Методические указания к выполнению лабораторных работ (Электросн. Учебнометодические указания к выполнению лабораторных работ1,2 по дисциплине Электроснабжение с основами электротехники для студентов направления подготовки бакалавров 08. 03. 01

• Название: Учебнометодические указания к выполнению лабораторных работ1,2 по дисциплине Электроснабжение с основами электротехники для студентов направления подготовки бакалавров 08. 03. 01
• Дата: 05.05.2021
• Размер: 1.97 Mb.
• Имя файла: Методические указания к выполнению лабораторных работ (Электросн.docx
• Тип: Учебно-методические указания; #201845
• страница: 1 из 2

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО

ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет КТВТ и Э

Кафедра Теоретической и общей электротехники

Учебно-методические указания

к выполнению лабораторных работ№1,№2

по дисциплине «Электроснабжение с основами электротехники» для студентов направления подготовки бакалавров 08.03.01.-«Строительство» (часть1)

Махачкала 2016

УДК 621.3

Учебно-методические указания к выполнению лабораторных работ№1,№2по дисциплине «Электроснабжение с основами электротехники» для студентов направления подготовки бакалавров 08.03.01. - «Строительство» (часть 1).-Махачкала: ДГТУ,2016.-с.26.


Аннотация

Данные методические указания являются учебным руководством к выполнению лабораторных работ с использованием лабораторных стендов. Лабораторная работа №1 посвящена исследование однофазного трансформатора. Лабораторная работа №2 посвящена исследованию генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Составители:Исмаилов Т.А., д.т.н., профессор каф. ТиОЭ.,

Казумов Р.Ш., к.т.н., ст. преподаватель каф. ТиОЭ,

Евдулов Д.В.,к.т.н., ст. преподаватель каф. ТиОЭ,

Евдулов О.В.,к.т.н., доцент каф. ТиОЭ,

Рецензенты:
Зав. кафедрой УиИТСиВТ,

д.т.н., профессор Саркаров Т.Э.
Зав. лаб. информационных технологий в энергетике

ФГБУН «Институт проблем геотермии» ДНЦ РАН, д.т.н. Кобзаренко Д.Н.


 кафедра «Теоретической и общей электротехники» Дагестанского государственного технического университета.

Печатается согласно постановлению ученого Совета Дагестанского государственного технического университета от _____ 2016 г.

Введение …………………………………………………………….………………………......….3

Описание лабораторного стенда………………………………………………….………............ 4

Правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ……………………....13

Лабораторные работы………………………….………………………………….……………....15

Лабораторная работа №1. Исследование однофазного трансформатора ……...…...... ............15

Лабораторная работа № 2. Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением. …............................................................................................................................21

ВВЕДЕНИЕ
Настоящее руководство предназначено для быстрого освоения комплекта учебно-лабораторного оборудования «Электрические машины», который предназначен для проведения лабораторно-практических занятий по одноименной дисциплине и обеспечивает изучение двигателей постоянного тока, генераторов постоянного тока, трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, трехфазных асинхронных генераторов, однофазных трансформаторов.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Комплект учебно-лабораторного оборудования (Электрические машины» предназначен для проведения лабораторно-практических занятий по одноименному курсу и обеспечивает изучение двигателей постоянного тока, генераторов постоянного тока, трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, трехфазных асинхронных генераторов, однофазных трансформаторов.

Оборудование может применяться для обучения в общеобразовательных учреждениях. учреждениях начального профессионального. среднего профессионального и высшего профессионального образования для получения базовых и углубленных профессиональных :наний и навыков по курсу «Электрические машины». Оборудование может быть также использовано на семинарах и курсах повышения квалификации электротехнического персонала предприятий и организаций.

Аппаратная часть комплекта оборудования выполнена по модульному принципу.

