Испытание электрических машин

Санкт – Петербургский

Государственный Технический Университет

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторным работам

Санкт – Петербург

УДК 621.313

Испытание электрических машин постоянного тока: Методические указания /Сост. Васильев Г.А., Иванов Ю.Я., Нагаенко Г.П. СПб: Изд-во СПбГТУ, 2008. 52 с.

Приведены мнемонические и принципиальные электрические схемы учебных лабораторных установок для испытаний электрических машин постоянного тока, изложены последовательность и методика опытного определения основных характеристик генераторов и двигателей, а также их потерь и к.п.д., даны подробные рекомендации по обработке результатов испытаний и оформлению итогового отчета по лабораторной работе.

Учебное пособие предназначено для студентов электротехнических специальностей, изучающих курсы «Электромеханика» и «Электрические машины» в рамках подготовки бакалавров по направлениям 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и 140200 «Электроэнергетика».

Табл. 1. Ил. 9. Библ. 6 назв.

Издание 2-ое (стереотипное)

Печатается по решению научно-методического совета кафедры
«Электрические машины» Электромеханического факультета.

© Санкт-Петербургский государственный

технический университет, 2008

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Учебные лабораторные испытания электрической машины состоят из нескольких этапов:

- подготовка к испытаниям,

- сборка схемы,

- проведение испытаний с записью в протоколе условий проведения опытов и необходимых показаний измерительных приборов,

- обработка результатов испытания и составление отчета.

Часть этих работ выполняется во внеаудиторное время, часть - непосредственно в лаборатории.

Подготовка к испытаниям. Этот этап студенты выполняют при самоподготовке перед лабораторными занятиями. При этом необходимо:

1. Начертить рабочую схему установки. Лабораторные работы выполняются на стендах, оборудованных (в основном) необходимой пуско-регулирующей аппаратурой и частью измерительных приборов. Уже собранная на стенде часть рабочей схемы (схема стенда) изображена на его передней панели. схема стенда вместе с принципиальной схемой испытаний представлены в разделах, посвященных конкретным лабораторным работам. Задачей студентов является синтез этих двух схем для получения реальной рабочей схемы, с включением в нее необходимых дополнительных измерительных и других приборов. Рабочая схема должна быть вычерчена при домашней подготовке. В этих же разделах настоящих указаний представлены особенности сборки общей рабочей схемы, которые следует строго выполнять. Там же приведены требования по правилам включения схемы для проведения испытаний. Выключатели (В1, В2,...), расположенные на стенде, включаются нажатием черной кнопки, а выключаются – нажатием красной (на схеме обозначена штриховкой).

2. Ознакомиться с оборудованием рабочего места можно заранее, например, на вводном занятии или при очередном посещении лаборатории. Напряжение 220 В постоянного и переменного тока подается на рабочее место (стенд) с местного распределительного щита, номер которого соответствует номеру рабочего места.

3. Ознакомиться с программой работы, таблицами измерения данных испытаний, установить диапазон изменения величин в каждом опыте и цену делений измерительных приборов. Следует также продумать рациональное расположение на столе стенда дополнительных измерительных и других приборов.

4. Определить элементы рабочей схемы, используемые при пуске, регулировании и остановке испытуемой машины, их положение и последовательность включения при реализации того или иного режима. Пусковой реостат является аппаратом кратковременного действия. Поэтому выводить его нужно быстро и полностью, ориентируясь на показания амперметра якоря - его броски при выведении ступеней реостата не должны превышать »2I_ан . Для каждой характеристики установить, какая из переменных величин является независимой, с помощью какого элемента и в каком диапазоне ее нужно регулировать, определить примерное количество опытных точек. Следует уделить внимание и величинам, которые поддерживаются постоянными в процессе опыта. Четко представлять свои действия в случае возникновения аварийной ситуации. На лицевой панели каждого стенда имеется большая красная кнопка (АВ), при нажатии на которую срабатывает защита.

