Контрольные вопросы

1. Каково необходимое условие возникновения резонанса токов в однофазных цепях переменного тока?

2. Каков характер нагрузки на сеть, если при параллельном соединении R, L и С элементов соблюдается условие ?

3. С чем связана рекомендация по уменьшению тока в катушке индуктивности на 7-10% при проведении четвертого опыта?

4. Что является общим параметром цепи при параллельном соединении ветвей?

17

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИ СОЕДИНЕНИИ

ПРИЕМНИКОВ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с режимом работы трехфазного приемника соединенного “Звездой”.

2. Определить соотношение между линейными и фазными параметрами цепи при различных режимах работы трехфазного приемника.

3. Получить навыки в измерении токов, напряжений, мощностей в трехфазных цепях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Исследовать работу трехфазной цепи при симметричной нагрузке фаз, соединенной по схеме “Звезда” с нейтральным проводом.

2. Исследовать работу трехфазной цепи при обрыве нейтрального провода при симметричной нагрузке.

3. Исследовать работу трехфазной цепи при несимметричной нагрузке фаз, соединенной по схеме “Звезда” с нейтральным проводом.

4. Исследовать работу трехфазной цепи при обрыве нейтрального провода при несимметричной нагрузке.

5. Исследовать работу трехфазной цепи при симметричной нагрузке, соединенной по схеме “Звезда” при обрыве линейного провода.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Работа выполняется на универсальном стенде по электротехнике К4822-2 (плата 3). Экспериментальная установка состоит из девяти лампочек накаливания мощностью 25 Вт, источника трёхфазного тока с фазным напряжением 127 В., и измерительных приборов:

1. ваттметр ферродинамической системы с пределом 150 Вт классом точности 0,5;

2. миллиамперметр Э8030 электромагнитной системы с пределом измерения 300 мА классом точности 2,5;

3. вольтметр Э8030 электромагнитной системы с пределом 250 В классом точности 2,5;

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать электрическую цепь согласно принципиальной схеме (рис.6). Клеммы источника расположены на приборной стойке и обозначены символом « 3~220 ».

2. Тумблеры В₁, В₂ и В₃ включить, при этом в каждой фазе будет включено по три лампочки (нагрузка симметричная), нейтральный провод соединён с источником.

3. Включить блок питания на стенде и включить тумблер «3=220», при этом все лампочки должны равномерно загореться.

18

Лабораторная работа №4

4. Записать в табл. 6 результаты измерений. Напряжения измерять одним вольтметром, поочерёдно подключая его в соответствующие точки цепи.

5. Выключить тумблер В₃, при этом нагрузка останется симметричной, а нейтральный провод будет отключён от источника. Записать в таблицу 6 результаты измерений. Обратите внимание, что в работе приёмников ничего не изменилось.

6. Выключить тумблеры В₁ и В₂, а В₃ - включить, при этом в фазе А будет гореть одна лампочка, в фазе В - две лампочки и в фазе С - три лампочки (нагрузка несимметричная), нейтральный провод остаётся соединённым с источником. Занести в табл. 6 результаты измерений.

7. Выключить тумблер В₃ (все тумблеры выключены). При этом нагрузка будет несимметричной, нейтральный провод отключён от источника (обрыв нейтрального провода). Записать в табл. 6 результаты измерений. Обратить внимание на несимметрию фазных напряжений, что говорит об аварийности данного режима.

8. Выключить на блоке питания тумблер «3~220». При этом нагрузка будет выключена. Включить тумблеры В₁, В₂, В₃. Отсоединить линейный провод от клеммы С на источнике и от лампочек.

19

Лабораторная работа №4

Таблица№ 6

Режим

UAB, В

UBC, В

UAC, В

UA, В

UB, В

UC, В

IA, А

IB, А

IC, А

PA, Вт

P3~, Вт

UЛ UФ

Симм. с N

Симм. без N

Несимм. с N

Несимм. без N

Обрыв лин-го пр

8. Выключить тумблер «3~220» на блоке питания. При этом нагрузка будет выключена. Включить тумблеры В₁, В₂, В₃. Отсоединить линейный провод от клеммы С на источнике и от лампочек. Включить тумблер «3~220» на блоке питания. При этом должны загореться лампочки в фазах А и В. Записать результаты измерений в табл. 6.

