Описание лабораторного стенда. Для проведения лабораторных работ по разделу «Электромеханика» используется моноблок «Электромеханика»
Для проведения лабораторных работ по разделу «Электромеханика» используется моноблок «Электромеханика», электромашинный агрегат и цифровой фототахометр.
Внешний вид лицевой панели моноблока представлен на рисунке 3.1. На ней изображены мнемосхемы исследуемых устройств – однофазного трансформатора, трехфазного асинхронного двигателя, двигателя постоянного тока и генератора постоянного тока, установлены коммутационные устройства (выключатели и переключатели), цифровые амперметры и вольтметр, гнезда для подключения соединительных проводов и измерительных приборов.
Рисунок 3.1 – Лицевая панель моноблока «Электромеханика»
В верхней торцевой части корпуса установлены автоматический выключатель QF1 с током срабатывания 4А для ввода в моноблок однофазного напряжения 220 В, разъемы «ДПТ» для подключения нагрузочного генератора и «ДПТ/АД» для подключения исследуемого двигателя, плавкий предохранитель.
Цифровые измерительные приборы
Измерительная часть стенда, содержащая цифровые измерительные приборы (5 амперметров и 1 вольтметр), позволяет измерять параметры постоянного или переменного тока с помощью цифровых амперметров, встроенных по месту применения. Отдельно расположенный цифровой вольтметр (клеммы Х11 и Х12) имеет режим измерения переменного напряжения и режим измерения постоянного напряжения. Переключение режима работы прибора осуществляется с помощью тумблера SA6.
Цифровые амперметры и вольтметр построены на микроконтроллере типа ATMEGA 8535 и предназначены для измерения постоянных и переменных токов и напряжений в стенде. В режиме измерения переменного тока или напряжения исключается постоянная составляющая сигнала и измеряется среднеквадратическое значение переменной составляющей сигнала. В режиме измерения постоянного тока измеряется среднее арифметическое значение входного тока или напряжения.
Диапазон измерений амперметра от 0 … 3 А. Точность показаний амперметра зависит от диапазона измерений следующим образом:
Таблица 3.1
| Диапазон | Цена младшего разряда | Погрешность |
| 0…100 мА | 1 мА | 1%±1 ед. мл. р. |
| 100…1000 мА | 1 мА | 1%±3 ед. мл. р. |
| 1500 …3000 мА | 10 мА | 1%±1 ед. мл. р. |
Диапазон измерений вольтметра 0…300 В. Точность показаний вольтметра зависит от диапазона измерений следующим образом:
Таблица 3.2
| Диапазон | Цена младшего разряда | Погрешность |
| 0…20 В | 0,1 В | 1%±2 ед. мл. р |
| 20…300 В | 1 В | 1%±2 ед. мл. р |
Измеритель мощности
Предназначен для измерения параметров электрической цепи:
· действующего значения напряжения (True RMS) в диапазоне 0…300 В;
· действующего значения тока (True RMS) в диапазоне 0…0,2 А и 2А;
· активной мощности в диапазоне 0…9 Вт;
· реактивной мощности в диапазоне 0…9 ВАр;
· полной мощности в диапазоне 0…9 ВА;
· частоты в диапазоне 5…400 Гц;
· cos 
;
· угла сдвига фаз между током и напряжением .
На рисунке 3.2 представлена лицевая панель прибора.
Рисунок 3.2 – Измеритель мощности
Прибор содержит:
· клеммы подачи входного измеряемого сигнала (генератора) L1 и N и клеммы подключения потребителя (нагрузки) L2 и N. Шунт для измерения тока нагрузки подключен между клеммами L1 и L2;
· индикатор жидкокристаллический четырехстрочный для вывода информации;
· выключатель «SA5» для выбора диапазона измерения тока;
· кнопка «P/Q/S» изменения вывода информации в третьей строке индикатора, соответственно, активной, реактивной и полной мощности;
· кнопка «f/cos / » изменения вывода информации в четвертой строке индикатора, соответственно, частоты, косинуса и угла сдвига фаз между током и напряжением.