5. При собеседовании преподавателя со студентами перед началом лабораторных занятий, выясняется степень подготовленности каждого из студентов к предстоящей работе и решается вопрос о его допуске. При этом конкретизируется схема испытаний, уточняются параметры выбранной измерительной и другой аппаратуры, корректируется (если это необходимо) программа работы и порядок ее выполнения.

6. Для предварительной оценки достоверности результатов, получаемых в процессе испытаний, студенты должны иметь при себе калькулятор и миллиметровку.

Cборка схемы и проведение испытания машины. Для выполнения лабораторной работы студенты собирают рабочую схему, составленную при самоподготовке и согласованную с преподавателем во время собеседования. Дополнительные измерительные приборы (не включенные в схему, уже собранную на стенде), соединительные проводники, а также бланки протокола и отчета могут быть получены у дежурного лаборанта.

1. Перед началом сборки следует рационально разместить на столе стенда полученные измерительные приборы, т.е. расположить их как можно ближе к элементам схемы, в которых производятся измерения. Сборку схемы рекомендуется начинать с главных силовых цепей машины. Затем следует собирать вспомогательные и параллельные цепи. Сечение проводников нужно выбирать, ориентируясь на величину протекающего по ним тока. Соединительные проводники не должны закрывать элементы управления схемой и шкалы измерительных приборов. Еще раз уточнить и согласовать с преподавателем особенности синтеза схемы стенда и принципиальной, приведенных в разделе методических указаний, посвященном проводимой работе. При необходимости использованиядополнительных настольных реостатов, они устанавливаются на столе так, чтобы зажимы подключения располагались на противоположной стороне от работающих.

2. При сборке схемы особо важно проследить правильность установки пуско-регулирующей аппаратуры с учетом особенностей включения установки, приведенных в методических указаниях в разделе данной работы. После проверки преподавателем правильности сборки схемы и установки пуско-регулирующей аппаратуры в исходное положение студенты осуществляют пуск агрегата и установку режима испытаний. Перед началом испытаний необходимо уточнить все номинальные данные машины: основные (указанные в табличке) и вспомогательные. Последние могут быть получены опытным путем при установке номинального режима работы машины. Номинальные данные должны быть внесены в протокол испытаний.

3. Время, затрачиваемое на лабораторную работу, и качество ее проведения во многом определяются предварительной самоподготовкой и грамотной организацией работы студентов. Поэтому при сборке схемы и проведении испытаний необходимо четко распределить обязанности между членами лабораторной бригады и выделить ответственного за общее руководство.

4. При снятии характеристик для каждой из них в протоколе записывается название характеристики, условия ее снятия (значения величин, поддерживаемых постоянными), а далее в виде таблицы - изменяемые и изменяющиеся величины. В таблице должны быть приведены единицы измерения всех величин и цены делений измерительных приборов. Часто в процессе работы необходимо выполнить контрольные расчеты и построить некоторые характеристики. После окончания работы протокол подписывается преподавателем и прилагается к отчету.

5. Находясь в лаборатории студенты обязаны строго выполнять требования инструкции по технике безопасности, с которой они ознакомлены на вводном занятии. В приложении V кратко сформулированы основные требования этой инструкции.

Обработка результатов испытания и составление отчета. Этот этап является завершающим циклом всей лабораторной работы. Он выполняется во внелабораторные часы, и в нем должны принимать участие все студенты лабораторной бригады. При этом следует иметь в виду, что:

1. Обработку результатов испытания следует производить строго руководствуясь указаниями и рекомендациями, приведенными в программах по испытанию и в учебных пособиях.

2. Отчет должен быть составлен четко, ясно, аккуратно, достаточно полно и в то же время кратко. Чтобы удовлетворить все эти требования, необходимо строго придерживаться правил оформления отчета и графиков, которые изложены в приложениях III и IV. Рекомендуется также ознакомиться с плакатом, на котором приведены наиболее характерные ошибки, допускаемые студентами при оформлении отчетов. Этот плакат находится в лаборатории электрических машин.

