ВСТУП

Правила виконання, оформлення і захисту

Лабораторних робіт

Загальні методичні вказівки

1. До роботи в лабораторії автоматизованого електропри-воду і електрифікації нафтогазової промисловості допуска-ються студенти, які володіють необхідним мінімумом теоре-тичних знань з відповідних дисциплін та курсу електро-техніки.

2. Лабораторні роботи виконуються за наявності групи студентів однієї спеціальності в кількості до 15 чоловік.

3. Кожен студент повинен ознайомитись з метою лабора-торної роботи, вивчити за підручником теорію і підготувати до початку занять необхідні таблиці для запису результатів спостережень згідно з методичними вказівками.

4. Викладач до початку роботи перевіряє підготовленість студентів до проведення лабораторних робіт за теоретичними і практичними матеріалами.

5. Студенти, які успішно пройшли контроль знань, прослуховують інструктаж з техніки безпеки і приступають до виконання робіт.

6. Вмикати лабораторну установку можна тільки з дозволу викладача після докладного ознайомлення з схемою і розташуванням всіх машин і приладів.

7. Після закінчення досліду прості контрольні розрахунки повинні бути виконані в лабораторії і разом з результатами спостережень показані викладачеві.

8. 8 Студенти, які не підготовлені з теоретичної частини, а також не представили звіт з попередньої роботи, до виконання наступних робіт не допускаються.

Оформлення виконаних робіт

Всі студенти повинні скласти з кожної роботи звіт. Зміст звіту вказаний в кожній роботі. Дані про прилади, апарати і машини слід записувати скорочено, користуючись прийнятими умовними позначеннями.

Обробка результатів лабораторних досліджень та їх графічна частина повинна проводитись за допомогою ЕОМ з використанням відповідних програм в системі MATH-CAD та EXCEL.

Графічне зображення результатів досліду повинно бути виконане в масштабі. При кресленні графіків на осях координат вздовж осей з зовнішнього боку слід позначити величини, що відкладаються, та одиниці їх вимірювання.

У звіті є обов’язковими висновки. Вони повинні бути підсумком проведених досліджень і одержаних результатів. Не слід переписувати в цей розділ готові фрази з підручника, тому що зміст висновків не може бути визначеним заздалегідь для всіх студентів, кожен повинен писати їх самостійно, відповідно з індивідуальним осмисленням і засвоєнням матеріалу даної роботи.

Після оформлення звітів студенти здають їх викладачеві. Під час захисту вони повинні показати знання основних теоретичних положень, пов’язаних з виконаними роботами, вміння розуміти схеми лабораторних установок та всі виконані ними досліди і розрахунки, вміння користуватися ЕОМ.

Для самоконтролю під час підготовки до лабораторної роботи та її захисту в кінці кожної роботи приведені питання для самоперевірки.

Коротка інструкція з техніки безпеки

Щоб уникнути нещасних випадків під час роботи в лабораторії слід дотримуватись наступних основних положень і правил техніки безпеки:

1 До початку роботи всі студенти повинні досконало вивчити схему з’єднання, засвоїти розміщення елементів електрообладнання звернувши особливу увагу на положення вимикачів з боку мережі живлення.

2 Збирання схеми та її переключення повинні проводитись при вимкнених вимикачах з боку мережі живлення.

3 Перед введенням в дію лабораторної установки слід обов’язково провести її огляд і впевнитись у відсутності сторонніх предметів. Стосовно пристроїв, що обертаються, необхідно перевірити надійність з’єднання муфт.

4 Перед вмиканням стенду треба перевірити чи немає небезпеки доторкання до струмопровідних елементів схеми. Той, хто вмикає автоматичний вимикач, повинен попередити всіх працюючих на установці.

5 Особлива обережність необхідна під час роботи з пов-зунковими резисторами. При переміщенні повзунка резистора вільна рука не повинна доторкатись до заземлених частин, а також частин, що знаходяться під напругою.

