Порядок виконання експерименту. 3.3.1. Виміряйте лінійні і фазні напруги джерела

3.3.1. Виміряйте лінійні і фазні напруги джерела. Результати вимірювань занесіть у табл.3.1.

Таблица 3.1

3.3.2. Складіть схему електричного кола згідно рис. 3.1. Нейтральну точку навантаження n розмістіть на клемній збірці XS1.

3.3.3. Проведіть дослідження симетричного навантаження без нейтрального проводу (у фази ввімкнені однакові резистори R1, R2 і R3, а ключ Q1 повинен перебувати у розімкненому стані). Виміряйте фазні напруги U_a, U_b, U_c споживачів R1, R2, R3 і переконайтесь в тому, що вони дорівнюють відповідним фазним напругам джерела U_A, U_B, U_C, а напруга зміщення нейтралі U_N дорівнює нулю. Ці дані, а також зміряні струми і потужності запишіть у табл.3.2.

3.3.4. Проведіть дослідження симетричного навантаження з нейтральним проводом (у фази увімкнені однакові резистори R1, R2 і R3, а ключ Q1 повинен перебувати у замкненому стані). Необхідно провести ті ж вимірювання, що і в попередньому пункті та переконатись, що в разі симетричного навантаження нейтральний провід не дає яких-небудь змін (будь-які зміни можливі завдяки несиметрії напруг у мережі живлення). Результати внесіть у табл.3.2.

Таблиця 3.2

Задане

Зміряне

Обчислене

Характер наван-

Спосіб з’єд-

Напруга, В

Струм, А

Потужність, Вт

Опори фаз, Ом

таження

нання

Ua

Ub

Uc

UN

Ia

Ib

Ic

IN

Pa

Pb

Pc

PS

Za

Zb

Zc

Симетричне

Y

R1, R2, R3

3.3.5. Складіть схему електричного кола у разі з’єднання приймачів «трикутником» згідно рис. 3.2.

3.3.6. Проведіть дослідження трифазного кола при симетричному навантаженні. Для цього виміряйте величини, які вказані у табл.3.3, та запишіть отримані результати.

Таблиця 3.3

3.4. Обробка результатів експерименту і оформлення роботи

3.4.1. Розрахуйте середні значення лінійних і фазних напруг джерела – U_лср і U_Фср та їх співвідношення за даними табл.3.1. і порівняйте з теоретичним значенням .

3.4.2. За даними табл.3.2 розрахуйте опори фаз Z_a, Z_b, Z_c трифазного навантаження за законом Ома: повний опір фази Z_Ф=U_Ф/I_Ф, де U_Ф, I_Ф – фазні напруги і струми на навантаженні відповідних фаз. Далі вважайте на те, що в усіх випадках резисторів Z_Ф=R_Ф (активний опір).

3.4.3. За результатами вимірювань розрахуйте сумарну активну потужність трифазного кола – P_S (табл.3.2).

3.4.4. Побудуйте в масштабі за дослідними даними векторну діаграму напруг і струмів для симетричного навантаження у разі з’єднання приймачів «зіркою» згідно рис. 3.1.

3.4.5. Розрахуйте середні значення лінійних та фазних струмів в разі симетричного навантаження і їх співвідношення I_л/I_Ф за даними табл.3.3 та порівняйте з теоретичним значенням .

3.4.6. За даними табл.3.3 розрахуйте опори фаз Z_ab, Z_bc, Z_ca трифазного навантаження за законом Ома: повний опір фази Z_Ф=U_Ф/I_Ф, де U_Ф, I_Ф – фазні напруги і струми на навантаженні відповідних фаз, через те, що в усіх випадках для резисторів Z_Ф=R_Ф (активний опір).

3.4.7. За результатами вимірювань розрахуйте сумарну потужність трифазного кола – P_S (табл.3.3).

3.4.8. Побудуйте в масштабі за дослідними даними векторні діаграми напруг і струмів для симетричного навантаження у разі з’єднання приймачів «трикутником» згідно рис. 3.2.

К о н т р о л ь н і з а п и т а н н я

1. Яке навантаження трифазного кола називається симетричним, а яке – несиметричним?

2. Як три однофазних приймача з’єднати «зіркою» або «трикутником»?

3. Які напруги та струми називаються фазними, лінійними і де вони знаходяться у колі?

4. Які існують залежності між діючими значеннями лінійних та фазних напруг і струмів в разі симетричного навантаження при з’єднанні приймачів «зіркою»?

