Радченко В.В. Лабораторный практикум Matlab - файл n1.rtf

Радченко В.В. Лабораторный практикум Matlab
скачать (843.3 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.rtf12426kb.23.12.2006 04:24скачать

n1.rtf







МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ УКРАИНЫ

ЗАПОРОЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра Гидроэнергетики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К лабораторным работам по дисциплине «Основы электромеханики»

для студентов дневной и заочной форм обучения по специальности
6. 090503 «Гидроэнергетика»

Запорожье 2005

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Общие требования к выполнению работ

Лабораторная работа № 1. Исследование однофазного трансформатора

Лабораторная работа № 2.Исследование трехфазного трансформатора

Лабораторная работа № 3. Исследование трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором

Лабораторная работа № 4. Исследование трехфазной асинхронной машины с фазным ротором

Лабораторная работа № 5. Исследование трехфазной асинхронной машины с к. з. ротором при питании от однофазной сети

Лабораторная работа № 6. Исследование трехфазной синхронной машины

Лабораторная работа №7. Исследование синхронного генератора

Лабораторная работа № 8. Исследование синхронного компенсатора при работе на сеть

Лабораторная работа № 9. Исследование машины постоянного тока независимого возбуждения

Лабораторная работа № 10. Исследование машины постоянного тока последовательного возбуждения
ВВЕДЕНИЕ

Настоящий курс лабораторных работ по дисциплине «Основы электромеханики» предназначен для студентов дневной и заочной форм обучения по специальности 6. 090503 «Гидроэнергетика»

Включает набор лабораторных работ по основным практическим вопросам основ электромеханики. Они представляют собой имитационные модели реальных устройств в рабочих условиях. Каждая снабжена необходимой измерительной техникой.

Предполагает знание теоретического материала по темам, основных свойств исследуемых устройств и методов компьютерных исследований физических объектов.

Общие требования к выполнению работ

Перед выполнением лабораторных работ студенты проходят инструктаж на рабочем месте, распределяются по рабочим местам. Рабочие места закреплены за каждой бригадой. Студенты обязаны знать и выполнять правила техники безопасности и правила внутреннего распорядка в учебных лабораториях.

Исходные данные для выполнения каждой работы указываются преподавателем.

К работе допускаются только теоретически подготовленные студенты при наличии заготовок отчетов. Отчеты по лабораторным работам могут выполняться в отдельной тетради.

Структура отчета по лабораторной работе включает:

Номер лабораторной работы;

Тему;

Цель;

Краткое описание объекта исследования;

Схему эксперимента;

Данные эксперимента;

Результаты обработки данных;

Выводы.

Лабораторные работы по основам электромеханики выполняются на ПК в среде MatLab с помощью SIMULINK.
Лабораторная работа № 1.

Исследование однофазного трансформатора

Цель работы: Исследование однофазного трансформатора под нагрузкой.

1. 1. Краткое описание

Трансформатором называется статистическое электромагнитное устройство с двумя или несколькими обмоткамиё использующие явление электромагнитной индукции для преобразования токов и напряжений одной системы в токи и напряжения другой. Особо важную роль трансформаторы играют при передаче электрической энергии на большие расстояния, так как в этом случае до поступления ее потребителю она подвергается многократному (3-5 раз) преобразованию с низкого напряжения в высокое напряжение и наоборот.

Режим холостого хода.

В режиме холостого хода ток во вторичной цепи равен нулю (нагрузка не подключена). При подаче на первичную обмотку трансформатора синусоидального питающего напряжения по ней протекает ток. Под действием связывающего обе обмотки магнитного потока в обеих обмотках наводится ЭДС самоиндукции. Режим холостого хода позволяет определить важные характеристики для практики параметры трансформатораё как коэффициент трансформацииё потери в ферромагнитном сердечникеё индуктивное сопротивление контура намагничивания.

Режим короткого замыкания.

Вторичная обмотка при этом замыкается накороткоё а на первичную обмотку подается напряжение U такой величиныё при которой ток первичной обмотки имеет номинальное значение. Величина U даже для трансформаторов малой мощности не превышает 10-25% от номинального значения.

1. 2. Указания к выполнению работы

В качестве дополнительной литературы можно воспользоваться [1].

1. 3. Содержание работы

1. 3. 1. Определение параметров схемы замещения при помощи опытов холостого хода и короткого замыкания.

1. 3. 2. Снятие нагрузочной и рабочих характеристик трансформатора.

1. 4. Описание лабораторной установки

Структурная схема виртуальной лабораторной установки представлена на рис. 1.1.


Рис. 1.1. Модель для исследования однофазного трансформатора

Модель содержит:

Параметры трансформаторов для выполнения лабораторной работы приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Параметры трансформаторов

Тип трансформатора

Sн [кВа]

Uк [%]

Pк [Вт]

P10 [Вт]

I10 [%]ТС-10/066104,5280907ТС-16/066164,54001255,8ТС-25/066254,55601804,8ТС-40/066404,58002504,0ТС-63/066634,510903553,3ТС-100/0661004,515005002,7ТС-160/0661604,520607102,3Базовыми значениями параметров трансформатора являются: расчетная полная мощность S, обозначенная как P[ВА], номинальная частота (Гц), действующее номинальное напряжение (В) соответствующей обмотки. Для каждой обмотки относительные сопротивления и индуктивность определяются выражениями:

(1.1)

где

Расчет относительных параметров трансформатора осуществляется на основании паспортных данных завода изготовителя по выражениям

(1.2)



(1.3)

При этом номинальный ток трансформатора следует определить из выражения:

(1.4)

В полях окна настройки параметров трансформатора последовательно задаются:

  • мощность трансформатора и частота;

  • действующее напряжение и относительные параметры схемы замещения первичной обмотки;

  • действующее напряжение и относительные параметры схемы замещения вторичных обмоток;

  • относительные параметры ветви намагничивания;

  • переменные состояния трансформатора, которые измеряются блоком Multimeter.