6 Студентам не дозволяється різати, з’єднувати і розплі-тати проводи.

7 Категорично забороняється спиратись на лабораторний стенд та елементи схеми, переступати через частини обладнання, що обертаються.

8 Заміна запобіжників проводиться викладачем чи лабо-рантом після того, як на робочому щиті будуть вимкнені всі вимикачі.

9 Дозволяється розбирати схему тільки при знятій напрузі та вимкнених автоматичних вимикачах.

10 Категорично забороняється увімкнення стенда під на-пругу без перевірки схеми з’єднань викладачем.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ВИПРОБУВАННЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

ПАРАЛЕЛЬНОГО ЗБУДЖЕННЯ

МЕТА РОБОТИ: Вивчення конструкції, методики зняття характеристик генератора постійного струму паралельного збудження.

1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

В генераторі паралельного збудження обмотка збудження LM включе­на паралельно до обмотки якоря M (рис.1.1а).

Для живлення обмотки збудження цього генератора не потрібно стороннього джерела електричної енергії. Напруга на обмотку збуд­ження LM подається з затискачів якоря M цього ж генератора. Струм в обмотці збудження визначається слідуючим виразом:

I₃=U/R₃, (1.1)

де U - напруга на виході генератора;

R₃ - опір кола обмотки збудження.

Робота генератора полягає на принципі самозбудження , який ба­зується на тому, що магнітна система генератора, будучи один раз намагніченою, зберігав невеликий магнітний потік за рахунок залиш­кового магнетизму Ф_зал. Величина залишкового магнітного потоку складає приблизно 2 -3 % від номінального Ф_зал = (2-3) % Ф_н. Під час обертання якоря генератора з номінальною швидкістю потік Ф_зал. індукує в якірній обмотці невелику ЕРС E_зал. під дією якої в обмотці збудження виникає невеликий струм І_з. Цей струм збуд­ження створює додатковий потік намагнічування Ф_дод. В залежності від напрямку струму І_з в обмотці збудження потік Ф_дод може бути спрямований або зустрічно з потоком Ф_зал , або згідно з ним. Процес самозбудження генератора може йти тільки при узгодженому на­прямку обох потоків. В цьому випадку результуючий потік рівний сумі Ф_зал і Ф_дод тобто потік генератора збільшується на величину Ф_дод. Це збільшення магнітного потоку генератора веде до збільшення ЕРС якоря і, в свою чергу, викликає подальше зростан­ня струму збудження магнітного потоку і т.д.

В точці перетину кривої 1 і прямої 2 процес самозбудження припиняється, в колі збудження встановлюється струм І₃, якому відповідає постійна напруга на затискачах генератора U₀.

Якщо змінити швидкість обертання генератора або змінювати величину регулювального опору RR_р в колі збудження точки А на кривій Іо Наприклад, n=const а опір RR_р збільшено. В цьому випадку пряма 2 займає нове положення 2', при цьому ά₁ > ά., а точка А переміститься по кривій в точку A₂ .

При достатньо великому опорі RR_р пряма 2 займе положення 2", тобто стане дотичною до кривої І в точці 0. В цьому випадку генератор не самозбуджується, а величина опору RR_р називається критичною.

Як витікає з вищесказаного, самозбудження генератора з паралельним збудженням можливо лиш при дотриманні слідуючих умов:

• магнітне поле машини повинно мати потік залишкового магне­тизму;

• магнітний потік, який створює обмотка збудження, повинен бути спрямований узгоджено з потоками залишкового магнетизму;

• електричний опір кола збудження повинен бути менший критичного.

Характеристика холостого ходу генератора знімається так само, як і при незалежному збудженні, але так як самозбудження можливо лиш при одному напрямку Ф_дод. , то характеристику холостого ходу можна зняти тільки при одному напрямку струму збудження (рис.1.1б, крива 1 і 2 рис.1.2а).