Учебно-лабораторные занятия студентов по всему циклу испытания электрических машин завершаются зачетным собеседованием с преподавателем. Во время собеседования студенты должны продемонстрировать умения организации испытаний электрических машин, работы с измерительной аппаратурой, знания техники проведения экспериментов и обработки результатов испытания. Студенты должны глубоко понимать закономерность и суть физических процессов, происходящих в электрических машинах.

В случае отличной подготовки к занятиям, грамотного и четкого выполнения самих лабораторных работ, своевременного и правильного оформления отчета преподаватель имеет право поставить зачет по лабораторным работам без собеседования.

На всех этапах учебно-лабораторных занятий рекомендуется использовать, в качестве основного, учебное пособие:

И в а н о в Ю. Я., Н а г а е н к о Г. П. Испытание электрических машин постоянного тока. Изд. ЛПИ, 1978 г. (В настоящих методических указаниях используются принципиальные схемы и графики этого учебного пособия).

Р А Б О Т А №1

Рабочие характеристики

Установить и поддерживать постоянными добавочное сопротивление в цепи якоря , номинальное напряжение на схеме двигателя U = U_н и номинальный ток возбуждения i_в = i_вн .

Изменять момент на валу двигателя от до . Контролировать постоянство напряжения на схеме двигателя U_н, и тока возбужде-
ния .

Измерять ток якоря , момент и частоту вращения .

Вычислить подводимую к двигателю и отдаваемую мощности , и КПД двигателя .

Нанести на график зависимости и , отметив на нём значения , соответствующие номинальному току двигателя I_ан и значение , при котором КПД двигателя достигает наибольшего значения .

Определить из графика номинальное изменение частоты вращения двигателя при изменении его нагрузки от номинальной до нуля и частоту вращения при холостом ходе . Определить также ток якоря при холостом ходе и момент холостого хода .

Механические характеристики

Необходимо исследовать три типа механических характеристик двигателя, отличающихся друг от друга и от рабочих характеристик одним из условий их снятия, а именно:

а) наличием добавочного сопротивления в цепи якоря,

б) пониженным напряжением на схеме двигателя,

в) пониженным током возбуждения.

Установить и поддерживать постоянными:

а) номинальное напряжение на схеме двигателя , номинальный ток возбуждения и добавочное сопротивление в цепи якоря , подобрав его так, чтобы при , ;

б) добавочное сопротивление в цепи якоря , номинальный ток возбуждения и напряжение на схеме двигателя ;

в) добавочное сопротивление в цепи якоря , номинальное напряжение на схеме двигателя и ток возбуждения .

Изменять момент на валу двигателя от до .

Контролировать величины, поддерживаемые постоянными.

Измерять напряжение на схеме двигателя и на зажимах якорной цепи , ток возбуждения , ток якоря , момент и частоту вращения .

Вычислить подводимую к схеме двигателя мощность и отдаваемую им мощность , КПД двигателя , добавочное сопротивление в цепи якоря и изменение частоты вращения .

Нанести на график 2 зависимости и . На этом же графике по данным п.1 построить естественные характеристики и .

Дополнительные построения

По опытным данным пп.4 и 5 (см. графики 4 и 5) на график 2 нанести две механические характеристики , одна из которых соответствует такому же пониженному значению напряжения на схеме двигателя , что и в опыте по п. 2б, а другая – пониженному значению тока возбуждения , что и в опыте по п.2в.

Рабочие характеристики

Установить и поддерживать постоянными добавочное сопротивление в цепи якоря и номинальное напряжение на схеме двигателя .

Изменять момент на валу двигателя от до такого наименьшего значения, при котором частота вращения достигнет .

Контролировать постоянство , постоянство напряжения на схеме двигателя .

Измерять ток двигателя , момент и частоту вращения . Вычислить подводимую к двигателю мощность и отдаваемую им , КПД двигателя h.

Нанести на график 1 зависимости и , отметить на нём значения , , , соответствующие номинальному току двигателя , и значение , при котором КПД двигателя достигает наибольшего значения .

Определить из графика номинальное изменение частоты вращения двигателя , при изменении его нагрузки от номинальной до (или изменение частоты вращения двигателя ).

