Исследование угловых и рабочих характеристик синхронного двигателя».

    1.1. Перед включением стенда убедиться, что все тумблеры, переключатели и потенциометры находятся в исходном положении: SA11 и SA21 в положении «выключено», SA2 в положении «», SA1 в положении «ХХ», потенциометры RP11 и RP21 повернуты в крайнее левое положение (против часовой стрелки), перемычки на стенде отсутствуют.

    1.2. Тремя перемычками подключить двигатель к сети, а к контактам контактора КМ1 параллельно шестью перемычками подключить соответствующие лампы HL для включения двигателя на параллельную работу с сетью с помощью синхроноскопа, включенного по схеме «на погасание».

    1.3. Включить трехфазный автомат «Сеть»

    1.4. Включить питание разгонного двигателя постоянного тока (ДПТ) тумблером SA21 (ШИП ОЯ), и регулятором RP21, плавно увеличивая напряжение на якоре ДПТ, установить синхронную скорость ротора СГ 1000 об/мин (105 рад/с).

    1.5. Тумблером SA11 включить питание обмотки возбуждения СГ (ШИП ОВ) и регулятором «Задание тока» увеличивая возбуждения синхронной машины (СМ) установить такое линейное напряжение СМ (около 200В) при котором лампы будут медленно загораться и гаснуть.

    1.6. Включить сеть (контактором КМ) в момент погасания ламп. При этом двигатель втягивается в синхронизм.

    1.7. Переключатель SA2 установить в положение «».

    1.8. Регулятором RP11 и RP21 установить ток возбуждения  и угол рассогласования .

    1.9. Поворачивая регулятор RP21 против часовой стрелки, изменять угол рассогласования  через каждые 10 градусов. Снять показания приборов и заполнить таблицу 1. При этом в каждом опыте поддерживать ток возбуждения, установленный в п. 1.8. Отрицательный угол  и момент М

свидетельствуют о том, что СМ работает в режиме двигателя.

Таблица 1

(А)
(град)	0	-10	-20	-30	-40	-50	-60	-70	-80
(А)
P (Вт)
M (Н·м)
U (В)

 

    1.10. Поворачивая регулятор RP21 по часовой стрелки, уменьшить момент нагрузки до нуля.

Исследование U -образных характеристик синхронного двигателя».

    2.1. Регулятор RP21установить режим холостого хода синхронного двигателя, при котором M=0 и во всех опытах поддерживать момент в диапазоне  Н·м

    2.2. Изменяя ток возбуждения, снять показания приборов и внести в таблицу 2. Определить ток возбуждения (около 0.6А), при котором ток статора принимает минимальное значение.

                                                                                                                            Таблица 2

(А)	0,15	0,25	0,45		0,7	0,8	0,9	1	1,2
M (Н·м)
(А)
P (Вт)
(град)
(В)

 

    2.3. Повторить п. 2.2 для нагрузки М= 2 Н·м. Показания приборов внести в таблицу 3.

                                                                                                                            Таблица 3

(А)	0,15	0,25	0,45		0,7	0,8	0,9	1	1,2
M (Н·м)
(А)
P (Вт)
(град)
(В)

 

Оформление отчета

    3.1. По данным таблицы 1 построить угловую характеристику  при , где  – мощность на валу двигателя, М-тормозной момент нагрузки. Восходящую ветвь характеристики построить по данным опыта а затем достроить её расчетным путем при изменении угла рассогласования от 90 ̊ до 180 ̊ через каждые 10 градусов.

    3.3. Построить две U- образные характеристики при:  и Н·м

    3.2. Построить рабочие характеристики , , ,  при

    3.4. По данным таблицы 3 построить три векторных диаграммы, при которых: 1-ток статора принимает минимальное значение; 2- недовозбуждении; 3- перевозбуждении. Для построении BД кроме опытных данных необходимо определить фазный сдвиг между током и фазным напряжением ().

4. Контрольные вопросы

    4.1. Как по данным эксперимента определить режим работы синхронной машины: двигательный или генераторный?

    4.2. Как практически для нагруженного синхронного двигателя установить режим, при котором ?

    4.3. Как включить синхронный двигатель в сеть?