Поскольку блок Multimeter не используется, то в поле Measurement из выпадающего меню выбирается опция None.

В полях окна настройки параметров источника питания задаются:

  • амплитуда источника (В);

  • начальная фаза в градусах;

  • частота (Гц);

  • образец времени (с);

  • переменные, измеряемые блоком Multimeter.

Напряжение и частота источника должны соответствовать параметрам трансформатора.

В полях окна настройки параметров нагрузки задаются R, L, С. Для исключения реактивных элементов индуктивность должна быть задана равной нулю, а емкость - бесконечности (inf). В окне настройки параметров измерителя мощности указывается частота, на которой измеряется активная и реактивная мощность. В полях окна настройки дисплея указывается формат представления числовых результатов, в поле Decimation (разбивка) задается число шагов вычисления, через которые значения выводятся на дисплей.

1. 5. Порядок выполнения работы

Тип трансформатора для выполнения работы задается преподавателем. Заполняется окно настройки параметров моделирования.

Определение параметров схемы замещения по п. 4.1 и сравнение их с заданными в окне настройки производится при помощи методов холостого хода и короткого замыкания. При холостом ходе нагрузка отключена, трансформатор запитан номинальным напряжением. Действующие значения напряжений и токов трансформатора при холостом ходе определяются в окне блока Powergui.

Активная мощность в режиме холостого хода равна потерям в сердечнике трансформатора.

Относительные параметры ветви намагничивания рассчитываются по выражениям (1.1-1.4).

Опыт короткого замыкания проводится при коротком замыкании во вторичной цепи. При этом напряжение источника питания должно быть равно напряжению короткого замыкания трансформатора, (Uk = 29,7 В).

Активная мощность в режиме короткого замыкания при первичном токе короткого замыкания равным номинальному, определяет потери в обмотках трансформатора. После проведения опытов и расчета параметров следует сравнить их с теми, которые были введены в окно параметров.

Снятие нагрузочной и рабочих характеристик трансформатора производится на модели (рис. 1.1) при изменении сопротивления нагрузки

(0,2-1,2) Rном. При этом для каждого значения сопротивления нагрузки осуществляется моделирование. Номинальное сопротивление нагрузки рассчитывается по формуле:

(1.5)

При проведении исследований заполняется таблица 1.2.

Таблица 1.2. Измеренные и рассчитанные значения

Нагр.ИзмеренияВычисленияRн

[Ом]Р1

[Вт]Q1

[ВА]U1

[B]I1

[A]P2

[Вт]Q2

[ВА]U2

[B]I2

[A]

[град]

[град]Вычисления производятся по выражениям:

(1.6)

По данным таблицы строится нагрузочная характеристика трансформатора и на отдельном рисунке - рабочие характеристики. Формы напряжения и тока на вторичной обмотке трансформатора, полученные с помощью осциллоскопа Scope.

1. 6. Содержание отчета

1. 6. 1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

1. 6. 2. Сравнительная таблица заданных и определенных из опытов холостого хода и короткого замыкания параметров трансформатора.

1. 6. 3. Нагрузочная характеристика трансформатора U2=f(I2)

1. 6. 4. Рабочие характеристики трансформатора, I1, U2 =f(I2).

1. 7. Вопросы для контроля

1. 7. 1. Основные характеристики трансформатора.

1. 7. 2. Структура потерь в трансформаторе и их источники.

1. 7. 3. Основные коэффициенты трансформатора.

Лабораторная работа № 2.

Исследование трехфазного трансформатора

Цель работы: Исследование трехфазного трансформатора при различных схемах соединения первичных и вторичных обмоток.

2 1.. Краткое описание

Трансформатором называется статистическое электромагнитное устройство с двумя или несколькими обмоткамиё использующие явление электромагнитной индукции для преобразования токов и напряжений одной системы в токи и напряжения другой. Особо важную роль трансформаторы играют при передаче электрической энергии на большие расстояния, так как в этом случае до поступления ее потребителю она подвергается многократному (3-5 раз) преобразованию с низкого напряжения в высокое напряжение и наоборот.

Энергетические соотношенияё полученные для однофазных трансформаторов (см. Л. Р.№1) справедливы и для трехфазных трансформаторовё но при обязательном условии их работы в режиме симметричной нагрузки.

Специфичными для трехфазных трансформаторов являются способы соединения его первичных и вторичных обмоток. Обмотки могут соединятся звездой (Y) или треугольником ()ё при прямом и встречном включении. Полное число вариантов соединений обмоток высокой и низкой сторон трансформатора равно двенадцати.

При соединении звездой может использоваться нулевой провод. Способ соединения обмоток влияет как на отношение напряжений на фазахё так и на сдвиг фазы между напряжениями на входе и выходе трансформатора.

В зависимости от фазового сдвига трансформаторы различаются по группам. Номер группы определяется фазовым сдвигом между одноименными линейными напряжениями первичной и вторичной сторонё разделенными на .

2. 2. Указания к выполнению работы

В качестве дополнительной литературы рекомендуется использовать [1].

2. 3. Содержание работы

2. 3. 1. Определение параметров трансформатора при соединении «звезда-звезда» (Y/Y).

2. 3. 2. Определение параметров трансформатора при соединении «звезда-треугольник» (Y/).

2. 3. 3. Определение параметров трансформатора при соединении «треугольник-треугольник» (/).

2. 3. 4. Определение параметров трансформатора при соединении «треугольник-звезда» (/Y).

2. 4. Описание лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 2.1.

По сравнению с моделью однофазного трансформатора (рис. 1.1) здесь не используются блоки для измерения основных характеристик (основные характеристики трехфазного трансформатора и однофазного трансформатора идентичны), но добавлен блок Multimeter, измеряющий токи и напряжения трансформатора. Значения этих токов отчитываются с окна блока Powergui. Там же снимаются значения входного U1 и выходного U2 напряжений и разность фаз между ними.