Последовательность подключения прибора и выполнения измерений:
– подключить внешние цепи измерения;
– включить тумблер «Сеть»;
– выбирая кнопками «P/Q/S» и «f/cos / » считать требуемые показания физических величин (для изменения вывода требуемого параметра в третьей и четвертой строках индикатора кнопки необходимо нажать на 1..2 секунды).
Примечание:
1. При одновременном нажатии и удержании в течение 1…2 секунд кнопок «P/Q/S» и «f/cos / » измеритель переходит в режим измерения параметров постоянного тока. Повторное нажатие этих кнопок возвращает в режим измерения переменного тока.
2. Изменение схемы соединения подключения прибора и лабораторной установки выполнять при выключенном питании прибора. В противном случае возможны изменения показаний прибора, а также возникновение нарушений в работе индикатора прибора.
Однофазный трансформатор
На рабочем поле «Однофазный трансформатор» изображена мнемосхема исследуемого в лабораторной работе трансформатора. В качестве исследуемого однофазного трансформатора использован трансформатор типа BVEI 481 1119 с номинальным первичным напряжением 230 В, имеющий две вторичные обмотки, включенные параллельно. Каждая обмотка имеет номинальное напряжение 12 В и номинальную мощность 5,0 ВА. Добавочное регулируемое сопротивление Rд, включенное в первичную цепь служит для проведения опыта короткого замыкания трансформатора. Величина сопротивления нагрузки Rн трансформатора изменяется с помощью переключателя SA2. Для проведения опыта короткого замыкания трансформатора, в цепь первичной обмотки включается добавочное сопротивление Rд, величина которого изменяется переключателем RP1. Подача электропитания на трансформатор осуществляется выключателем SА1.
Рисунок 3.3 – Рабочее поле однофазного трансформатора
BVEI 481 1119
На рисунке 3.4 изображен внешний вид исследуемого трансформатора.
Рисунок 3.4 – Внешний вид трансформатора
Особенности данного трансформатора:
• Мощность – до 15,0 ВА
• Трансформаторы температурного класса 70°C/B не имеют
встроенного предохранителя от токов короткого замыкания
• Стандартные модели в корпусе типа "K"
• Обязательное тестирование всех моделей на соответствие
стандартам ENEC 10, VDE, и UL.
• Cтабильность параметров в широком диапазоне температур
• Высокий уровень надежности и долгий срок службы
• Высокая электрическая прочность
• Негорючий материал корпуса и заливного компаунда
Защита трансформаторов от токов короткого замыкания возможна при помощи встроенного предохранителя с плавкой вставкой согласно IEC 127 или внешнего предохранителя вторичной обмотки c использованием PTC-элемента.
Домашнее задание
1. изучить теоретический раздел;
- подготовить ответы на контрольные вопросы.
- ознакомиться с паспортными данными исследуемого трансформатора (табл. 4.1).
Таблица 4.1
| Тип |  |  |  |
| BV EI 481 1119 | 220 В | 12 В | 10 ВА |
Выполнение работы
5.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (рисунок 5.1, рабочее поле «Однофазный трансформатор» и «Измеритель мощности»).
Рисунок 5.1
5.2. Собрать электрическую цепь (рис. 1). Для этого замкнуть накоротко
добавочное сопротивление Rд. Установить переключатель SA2 установки величины сопротивления нагрузки и ручку потенциометра регулировки величины добавочного сопротивления RP1 в позиции «0» (крайнее левое положение). В измерителе мощности установить предел измерения тока I = 0,2 А. Схему представить для проверки преподавателю.
5.3. Провести опыт холостого хода. Включить электропитание стенда
(автоматический выключатель QF1 на кожухе и выключатель SA1). Провести измерения первичного напряжения 
, тока холостого хода 
и активной мощности трансформатора 
в режиме холостого хода трансформатора. Результаты измерений занести в таблицу 5.1 Выключить трансформатор. По результатам измерений рассчитать коэффициент трансформации трансформатора 
и параметры ветви холостого хода схемы замещения трансформатора ( 
, 
, 
). Рассчитать по паспортным данным номинальный вторичный ток трансформатора 
и с учетом коэффициента трансформации номинальный первичный ток 
.