РАБОТА №3

РАБОТА №4

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Особенности сборки рабочей схемы. Работа выполняется одновременно двумя бригадами на двух рабочих местах, на которых проводились испытания генераторов постоянного тока (работа № 3, см. рис. 5). С особенностями сборки схем на этих стендах студенты уже знакомы. В данной работе требуется включить два генератора на параллельную работу и испытать полученную систему в различных режимах. Для соединения генераторов используется длинная двухпроводная линия, соединяющая два стенда. На стенде с генератором Г₁ выведены зажимами г₂ справа внизу панели, на противоположном стенде - соответственно зажимы г₁ - начало и конец указанной двухпроводной линии.

Принципиальная схема параллельной работы генераторов представлена на рис. 7.

Особенности включения схемы и пуск синхронного двигателя. Пуск приводного двигателя выполняется также, как и в работе № 3 - “Испытание генератора постоянного тока”. Еще раз напоминаем, что перед включением генераторов на параллельную работу, их синхронизация проверяется исправным вольтметром магнитоэлектрической системы.

Токи нагрузки в случае I_нг > I_1н (или I_{2н )} - устанавливать, используя сопротивления нагрузки R_нг1 и R_нг2 обоих генераторов, чтобы не перегружать эти сопротивления.

1. Параллельная работа генераторов в режиме регулировочной
характеристики

Установить и поддерживать постоянным напряжение .

Изменять нагрузочный ток от до , регулируя при этом токи возбуждения генераторов и так, чтобы генераторы нагружались пропорционально номинальным мощностям.

Контролировать постоянство .

Измерять токи генераторов и , ток нагрузки и токи возбуждения и .

Нанести на график 1 зависимости и . Определить изменение токов возбуждения и при изменении токов нагрузки от нуля до их номинальных значений.

2. Параллельная работа генераторов в режиме
внешней характеристики

Установить и поддерживать постоянными сопротивления цепей возбуждения генераторов и , подобрав их так, чтобы при генераторы были нагружены до номинальных токов.

Изменять нагрузочный ток до такого значения, при котором один из генераторов полностью разгрузится.

Измерять напряжение , токи генераторов и , ток нагрузки и токи возбуждения и .

Нанести на график 2 зависимости и , и . Определить из графика и соответствующее ему напряжение , при котором один из генераторов полностью разгрузится.

Перевод нагрузки

Установить номинальный режим работы первого генератора, имеющего меньшую мощность, и подключить к нему второй генератор.

Поддерживать постоянными напряжение , и ток нагрузки . Изменять токи возбуждения генераторов и так, чтобы при первый генератор разгружался от до , а второй – нагружался от до .

Контролировать постоянство и .

Измерять токи генераторов и и токи возбуждения и .

Нанести на график 3 зависимости , и . Определить из графика пределы регулирования токов возбуждения и , которые обеспечивают перевод нагрузки с первого генератора на второй при .

Р А Б О Т А №5

ПРИЛОЖЕНИЯ

Васильев Геннадий Андреевич

Иванов Юрий Яковлевич

Нагаенко Геннадий Петрович

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторным работам

Подписано к печати 01.02.09 Формат 60х84 1/16

Объем 3,25 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №

195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

Санкт – Петербургский

Государственный Технический Университет

ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к лабораторным работам

Санкт – Петербург

УДК 621.313

Испытание электрических машин постоянного тока: Методические указания /Сост. Васильев Г.А., Иванов Ю.Я., Нагаенко Г.П. СПб: Изд-во СПбГТУ, 2008. 52 с.

Приведены мнемонические и принципиальные электрические схемы учебных лабораторных установок для испытаний электрических машин постоянного тока, изложены последовательность и методика опытного определения основных характеристик генераторов и двигателей, а также их потерь и к.п.д., даны подробные рекомендации по обработке результатов испытаний и оформлению итогового отчета по лабораторной работе.

Учебное пособие предназначено для студентов электротехнических специальностей, изучающих курсы «Электромеханика» и «Электрические машины» в рамках подготовки бакалавров по направлениям 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и 140200 «Электроэнергетика».