5. Яке співвідношення між лінійними та фазними струмами і напругами в разі симетричного навантаження при з’єднанні фаз «трикутником»?

6. Який порядок будування векторних діаграм для різних варіантів трифазного навантаження, яке з’єднано за схемою «зірка»?

7. Яку роль грає нейтральний провід?

8. Що таке зміщення нейтралі; в яких випадках воно виникає і як його розрахувати?

9. Від чого залежіть кут зсуву фаз між струмами і напругами приймачів?

10. Як вимірюється потужність у трифазній мережі?

11. Як будується векторна діаграма напруг та струмів при з’єднанні трифазного навантаження «трикутником»?

Л а б о р а т о р н а р о б о т а 4

ДОСЛІДЖЕННЯ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

4.1. Мета і задачі заняття

Мета роботи – закріплення теоретичних знань про будову та принцип дії трансформатора і отримання практичних навиків, розрахункових та експериментальних досліджень його основних параметрів і експлуатаційних характеристик.

Задачі заняття – випробування однофазного трансформатора в режимах холостого ходу (ХХ), навантаження (від ХХ до припустимого перевантаження) і дослідного короткого замикання (КЗ) з метою наступного визначення основних параметрів та отримання його експлуатаційних характеристик.

4.2. Об’єкт дослідження

Об’єктом дослідження є однофазний трансформатор з відомими номінальними даними, що наведені на стенді.

Умовне зображення трансформатора Т, що досліджується, і схема для проведення експериментів подані на рис. 4.1.

Рисунок 4.1

Обмотка вищої наруги (ВН) трансформатора Т підключена до лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) Т1, який, в свою чергу, увімкнений у мережу змінного струму з діючим значенням напруги 220 В. До обмотки нижчої напруги (НН) підключено навантаження – реостат RH з вбудованим контактом Q, що розмикається.

Вимірювальні прилади, їхнє функціональне призначення і позначення величин, що вимірюються, подані у табл.4.1.

Таблиця 4.1

Вимірювальні прилади, їхнє функціональне призначення і позначення величин, що вимірюються, подані у табл.4.1.

4.3. Порядок виконання експериментів

4.3.1. Запишіть номінальні дані трансформатора у табл.4.2, де S_ном – повна потужність; U_1ном, U_2ном, I_1ном, I_2ном – номінальні напруги і струми обмоток.

4.3.2. Підберіть прилади за номінальними даними трансформатора, наведеними у табл.4.2.

Таблиця 4.2.

4.3.3. Складіть основну електричну схему за рис. 4.1.

4.3.4. Приведіть обладнання до вхідного стану: ЛАТР встановіть в нульове положення; ручку реостата RH встановіть у крайнє ліве положення поворотом ручки проти годинникової стрілки до упору, що забезпечить розмикання контакту Q; перемикачі приладів – в положення, які забезпечать межі вимірів, що перевищують задані струми й напруги трансформатора Т (див. табл.4.1).

4.3.5. Проведіть дослід в режимі ХХ. Для цього при розімкненому колі вторинної обмотки трансформатора подайте напругу на ЛАТР і з його допомогою встановіть на затискачах первинної обмотки номінальну напругу U_1ном=220 В. Виміряні величини I₁₀, Р₀ і U₂₀ запишіть у табл.4.3 (додання індексу “0” відповідає позначенню величин ХХ).

Таблиця 4.3

4.3.6. Проведіть досліди у режимі навантаження. Початковим станом для першого досліду є попередній проведений режим ХХ, дані якого впишіть в табл.4.4. При регулюванні навантаження орієнтуються на величину струму I₂, яку встановлюють з постійним кроком, рівним приблизно 1А в діапазоні від ХХ до 1,1I_2ном. Підтримуючи на первинній обмотці незмінну напругу U_1ном=220 В, встановлюйте за допомогою реостата RH навантаження трансформатора в діапазоні, що рекомендувався, і зробіть заміри в 4-5 фіксованих положеннях RH. Результати вимірів внесіть у табл.4.4.

4.3.7. Проведіть дослід в режимі КЗ, суворо дотримуючись послідовності означених далі дій, бо відхилення від цього може призвести до аварії або виходу обладнання з робочого стану.

По-перше, відключіть ЛАТР від напруги 220 В. По-друге, приведіть необхідне обладнання в початковий стан, як вказано в п.4.3.4.

Після цього ввімкніть ЛАТР на напругу 36 В й переконайтесь по вольтметру PV1, що напруга на вході ЛАТРа дорівнює нулю.