Окно настройки параметров трехфазного трансформатора в отличие от однофазного трансформатора содержит два дополнительных поля:

  • Winding I (ABC) connection - схема соединения первичных обмоток;

  • Winding 2 (abc) connection - схема соединения вторичных обмоток.

В выпадающем меню этих полей задается схема соединения. В поле Measurement выбрана опция Windind Voltage, при которой измеряются напряжения обмоток.

2. 5. Порядок проведения лабораторной работы.

Параметры источника питания Inductive source (рис.2. 1.) задаются в соответствии с параметрами трансформатора. В полях окна настройки параметров источника питания задаются:

  • амплитуда источника (В);

  • начальная фаза в градусах;

  • частота (Гц);

  • сопротивление (Ом);

  • индуктивность

Параметры моделирования аналогичны параметрам моделирования однофазного трансформатора.

Для каждого пункта (4.1-4.4) проводится моделирование и заполняется отдельная таблица 2.1.

Таблица 2.1. Измеренные и рассчитанные значения

Схема

Соедин.ИзмеренияВычисленияU1ф

[B]I1ф

[A]U1

[B]

[град]U2ф

[B]I2ф

[A]U2

[B]

[град]Коэффициент

трансформацииПолучаем в окне блока Powergui результаты моделирования при соединении обмоток по схеме «звезда-звезда» (Y/Y). В левой колонке представлены измеряемые переменные, в средней – их действующие значения, в правой – их начальные фазы.

Коэффициент трансформации и разность фаз между входными (U1) и выходными (U2) напряжениями рассчитывается по выражениям



В результате получаем графические результаты блока Multimeter.

2. 6. Содержание отчета

2. 6. .1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

2. 6. .2. Заполненные таблицы.

2. 6. 3. Векторные диаграммы для каждого пункта работы для первичной и вторичной цепи.

2. 7. Вопросы для контроля

2. 7. 1. Особенности конструкции трехфазного трансформатора.

2. 7. 2. Схемы и группы соединения обмоток.

2. 7. 3. Основные параметры трехфазного трансформатора.

Лабораторная работа № 3.

Исследование трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором

Цель работы: Исследование трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором.

3. 1. Краткое описание

Асинхронной машиной называется электромеханический преобразовательё в котором возникновение момента на валу ротора возможно лишь при различных скоростях вращения магнитного поля и ротора. Трехфазные асинхронные машины с короткозамкнутым ротором благодаря своей технологичностиё надежностиё низкой стоимости и большому сроку службы составляют основную долю мирового парка электрических машин. Основными элементами конструкции асинхронной машины являются статор и ротор.

Для оценки свойств асинхронного двигателя используется его механическая характеристика (зависимость скорости вращения ротора машины n от вращающего момента М).

Построив кривую M = f(s) (рис.3.1.) и используя выражение для скольженияё можно получить механическую характеристику n = f(M) (рис. 3.2.).



Рис. 3. 1. Зависимость момента от скольжения.



Рис. 3. 2. Механическая характеристика асинхронной машины (а) и механические характеристики асинхронной машины с фазным потоком (б).

В качестве рабочей характеристики приняты зависимости (рис.3.3.):

  • скорости вращения ротора n = f(P2);

  • вращающего момента на валу машины М2 = f(P2);

  • тока статора I1 = f(P2);

  • коэффициент полезного действия = f(P2).

Эти характеристики позволяют находить все основные величиныё которые определяют режимы работы двигателя при различных нагрузках. Их можно получить либо путем по схеме замещенияё либо экспериментально.



Рис 3. 3. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Асинхронная машина работает в генераторном режимеё если вал ее ротора каким-либо другим двигателем в направлении и со скоростьюё превышающей скорость вращения магнитного поля. Величина скольжения машиныё очевидноё в этом случаеё отрицательной. По условиям механической прочностиё ограничения потерьё нагрева и сохранения высокого КПД в генераторном режиме возможны значения абсолютных величин скольжения такого же порядкаё как и в двигательном.

3. 2. Указания к выполнению работы

В качестве дополнительной литературы можно воспользоваться [1,2].

3. 3. Содержание работы

3. 3. 1. Снятие механической характеристики машины в двигательном и генераторном режимах.

3. 3. 2. Снятие рабочих характеристик машины в двигательном режиме.

3. 4. Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 3. 4.



Рис. 3.4. Модель для исследования асинхронной машины

Она содержит:

  • источник переменного трехфазного напряжения Source из библиотеки Power System Blockset /Extras/Electrical Sources;

  • измеритель трехфазного напряжения и тока Three-Phase V-I Measurement из библиотеки Power System Blockset/Extras/Measurement;

  • исследуемую трехфазную асинхронную машину Asynhronous Machine из библиотеки Power System Blockset/Machines;

  • измеритель активной и реактивной мощности Р1, Q1 из библиотеки Power System Blockset/Extras/Measurement;

  • блок Display для количественного представления измеренных мощностей и блок Scope для наблюдения тока ротора и статора, а также скорости и момента асинхронной машины из главной библиотеки Simulink/Sinks;

  • блок Moment для задания механического момента на валу машины из главной библиотеки Simulink/Source;

  • блок Machines Measurement из библиотеки Power System

  • Blockset/Machines;

  • блок Display1 для количественного представления измеренных электромагнитного момента (Нм) и скорости (рад/с) машины из главной библиотеки Simulink/Sinks;

  • блок Мих, объединяющий три сигнала в один векторный из

  • главной библиотеки Simulink/Sygnal & System.

В полях окна настройки параметров асинхронной машины последовательно задаются:

  • тип ротора (Rotor Type), в выпадающем меню этого поля можно задать либо короткозамкнутый, либо фазный ротор;

  • система отсчета при анализе (Reference frame);

  • мощность, номинальное действующее линейное напряжение и частота;

  • параметры схемы замещения статора;

  • параметры схемы замещения ротора;

  • параметры ветви намагничивания;

  • момент инерции, коэффициент вязкого трения, число пар полюсов;

  • начальные условия для моделирования (скольжения, положение ротора, токи статора и их начальные фазы).