а)

б)

а) принципова схема;

б) самозбудження генератора

Рисунок 1.1. – Генератор паралельного збудження

В зв’язку з тим, що при холостому ході генератора його обмот­ка якоря обтікається струмами I_я< I_з , то в генераторі виникає магнітний потік реакції якоря і виникає падіння напруги в якірному колі. Величина струму І_з складає 1 - 3 % від І_н, тому практично характеристика холостого ходу генераторів з самозбудженням співпа­дає з характеристикою холостого ходу генераторів з незалежним збудженням і ступінь насичення сталі машини визначається аналогічно.

Зовнішня характеристика генератора паралельного збудження U= ƒ(I) при n=const знімається при постійному опорі в колі збудження R_p=const . На рис.2б крива І відтворює зовнішню характеристику генератора незалежного збудження. Розміщення характеристики 1 нижче характеристики 2 свідчить про те, що збільшення струму навантаження генератора паралельного збудження супроводжується більш різким падінням напруги на його затискачах. Пояснюється це тим, що в генераторі паралельного збудження струм збудження I₃=U/R₃ при збільшенні навантаження не залишається постійним, як в генераторі з незалежним збудженням, а зменшується через зменшення U .

Причиною зменшення U є падіння напруги в колі якоря ΔU₁=I_aR_a і розмагнічуюча дія реакції якоря ΔU₂=E_{роз .} Зменшення струму І_з викликає зменшення магнітного потоку Ф, а від­повідно, і ЕРС генератора на величину ΔU₃=E_{з .}

Таким чином, в генераторі паралельного збудження на його затискачах при збільшенні струму навантаження пояснюється слідую­чими причинами:

1) падіння напруги на якорі кола якоря I_aR_a ;

2) розмагнічуюча дія реакції якоря ΔЕ_ра ;

3) зменшення струму збудження ΔЕ_з .

Значить, напруга на затискачах буде визначатись слідуючим виразом:

U=E₀-ΔU₁- ΔU₂- ΔU₃ (1.2)

В генераторі з незалежним збудженням мають місце лише дві перших причини.

Цими трьома причинами пояснюється і той факт, що при збіль­шенні навантаження генератора (зменшенні опору R_н) струм наван­таження І збільшується до критичного значення І_кр , а потім почи­нає спадати (рис.1.2б). Дійсна величина струму навантаження визна­чається виразом

I=U/RR_н (1.3)

Якщо зменшувати RR_н (збільшувати навантаження), то при цьому зменшується напруга на затискачах генератора U на величину ΔU=ΔU₁+ ΔU₂+ ΔU₃ (рис.1.2б). Спочатку, поки ге­нератор, ще насичений досить сильно (див. верхню частину характеристики холостого ходу на рис.1.2б), зменшення RR_н веде до незнач­ного зменшення U, тобто RR_н міняється швидше ніж U, тому струм зростає.

По мірі збільшення I напруга U починає падати все швидше (див. прямолінійну частину характеристики холостого ходу), зрівню­ючи, а потім перевищуючи зміну RR_н , відповідно з цим струм І , досягнувши свого критичного значення, починає падати разом з напругою на затискачах генератора. Таке явище дістало назву яви­ща опрокидування.

Відсоткова зміна напруги генератора при переході від номі­нального навантаження до режиму холостого ходу визначається тим самим виразом, як і для генератора з незалежним збудженням

ΔU%=(U₀-U_н / U_н) 100% (1.4)

Величина ΔU% для генератора з паралельним збудженням складає 15 - 30 % номінальної напруги.

Регулювальна характеристика генератора паралельного збуджен­ня знімається при U= const при цьому третьої причини зменшення напруги на величину ΔЕ_з з місця немає, тому регулювальні харак­теристики генераторів паралельного і незалежного збудження однакові.

а)

б)

а) характеристика холостого ходу; б) зовнішня характеристика

Рисунок 1.2 - Характеристики генератора