Таблиця 4.4

Вимкнув тимчасово живлення, закоротіть коло вторинної обмотки трансформатора Т за допомогою провідника, який підключіть паралельно RH до його затискачів.

Увімкніть живлення ЛАТРа і дуже обережно повільно збільшуйте струм I₁ у первинній обмотці трансформатора Т до значення I_1ном, бо критерієм досліду КЗ є саме номінальний струм цієї обмотки. В цьому положенні зробіть виміри U_1к, Р_к і I_2к та результати впишіть у табл.4.5 (індекс “к” відповідає КЗ).

Відключить джерело живлення і поверніть обладнання в початковий стан.

Таблиця 4.5

4.4. Обробка результатів експерименту і оформлення роботи

4.4.1. За результатами дослідів ХХ і КЗ визначте наступні параметри трансформатора:

n – коефіцієнт трансформації напруг, ;

Z₀ – повний опір в режимі ХХ, ;

R₀ – активний опір в режимі ХХ, ;

X₀ – індуктивний опір в режимі ХХ, ;

i_x – струм ХХ у відсотках від І_1ном, ;

Р_м – магнітні втрати потужності в сталі осердя, ;

n₁ – коефіцієнт трансформації за струмом, ;

u_к – напруга КЗ у відсотках від U_1ном, ;

І_кз – струм аварійного КЗ при , ;

Z_к – повний опір в режимі КЗ, ;

R_к – активний опір в режимі КЗ, ;

X_к – індуктивний опір в режимі КЗ, ;

cosj_к – коефіцієнт потужності в режимі КЗ, cosj_к ;

j_к – кут зсуву фаз між струмом і напругою в режимі КЗ,

cosj_к ;

Р_Е – електричні витрати потужності в обмотках трансформатора,

.

Розраховані параметри трансформатора внесіть у табл.4.3, 4.4 і 4.5.

4.4.2. За результатами вимірів в режимі навантаження (див. табл.4.4) розрахуйте величини: ,

b – коефіцієнт навантаження;

cosj₁ ,

cosj₁ – коефіцієнт потужності трансформатора з навантаженням;

cosj₁,

Р₂ – активна потужність навантаження (враховуючи активний характер навантаження cosj₁=1);

h – коефіцієнт корисної дії трансформатора (ККД) .

Результати розрахунків у всьому діапазоні навантаження трансформатора внесіть у табл.5.4.

5.4.3. За результатами розрахунків табл.5.4 побудуйте експлуатаційні характеристики: U₂(b) – зовнішню характеристику; залежності І₁(b) і сosj₁(b), а також характеристику ККД h(b). Побудову означених характеристик виконайте з використанням загальної осі b, але з індивідуальними осями і масштабами для означених параметрів.

К о н т р о л ь н і з а п и т а н н я

1. Зобразіть будову і поясніть принцип дії однофазного трансформатора.

2. Що таке коефіцієнт трансформації і як він зв’язує напруги та струми обмоток трансформатора?

3. Які втрати потужності виділяються в трансформаторі при роботі його під навантаженням, яка їх фізична природа і чи залежать вони від величини навантаження трансформатора?

4. Запишіть рівняння рівноваги напруг і струмів в обмотках трансформатора та поясніть фізичний зміст величин, що входять в ці рівняння.

5. Як проводять досліди ХХ і КЗ однофазного трансформатора і які конкретні параметри трансформатора можна визначити за даними цих дослідів?

6. Як проводять дослід навантаження трансформатора і які експлуатаційні характеристики одержують за даними цього досліду? Які типові графіки цих характеристик і чим пояснюється їхній характер?

7. Якщо в робочому режимі трансформатора опір його навантаження змінити, наприклад, вдвічі (збільшити або зменшити), то як при цьому зміняться величини, що характеризують роботу трансформатора: напруги, струми, втрати потужності, магнітні потоки (основний і розсіювання), ЕРС обмоток?

Л а б о р а т о р н а р о б о т а 5

ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ З НЕЗАЛЕЖНИМ ЗБУДЖЕННЯМ

5.1. Мета і задачі заняття

Мета роботи – закріплення теоретичних знань про будову і принцип дії генератора постійного струму (ГПС) та отримання практичних навичок в експериментальних дослідженнях характеристик ГПС.

Задачі заняття – експериментальне дослідження властивостей ГПС з незалежним збудженням шляхом зняття і аналізу характеристик холостого ходу, зовнішньої та регулювальної.

5.2. Об’єкт дослідження

Об’єктом дослідження є ГПС з незалежним збудженням, технічні дані якого наведені на лабораторному стенді.