Параметры машины частично берутся из паспортных данных, а частично рассчитываются по уравнениям 3.1-3.10, либо используя программу (листинг 1, файл as.m).

Таблица 3.1. Параметры трехфазных асинхронных машин

Тип

двигателяPн

[кВт]n

[об/мин]

[%]

[А]J

12345678910RA71B2

RA80A2

RA80B2

RA80A4

RA80B4

RA90S20,55

0,75

1,1

0,55

0,75

1,52850

2820

2800

1400

1400

283574

74

77

71

74

790ё84

0ё83

0ё86

0ё8

0ё80

0ё871ё8

2

2

1

2

36ё5

5ё3

5ё2

5

5

6ё52ё3

2ё5

2ё6

2ё3

2ё5

2ё82ё4

2ё7

2ё8

2ё8

2ё8

30ё0005

0ё0008

0ё0012

0ё0018

0ё0023

0ё0010Линейное номинальное напряжение для всех машин 380 В.
Исходя из данных этой таблицы определяются:

Скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость вращения):

. (3.1)

Величина номинального скольжения:

. (3.2)

Номинальная угловая скорость вращения ротора

. (3.3)

Угловая скорость вращения магнитного поля

. (3.4)

Номинальный, максимальный и пусковой моменты:

,

,

. (3.5)

Критическое скольжение

(3.6)

Приведенное активное сопротивление ротора

(3.7)

Пренебрегая потерями в ферромагнитном сердечнике и добавочными потерями в машине, можно считать, что мощность, выделяемая в активном сопротивлении статорной обмотки, определяется выражением:



Отсюда находим величину активного сопротивления статора:



где - фазное номинальное напряжение

При определении активных сопротивлений статора и ротора механические потери принимаются равными (0,01-0,05) от номинальной мощности. При этом меньшие значения соответствуют машинам с большей выходной мощностью. Коэффициент приведения С принимается равным 1,01-1,05 (меньшие значения для машин большей мощности).

Приведенная индуктивность рассеяния ротора

(3.8)

Индуктивность статора

(3.9)

Индуктивность контура намагничивания

(3.10)

В меню окна настройки параметров универсального блока измерения переменных машин поля Machine type задается тип машины. Флажками выбираются переменные для измерения.

В полях окна настройки параметров трехфазного источника питания задаются:

  • амплитуда фазного напряжения источника (В);

  • начальная фаза в градусах;

  • частота (Гц);

  • внутреннее сопротивление (Ом) и индуктивность источника (Гн).

Напряжение и частота источника должны соответствовать параметрам асинхронной машины.

В окне настройки параметров блока измерения активной и реактивной мощности задается только один параметр - частота, которая должна быть равно частоте источника питания.

В полях окна настройки дисплея указывается формат представления числовых результатов, в поле Decimation (разбивка) задается число шагов вычисления, через которые значения выводятся на дисплей. Установка в поле Sample time значения -1 синхронизирует работу блока с шагом вычислений.

Окно настройки блока Мих, объединяющего два сигнала в один векторный, показано на рис. 6.3.7. В полях окна настройки задаются число входов и внешний вид представления блока.

3. 4. Порядок выполнения работы

Параметры асинхронной машины для выполнения работы задаются преподавателем. Заполняется окно настройки параметров моделирования.

Снятие механической характеристики машины в двигательном и генераторном режимах в соответствии с п.4.1 содержания работы производится на модели (рис. 3.4.) при изменении нагрузочного момента во всем диапазоне -1,5-1,5 от номинального. При этом для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица 3.2.

Таблица 3.2. Механическая характеристик асинхронной машины в двигательном и генераторном режимах

М [Нм][рад/с]Снятие рабочих характеристик двигателя в соответствии с п. 4.2 содержания работы проводится на модели (рис. 3.1) при изменении нагрузочного момента в пределах 0-1,2 от номинального. При этом для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица 3.3.

Таблица 3.3. Измеренные и рассчитанные значения

М

[Нм]ИзмеренияВычисленияP1

ВтQ1

ВАрU1

ВI1

А

рад/с

град

P2

Вт

%S

%Вычисления производятся по выражениям:



По данным таблиц строится механическая характеристика машины и на отдельном графике - рабочие характеристики.

Временные зависимости переменных состояния машины можно наблюдать на экране осциллографа. Здесь видны и переходной процесс при пуске машины, и установившиеся процессы.

3. 6. Содержание отчета

3. 6. .1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

3. 6. 2. Механическая характеристика машины в двигательном и генераторном режимах.

3. 6. 3. Рабочие характеристики машины в двигательном режиме.

3. 7. Вопросы для контроля

3. 7. 1. Особенности конструкции асинхронного КЗ двигателя.

3. 7. 2. Основные характеристики асинхронного КЗ двигателя.

3. 7. 3. Ротор асинхронного двигателя.

Лабораторная работа № 4.

Исследование трехфазной асинхронной машины с фазным ротором

Цель работы: Исследование трехфазной асинхронной машины с фазным ротором.

4. 1. Краткое описание.

Асинхронной машиной называется электромеханический преобразовательё в котором возникновение момента на валу ротора возможно лишь при различных скоростях вращения магнитного поля и ротора. Основными элементами конструкции асинхронной машины являются статор и ротор.

Отличительной особенностью машин с фазным ротором является наличие на роторе обмотки из проводников круглого или прямоугольного сеченияё начала которой выведены на контактные кольца. Узел контактных колец вынесен из станиныё а контактные кольца закрыты кожухом. Узел контактных колец консольного типа. Контактные кольцаё опрессованные пластмассойё насаживаются на вал двигателяё они выполняются чугунными или медными. Выводные концы обмотки ротора подходят к трем кольцам через внутреннее отверстие в вале ротора. Обмотка ротора соединяется в звезду.[2].