Комплект лабораторных модулей включает в себя:

• 
  «Автотрансформатор регулируемый» -1 шт.;
  
• 
  «Активная нагрузка» - 1шт.:
  
• 
  «Возбудитель синхронной машины» -1 шт.:
  
• 
  «Выключатели трехполюсные» - 1 шт.;
  
• 
  «Емкостная нагрузка» - 1шт.;
  
• 
  «Измеритель напряжений и частот)» - 1шт.;
  
• 
  «Индуктивная нагрузка» - 1шт.;
  
• 
  «Источник питания ДПТ» - 1шт.;
  
• 
  «Коммутатор трехфазного измерителя» - 1 шт.;
  
• 
  «Конденсаторы» - 1шт.;
  
• 
  «Модуль питания стенда» - 1 шт.;
  
• 
  «Модуль силовой» - 1 шт.;
  
• 
  «Модуль синхронизации» - 1 шт.;
  
• 
  «Мультиметры» - 1шт.;
  
• 
  «Преобразователь частоты
  
• 
  » - 1 шт.;
  
• 
  «Реостат для ротора машины переменного тока» - 1 шт.;
  
• 
  «Реостаты возбуждения
  
• 
  ДПТ» - 1шт.;
  
• 
  «Трансформаторы напряжения и тока» - 1шт.;
  
• 
  «Трехфазная трансформаторная группа» - 1шт.;
  
• 
  «Трехфазный измеритель» - 1 шт.;
  
• 
  «Указатель угла нагрузки синхронной машины» - 1 шт.
  

В состав стенда входят также:

• 
  Электромашинный агрегат с оптическимэнкодером - 1шт.
  
• 
  Трехфазный автотрансформатор - 1 шт.
  
• 
  Лабораторный стол с контейнером и двухуровневой рамой - 2 шт.
  
• 
  Стол с планшетным моноблоком «Виртуальный учитель» - 1 шт.
  
• 
  Сетевой фильтр - 2шт.
  
• 
  Комплект соединительных проводов и сетевых шнуров - 1 компл.
  
• 
  Светодиодная вывеска с названием стенда - 1шт.
  
• 
  Комплект эксплуатационной документации (паспорт, руководство по эксплуатации, методические рекомендации по проведению лабораторных работ) -1 шт.
  

Комплект представляет собой рабочее место лая бригады студентов из двух человек. Комплект содержит элементы питания и защиты стенда, измерительные приборы, преобразователь юстоты, однофазный трансформатор, модули нагрузок, силовой модуль с коммутационные полями для подключения обмоток электрических машин.

В состав электромашинного агрегата входят машины постоянного и переменного тока, соединенные механически и установленные на едином основании.

Исследуемая схема собирается с помощью соединительных проводов, входящих в комплект поставки. В соответствии со схемой эксперимента задействуются необходимые измерительные приборы, органы регулировки и коммутации.

Общий вид комплекта учебно-лабораторного оборудования «Электрические машины» представлен на рис.1.1.

Рис.1 Общий вид стенд
Общие характеристики комплекта:

• Электропитание:

- от трехфазной сети переменного тока с рабочим нулевым и защитным проводниками напряжением. В:……………………………………………………………...380

- частота питающего напряжения, Гц: ……………………………………………… ...50

• Потребляемая мощность, не более. Вт:…………………………………..………….500

•Исполнение……………………………………………………..………..…..…напольное

• Масса стенда, не более, кг:……………...……………………………………………150

• Габаритные размеры (Д·Ш·В), мм:…………………………..………….3050x850x1750

• Рекомендуемое количество человек одновременно и активно работающих с комплектом:…………………………………………………………………………………...…2

Общий вид лабораторных модулей стенда покапан на рис.2а-2в

Рис.2а Сменные модули стенда

Рис.26 Сменные модули стенда

Рис.2в Сменные модули стенда и электромашинный агрегат







Рис.2г Сменные модули стенда




Рис.2д Сменные модули стенда

Рис.2е Сменные модули стенда и трехфазный ЛАТР

Лабораторные модули стенда подключаются при помощи соединительных проводов, входящих в комплект поставки, в соответствии со схемами, приведенными в данном руководстве.

Назначение, технические характеристики и порядок работы с модулями стенда описан в техническом описании или руководстве по эксплуатации изделия.

После проверки собранной схемы преподавателем, принимается решение о подаче в схему напряжения питания. После этого выполняется лабораторная работа и составляется отчет.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
До начало работ каждый студент ДОЛЖЕН внимательно ознакомиться с настоящими правилами и расписаться в журнале учета инструктажа по технике безопасности.

Студент ОБЯЗАН выполнять следующие правила:

1. 
   Перед включением лабораторного комплекса в сеть 220 В убедитесь, что тумблер включения находится в положении «ВЫКЛ.».
   
2. 
   При сборке цепи используйте провода с исправной изоляцией. Подключая приборы, проверяйте соблюдение норм нагрузки (рабочее напряжение конденсатора, максимальный ток для катушек индуктивности и т.п.).
   