9. Выключить тумблер «3~220», выключить блок питания. Обработать результаты измерений.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Для всех опытов проверить выполнение равенства , для чего вычислить соотношение и записать в таблицу 6. Написать вывод о том, в каких режимах работы трёхфазной цепи выполняется равенство .

2. Определить для каждого опыта активную мощность всей цепи. Для этого проверить по формуле . Если , то Р_В и Р_С можно приравнять к S_В и S_С , т.е. и , а .

3. Построить в масштабе на миллиметровой бумаге векторную диаграмму токов и напряжений для всех опытов, по которым определить величину тока в нейтральном проводе, выраженной через масштаб векторной диаграммы.

20

Лабораторная работа №4

4. Построить в масштабе векторную диаграмму токов и напряжений для четвертого опыта. Определить через построение значение напряжения между нейтральными точками U_Nn.

5. По результатам четвёртого опыта указать, в каких фазах нагрузка подвергается опасности выхода из строя. Что при этом может произойти с лампочками при их длительной эксплуатации в этом режиме?

6. Сделать заключение о работе лампочек в режиме обрыва одного линейного провода, анализируя результаты последнего опыта.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что значит симметричная и несимметричная нагрузка в трехфазных системах?

2. Перечислите названия электрических параметров трехфазных систем.

3. Каковы соотношения между электрическими величинами токов и напряжений трехфазной цепи, если нагрузка симметрична?

4. Что понимается под явлением "смещение нейтрали" в трехфазных четырехпроводных цепях?

5. Каким образом находится ток в нейтральном проводе четырехпроводной трехфазной цепи, если нагрузка несимметрична?

6. В каких случаях можно использовать трехфазную трехпроводную цепь?

Лабораторная работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИ СОЕДИНЕНИИ

ПРИЕМНИКОВ ПО СХЕМЕ «ТРЕУГОЛЬНИК»

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с режимом работы трехфазного приемника соединенного по схеме “Треугольник”.

2. Определить соотношение между линейными и фазными параметрами цепи при различных режимах работы трехфазного приемника.

3. Получить навыки в измерении токов, напряжений, мощностей в трехфазных цепях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Исследовать работу трехфазной цепи при симметричной нагрузке фаз, соединенной по схеме “Треугольник”.

2. Исследовать работу трехфазной цепи при несимметричной нагрузке фаз, соединенной по схеме “Треугольник”.

3. Исследовать работу трехфазной цепи, соединенной по схеме “Треугольник”, при обрыве одной фазы нагрузки.

4. Исследовать работу трехфазной цепи, соединенной по схеме “Треугольник”, при обрыве линейного провода.

21

Лабораторная работа №5

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Работа выполняется на универсальном стенде по электротехнике К4822-2 (плата 3). Экспериментальная установка состоит из шести лампочек накаливания мощностью 25 Вт (верхний ряд лампочек не устанавливается), источника трёхфазного тока с фазным напряжением 127В, трех катушек индуктивности L₁, L₂, L₃ с сердечниками и измерительных приборов:

• ваттметр ферродинамической системы с пределом 150 Вт классом точности 0,5;

• амперметр Э8030 электромагнитной системы с пределом измерения 1 А классом точности 2,5;

• миллиамперметр Э8030 электромагнитной системы, с пределом измерения 300 мА классом точности 2,5;

• вольтметр Э8030 электромагнитной системы с пределом 250 В классом точности 2,5.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать электрическую цепь согласно принципиальной схеме, представленной на рис. 7. Клеммы А, В и С источника расположены на приборной стойке и обозначены символом «3~220». Тумблеры В1, В2 и В3 на плате перевести в положение "включено", при этом в каждой фазе нагрузки будут включены по две лампочки, что соответствует симметричному режиму нагрузки.

2. Представить собранную схему для проверки преподавателю.

3. Исследовать трехфазную электрическую цепь синусоидального тока при симметричном режиме нагрузки.

4. Включить блок питания на стенде и тумблер с символом «3~220», при этом все лампочки должны равномерно светиться. Напряжение измерять одним вольтметром V₁, поочередно подключая его параллельно лампочкам и катушкам в каждую фазу, как показано на рис.7. Записать результаты измерений в первую строку табл. 7.

5. Исследовать трехфазную электрическую цепь синусоидального тока при несимметричном режиме нагрузки. Выключить тумблер В2 на плате, при этом в фазе ВС будет гореть только одна лампочка, что соответствует несимметричному режиму нагрузки. Записать результаты измерений во вторую строку табл. 7.