    4.4. Какую реактивную мощность потребляет синхронный двигатель при недовозбуждении? Объяснить с помощью векторной диаграммы.

    4.5. Как можно увеличить перегрузочную способность синхронного двигателя?

    4.6. Объяснить поведение рабочих характеристик.

    4.7. Что представляет собой синхронный компенсатор и какую роль он выполняет в системе энергоснабжения?

Литература

    5.1. Электротехника / под ред. И.А. Федоровой. - Минск: Вышейшая школа, 2007. – с 307-316.

         Лабораторная работа № 8:

«Построение механических и электромеханических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения»

 

Задание: По паспортным данным ДТП и измеренными сопротивлениями обмотки якоря и обмотки возбуждения построить естественные характеристики, а также искусственные механические и электромеханические характеристики при изменении напряжения питания, сопротивления в цепи якоря и тока возбуждения(магнитного потока).

Паспортные данные двигателя: , , , . Измеренные величины: сопротивление обмотки возбуждения , сопротивление обмотки якоря в горячем состоянии

Порядок расчета.

10. Электрическая мощность, потребляемая двигателем в номинальном режиме

11. Ток, потребляемый двигателем

12. Номинальный ток возбуждения

13. Номинальный ток якоря

14. Номинальная частота вращения двигателя в рад/с

15. Номинальная ЭДС якоря =94.8B

16. Коэффициент

17. Номинальный электромагнитный момент и момент на валу двигателя

18. Момент трения(момент холостого хода), соответствующий механическим потерям (в процентах от номинального момента)

19. Построить 4 электромеханические характеристики  и 4 механические характеристики  в масштабе ; :

1. естественные характеристики при U=Uн, Ф=Фн,

2. характеристики при U=(1-0.02∙N)∙Uн, Ф=Фн,

3. характеристики при U=Uн

4. характеристики при Ф=(1-0,02∙N)∙Фн, U=Uн,

Частоту вращения двигателя в режиме холостого хода на естественной характеристике можно определить из пропорции , или в общем случае

 

Рис. 4.39. Электромеханическая характеристика ДПТ независимого возбуждкния.

 

Контрольные вопросы

1. Почему с ростом электромагнитного момента скорость вращения двигателя не увеличивается, а уменьшается?

2. При работе двигателя постоянного тока под нагрузкой увеличился ток, потребляемый двигателем. Назовите две возможные причины

3. При работе двигателя постоянного тока независимого возбуждения скорость вращения уменьшилась. Назовите 4 возможные причины

4. Какую скорость будет развивать двигатель постоянного тока, который с помощью редуктора поднимает груз если:

a) произошёл обрыв цепи питания якоря;

b) якорь двигателя замкнули накоротко. Пояснить графически

5. Как изменить ток и электромагнитный момент ДПТ независимого возбуждения, если внезапно поменять клеммы питания якоря двигателя (пояснить графически)

6. Будет ли работать ДПТ от сети переменного тока при:

a) независимом возбуждении;

b) параллельном возбуждении;

c) последовательном возбуждении

7. как изменятся скорость вращения ДПТ независимого возбуждения при уменьшении тока возбуждения

8. Какую роль играет пусковое сопротивление?

9. Какие последствия вызывает обрыв цепи возбуждения, если двигатель включен без нагрузки?

 

Приложение 1

                              6-й семестр

Вопросы, выносимые на экзамен (по 2-й части курса):

1. Вопросы теоретического плана (1-й вопрос):

1.1. Устройство синхронной машины (СМ) и принцип работы в режиме генератора. Векторные диаграммы (ВД) напряжений, ЭДС и тока.

1.2. Устройство СМ и принцип работы в режиме двигателя. ВД напряжения, ЭДС и тока.

1.3. Реакция якоря в синхронном генераторе и векторная диаграмма магнитных потоков при различном характере нагрузки.

1.4. Внешние характеристики СГ при различном характере нагрузки. Пояснить с помощью ВД.

1.5. Регулировочные характеристики СГ при различном характере нагрузки. Пояснить с помощью ВД.

1.6. Угловая характеристика СГ.

1.7. Работа СГ параллельно с сетью большой мощности в режиме холостого хода.