3. 
   Сборку электрической цепи ведите по контурам, начиная с основного (содержащего источник питания); мультиметр, образующий вспомогательный контур, подключайте в последнюю очередь.
   
4. 
   Включайте источники питания только после проверки цепи преподавателем.
   
5. 
   Для проведения любых переключений в цепи отключите источник питания, чтобы избежать короткого замыкания участка цепи.
   
6. 
   Отключите питание по завершению измерений.
   

ЗАПРЕЩАЕТСЯ

1. 
   Касаться токоведущих частей схемы металлическими предметами, работать мокрыми руками.
   
2. 
   Без разрешения преподавателя включать лабораторные стенды в сеть 220 В и подавать напряжение на схему.
   
3. 
   Перемещать лабораторные стенды с одного стола на другой или вскрывать их.
   
4. 
   Курить в лаборатории, находиться в верхней одежде или головных уборах.
   

По всем возникающим вопросам студентам следует обращаться к преподавателю или лаборанту. За порчу оборудования студенты несут материальную ответственность.
Методические указания к выполнению лабораторных работ

1. 
   Каждый студент выполняет работы по специальному графику.
   
2. 
   К выполнению работы необходимо подготовиться до начала занятия в лаборатории.
   
3. 
   Помимо данного методического пособия рекомендуется использовать дополнительную литературу и конспект лекций.
   
4. 
   При подготовке необходимо продумывать ответы на контрольные вопросы.
   
5. 
   К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты.
   

Правила оформления отчета о лабораторной работе

лабораторная работа представляет собой небольшое, но вполне законченное учебное научное исследование. Отчет с лабораторной работе является документом, отражающим результаты выполненного исследования с максимальной полнотой и объективностью.

К оформлению научно-технической документации предъявляются единые требования. В определенной мере этим требованиям должен удовлетворять и отчет о лабораторной работе.
Требования к оформлению отчета

Отчет должен быть выполнен на бумаге стандартного размера (формат А4) с полями по обеим сторонам текста. Материал отчета должен иметь четкую рубрикацию, каждый раздел необходимо снабдить заголовком.

Примерный состав отчета по лабораторной работе:

• 
  цель работы:
  
• 
  порядок выполнения лабораторной работы;
  
• 
  принципиальные электрические схемы и (или) схемы соединений;
  
• 
  перечень измерительных приборов и электрооборудования с указанием паспортных данных;
  
• 
  таблицы экспериментальных исследований и выполненных вычислений;
  
• 
  диаграммы и графики характеристик функциональных зависимостей:
  
• 
  выводы или заключение о проделанной работе.
  

Лабораторная работа №1.

Исследование однофазного трансформатора

1. 
   Цель работы: снять выходные характеристики, определить коэффициент трансформации, снять характеристики холостого хода и короткого замыкания однофазного трансформатора.
   
2. 
   Краткие теоретические сведения
   

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты.

Трансформаторы получили распространение как устройства, позволяющие передавать электрическую энергию на большие расстояния без существенных энергетических потерь в линиях электропередач. С их помощью также осуществляется объединение источников электрической энергии переменного тока различных уровней напряжений в единую энергетическую систему.

Устройство трансформатора схематично показано на рис.3.

Рис.3. Устройство трансформатора.
На замкнутом сердечнике, собранном из листовой стали, расположены две изолированные обмотки. К одной из них с числом витков W₁ подводится электрическая энергия от источника переменного тока. Эта обмотка носит название первичной. От другой, вторичной обмотки с числом витков W₂, энергия отводится к нагрузке.

Передача электрической энергии от источника через трансформатор к нагрузке осуществляется посредством переменного магнитного потока Ф, основная часть которого замыкается в стальном сердечнике, другая же часть его, проходя по воздуху, образует магнитные потоки рассеяния (Фр1, Фр2).

При включении первичной обмотки в сеть переменного тока в ней возникает переменный ток, который образует переменное магнитное поле. Это поле усиливается сердечником, и передается на вторичную обмотку трансформатора.