Зняття характеристик генератора, що досліджуються, проводять на установці, електричну схему якої наведено на рис. 5.1.

Якір (Я) генератора постійного струму приводиться до обертання асинхронним двигуном (АД), ротор (Р) якого з’єднано механічною муфтою (М) з валом (В) генератора, що досліджується. Обмотка статора двигуна з’єднана «зіркою». Начала фазних обмоток АД (U1, V1, W1) підключаються до трифазної мережі змінного струму (A-B-C) з лінійною напругою 380 В.

Обмотка збудження (ОЗ) генератора через затискачі F1-F2 живиться постійним струмом від випрямляча (VA), який, у свою чергу, живиться від мережі змінного струму напругою 220 В (використовується фазна напруга тієї ж трифазної мережі) через лабораторний автотрансформатор ЛАТР (Т). Це дозволяє повільно регулювати струм обмотки збудження I_з від нуля до потрібного значення.

Навантаженням генератора є реостат RН з вбудованим вимикачем Q1, який в одному з крайніх положень передбачає розмикання кола навантаження (поворотом ручки реостата проти годинникової стрілки до упору). Реостат RН приєднаний до затискачів якоря A1-A2 і в це ж коло увімкнений амперметр PA1, що вимірює водночас струм навантаження I_н і струм якоря . Напруга на затискачах якоря U вимірюється вольтметром PV, а струм в обмотці збудження – міліамперметром PA2. Межі величин, які вимірюються приладами, вказані на рис. 5.1.

Рисунок 5.1

5.3. Порядок виконання експериментів

5.3.1. Ознайомтесь з номінальними даними генератора, що досліджується, і занесіть їх у табл.5.1.

5.3.2. Складіть схему для проведення експериментів за рис. 5.1.

Таблиця 5.1

5.3.3. Перед початком кожного досліду встановлюйте ЛАТР в нульове положення.

5.3.4. Зніміть характеристику холостого ходу генератора при n_ном і I_a=0. Для цього здійсніть пуск АД, замкніть вимикач Q та подайте напругу на ЛАТР Т. Встановіть струм обмотки збудження , зафіксуйте величину напруги U вольтметра і занесіть у табл.5.2. Зніміть висхідну вітку характеристики, для чого поступово збільшуйте струм обмотки збудження за допомогою автотрансформатора Т з кроком 50 мА до максимального значення , за яким напруга на затискачах якоря стане рівною . Зміни при знятті характеристики проводять монотонно (суворо в одному напрямку). Результати вимірів занесіть у табл.5.2. Після цього зніміть низхідну вітку при тих же значеннях струму обмотки збудження, зменшуючи струм цієї обмотки до нуля. Результати вимірів також занесіть у табл.5.2.

Н е в и м и к а й т еживлення схеми і переходіть до зняття наступних характеристик.

Таблиця 5.2. ______об/хв;

5.3.5. Зніміть зовнішню характеристику генератора U(I_н) при n_ном і I_{з ном}, де I_н – струм навантаження, рівний струму якоря I_a при незалежному збудженні (I=I_a). Встановіть за допомогою ЛАТРа Т номінальний струм обмотки збудження I_{з ном}. Ручку реостата RН встановіть в крайнє ліве положення, що відповідає . Зафіксуйте приладами PV і PA1, відповідно, напругу холостого ходу U₀=E і струм якоря . Дані вимірів занесіть у табл.5.3. Зменшуючи ручкою реостата RН опір навантаження R_н, навантажте генератор до значення струму якоря . Проведіть 6-7 вимірів і результати внесіть у табл.5.3.

Таблиця 5.3. ______мА; _____об/хв

А
U, В	U0=

5.3.6. Зніміть регулювальну характеристику генератора при =const і . Для цього за допомогою ручки реостата RН встановіть опір навантаження ( ), а за допомогою ЛАТРа Т, збільшуючи струм в обмотці збудження, встановіть номінальну напругу на якорі . Занесіть ці показання у табл.5.4. Зменшуючи значення , навантажуйте генератор з рівномірним кроком до значення . За цих умов за допомогою ЛАТРа Т змінюйте струм обмотки збудження так, щоб при кожному значенні струму навантаження на затискачах якоря A1-A2 напруга залишалася постійною і рівною . Проведіть 5-7 вимірів при різних значеннях . Дані занесіть у табл.5.4.

Таблиця 5.4. ________В; _______об/хв

, А
мА

5.4. Обробка результатів експериментів

і оформлення роботи

5.4.1. За даними табл.5.2, 5.3, 5.4 побудуйте характеристики генератора , , .