1.8. Векторные диаграммы СГ при различном характере нагрузки, но постоянной активной мощности.

1.9. Энергетическая диаграмма СГ.

1.10. Векторные диаграммы СД при недовозбуждении и перевозбуждении.

1.11. U-образная характеристика СД в режиме холостого хода.

1.12. U-образная характеристика СД при постоянной нагрузке. Пояснить с помощью ВД.

1.13. Рабочие характеристики СД.

1.14. Синхронный компенсатор. Назначение. Принцип действия.

1.15. Пуск в ход синхронных машин.

1.16. Синхронные реактивные микродвигатели. Принцип работы, применение.

1.17. Шаговые двигатели. Принцип работы. Применение.

1.18. Устройство и принцип работы МПТ в режиме генератора.

1.19. Устройство и принцип работы МПТ в режиме двигателя.

1.20. Характеристика холостого хода и внешние характеристики генератора постоянного хода при различных возбуждениях.

1.21. Самовозбуждение генератора постоянного тока.

1.22. Параллельная работа генераторов постоянного тока.

1.23. Механические характеристики двигателя постоянного тока.

1.24. Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока.

1.25. Анализ переходных режимов двигателя постоянного тока с помощью электромеханических и механических характеристик.

1.26. Пуск в ход двигателей постоянного тока.

1.27. Исполнительные двигатели постоянного тока и тахогенераторы.

1.28. Бесконтактные двигатели постоянного тока.

 

2. Вопросы практического плана (2-й вопрос):

 

2.1 По известным данным синхронного генератора, работающего на общую сеть: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, фазному сдвигу φ, ЭДС обмотки статора , определить угол рассогласования ϴ, активную мощность генератора Р.

2.2. По известным данным синхронного генератора, работающего на общую сеть: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, фазному сдвигу φ, углу рассогласования ϴ, определить ЭДС обмотки статора , активную мощность генератора Р.

2.3. По известным данным синхронного генератора, работающего на общую сеть: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, фазному сдвигу φ, току нагрузки , определить ЭДС обмотки статора , угол рассогласования ϴ.

2.4. По известным данным синхронного генератора, работающего на общую сеть: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, фазному сдвигу φ, активной мощности генератора Р, определить ЭДС обмотки статора , ток нагрузки .

2.5. По известным данным синхронного генератора, работающего на общую сеть: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, ЭДС обмотки статора , углу рассогласования ϴ, определить фазный сдвиг φ, активную мощность генератора Р.

2.6. По известным данным синхронного генератора, работающего на общую сеть: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, ЭДС обмотки статора , току нагрузки , определить фазный сдвиг φ, угол рассогласования ϴ.

2.7. По известным данным синхронного двигателя: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, ЭДС обмотки статора , активной мощности двигателя Р, определить фазный сдвиг φ, ток нагрузки .

2.8. По известным данным синхронного двигателя: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, углу рассогласования ϴ, току нагрузки , определить ЭДС обмотки статора , фазный сдвиг φ.

2.9. По известным данным синхронного двигателя: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, углу рассогласования ϴ, активной мощности двигателя Р, определить фазный сдвиг φ, ток нагрузки .

2.10. По известным данным синхронного двигателя: напряжению сети U_c, реактивному сопротивлению обмотки статора X_c, току нагрузки , активной мощности двигателя Р, определить ЭДС обмотки статора , фазный сдвиг φ.

2.11. Синхронный двигатель потребляет чисто активную мощность при угле рассогласования ϴ=30°. Во сколько раз можно увеличить токовую нагрузку при неизменном токе возбуждения, чтобы двигатель не вышел из синхронизма?

2.12. Коэффициент мощности синхронного двигателя равен 1. Как изменится ток статора и будет ли двигатель потреблять реактивную мощность, если при неизменном токе возбуждения уменьшить момент на валу двигателя?

2.13. Как следует изменить ток возбуждения синхронного двигателя, чтобы при увеличении механической нагрузки сохранить коэффициент мощности?

2.14. Двигатель постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как будет изменяться в переходном режиме ток, потребляемый двигателем, и его скорость вращения, если уменьшить напряжение сети? Нарисовать графики переходного процесса и пояснить.