Для оценки свойств асинхронного двигателя используется его механическая характеристика (зависимость скорости вращения ротора машины n от вращающего момента М).

Построив кривую M = f(s) (рис.4.1.) и используя выражение для скольженияё можно получить механическую характеристику n = f(M) (рис. 4.2.).

4.2. Указания к выполнению работы

В качестве дополнительной литературы можно использовать [1,2].

4 3.. Содержание работы

Снятие механических характеристик машины в двигательном режиме.

4. 4. Описание лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 4.1.



Рис. 4.1. Модель для исследования асинхронной машины с фазным ротором

Сравнивая модель (рис. 3.1) с представленной можно убедиться в их полной аналогии. Разница состоит в том, что в цепь ротора включены одинаковые по величине сопротивления R1=R2=R3. Отличие окна настройки асинхронной машины с фазным ротором от аналогичной короткозамкнутой состоит в том, что в поле Rotor type введен фазный ротор.

Все остальные блоки и их настройки остались без изменения (см. Лабораторную работу № 3).

4. 5. Порядок выполнения работы

Параметры асинхронной машины для выполнения работы задаются преподавателем. При самостоятельной работе эти данные можно рассчитать, пользуясь паспортными данными.

Снятие механических характеристик машины в двигательном режиме в соответствии содержания работы производится на модели при изменении нагрузочного момента от 0 до 1,4 номинального и изменении сопротивления в цепи ротора от 0 до 5 Rs. При этом последовательность выполнения работы следующая:

  • задается значение сопротивления в роторе;

  • для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица 4.1.

Таблица 4.1. Механические характеристики асинхронной машины в двигательном режиме

М [Нм][рад/с] По данным таблицы строятся механические характеристики двигателя при различных добавочных сопротивлениях в цепи ротора.

Временные зависимости переменных состояния машины можно наблюдать на экране осциллографа. На котором виден и переходной процесс при пуске машины, и установившиеся процессы.

4. 6. Содержание отчета

4. 6. 1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

4. 6.. 2. Механические характеристики машины в двигательном режиме.

4. 7. Вопросы для контроля

4. 7. 1. Особенности конструкции асинхронного двигателя с фазным ротором.

4. 7. 2. Характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором.

4. 7. 3.

Лабораторная работа № 5.

Исследование трехфазной асинхронной машины
с к. з. ротором при питании от однофазной сети


Цель работы: Исследование трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором при питании от однофазной сети.

5. 1. Краткое описание.

Асинхронной машиной называется электромеханический преобразовательё в котором возникновение момента на валу ротора возможно лишь при различных скоростях вращения магнитного поля и ротора. Трехфазные асинхронные машины с короткозамкнутым ротором благодаря своей технологичностиё надежностиё низкой стоимости и большому сроку службы составляют основную долю мирового парка электрических машин. Основными элементами конструкции асинхронной машины являются статор и ротор.

Коэффициент мощности при однофазном подключении двигателя вышеё чем при трехфазном подключении. Это объясняется наличием конденсатораё который компенсирует часть потребляемой двигателем реактивной мощности.

Для оценки свойств асинхронного двигателя используется его механическая характеристика (зависимость скорости вращения ротора машины n от вращающего момента М).

Построив кривую M = f(s) (рис.3.1.) и используя выражение для скольженияё можно получить механическую характеристику n = f(M) (рис. 3.2.).

В качестве рабочей характеристики приняты зависимости (рис.3.3.):

  • скорости вращения ротора n = f(P2);

  • вращающего момента на валу машины М2 = f(P2);

  • тока статора I1 = f(P2);

  • коэффициент полезного действия = f(P2).

Эти характеристики позволяют находить все основные величиныё которые определяют режимы работы двигателя при различных нагрузках. Их можно получить либо путем по схеме замещенияё либо экспериментально.

5. 2. Указания к выполнению работы

В качестве дополнительной литературы следует воспользоваться [1, 2].

5. 3. Содержание работы

5. 3. 1. Снятие механической характеристики машины в двигательном режиме.

5. 3. 2. Снятие рабочих характеристик машины в двигательном режиме.

5. 4. Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 5.1.



Рис. 5.1. Модель для исследования асинхронной машины

Она содержит:

  • источник переменного однофазного напряжения;

  • конденсатор (С) в цепи питания;

  • измеритель напряжения и тока в источнике питания V1, I1;

  • исследуемую трехфазную асинхронную машину Asynhronous;

  • измеритель активной и реактивной мощности Р, Q в источнике питания;

  • блок Display] для количественного представления измеренных мощностей; блок Moment для задания механического момента на валу машины из главной библиотеки Simulink/Sinnks;

  • блок Machines Measurement,

  • блок RMS для измерения действующего тока в источнике;

  • блок Display2 для количественного представления действующего тока в источнике (А) и скорости (рад/с);

  • блок Мux, объединяющий два сигнала в один векторный;

  • блок Scope для наблюдения токов статора, а также скорости и момента асинхронной машины.

Окно настройки параметров схемы замещения представлено на рис. 5.2.

Параметры схемы замещения в окне настройки рассчитываются так же, как для трехфазного питания асинхронной машины (Л. Р. № 3, (3.1-3.10)).

В выпадающем меню окна настройки параметров универсального блока измерения поля Machine type задается тип машины. Флажками выбираются переменные для измерения.

В полях окна настройки параметров источника питания задаются:

  • амплитуда напряжения источника (В);

  • начальная фаза в градусах;

  • частота (Гц).

Напряжение и частота источника должны соответствовать параметрам асинхронной машины.

Остальные блоки уже были описаны в Лабораторной работе № 3.