Використовуючи зовнішню характеристику , визначте номінальну відсоткову зміну напруги якоря %.

К о н т р о л ь н і з а п и т а н н я

1. Яка будова генератора постійного струму?

2. Поясніть принцип дії генератора постійного струму з незалежним збудженням.

3. Поясніть призначення колектора в генераторі постійного струму.

4. Напишіть основні формули, що характеризують роботу генератора.

5. Чому з ростом струму навантаження напруга на якорі зменшується?

6. Поясніть характер зміни характеристики холостого ходу.

7. Наведіть регулювальну характеристику ГПС з незалежним збудженням і поясніть характер її зміни.

8. Які види втрат потужності мають місце у генераторі в процесі перетворення механічної енергії в електричну?

Л а б о р а т о р н а р о б о т а6

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО АСИНХРОННОГО
ДВИГУНА З КОРОТКОЗАМКНЕНИМ РОТОРОМ

6.1. Мета і задачі дослідження

Мета роботи – закріплення теоретичних знань про будову і принцип дії трифазних асинхронних двигунів (АД), отримання практичних навичок розрахунку та дослідження параметрів і характеристик АД з короткозамкненим ротором.

Задачі заняття – експериментальні дослідження трифазного АД з короткозамкненим ротором. При дослідженні знімаються його механічна та робочі характеристики.

Експериментальні характеристики АД порівнюються з розрахунковими, що виконані за каталожними даними.

Робота виконується в навчальній лабораторії № 1.

6.2. Об’єкт дослідження

Об’єктом дослідження є трифазний АД з короткозамкненим ротором з номінальними даними, наведеними на стенді. Електрична схема для проведення досліджень АД наведена на рис. 6.1.

Рисунок 6.1

Живлення двигуна здійснюється від трифазної мережі з лінійною напругою 380 В. В цьому випадку обмотка статора з’єднується «зіркою». Для виміру необхідних величин в схему ввімкнені відповідні прилади. Позначення цих приладів й величин, що ними вимірюються, вказані у табл.6.1.

Таблиця 6.1

Гальмовий момент на валу асинхронного двигуна M_г створюється за допомогою електромагнітного гальма (ЕМГ).

Обмотка ЕМГ живиться від регульованого джерела постійного струму. Зміна струму ЕМГ здійснюється за допомогою ЛАТРа Т, до вторинної обмотки якого увімкнено випрямляч VA. ЛАТР Т увімкнений на фазну напругу трифазної мережі. Вимір частоти обертання ротора АД здійснюється цифровим тахометром від датчика частоти обертання (ДШ), встановленого на валу асинхронного двигуна.

6.3. Порядок виконання експериментів

6.3.1. Запишіть номінальні дані асинхронного двигуна у табл.6.2.

Таблиця 6.2.

P2ном	U1ном	I1ном	f1	n1	n2ном		сosj1ном
кВт	В	А	Гц	об/хв	об/хв	-	-	-	-	-

В таблиці позначені:

P_2ном – корисна механічна потужність на валу двигуна;

U_1ном – лінійна напруга двигуна;

I_1ном – лінійний струм двигуна;

f₁ – частота напруги мережі;

n₁ – число обертів магнітного поля;

n_2ном – номінальне число обертів ротора;

– коефіцієнт корисної дії;

сosj_1ном – коефіцієнт потужності двигуна;

– перевантажувальна здатність двигуна за моментом;

– кратність пускового моменту;

– кратність пускового струму;

, , – відповідно, номінальний, максимальний й пусковий моменти на валу АД;

, – відповідно, номінальний та пусковий струми АД.

6.3.2. Складіть схему для зняття характеристик АД за рис. 6.1.

6.3.3. Поставте ЛАТР Т в нульове положення, а вимикач Q в колі обмотки ЕМГ – в положення «вимкнено». Здійсніть пуск двигуна.

6.3.4. Зніміть покази всіх приладів у неробочому режимі (гальмовий момент ) і результати вимірів занесіть у табл.6.3.

6.3.5. Увімкніть вимикач Q1 ЕМГ та за допомогою ЛАТРа Т повільно збільшуйте струм у його обмотці, і таким чином на валу двигуна через інтервали, визначені викладачем. Заповніть графи «зміряне» табл.6.3.

Таблиця 6.3

Зміряне	Обчислене
АД	ЕМГ
U1	I1	N2	Pф	Mг	S	P1	P2		cosj1
В	А	об/хв	Вт		-	Вт	Вт	-	-

6.4. Обробка результатів експериментів і