2.15. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как будет изменяться в переходном режиме ток, потребляемый двигателем, и его скорость вращения, если включить добавочное сопротивление в цепь якоря? Нарисовать графики переходного процесса и пояснить.

2.16. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как будет изменяться в переходном режиме ток, потребляемый двигателем, и его скорость вращения, если увеличить вес груза? Нарисовать графики переходного процесса и пояснить.

2.17. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как изменится после переходного режима ток, потребляемый двигателем, и его скорость вращения, если уменьшить напряжение сети? Ответ пояснить.

2.18. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как изменится после переходного режима ток, потребляемый двигателем, и его скорость вращения, если уменьшить добавочное сопротивление в цепи якоря? Ответ пояснить.

2.19. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как изменится после переходного режима ток, потребляемый двигателем, и его скорость вращения, если уменьшить вес груза? Ответ пояснить.

2.20. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как изменится после переходного режима ток, потребляемый двигателем, и его скорость вращения, если уменьшить ток в цепи возбуждения? Ответ пояснить.

2.21. В генераторе постоянного тока (ГПТ) независимого возбуждения приборами контролируются ток нагрузки I _Я, напряжение на зажимах якоря U и ток возбуждения I _В. Известна также внешняя характеристика генератора. Как по известным I _Я и U определить ток возбуждения (I _В / I _ВН) и сопротивление обмотки якоря?  

2.22. В ГПТ независимого возбуждения приборами контролируются ток нагрузки I _Я, напряжение на зажимах якоря U и ток возбуждения I _В. Как по известным U и I _В / I _ВН определить ток якоря (нагрузки) и ток короткого замыкания?  Известна также внешняя характеристика генератора.

2.23. В ГПТ независимого возбуждения приборами контролируются ток нагрузки I _Я, напряжение на зажимах якоря U и ток возбуждения I _В. Как по известным I _Я и I _В / I _ВН определить напряжение U и напряжение холостого хода?  Известна также внешняя характеристика генератора.

 

2.24. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как будет изменяться во времени потребляемый ток и скорость вращения двигателя, если поменять полярность напряжения сети? Объяснить с помощью электромеханических характеристик, как проходит переходной процесс и новый установившийся режим.

2.25. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как будет изменяться во времени потребляемый ток и скорость вращения двигателя, если якорь отключить от сети и замкнуть накоротко? Объяснить с помощью электромеханических характеристик, как проходит переходной процесс и новый установившийся режим.

2.26. ДПТ независимого возбуждения с помощью лебедки поднимает груз. Как будет изменяться во времени потребляемый ток и скорость вращения двигателя, если оборвался груз? Объяснить с помощью электромеханических характеристик, как проходит переходной процесс и новый установившийся режим.

2.27. Амперметр, включенный в цепь якоря ДПТ независимого возбуждения увеличил показание. Назовите возможные причины увеличения тока. Связано ли это с увеличением напряжения сети?

56. При включении ДПТ в сеть возникает вращающий момент. Известно, что если на тело (ротор) действует вращающий момент, оно получает ускорение. Означает ли это, что скорость вращения ротора будет увеличиваться до бесконечности? Трением пренебречь.

 

ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1. Вольдек А.И. Попов В.В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник для вузов/ А.И.Вольдек, В.В.Попов – СПБ: Питер, 2007.-320 с.

2. Вольдек А.И. Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов/ А.И.Вольдек, В.В.Попов – СПБ: Питер, 2007.-350 с.

3. Копылов И.П. Электрические машины: учебник для вузов / И.П.Копылов – М.: Энергоатомиздат, 2005.-360 с.

 

Дополнительная литература

4. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. В 2-х т.: учебник для вузов / А.В. Иванов-Смоленский – М.: Издательство МЭИ, 2004. - 652 с., 532 с.

5. Костенко М.П. Электрические машины (учебник) / М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский. – М.: Энергия, ч. 1, 1972. – 543 с.; ч. 2, 1973. – 647 с.

6. Вольдек А.И. Электрические машины: учебник для вузов / А.И. Вольдек, – Л.: Энергия, 1979. - 832 с.

7. Токарев Б.Ф. Электрические машины: учебник для вузов / Б.Ф. Токарев – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 547 с.