5. 5. Порядок выполнения работы

Параметры асинхронной машины для выполнения работы задаются преподавателем. Заполняется окно настройки параметров моделирования.

Снятие механической характеристики машины в двигательном режиме в соответствии с п. 4.1 содержания работы производится на модели при изменении нагрузочного момента от нуля до номинального. При этом для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. Наброс момента нагрузки осуществляется с задержкой по отношению к началу моделирования с тем, чтобы переходные процессы при пуске закончились. Заполняется окно настройки блока Moment.

При проведении исследований заполняется таблица 5.1.

Таблица 5.1. Механическая характеристики машины в двигательном режиме

М [Нм][рад/с]Снятие рабочих характеристик двигателя в соответствии с п. 4.2. содержания работы проводится на модели (рис. 3.1) при изменении нагрузочного момента от нуля до номинального. При этом для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица 5.2

Таблица 5.2. Измеренные и рассчитанные значения

М

[Нм]ИзмеренияВычисленияP1

ВтQ1

ВАрU1

ВI1

А

рад/с

град

P2

Вт

%S

%Вычисления производятся по выражениям:



По данным таблиц строится механическая характеристика машины и на отдельном графике - рабочие характеристики.

Временные зависимости переменных состояния машины можно наблюдать на экране осциллографа. Где показан и переходной процесс при пуске машины, и переходной процесс при набросе момента нагрузки, и установившиеся процессы.

5. 6. Содержание отчета

5. 6. 1. Схема модели и описание виртуальных блоков

5. 6. 2. Механическая характеристика машины в двигательном режиме

5. 6. 3. Рабочие характеристики машины в двигательном режиме

5. 7. Вопросы для контроля

5. 7. 1.

5. 7. 2.

5. 7. 3.

Лабораторная работа № 6.

Исследование трехфазной синхронной машины

Цель работы: Исследование трехфазной явнополюсной, синхронной машины.

6. 1. Краткое описание

Синхронной называют машину переменного токаё в которой скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля в ее рабочем зазоре. Часто синхронную машину используют в качестве двигателя с неизменной скоростью вращения ротораё приводящего во вращение крупные вентиляторыё компрессорыё центробежные насосы и генераторы постоянного тока и т.д. Кроме того, синхронную машину используют как компенсатор для повышения коэффициента мощности питающей электрической сетиё а также для регулирования ее реактивной составляющей мощности.

Конструкция статора синхронной машиныё практически ничем не отличается от конструкции статора асинхронной машины. Основное отличие синхронной машины заключается в устройстве ротора (индуктора)ё который представлять собой явнополюсный или неявнополюсный электромагнитё обмотка которого через контактные кольца и щетки питается от внешнего источника. В качестве индуктора в синхронной машине может использоваться постоянный магнит.

Рабочие характеристики (рис. 6.1.) представляют собой зависимости тока Iаё электрической мощности Р1ё поступающий в обмотку якоряё КПД ё и cos от отдаваемой механической мощности Р2 при U1 = const, f1 = const и неизменном токе возбуждения.



Рис. 6.1. Рабочая характеристика синхронного двигателя.

Поскольку скорость вращения двигателя постояннаё зависимость n = f (P2) обычно не приводится; не приводится также и зависимость M = f (P2)ё так как вращающий момент М пропорционален Р2. Зависимости Ia = f (P2) и P1 = f (P2) имеют характерё близкий к линейному. Ток холостого хода Ia0 определяется реактивной составляющей и активным токомё компенсирующим потери в стали и механические потери. Мощность холостого хода Р0 равна сумме возникающих при этом режиме потерь. Кривая = f (P2) имеет характерё общий для всех электрических машин.

6. 2. Указания к выполнению работы

К выполнению лабораторной работы следует приступить после изучения теоретического материала. В качестве дополнительной литературы рекомендуется воспользоваться [4, 6, 13].

6. 3. Содержание работы

6. 3. 1. Снятие рабочих характеристик машины в двигательном режиме.

6. 3. 2. Снятие зависимости потребляемой из сети мощности от потока возбуждения машины.

6. 4. Описание лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 6.2.



Рис. 6.2. Модель для исследования синхронной машины

Она содержит:

  • источник переменного трехфазного напряжения Source из библиотеки Power System Blockset/Extras/Electrical Sources;

  • измеритель трехфазного напряжения и тока Three-Phase V-I Measurement из библиотеки Power System Blockset/Extras/ Measurement;

  • исследуемую трехфазную синхронную машину Permanent Magnet Synchronous Machine из библиотеки Power System BlocksetlMachines,

  • измеритель активной и реактивной мощности P1, Q1 из библиотеки Power System Blockset/Extras/Measurement;

  • блок измерения переменных состояния машины Machines Measurement из библиотеки Power System Blockset/Machines;

  • блок Display для количественного представления измеренных мощностей (в трех первых окнах блока представлены активные мощности в каждой фазе машины, в трех последних - реактивные мощности);

  • блок RMS из библиотеки Power System Blockset/Extras/ Measurement, измеряющий действующий ток в фазе машины;

  • блок Moment для задания механического момента на валу машины из главной библиотеки Simulink/Source;

  • блок Product из главной библиотеки Simulink/Math, вычисляющий механическую мощность на валу машины;

  • блок Scope для наблюдения тока статора, момента и механической мощности синхронной машины из главной библиотеки Simulink/Sinks;

  • блок Display1 для количественного представления измеренных тока (А) и электромагнитного момента (Нм) машины из главной библиотеки Simulink/Sinks;

  • блок Мих, объединяющий два сигнала в один векторный из главной библиотеки Simulink/Sygnal & System.

В полях окна настройки параметров синхронной машины последовательно задаются:

  • активное сопротивление обмотки статора (Ом);

  • индуктивности по продольной и поперечной оси (Гн);

  • максимальный поток в машине (Вб);

  • момент инерции (кгм2), коэффициент вязкого трения (Нмс), число пар полюсов.