Табл. 1. Ил. 9. Библ. 6 назв.

Издание 2-ое (стереотипное)

Печатается по решению научно-методического совета кафедры
«Электрические машины» Электромеханического факультета.

© Санкт-Петербургский государственный

технический университет, 2008

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Учебные лабораторные испытания электрической машины состоят из нескольких этапов:

- подготовка к испытаниям,

- сборка схемы,

- проведение испытаний с записью в протоколе условий проведения опытов и необходимых показаний измерительных приборов,

- обработка результатов испытания и составление отчета.

Часть этих работ выполняется во внеаудиторное время, часть - непосредственно в лаборатории.

Подготовка к испытаниям. Этот этап студенты выполняют при самоподготовке перед лабораторными занятиями. При этом необходимо:

1. Начертить рабочую схему установки. Лабораторные работы выполняются на стендах, оборудованных (в основном) необходимой пуско-регулирующей аппаратурой и частью измерительных приборов. Уже собранная на стенде часть рабочей схемы (схема стенда) изображена на его передней панели. схема стенда вместе с принципиальной схемой испытаний представлены в разделах, посвященных конкретным лабораторным работам. Задачей студентов является синтез этих двух схем для получения реальной рабочей схемы, с включением в нее необходимых дополнительных измерительных и других приборов. Рабочая схема должна быть вычерчена при домашней подготовке. В этих же разделах настоящих указаний представлены особенности сборки общей рабочей схемы, которые следует строго выполнять. Там же приведены требования по правилам включения схемы для проведения испытаний. Выключатели (В1, В2,...), расположенные на стенде, включаются нажатием черной кнопки, а выключаются – нажатием красной (на схеме обозначена штриховкой).

2. Ознакомиться с оборудованием рабочего места можно заранее, например, на вводном занятии или при очередном посещении лаборатории. Напряжение 220 В постоянного и переменного тока подается на рабочее место (стенд) с местного распределительного щита, номер которого соответствует номеру рабочего места.

3. Ознакомиться с программой работы, таблицами измерения данных испытаний, установить диапазон изменения величин в каждом опыте и цену делений измерительных приборов. Следует также продумать рациональное расположение на столе стенда дополнительных измерительных и других приборов.

4. Определить элементы рабочей схемы, используемые при пуске, регулировании и остановке испытуемой машины, их положение и последовательность включения при реализации того или иного режима. Пусковой реостат является аппаратом кратковременного действия. Поэтому выводить его нужно быстро и полностью, ориентируясь на показания амперметра якоря - его броски при выведении ступеней реостата не должны превышать »2I_ан . Для каждой характеристики установить, какая из переменных величин является независимой, с помощью какого элемента и в каком диапазоне ее нужно регулировать, определить примерное количество опытных точек. Следует уделить внимание и величинам, которые поддерживаются постоянными в процессе опыта. Четко представлять свои действия в случае возникновения аварийной ситуации. На лицевой панели каждого стенда имеется большая красная кнопка (АВ), при нажатии на которую срабатывает защита.

5. При собеседовании преподавателя со студентами перед началом лабораторных занятий, выясняется степень подготовленности каждого из студентов к предстоящей работе и решается вопрос о его допуске. При этом конкретизируется схема испытаний, уточняются параметры выбранной измерительной и другой аппаратуры, корректируется (если это необходимо) программа работы и порядок ее выполнения.

6. Для предварительной оценки достоверности результатов, получаемых в процессе испытаний, студенты должны иметь при себе калькулятор и миллиметровку.

Cборка схемы и проведение испытания машины. Для выполнения лабораторной работы студенты собирают рабочую схему, составленную при самоподготовке и согласованную с преподавателем во время собеседования. Дополнительные измерительные приборы (не включенные в схему, уже собранную на стенде), соединительные проводники, а также бланки протокола и отчета могут быть получены у дежурного лаборанта.