Под воздействием переменного магнитного потока в обеих обмотках, согласно принципу электромагнитной индукции возникает переменная ЭДС. При этом ЭДС первичной обмотки называется ЭДС самоиндукции. Она ограничивает величину первичного тока трансформатора, так как направлена против приложенного напряжения. ЭДС вторичной обмотки называется ЭДС взаимоиндукции. Она является источником тока вторичной обмотки (тока нагрузки). Действующие значения ЭДС обмоток определяют формулами:
(1)

где Ф_м-амплитуда магнитного потока; W₁, W₂- число витков первичной и вторичной обмоток; ƒ - частота переменного тока. Трансформатор может работать только на переменном токе, так как при постоянном токе (ƒ = 0) ЭДС в его обмотках не возникает.

Отношение ЭДС первичной и вторичной обмоток называется коэффициентом трансформации. Оно практически равно отношению числа витков первичной и вторичной обмоток:

(2)

Для повышающих трансформаторов W1 <W2, для понижающих трансформаторов W1 >W2.

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается малыми потерями энергии: величина к.п.д. (η) силовых трансформаторов при номинальной нагрузке составляет η = 0,96-0,995 в зависимости от мощности трансформатора.

Трансформатор был изобретен в 1876 году знаменитым русским электротехником П.Н. Яблочковым. Современные трансформаторы весьма разнообразны в своем исполнении и могут быть однофазными, трехфазными и специальными.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА.
Режим холостого хода

Режим холостого тока – это такой режим, когда первичная обмотка трансформатора подключена к сети, а вторичная обмотка разомкнута, т.е. I₂₀ = 0.

Уравнения электрического равновесия в исследуемом режиме могут быть записаны:

(3)

где I₁₀– ток первичной обмотки при холостом ходе, который не

превышает 5–10% I_1Н (I_1Н – номинальное значение тока первичной

обмотки).

Так как I₁₀мал, а I₂₀= 0, то можно считать, что и

Опыт позволяет определить коэффициент трансформации

трансформатора как:

Важно отметить, что при режиме холостого хода значительно снижается сosφ электрических цепей, а, следовательно, этот режим является недопустимым при эксплуатации трансформаторов.

Помимо определения коэффициента трансформации определяется мощность холостого хода, которая фактически равна магнитным потерям трансформатора, так как ток первичной обмотки очень мал, потерями энергии на нагревание обмотки можно пренебречь. Мощность магнитных потерь пропорциональна U₁², а поскольку в опыте холостого хода U₁₀ = U_1НОМ, значит магнитные потери, определяемые в этом опыте, равны номинальным магнитным потерям Р_МАГ.

Режим нагрузки трансформатора

Данный режим работы определяется уравнениями электрического равновесия обмоток трансформатора, полученными на основе 1 закона Кирхгофа:

для 1-й обмотки; (4)

для 2-й обмотки, (5)

где R₁ , R₂– активные сопротивления обмоток; x₁ , x₂X₁,X₂– реактивные сопротивления обмоток.
Режим короткого замыкания

Опыт короткого замыкания нельзя путать с режимом короткого замыкания, который возникает при номинальном напряжении первичной обмотки. Режим короткого замыкания - аварийный режим работы трансформатора. Опыт же короткого замыкания проводится при очень небольшом напряжении U_1к.з., которое подбирается таким образом, чтобы

токи первичной и вторичной обмоток соответствовали номинальным токам обмоток (в диапазоне 3 – 10 % от U_1ном.).

Опыт проводится при коротком замыкании вторичной обмотки, которая замыкается на амперметр, имеющий очень низкое сопротивление. Вся мощность, потребляемая трансформатором, практически идет на компенсацию электрических потерь при нагревании обмоток.

На основании опытов холостого хода и короткого замыкания определяется КПД трансформатора η:

токи первичной и вторичной обмоток соответствовали номинальным токам обмоток (в диапазоне 3 – 10 % от U_1ном.).

На основании опытов холостого хода и короткого замыкания определяется КПД трансформатора η:

где Р_ЭЛ,Р_МАГ– электрическиеи магнитные потери, соответственно

3. 
   Порядок выполнения работы:
   
   1. 
      Изучить техническое описание.
      
   2. 
      Убедиться, что все выключатели, кнопки, автоматические выключатели, дифференциальные автоматы, УЗО модулей стенда находятся в положении «ВЫКЛ» [положение выключателя питания «О»; кнопки - отжатое состояние: автоматического выключателя, дифференциального автомата. УЗО -«ОFF»).
      
   3. 
      По указанию преподавателя выбрать модули стенда для выполнения текущего задания. Расставить их на лабораторной стойке так, чтобы было удобно проводить эксперимент. Подготовить соединительные провода (перемычки), входящие в комплект поставки стенда.
      