Таблица 5.1
| Измерено | Вычислено | |||||||||
| , В | , А | , Вт |  , В |  | , Ом | , Ом | , Ом | | , А | А |
5.4. Исследовать трансформатор в рабочем режиме, сняв внешнюю
характеристику и рабочие характеристики при активном характере нагрузки. Для этого включить электропитание стенда, и изменяя величину сопротивления нагрузки Rн с помощью переключателя SA2, измерять при каждом положении переключателя SA2 величины, указанные в таблице 5.1 Выключить трансформатор. Используя результаты измерений, рассчитать активную мощность 
, отдаваемую нагрузке, и коэффициент полезного действия трансформатора 
. По результатам исследования построить внешнюю и рабочие характеристики трансформатора при активном характере нагрузки. Сделать выводы о наиболее целесообразном диапазоне нагрузок трансформатора.
Таблица 5.2
| Измерено | Вычислено | ||||||
| Сторона вторичного напряжения | Сторона первичного напряжения | ||||||
 ,В |  , А |  ,В | , А |  ,Вт |  | , Вт | |
5.5. Исследовать трансформатор в режиме короткого замыкания. Для этого замкнуть вторичную обмотку трансформатора накоротко и убрать перемычку на добавочном сопротивлении Rд (рисунок 5.2). Представить схему для проверки преподавателю.
5.6. Включить питание стенда, и плавно изменяя величину добавочного
сопротивления Rд с помощью потенциометра RP1 установить номинальное значение тока в первичной обмотке трансформатора в соответствии с рассчитанным в п. 5.3 значением. Измерить величину напряжения короткого замыкания 
, первичного тока 
и активную мощность 
, потребляемую трансформатором в опыте короткого замыкания. Результаты измерения занести в таблицу 5.3. Рассчитать величину напряжения короткого замыкания 
, % и величину тока аварийного короткого замыкания 
. Выключить трансформатор и электропитание стенда.
5.7. По результатам измерений рассчитать активную мощность 
,
потребляемую трансформатором в режиме короткого замыкания, напряжение короткого замыкания , %, параметры схемы замещения 
, 
, 
и величину тока аварийного короткого замыкания в процентах от (таблица 5.3).
Таблица 5.3
| Измерено | Вычислено | ||||||
| , В | , В | , Вт | , % | , Ом | , Ом | , Ом | , % |
Рисунок 5.2
Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
1. наименование работы и цель работы;
2. схему эксперимента с включенными измерительными приборами;
3. таблицы с результатами эксперимента;
4. внешние характеристики трансформатора при активной и емкостной нагрузке;
5. рабочие характеристики трансформатора при активной нагрузке;
6. схему замещения трансформатора и вычисленные по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания параметры схемы замещения трансформатора, коэффициент трансформации и величину тока аварийного короткого замыкания.
7. выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Назначение и принцип работы трансформатора?
2. Как опытным путем определить коэффициент трансформации?
3. С какой целью проводятся опыты холостого хода и короткого замыкания?
4. Почему при увеличении тока нагрузки увеличивается ток, потребляемый трансформатором из сети?
5. Что такое к.п.д трансформатора?
6. Какие процессы характеризует активная мощность, потребляемая
трансформатором в режиме холостого хода и в режиме короткого замыкания?
7. Почему при активной нагрузке увеличение тока ведет к уменьшению
вторичного напряжения?
8. Почему внешняя характеристика трансформатора зависит от характера
нагрузки?
9. Объяснить порядок выполнения лабораторной работы и произведенные расчеты.
Литература
1. Электрические машины: Трансформаторы: Учебное пособие для Электромех. Спец. Вузов/ Под ред. И. П. Копылова. – М.: Высш. Шк., 1989. – 352 с.
2. Общая электротехника. Под ред. проф. В.Пантюшина, М.:”Высшая школа“, 1976,стр. 258-285