1. Перед началом сборки следует рационально разместить на столе стенда полученные измерительные приборы, т.е. расположить их как можно ближе к элементам схемы, в которых производятся измерения. Сборку схемы рекомендуется начинать с главных силовых цепей машины. Затем следует собирать вспомогательные и параллельные цепи. Сечение проводников нужно выбирать, ориентируясь на величину протекающего по ним тока. Соединительные проводники не должны закрывать элементы управления схемой и шкалы измерительных приборов. Еще раз уточнить и согласовать с преподавателем особенности синтеза схемы стенда и принципиальной, приведенных в разделе методических указаний, посвященном проводимой работе. При необходимости использованиядополнительных настольных реостатов, они устанавливаются на столе так, чтобы зажимы подключения располагались на противоположной стороне от работающих.

2. При сборке схемы особо важно проследить правильность установки пуско-регулирующей аппаратуры с учетом особенностей включения установки, приведенных в методических указаниях в разделе данной работы. После проверки преподавателем правильности сборки схемы и установки пуско-регулирующей аппаратуры в исходное положение студенты осуществляют пуск агрегата и установку режима испытаний. Перед началом испытаний необходимо уточнить все номинальные данные машины: основные (указанные в табличке) и вспомогательные. Последние могут быть получены опытным путем при установке номинального режима работы машины. Номинальные данные должны быть внесены в протокол испытаний.

3. Время, затрачиваемое на лабораторную работу, и качество ее проведения во многом определяются предварительной самоподготовкой и грамотной организацией работы студентов. Поэтому при сборке схемы и проведении испытаний необходимо четко распределить обязанности между членами лабораторной бригады и выделить ответственного за общее руководство.

4. При снятии характеристик для каждой из них в протоколе записывается название характеристики, условия ее снятия (значения величин, поддерживаемых постоянными), а далее в виде таблицы - изменяемые и изменяющиеся величины. В таблице должны быть приведены единицы измерения всех величин и цены делений измерительных приборов. Часто в процессе работы необходимо выполнить контрольные расчеты и построить некоторые характеристики. После окончания работы протокол подписывается преподавателем и прилагается к отчету.

5. Находясь в лаборатории студенты обязаны строго выполнять требования инструкции по технике безопасности, с которой они ознакомлены на вводном занятии. В приложении V кратко сформулированы основные требования этой инструкции.

Обработка результатов испытания и составление отчета. Этот этап является завершающим циклом всей лабораторной работы. Он выполняется во внелабораторные часы, и в нем должны принимать участие все студенты лабораторной бригады. При этом следует иметь в виду, что:

1. Обработку результатов испытания следует производить строго руководствуясь указаниями и рекомендациями, приведенными в программах по испытанию и в учебных пособиях.

2. Отчет должен быть составлен четко, ясно, аккуратно, достаточно полно и в то же время кратко. Чтобы удовлетворить все эти требования, необходимо строго придерживаться правил оформления отчета и графиков, которые изложены в приложениях III и IV. Рекомендуется также ознакомиться с плакатом, на котором приведены наиболее характерные ошибки, допускаемые студентами при оформлении отчетов. Этот плакат находится в лаборатории электрических машин.

Учебно-лабораторные занятия студентов по всему циклу испытания электрических машин завершаются зачетным собеседованием с преподавателем. Во время собеседования студенты должны продемонстрировать умения организации испытаний электрических машин, работы с измерительной аппаратурой, знания техники проведения экспериментов и обработки результатов испытания. Студенты должны глубоко понимать закономерность и суть физических процессов, происходящих в электрических машинах.

В случае отличной подготовки к занятиям, грамотного и четкого выполнения самих лабораторных работ, своевременного и правильного оформления отчета преподаватель имеет право поставить зачет по лабораторным работам без собеседования.

На всех этапах учебно-лабораторных занятий рекомендуется использовать, в качестве основного, учебное пособие:

И в а н о в Ю. Я., Н а г а е н к о Г. П. Испытание электрических машин постоянного тока. Изд. ЛПИ, 1978 г. (В настоящих методических указаниях используются принципиальные схемы и графики этого учебного пособия).

Р А Б О Т А №1