3. Энергетические диаграммы Энергетические диаграммы представляют собой графическое отображение распределения потерь и показывают направление потоков мощностей в электроприводе. Диаграмма отображается в масштабе для конкретного режима работы и для конкретной точки. Направление потоков мощностей показывается стрелками с указанием величин потерь. Примерный вид диаграммы для двигательного режима представлен на рисунке 12.2. Рис. 12.2. Энергетическая диаграмма ДПТ для двигательного режима В лабораторной работе необходимо построить диаграммы для двигательного, режима, а также для режима холостого хода для каждого из опытов. Контрольные вопросы 1. Как изменить направление вращения ДПТ? 2. Почему у ДПТ возрастает ток якоря при увеличении нагрузки на его валу? 3. Почему при уменьшении тока возбуждения частота вращения ДПТ возрастает? 4. Как должен изменяться ток якоря при уменьшении тока возбуждения и постоянном моменте сопротивления на валу двигателя? 5. Как изменится вид механической характеристики двигателя, если ввести в цепь якоря добавочное сопротивление RДЯ? 6. Нарисовать приблизительный вид энергетический диаграммы в точке короткого замыкания. 82 Приложение А Паспортные и расчетные данные трансформатора Таблица А.1. Паспортные и расчетные данные трансформатора Наименование параметра Значение Тип Мощность, В·А Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, В Номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В Активное сопротивление первичной обмотки трансформатора r1 при t° = 20 °С, Ом Активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора г2 при t° = 20 °С, Ом ОСМ1-0,16.У3 160 220 42 83 5,7 1,2 Приложение Б Паспортные и расчетные данные электрических машин Таблица Б.1. Паспортные данные машины постоянного тока Наименование параметра Тип Мощность, Вт Номинальное напряжение питания обмотки якоря, В Номинальное напряжение питания обмотки возбуждения, В Номинальная частота вращения, об/мин Номинальный ток якоря, А КПД Масса, кг Сопротивление обмотки якоря RЯ.20 С (расчетное значение), Ом Сопротивление обмотки возбуждения RОВ.20 С (расчет, значение), Ом Механические потери, PМЕХ.АД, Вт Значение ПЛ-072 180 220 200 1500 1,3 0,63 7,65 17,5 820 15 Таблица Б.2. Паспортные и расчетные данные асинхронного двигателя с фазным / короткозамкнутым ротором Наименование параметра Тип Мощность, Вт Номинальное напряжение питания обмотки статора, В, Δ Y Номинальная частота вращения, об/мин Номинальный ток фазы статора, А Номинальный ток ротора, А cos(φ) Число пар полюсов Номинальный момент, Н·м Активное сопротивление статора r1,27 С,Ом Активное сопротивление ротора r2,27 С,Ом Механические потери, РМЕХ.АД, Вт Значение АИР71В4.У3 АИР63В4.У3 370 380 1370 / 1320 1,37 / 1,18 1 0,7 2 1,4 19 25 11 Примечание: Механические характеристики, как естественные, так и искусственные, желательно снимать при пониженном напряжении, а затем момент пересчитывать по формуле UПОНИЖ.Л = 220 В, М = МОПЫТ·(380/220)2 ≈ МОПЫТ·3. 84 Окончание Приложения Б Таблица Б.3 Паспортные данные импульсного датчика скорости Наименование параметра Тип Напряжение питания, В Разрешающая способность, имп/об Значение E40S6-500-6-L-5 5 500 85 Приложение В Тарировочные кривые машины постоянного тока Зависимости CМ = f (ω) и IЯ0 = f (ω) машины постоянного тока ПЛ-072У3. Рис. В.1. Зависимость CМ = f (ω) Рис. В.2. Зависимость IЯ0 = f (ω) 86 Приложение Г Тиристорный преобразователь Тиристорный преобразователь представляет собой однофазный двухкомплектный преобразователь с раздельным управлением комплектами. Преобразователь служит для управления электродвигателем постоянного тока независимого возбуждения. ТП содержит выходы управляемого преобразователя для питания обмотки якоря и выходы неуправляемого преобразователя = 220 В для питания обмотки возбуждения. Внешний вид модуля приведен на рисунке Г.1. Рис. Г.1. Внешний вид модуля «Тиристорный преобразователь» На лицевую панель вынесены: кнопка «Сеть» подачи питания на ТП; переключатель SA1, предназначенный для переключения параметра, значение которого