В окне настройки блока измерения переменных состояния машины задается тип машины, который выбирается в поле Machine type. В выпадающем меню этого поля следует выбрать Permanent magnet synchronous. Флажки слева включаются у тех переменных состояния, которые подлежат измерению.

В окне настройки параметров источника показано напряжение и частота источника, которые должны быть согласованы с напряжением, скоростью и числом пар полюсов машины.

6. 5. Порядок выполнения работы

Параметры синхронной машины и источника питания для выполнения работы задаются преподавателем. Заполняется окно настройки параметров моделирования.

Снятие механической и рабочих характеристик машины в двигательном режиме в соответствии с п. 4.1 содержания работы производится на модели (рис. 6.1) при изменении нагрузочного момента от нуля до 1,4 от номинального. Номинальный момент определяется из выражения



где - амплитуда и частота источника питания, р - максимальный поток, сопротивление статора и число пар полюсов машины.

Для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица 6.1.
Таблица 6.1. Измеренные и рассчитанные значения

М

[Нм]ИзмеренияВычисленияP1

ВтQ1

ВАрU1

ВI1

А

рад/с

град

P2

Вт

%I

[A]Вычисления осуществляются по формулам:



По данным таблицы строятся рабочие характеристики

Снятие зависимости потребляемой из сети мощности от потока возбуждения машины в соответствии с п. 4.2 содержания работы осуществляется на модели (рис. 6.1) при постоянном моменте нагрузки (задается преподавателем). Максимальный поток в поле Flux induced magnets (рис. 6.2) следует задавать в диапазоне 0,6-1,2 Вб с шагом 0,05 Вб. Для каждого значения потока проводить моделирование, по результатам заполнить таблицу 6.2.

Таблица 6.2. Снятие зависимости потребляемой из сети мощности от потока возбуждения машины

ФmQ1Р1[Вб][ВАр][Вт]6. 6. Содержание отчета

6. 6. 1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

6. 6. 2. Рабочие характеристики машины в двигательном режиме.

6. 6. 3. Зависимости от

6. 7. Вопросы для контроля

6. 7. 1.

6. 7. 2.

Лабораторная работа №7.

Исследование синхронного генератора

Цель работы: Определение характеристик синхронного генератора при работе на пассивную нагрузку.

7. 1. Краткое описание

В случае работы на пассивную нагрузку синхронная машина может работать только как генератор.

В генераторном режиме работы по обмотке статора протекает ток нагрузки. Этот ток создает поток якоряё малая часть которого является потоком рассеяния Ф1рё а основная частьё обозначенная через Ф1рё замыкается через ротор.

На рис.7.1. представлены векторные диаграммы для пяти характерных случаев:



Рис. 7.1. Векторные диаграммы синхронного генератора для активной (а), индуктивной (б), емкостной (в), активно – индуктивной (г) и активно – емкостной (д) нагрузок

  • для чисто активной нагрузки = 0;

  • для чисто индуктивной нагрузки ;

  • для чисто емкостной нагрузки ;

  • для активно-индуктивной нагрузки ;

  • для активно-емкостной ;

Рассматривая соотношение величин Е0 и U1ё можно сделать выводё что при активной и активно-индуктивной нагрузках величина напряжения U1 ё меньшеё чем Е0ё а при активно-емкостной нагрузке U1, величина напряжения превышает Е0.

Отмеченные особенности легко проследить на характеристиках генератораё которые называются внешними и представляют собой зависимость напряжения на нагрузке U1 от тока нагрузки Ia при различных коэффициентах мощности нагрузки. Эти характеристики показаны на рис.7.2.


Рис. 7.2. Внешние характеристики генератора.

7. 2. Указания к выполнению работы

В качестве дополнительной литературы можно воспользоваться [1, 2].

7. 3. Содержание работы

7. 3. 1. Снятие угловой характеристики генератора.

7. 3. 2. Снятие внешней (нагрузочной) и рабочих характеристик генератора при активной нагрузке.

7. 3. 3. Снятие внешней (нагрузочной) характеристики генератора при активно-индуктивной нагрузке.

7. 3. 4. Снятие внешней (нагрузочной) характеристики генератора при активно-емкостной нагрузке.

7. 4. Описание лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 7.1. Она содержит:

  • исследуемую трехфазную синхронную машину Simplified Synchronous Machine из библиотеки Power System Blockset/ Machines;

  • измеритель параметров состояния машины Machines Measurement из библиотеки Power System Blockset/Machines;

  • трехфазную нагрузку 3-Phase Load из библиотеки Power System Blockset/Extras /Three-Phase Library

  • блок RMS.Vs, для измерения действующего значений напряжения на нагрузке;

  • блоки Fourier, Fourier1, измеряющие амплитуды и начальные фазы напряжения на нагрузке и э.д.с. генератора из библиотеки Power System Blockset/Extras /Measurements;

  • блоки Displayl, Display2, Display3 для количественного представления измеренных величин и блок Scope для наблюдения тока якоря, скорости и электромагнитной мощности синхронной машины из главной библиотеки Simulink/Sinks;

  • блок E0 для задания ЭДС. возбуждения из главной библиотеки Simulink/Source;

  • блоки Mux, Demax из главной библиотеки Simulink/Sygnal & System.

В полях окна настройки параметров синхронной машины последовательно задаются:

  • схема соединения обмоток статора машины. В выпадающем меню этого поля можно выбрать соединение звездой без нулевого и с нулевым проводом;

  • полная мощность (ВА), действующее линейное напряжение и частота;

  • момент инерции (кгм2), коэффициент демпфирования, число пар полюсов;

  • активное сопротивление и индуктивность обмотки якоря (статора);

  • начальные условия при пуске модели.

Окно настройки блока измерения переменных состояния машины включает.

Тип машины выбирается в поле Machine type. Флажки слева включаются у тех переменных состояния, которые подлежат измерению.

