Методические рекомендации для студентов по организации лабораторного практикума по дисциплине
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
OK, после чего исправьте ошибку и продолжите работу. После проведения лабораторной работы результаты, сохраненные в формате MS EXCEL будут также содержать регистрационные данные студента. 32 Студент может начать лабораторную работу без регистрации. В таком случае позиции EXCEL файла, предназначенные для регистрационных данных, останутся пустыми. Для перехода к исполнению конкретной лабораторной работы необходимо выбрать вменю соответствующую строку и открыть ее двойным щелчком мыши. Появится лицевая панель выбранной лабораторной работы с сообщением, предлагающим вызвать интерфейс ПЧ для ввода настроек, соответствующих данной работе. Перед тем, как приступить к выполнению лабораторной работы, студент должен 1. Внимательно ознакомиться с требованиями по технике безопасности. 2. Ознакомиться с теоретическими материалами по теме. 4. Изучить методику проведения лабораторных работ. 5. Понимать принципы работы электрических схем. Лабораторная работа 7 Определение рабочих характеристик асинхронного двигателя в короткозамкнутым ротором будет содержать эксперимент Определение рабочих характеристик асинхронного двигателя с беличьей клеткой из главного меню (рисунок 7.11). 1 Эксперимент Определение рабочих характеристик асинхронного двигателя в короткозамкнутым ротором. Приборы и компоненты. Испытуемый АД с беличьей клеткой 2. Нагрузитель: ГПТ с независимым возбуждением 3. Источник питания ПЧ для статорной обмотки ИД; 4. Источник питания нагрузителя (К РН); 5. Источник питания обмотки возбуждения нагрузителя (К РН); 6. Ваттметр ( P ); 7. Вольтметр (С 8. Амперметры СВ. Датчик скорости (n); 10. Датчик момента (M). Подготовка к проведению эксперимента Определение рабочих характеристик асинхронного двигателя в короткозамкнутым ротором. Соберите схему в соответствии с рисунком 7.13. Работа проводится при обмотке статора, соединенной в звезду. 2. Убедитесь, что фиксатор вала расцеплен. (Пригласите преподавателя для проверки схемы перед тем, как продолжить работу) 3. Включите стенд. 33 Рисунок 7.13 – Схема электрической цепи эксперимента 4. Проведите согласование направлений вращения испытуемого двигателя и нагрузителя. Для этого 1. Замок на иконке Тест должен быть замкнут 2. Включите К и убедитесь, что знак скорости положительный. Если знак отрицательный, остановите двигатель, разомкнув К, поменяйте местами питание двух любых фаз статора АД, снова нажмите K1 и убедитесь, что знак скорости положителен. 3. Нажмите Стоп. 4. Включите К. 5. Ползунком Задание установите ток В в обмотке возбуждения нагрузителя порядка А) 6. Включите К. 7. Нажмите Пуск, ползунком Задание поднимите задание на напряжение якоря нагрузителя и убедитесь, что знак скорости положителен. 8. Если скорость отрицательна, нажмите Стоп, поменяйте полярность питания обмотки якоря нагрузителя (для этого поменяйте местами провода обмотки якоря машины Г на коробке питания, и повторите пункты 4-7. 34 9. Нажмите Стоп и Сброс М обнуление моментомера). 10. Щелчком по иконке Тест приведите изображение замка на иконке в разомкнутое положение. Пошаговый порядок выполнения эксперимента Определение рабочих характеристик асинхронного двигателя в короткозамкнутым ротором. Внимание Работа выполняется только после согласования вращения двигателей. 1. Замкните ключ Кис помощью ползунка Задание подайте на обмотку возбуждения нагрузителя ток возбуждения примерно А. 2. Замкните ключ К, нажмите Пуски ползунком Задание поднимите скорость двигателей до максимальной. 3. Понижая ток возбуждения нагрузочной машины ползунком Задание, поднимите скорость вращения до 3000 (±1%) об/мин. 4. Нажмите К. На статор АД будет подано полное напряжение с частотой вращения, равной синхронной частоте вращения двигателя. 5. Ползунком Задание восстановите ток возбуждения нагрузочной машины до значения А, затем уменьшением задания Задание К РН) и, следя за показанием моментомера, плавно увеличьте нагрузку до тока статора, порядка I ном (2,5А). Нажмите Запись. При этом автоматически в таблицу опыта будут занесены показания датчиков напряжения питания, тока статора, скорости испытуемого двигателя, потребляемой мощности и момента нагрузки (моментомера). Значения P 1 , η, cosφ вычисляются после окончания опыта, исходя из сохраненных в файле Excel данных. 6. Поднимая ползунком задание Задание, пошагово снижайте нагрузку АД, записывая значения приборов. 7. Снимите 5-7 значений до достижения холостого хода. Вы можете отслеживать координаты измеряемых величин, вызвав из основного меню окно графиков. Пример картинки, полученной по окончании данных замеров, показан на рисунке 7.14. 