6. Исследовать трехфазную электрическую цепь синусоидального тока при обрыве линейного провода. Включить тумблер В1 и выключить тумблер В3 на плате, при этом лампочки во всех фазах будут гореть неравномерно, что соответствует режиму обрыва линейного провода в фазе СА. Записать результаты измерений в четвертую строку табл. 7.

22

Лабораторная работа №5

Таблица 7

Режимы	Экспериментальные данные
	UАВ, В	UВС, В	UСА, В	PАВ, Вт	IАВ, А	IВС, А	IСА, А	IВ, А
Симметричный
Несимметричный
Обрыв фазы
Обрыв линейного провода

7. Исследовать трехфазную электрическую цепь синусоидального тока при обрыве фазы нагрузки. Включить тумблер В3 и выключить тумблер В1 на плате, при этом полностью выключится нагрузка в фазе АВ, а в фазах ВС и СА будет гореть по две лампочки, что соответствует режиму обрыва фазы нагрузки. Записать результаты измерений в третью строку табл. 7.

23

Лабораторная работа №5

8. Выключить тумблер «3~220», выключить блок питания. Обработать результаты измерений.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Для всех опытов проверить выполнение равенства , для чего вычислить соотношение и записать в табл. 8.

2. Определить для каждого опыта активную мощность всей трехфазной цепи, воспользовавшись сведениями о мощности в разделе "Краткие теоретические сведения. Записать результаты расчетов в табл. 8.

3. Рассчитать линейные токи I_А и I_В для всех опытов. Построить векторные диаграммы (в масштабе на миллиметровой бумаге) напряжений и токов для всех опытов, из которых графически определить значения линейных токов I_А и I_В.

Сравнить данные аналитических расчетов и графических построений.

Таблица 8

Режимы	Расчетные данные
	IА, А	IС, А	P, Вт	IЛ/ IФ
Симметричный
Несимметричный
Обрыв фазы
Обрыв линейного провода

4. Сделать заключение об аварийности режимов работы трехфазной цепи.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите отличительные признаки симметричной трехфазной системы ЭДС.

2. Как на практике получают трехфазную систему ЭДС?

3. В чем состоит различие прямой и обратной последовательности фаз?

4. Как получить трехфазную систему соединения в "треугольник" обмоток источника и фаз приемника?

5. Какие напряжения и токи в трехфазной системе называют линейными и какие фазными?

24

Лабораторная работа №5

6. Каким образом определить мощность потребления электроэнергии в трехфазной системе при несимметричной нагрузке?

Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством и работой однофазного трансформатора.

2. Определить технические параметры однофазного трансформатора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Исследовать работу трансформатора в режиме холостого хода.

2. Исследовать работу трансформатора в режиме короткого замыкания.

3. Исследовать работу трансформатора в режиме рабочей нагрузки.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Исследование трансформатора осуществляется на универсальном стенде по электротехнике К4822-2.

Экспериментальная установка содержит

1. Однофазный трансформатор ОСМ1-0,06343 кВА со следующими номинальными данными:

S_Н = 0,063 кВА - номинальная мощность;

U_1Н = 220 В - номинальное напряжение первичной обмотки;

U^I_2Н = 24 (42) В - номинальное напряжение первой вторичной обмотки;

U^II_2Н = 5 В - номинальное напряжение второй вторичной обмотки.

2. Реостат 100 Ом - 2 А.

3. Измерительные приборы:

вольтметр Э 8030 электромагнитной системы кл. 2,5, пределы измерений 0 - 250 В;

амперметр Э 378 электромагнитной системы кл. 2,5, пределы измерений 0 - 3 А;

миллиамперметр Э 8030 электромагнитной системы кл. 2,5, пределы измерений 0 - 300 мА;

ваттметр Д 5004 ферродинамической системы кл.2, пределы измерений 150 Вт.

25

Лабораторная работа №6

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать электрическую схему для исследования режима холостого хода трансформатора согласно рис. 8;

2. Включить источник питания и установить автотрансформатором номинальное напряжение U₁ на первичной обмотке трансформатора.

3. Записать в табл. 9 показания измерительных приборов.

4. Вывести автотрансформатор в исходное состояние и выключить источник.