отображается на светодиодном индикаторе: «напряжение → ток якоря → ток возбуждения»; 87 Продолжение Приложения Г тумблер SA2 выбор режима регулирования «Скорость / Момент»; тумблер SA3 выбор режима управления «Руч» / «Авт». В положении «Авт» (Автоматическое управление) сигнал задания подается на клемму X1, а режим работы преобразователя определяется положением остальных элементов управления. В положении «Руч» (Ручное управление) сигнал задания формируется с помощью потенциометра RP1 и переключателя SA5 «Вперед / Назад»; тумблер SA4 выбор режима работы «П / НМ» В режиме «НМ» (нагрузочная машина) обратные связи по скорости или моменту подключаются автоматически. В режиме «П» (преобразователь) все внутренние обратные связи преобразователя размыкаются, тем самым сигнал задания подается напрямую на систему импульсно-фазового управления. Выбор режима работы сигнализируется соответствующими светодиодами; тумблер SA5 осуществляет выбор направления вращения; тумблер SA6 «Разрешение» обеспечивает разрешение управления силовой частью; потенциометр RP1 обеспечивает уставку задания в соответствии с положением тумблера SA2, по напряжению якоря или по моменту; датчики тока (ДТ) и напряжения (ДН) предназначенные для коммутации внешних обратных связей с помощью аналоговых регуляторов. Выходные сигналы датчиков вынесены на соответствующие клеммы, расположенные на лицевой панели модуля. Индикация режима работы преобразователя осуществляется через 4 светодиода («Защита», «Работа», «мост А» и «мост В»). При работе в режиме НМ (нагрузочная машина) преобразователь работает в двух основных режимах (рисунок Б.2): регулирование скорости; регулирование момента. В режиме регулирования скорости двигатель работает на горизонтальной механической характеристике, а в режиме регулирования по моменту на вертикальной, при этом можно использовать двигатель как нагрузочное устройство для исследования асинхронной машины. 88 Окончание Приложения Г Рис. Г.2. Механические характеристики ДПТ при работе ТП в режиме НМ: а) при регулировании задания по скорости; б) при регулировании задания по моменту Режим регулирования по скорости Для работы преобразователя в режиме регулирования скорости необходимо: тумблер SA2 установить в положение «Скорость»; потенциометром RP1 производить регулирование скорости двигателя. Режим регулирования по моменту Для работы преобразователя в режиме регулирования момента необходимо: тумблер SA2 установить в положение «Момент»; потенциометром RP1 регулировать момент, развиваемый двигателем. 89 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Брускин, Д. Э. Электрические машины и микромашины : учебник для электротехн. спец. вузов / Д. Э. Брускин, А. Е. Зорохович, В. С. Хвостов. Москва : Высшая школа, 1990. 528 с. 2. Вольдек, А. И. Электрические машины : учебник для студентов втузов. – 2-е издание перераб. и доп. / А. И. Вольдек. Ленинград : Энергия, 1974. 840 с. 3. Ермолин, Н. П. Электрические машины : учебник для втузов / Н. П. Ермолин. Москва : Высшая школа, 1975. 295 с., ил. 4. Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины : учебник для вузов / А. В. Иванов-Смоленский. Москва : Энергия, 1980. 928 с. 5. Бычков, А. Е. Электрические машины : методические указания к проведению лабораторных работ / А. Е. Бычков, А. В Качалов. Челябинск : Учтех-Профи, 2016. 6. Крицштейн, А. М. Электрические машины : лабораторный практикум / А. М. Крицштейн. Ульяновск : УлГТУ, 2007. 90 Учебное электронное издание ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Лабораторный практикум Составители: Крицштейн Александр Михайлович Марага Сергей Михайлович Редактор Н. А. Евдокимова Набор и верстка М. Э. Быков ЭИ № 962. Объем данных 7,8 Мб. Печатное издание Подписано в печать 30.06.2017. Формат 6084 1/16. Усл. печ. л. 5,35. Тираж 150 экз. Заказ 673. Ульяновский государственный технический университет 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32. ИПК «Венец» УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32. Тел.: (8422) 778-113 E-mail: venec@ulstu.ru venec.ulstu.ru