   4. 
      Подключить защитное заземление.
      
   5. 
      Подключить модули стенда к сети -220В 50Гц.
      
   6. 
      Соединить модули стенда согласно схеме соединений.
      
   7. 
      Провести эксперимент.
      
   8. 
      Отключить модули от сети -220В 50Гц.
      
   9. 
      Составить отчет по лабораторной работе.
      

4. 
   Порядок проведения эксперимента:
   

В работе используются:

• модули: «Модуль питания стенда», «Автотрансформатор регулируемый», «Трехфазная трансформаторная группа». «Трехфазный измеритель», «Активная нагрузка», «Мультиметры»
Определение коэффициента трансформации
4.1 Ознакомиться с принципиальной электрической схемой на рис.4.

4.2 Собрать схему на рис.4. В приложении приведен пример схемы соединения модулей стенда посредством соединительных проводов и перемычек. Схема, представленная на рис.4. является базовой. В данном эксперименте активная нагрузка не используется.

4.3 Представить схему для проверки преподавателю.






Рис.4. Схема электрическая принципиальная




4.4 Включить автомат дифференциальной защиты и нажать кнопку «ВКЛ.» модуля «Модуль питания стенда».

4.5 Включить питание модулей «Трехфазный измеритель», «Мультиметры», «Трехфазная трансформаторная группа».

4.6Вращая ручку ЛАТРа модуля «Автотрансформатор регулируемый» устанавливать значение напряжения U₁ в соответствии с табл.1.

4.7 С помощью измерительных приборов снять следующие параметры трансформатора Т2: РА1 - ток I₁ холостого хода первичной обмотки трансформатора, РV1 - напряжение U₁ первичной обмотки трансформатора, РV2 - напряжение U₂ вторичной обмотки. Данные занести в табл.1.

4.8 Выключить питание модулей «Трехфазный измеритель», «Мультиметры», «Трехфазная трансформаторная группа», и нажать кнопку «ВЫКЛ.» модуля «Трехфазный источник питания». Выключить дифференциальный автомат.

Таблица 1

U1,В	U2,В	I1,мА	КТР	Р1,Вт
0
20
40
60
80
100
• • •
230

4.9 Вычислить коэффициент трансформации однофазного трансформатора: и активную мощность Р₁, потребляемую первичной обмоткой.

4.10 Данные занести в табл1. Сделать выводы по работе.

Снятие характеристик холостого хода
4.11 Пользуясь данными таблицы 1, построить зависимость I₁=f(U₁).

4.12 Пользуясь данными таблицы 1, построить зависимость I₁=f((Р₁).

4.13 Сделать выводы по работе.

Снятие характеристик короткого замыкания однофазного трансформатора
4.14 Ознакомиться с принципиальной электрической схемой на рис. 5

4.15 Собрать схему на рис.5. По указанию преподавателя, варьируя последовательным и параллельным соединением R₁, R₂, добиться необходимого номинала токоограничительного резистора. Установить заданную величину нагрузочного резистора R_З на модуле «Активная нагрузка».

4.16 Представить схему для проверки преподавателю.



Рис.5 Схема электрическая принципиальная
4.17 Включить дифференциальный автомат и нажать кнопку «ВКЛ.» модуля «Трехфазный источник питания».

4.18 Включить модули: «Трехфазный измеритель», «Мультиметры». «Трехфазная трансформаторная группа».

4.19 С помощью перемычки замкнуть накоротко резистор R_З при первичном напряжении на Т1, пониженном на столько, чтобы токи в обмотках не превысили их номинальные значения (см тех. описание).

4.20 С помощью измерительных приборов снять следующие параметры ТР1: ток первичной обмотки, напряжение первичной обмотки, напряжение вторичной обмотки, ток вторичной обмотки. Данные занести в табл.2.

Таблица 2.

№	U1	I1	Р1	Cos φ	UК,%

;

4.21 Выключить модули: «Трехфазный измеритель», «Мультиметры», «Трехфазная трансформаторная группа», и нажать кнопку «ВЫКЛ.» модуля «Трехфазный источник питания». Выключить дифференциальный автомат.

4.22 Построить зависимости: I₁ = f(U₁), Р₁= f(U₁), Cos φ = f(U₁). Сделать выводы по работе.