Таблица 9

Экспериментальные данные				Расчетные данные
U10, В	U20, В	I10, А	P10, Вт	n	Cos10	Z10, Ом	r10, Ом	x10, Ом

Вычисляемые параметры определить по следующим выражениям

;

.

5. Собрать электрическую схему для исследования режима короткого замыкания трансформатора согласно рис. 9

26

Лабораторная работа №6

6. Рассчитать и записать номинальные значения токов первичной и вторичной обмоток исходя из следующих выражений:

Будьте внимательны при выполнении опыта короткого замыкания вторичной обмотки трансформатора!

Проверьте правомерность подключения источника питания. Он должен иметь предел изменения напряжения от 0 до 30 В.

6. Включить источник питания и установить потенциометром напряжение, при котором токи в первичной и вторичной обмотках будут номинальными.

7. Записать в табл. 10 показания измерительных приборов.

8. Вывести потенциометр в исходное положение и выключить источник питания.

Вычисляемые параметры определить по следующим выражениям:

;

,

построить треугольник напряжений.

27

Лабораторная работа №6

Таблица 10

Экспериментальные данные				Расчетные данные
U1к, В	I1к, А	I 2к, А	P1к, Вт		n	Cosк	Uак, В	Uрк, В	Z1к, Ом	r1к, Ом	x1к, Ом

10. Собрать электрическую схему для исследования рабочего (нагрузочного) режима трансформатора согласно рис. 10.

11. Нагрузочным реостатом установить максимальное сопротивление.

12. Включить источник питания и установить автотрансформатором номинальное напряжение U₁ на первичной обмотке трансформатора.

13. Экспериментально снять нагрузочную характеристику. Нагрузку изменять путем вариации сопротивления нагрузочного реостата. Ток нагрузки изменять в диапазоне от 0.5 А до номинального. Зарегистрировать не менее четырех точек.

Записать показания измерительных приборов в табл. 11.

14. Вывести потенциометр в исходное положение и выключить источник питания.

28

Лабораторная работа №6

Таблица 11

Экспериментальные данные						Расчетные данные
№ п.п.	U1, В	U2, В	I1, А	I2, А	P2, Вт			Cos
1
2
3
4

Вычисляемые параметры определить по следующим выражениям:

.

По результатам эксперимента построить графики следующих зависимостей:

.

Оценить в процентном отношении потери в “стали” и потери в “меди” при номинальном режиме, а также КПД трансформатора.

29

Лабораторная работа №6

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем заключается принцип работы трансформатора?

2. В чем заключается различие между первичной и вторичной обмотками трансформатора?

3. Назначение магнитопровода.

4. Особенности конструкции магнитопровода.

5. Может ли трансформатор работать на постоянном токе? Если нет, то почему?

6. Какой из режимов работы трансформатора, в практике его применения, является основным?

7. Для чего нужен опыт холостого хода трансформатора?

8. В чем заключается опасность режима короткого замыкания?

9. Чем отличается опыт короткого замыкания от режима короткого замыкания и для чего он нужен?

Лабораторная работа №7

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОЗАМКНУТОГО

АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с конструкцией асинхронного двигателя (АД), устройством статора и ротора.

2. Приобрести навыки в работе с электрическими машинами, осуществляя пуск и реверсирование АД.

3. Исследовать АД в режиме холостого хода и под нагрузкой.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторный стенд состоит из электромашинного агрегата (ЭМА), сменного бока управления, блока питания и приборного штатива. Электромашинный агрегат размещается на отдельной тумбе из металлоконструкций, который располагается рядом с лабораторным столом. Он содержит короткозамкнутый трехфазный двигатель (АД) и машину постоянного тока (МПТ), работающую в генераторном режиме. АД и МПТ соединены между собой специальной муфтой. При этом корпус АД не закреплен жестко, как обычно, на раме фундаментными болтами, а установлен на двух стойках с шарикоподшипниковыми опорами. Вследствие этого при пуске и работе момент, развиваемый АД, заставляет поворачиваться весь корпус двигателя (вместе со статором) на угол, пропорциональный уравновешивающему моменту, создаваемому специальным грузом, прикрепленным к лапам АД.

Зная вес груза и расстояние от оси АД, можно оценить момент, развиваемый двигателем. Это означает, что измеряя угол поворота корпуса АД, можно определить момент асинхронного двигателя.