35 Рисунок 7.14 – Экспериментальный график рабочих характеристик АД 8. По окончании нажмите Стоп, если было открыто окно Графики, зафиксируйте картинку (правый щелчок в окне График > Фиксация > Вкл.), сохраните ее в выбранной папке (Сохранить > выбор папки > ОК), вызовите файл сданными (кнопка Таблицы Excel), сохраните и выключите стенд. Обработка экспериментальных данных 1. Необходимо представить таблицу 7.1 на каждом шаге измерений. Необходимые формулы полная мощность I U S 3 ; коэффициент мощности S P / cos 1 ; выходная мощность навалу двигателя 30 / 2 n M P , КПД. 1 2 / Таблица 7.1 N Напряжение статора U С Ток статора I С Момент M Частота вращения n Активная мощность Выходная мощность Коэффициент мощности КПД В А Нм [об/мин] Вт Вт - - 2. Представить графики зависимостей результирующих кривых 1 2 P 1 ,cosφ,n,η, I 1 ,M = f (P 2 ) , полученных входе эксперимента. 36 Содержание, форма и правила оформления отчета по лабораторной работе Аналогично лабораторной работы 1. Вопросы для защиты работы 1. Поясните устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. 2. Поясните принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. 3. Что такое скольжение 4. Назовите и изобразите графики известных вам характеристик асинхронного двигателя. 5. Какие способы пуска асинхронного двигателя вызнаете. Какие существуют способы регулирования частоты вращения асихнонных двигателей Кратко охарактеризуйте каждый из них. 7. При каком значении выходной мощности наступает максимум КПД 8. Отчего зависит выходная мощность навалу двигателя 9. Почему cosφ возрастает с повышением нагрузки навалу. Почему при измерении напряжения и тока двигателя используют линейные значения Список литературы, рекомендуемый к использованию поданной теме Основная учебная литература 1. Немцов МВ. Электротехника и электроника (е изд, стер) учебник. М Академия, 2013. – 480 с. – ISBN: 9785446804320. 2. Электротехника и электроника Учебное пособие для вузов / В.В. Кононенко и др под ред. В.В. Кононенко. – Изд. е – Ростов н/Д: Феникс, 2010. – 784 с. Серия Высшее образование. – ISBN 978-5-222-17568-2. Дополнительная литература 1. Вольдек, АИ. Электрические машины машины переменного тока учебник / АИ. Вольдек, В. В. Попов. - СПб. и др Питер, 2008. – 349 с. – (Учебник для вузов) – ISBN 978-5-469-01381-5. 37 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением (4 ч) Цель работы 1. Получение внешней характеристики я ) U f I генератора постоянного тока с независимым возбуждением. 2. Для оценки влияния реакции якоря при смещенных относительно нейтрали щетках генератора характеристика снимается для двух направлений вращения. 3. На основании полученных данных вычисляются номинальные изменения напряжения. В результате выполнения лабораторной работы у студента формируются компетенции ОК-7 (способность к самоорганизации и самообразованию, ПК-1 способность проектировать систему, компонент или процесс чтобы обеспечить требуемый результат).достоверности контроля, выбирать средства измерений и контроля разрабатывать локальные поверочные схемы и проводить поверку, калибровку, юстировку и ремонт средств измерений) Теоретическое обоснование Устройство и принцип действия машины постоянного тока (МПТ). На рисунке 8.1 представлено устройство простейшей машины постоянного тока. Рисунок 8.1 – Устройство простейшей машины постоянного тока Ее неподвижная часть называется индуктором и состоит из стального ярма и прикрепленных к нему полюсов. Индуктор предназначен для создания основного магнитного потока. Индуктор, изображенный на рисунке 6.6 простейшей машины 38 имеет два полюса 1. Вращающаяся часть называется ротором и состоит из цилиндрического якоря 2 и коллектора 3, укрепленных навалу машины Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали, сажаемых непосредственно навал. На внешней поверхности якоря расположены пазы, в которые укладываются катушки обмотки якоря. К концам витка обмотки крепятся медные пластины, изолированные отвала. Совокупность пластин образует кольцо, называемое коллектором. Для отвода/подвода тока к вращающемуся коллектору на него нажимают две неподвижные щетки 4, соединяющие обмотку якоря с внешней цепью. Для создания основного магнитного потока в машинах постоянного тока предназначена обмотка возбуждения. Катушки обмотки возбуждения располагаются на сердечниках главных полюсов (рисунок 8.2) и питаются постоянным током. Главные полюса состоят из ферромагнитного сердечника и расширенной части – полюсного наконечника, часто называемого башмаком. Рисунок 8.2 – Главный полюс машины постоянного тока Для лучшего охлаждения обмотки возбуждения ее обычно разбивают на 2–4 катушки. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Число главных полюсов всегда четное, северный полюс чередуется с южным. Для этого последовательно соединяются катушки соответствующих полюсов. Для улучшения процесса токосъема с коллектора в машинах большой мощностью устанавливаются дополнительные полюсы. Они располагаются между главными полюсами и крепятся болтами к ярму. Для изготовления сердечников 39 дополнительных полюсов обычно применяют конструкционную сталь, ярмо выполняется из стали. Генераторы постоянного тока широко используются в промышленности, транспорте (для питания электроприводов с широким регулированием скорости вращения. Для МПТ справедлив принцип обратимости каждая МПТ может работать как в режиме генератора, таки в режиме двигателя. Режим генератора Если вращать якорь машины почасовой стрелке, в проводниках его обмотки будет индуцироваться ЭДС, называемая ЭДС вращения. Для определения ее направления используется правило правой руки (рисунок 8.3 а а б Рисунок 8.3 – Правила правой (аи левой (б) руки Вследствие симметрии в обоих проводниках обмотки якоря будут индуцироваться равные ЭДС, суммируемые по контуру витка, тогда полная ЭДС якоря простейшей машины будет равна E a = 2e пр Так как проводники попеременно оказываются то под южным, то под северным полюсами, направление ЭДС, индуцируемой в проводниках, изменяется рисунок 8.4, а. а б Рисунок 8.4 – Кривые ЭДС и тока простейшей МПТ в якоре (аи во внешней цепи (б) Если обмотка якоря подключена ко внешней цепи, то по обмотке якоря и во внешней цепи начинает протекать ток. возникает ток. При этом ток обмотке якоря переменный I a , и его кривая повторяет форму кривой ЭДС (рисунок 8.4, а. Направление тока, протекающего во внешней цепи будет постоянным, благодаря действию коллектора. При повороте якоря с коллектором на 90°, проводники оказываются под другими полюсами и направления ЭДС в них изменяется. Одновременно происходит также смена коллекторных пластин под щетками. Так, нижняя щетка всегда будет контактировать с коллекторной пластиной, проводник которой располагается под южным полюсом, а нижняя щетка – с пластиной, проводник которой расположен под северным полюсом. Следовательно, полярность щеток, как и направление тока во внешней цепи, всегда будут оставаться неизменными. Таким образом, коллектор в генераторе преобразует переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи, выполняя функцию механического выпрямителя (рисунок 8.4 б. Образуемый во внешней цепи пульсирующий по значению ток малопригоден для практических целей. В связи с этим на практике не применяют такие простейшие машины, как рассмотренная выше, для уменьшения пульсаций применяют более сложные по устройству обмотку якоря и коллектор. Напряжение на зажимах якоря генератора равно a a a a r I E U , (8.1) где r a – сопротивление обмотки якоря. На проводники обмотки якоря, находящиеся в магнитном поле, будут действовать электромагнитные силы пр. Их направление можно определить по правилу левой руки (рисунок 8.3 б. Эти силы создают электромагнитный момент M эм , направленный в режиме генератора против вращения якоря и являющийся, таким образом, тормозящим. 41 В генераторе при установившемся режиме работы электромагнитный момент равен С ТР В ЭМ M M M M , (8.2) где В – момент навалу генератора, развиваемый первичным двигателем ТР M – момент сил трения С – тормозной момент, вызываемый потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря. Развиваемая электромагнитным моментом мощность называют электромагнитной мощностью ЭМ P : ЭМ ЭМ M P , (8.3) где n 2 – представляет собой угловую скорость вращения. Генераторы постоянного тока широко используются в промышленности, транспорте (для питания электроприводов с широким регулированием скорости вращения. По способу возбуждения ГПТ делятся на генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением (рисунок 8.5). Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением, в которых обмотка возбуждения (ОВ) питается постоянным током от постороннего источника (аккумуляторная батарея, вспомогательный генератор выпрямитель переменного тока и др, и на магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоянных магнитов. В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе. 42 Рисунок 8.5 – Способы возбуждения ГПТ: а – независимое, б – параллельное, в – последовательное, г – смешанное Во всех генераторах с электромагнитным возбуждением на возбуждение расходуется 0,3 – 5% номинальной мощности машины. Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения делятся на 1) генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые, 2) генераторы последовательного возбуждения, или сериесные 3) генераторы смешанного возбуждения, или компаундные. Для самовозбуждения генераторов необходимо выполнение следующих условий 1) Для начала процесса самовозбуждения необходимо наличие остаточной ЭДС 2) При прохождении тока по обмотке возбуждения ее магнитодвижущая сила (МДС) должна быть направлена согласно МДС остаточного потока, вином случае машина будет размагничиваться и процесс самовозбуждения не начнется 3) Сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического значения. 43 Аппаратура, оборудование и материалы 1. Лабораторная работа выполняется на специально разработанном стенде Электрические машины постоянного тока и электропривод, работающим совместно с контрольно-измерительным оборудованием на базе платформы NI PXI сопряженной с ПЭВМ. В дальнейшем будем эту систему называть лабораторный стенд (рисунок 8.6). Рисунок 8.6 Лабораторный стенд Электрические машины постоянного тока и электропривод, подключаемый к ПЭВМ в сборе 2. В стандартной комплектации лабораторного стенда имеются соединительные провода (15 шт. 3. Для работы лабораторного стенда необходимо также иметь следующее оборудование и программное обеспечение. Системные требования к персональному компьютеру Р и выше, ОЗУ минимум 256МБ, свободное пространство на жестком диске не менее 200МБ; видеокарта и монитор, поддерживающие разрешение экрана не менее х точек. Необходимое программное обеспечение операционная система MS Windows 7/Microsoft Office 2010; для чтения документации Adobe Reader 9.0 или выше программное обеспечение Asynchronous Machines; программное обеспечение Delta VFDSoft, v1.45. 44 Указания по технике безопасности Аналогично лабораторной работы 1. Кроме того, все студенты обязаны соблюдать следующие требования техники безопасности 1. При проведении лабораторной работы недопустимо наличие на столе посторонних предметов. 2. Включение питания стенда и выполнение работ может производиться только с разрешения ив присутствии преподавателя. 2. Сборку электрических схем для проведения лабораторных работ разрешается производить только при отключенном питании стенда. Запрещается 1. Прикасаться к оборудованию стенда вовремя проведения лабораторных работ. 2. Проводить любые работы или испытания в отсутствии руководителя, ответственного за проведение лабораторных работ. Возможными источниками опасности при проведении лабораторных работ могут быть 1. Нажатие кнопок на лицевой панели стенда (кроме кнопки Стоп. 2. Соединение и отсоединение проводов к моторами соответствующим гнездам стенда. 3. Прикосновение к работающим механизмам. Методика и порядок выполнения работы Включение и подготовка к работе Для подготовки стенда к работе и проверки функционирования испытуемого и нагрузочного электроприводов при управлении от компьютера необходимо выполнить следующие операции 1. Убедиться, что питание стенда выключено. Убедиться, что провода питания двигателей подключены к соответствующим клеммам. 2. Убедиться, что внешний блок питания NI PXIe – 1062Q подключен к сети В. 3. Убедиться, что модули NI PXI-8133, NI PXI-2503, NI PXI-4300, NI PXI-4110, NI PXI-4220, NI PXI-6259 установлены на шасси NI PXIe – 1062Q. 45 4. Убедиться, что модули NI PXI-6259 и NI PXI 2503 подключены к разъемам на задней части стойки стенда при помощи соответствующих соединительных кабелей. 5. Убедиться, что модуль NI PXI-4110 подключен к соответствующему блоку питания. 6. Убедиться, что питание стенда соединено с трехфазной сетью переменного тока В, Гц. 7. Включить питание NI PXIe – 1062Q, подождать, пока загрузится операционная система. 8. Включить питание стенда на приборной панели установить переключатель в положение ON, затем повернуть ключ. Запуск программы и проведение лабораторных работ. Для запуска программы необходимо запустить программу выбрав DC Machines из стартового меню Windows или двойным щелчком мыши по соответствующей иконке на рабочем столе. При запуске программы на экран монитора выводится лицевая панель рисунок 8.7). Элементы Меню Регистрация, Руководство пользователя, О нас, Калибровка, Выход. Подстрокой Меню расположены кнопки Регистрация, Руководство пользователя, Выход. Рисунок 8.7 – Окно главного меню 46 Перед тем, как начать выполнение лабораторных работ студент может зарегистрироваться (выбрать вменю элемент Регистрация. При выборе этого пункта меню откроется окно регистрации Рисунок 8.8 – Окно регистрации Для регистрации введите в соответствующие поля (рисунок 8.8) группу и имя, а затем нажмите кнопку Регистрация. Недопустимо использовать в полях тексты в юникоде, а также символы ‘?’, ‘/’, ‘\’, ‘|’, ‘*’, ‘&’, ‘<’, ‘>’, ‘+’, ‘=’, ‘:’, ‘ ” ’. В случае появления сообщения об ошибке нажмите клавишу |