30

Лабораторная работа №7

На нижней полке тумбы размещены элементы релейно-контакторной автоматики стенда, а именно: магнитные пускатели и клеммные наборы.

Сменный блок управления, блок питания и приборный штатив расположены на лабораторном столе. На сменном блоке управления размещены следующие приборы:

- трехзвенная кнопочная станция;

- индикаторный прибор частоты вращения электромашинного агрегата;

- нагрузочный реостат R load;

- клеммы приборные.

Блок питания расположен на лабораторном столе, а на его передней панели размещены тумблеры SА1, SА2, SА6, переключатели, ручки потенциометров, кнопки включения и отключения с соответствующими надписями.

Измерительные приборы установлены на приборном штативе, в нижней части которого расположены клеммы, на которые выведены все напряжения блока питания.

ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда для исследования короткозамкнутого асинхронного электродвигателя представлена на рис. 11.

Для подготовки стенда к выполнению лабораторной работы необходимо включить на блоке питания тумблеры SА1, SА2. Тумблер SА1 обеспечивает подачу переменного трехфазного напряжения ~ 3X220 В в силовую часть АД электромашинного агрегата. Тумблер SА2 обеспечивает подачу переменного ~ 220 В в цепь управления магнитным пускателем КМ.

Чтобы включить асинхронный двигатель М1 в работу, необходимо нажать кнопку “ПУСК” SB1 на сменном блоке управления. При нажатии указанной кнопки на катушку магнитного пускателя КМ подается напряжение, через нее начинает протекать электрический ток, что приводит к формированию электромагнитного поля катушки. В результате происходит взаимодействие электромагнитного поля катушки и сердечника (якоря) магнитного пускателя КМ, что приводит к втягиванию якоря. Далее осуществляется механическое взаимодействие контактной группы КМ.

31

Лабораторная работа №7

32

Лабораторная работа №7

Магнитный пускатель замыкает три силовых контакта (КМ1, КМ2 и КМ3) в цепи статорной обмотки АД и блок-контакт КМ4 в цепи катушки пускателя. Замкнутый блок-контакт КМ4 обеспечивает удержание якоря КМ, а следовательно, и всей контактной группы, во включенном состоянии при отпускании кнопки “ПУСК” SB1.

В результате подключения цепи статорной обмотки к трехфазной цепи переменного тока асинхронный двигатель запускается.

Конструктивно на одном валу с М1 расположен тахогенератор, являющийся датчиком скорости вращения. Он генерирует напряжение, пропорциональное скорости вращения вала М1. Якорь TG подключен к вольтметру V3 постоянного тока с диапазоном измерения -30+3В, расположенном на сменном блоке, который индицирует величину скорости вращения вала М1. Для создания магнитного потока возбуждения в статоре тахогенератора расположена обмотка возбуждения SH TG, которая подключается к источнику питания постоянного тока 0 - 30В, расположенному на штативе лабораторного стола.

Работу исследуемого асинхронного двигателя контролируют три электроизмерительных прибора: амперметр А1, вольтметр V1 и ваттметр W. Амперметр А1 показывает линейный ток статорной обмотки. Вольтметр V1 показывает линейное напряжение, подаваемое на статор АД. Ваттметр W показывает значение активной мощности одной фазы статорной обмотки, потребляемой АД.

В фазы А и С асинхронного двигателя включены тепловые реле КК1 и КК2, которые защищают АД от перегрузки, в результате которой происходит длительное протекание максимального тока. Это приводит к перегреву обмоток АД. нарушению изоляции проводов и возникновению межвиткового короткого замыкания. Далее авария развивается следующим образом: резкое снижение активного и реактивного сопротивления обмоток статора АД, увеличение линейного тока статора и выход двигателя из строя. В таких случаях говорят - “двигатель сгорел”.

Тепловое реле защищает АД. Принцип его работы основан на разности коэффициентов теплового расширения пластин контактной группы. При достижении температуры контактной группы предельно-допустимого значения, определяемого номинальным значением токовой уставки, контакты КК1 либо КК2, включенные в цепь катушки управления магнитного пускателя КМ, размыкаются и отключают АД от сети.

С целью исследования АД М1 под нагрузкой необходимо возбудить (подать напряжение на обмотку возбуждения SH G) нагрузочный генератор постоянного тока G.

33

Лабораторная работа №7