В окне блока настройки измерителя действующих значений задается частота, на которой производятся измерения.

В полях окна настройки блоков Fourier, Fourier1 задается частота и первая гармоника измеряемого напряжения. Разность фаз между измеряемыми напряжением и ЭДС. - есть угол нагрузки [1].

В поля окна настройки параметров нагрузки вводятся действующее линейное напряжение и частота, которые должны быть согласованы с напряжением и частотой генератора, активная, индуктивная и емкостная мощности. Удобней эти мощности задавать как номинальную мощность генератора, умноженную на коэффициент.

Содержание и настройка остальных блоков модели подробно описаны ранее.

7. 5. Порядок выполнения работы

Параметры синхронной машины и источника питания для выполнения работы задаются преподавателем. Значение ЭДС. возбуждения (блок Ео, рис. 7.1) при проведении измерений остается постоянным, равным 380 В (номинальное линейное напряжение генератора в режиме холостого хода). Заполняется окно настройки параметров моделирования.

Снятие угловой характеристики генератора в соответствии с п. 4.1 содержания работы производится на модели (рис. 7.1) при изменении активной мощности нагрузки от 0 до 1,6 от номинальной мощности генератора. При этом коэффициент при активной мощности изменяется от 0 до 1,6 с шагом 0,2. Коэффициенты при реактивных мощностях равны нулю.

Для каждого значения активной мощности осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица 7.1.

Таблица 7.1. Измеренные и рассчитанные значения

ИзмеренияВычисленияPг [Вт] [рад/с] [град]М [Нм]Момент на валу генератора вычисляется по формуле .

По данным таблицы строится зависимость .

Снятие внешней и рабочих характеристик генератора при активной нагрузке производится на модели (рис. 7.1) при изменении активной мощности нагрузки в диапазоне 0-1,2 от номинальной с шагом 0,2Pн.. По данным измерений заполняется таблица 7.2.

Таблица 7.2. Измеренные и рассчитанные значения

ИзмеренияВычисленияPнагр

[Вт]Qнагр

[Вар]

[рад/с]Рг

[Вт]U1

[В]Ia

[A]Вычисления производятся по формулам:



По результатам измерений и вычислений строится внешняя характеристика и рабочие характеристики .

Снятие внешних характеристик при активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках в соответствии с пп. 4.3, 4.4 производятся аналогично предыдущему пункту. При изменении мощности нагрузки необходимо соблюдать условие . По результатам измерений заполняется таблица, аналогичная таблице 7.2, и строятся внешние характеристики на том же графике, на котором построена внешняя характеристика предыдущего опыта.

Мгновенные значения токов в фазах якоря генератора, скорость и мощность генератора можно наблюдать на экране осциллоскопа.

7. 6. Содержание отчета

7. 6. 1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

7. 6. 2. Угловая характеристика генератора.

7. 6. 3. Внешние характеристики генератора при различных коэффициентах мощности нагрузки.

7. 6. 4. Рабочие характеристики генератора.

7. 7. Вопросы для контроля

7. 7. 1.

7. 7. 2.

7. 7. 3.

Лабораторная работа № 8.

Исследование синхронного компенсатора при работе на сеть

Цель работы: Исследование синхронной машины, работающей в режиме синхронного компенсатора.

8. 1. Краткое описание.

Для создания магнитных полей в электротехнических устройствах энергосистем необходима реактивная мощность. Основными источниками реактивной мощности являются синхронные машины и конденсаторы. Конденсаторы дороже синхронных машинё имеют большие габариты и меньшую надежностьё хотя и являются статистическими устройствами.

В качестве источников реактивной мощности целесообразно использовать синхронные машиныё работающие как источники или потребители реактивной мощности. Такие машины называют синхронными компенсаторами.. Отличие синхронного компенсатора от синхронного генератора заключается в томё что синхронный компенсатор не имеет выходного конца вала.

Для подключения синхронной машины к сети необходимо соблюсти условия синхронизации:

  • величина ЭДС. (Е0) должна быть равна напряжению U1 сети;

  • скорость вращения генератора должна быть равна с темё чтобы частота ЭДС. в точности совпадала с частотой сети f1;

  • напряжение сети и ЭДС. генератора должны быть в фазе;

  • очередность фаз генератора должна совпадать с очередность фаз сети;

U-образная характеристика синхронного компенсатора (рис.8.1.) не отличается от соответствующей характеристики синхронного двигателя при Ра=0. Ток синхронного компенсатора имеет небольшую активную составляющуюё которая идет на покрытие потерь в компенсаторе. Энергияё которая идет на покрытие механических потерьё потерь в стали и медиё забирается из сети.



Рис 8.1. U-образная характеристика синхронного компенсатора

8. 2. Указания к выполнению работы

К выполнению лабораторной работы следует приступить после изучения теории. В качестве дополнительной литературы рекомендуется воспользоваться [4, 13].

8. 3. Содержание работы

Снятие характеристик синхронного компенсатора.

8. 4. Описание лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 8.1. В отличие от модели Лабораторной работы № 7 в данной модели вместо нагрузки включен источник трехфазного напряжения Source, блок для измерения тока и блок для измерения активной и реактивной мощности (Active & Reactive Power). Дополнительные блоки Gain и Display4 вычисляют и представляют в цифровом виде мощность трехфазной машины.

В окне настройки параметров источника питания показано напряжение источника, которое задается в первом поле окна, должно быть согласовано с параметрами машины (). Начальная фаза напряжения фазы А (второе поле окна), по существу, определяет угол момента , знак этой фазы определяет режим работы машины. Он отрицательный для генераторного режима и положительный для двигательного режима. При исследовании машины в режиме синхронного компенсатора этот параметр устанавливается равным нулю. Внутренний параметр источника Ri должен быть согласован с параметрами машины R, L так, чтобы соблюдалось неравенство , параметр L источника должен быть равным нулю.

В окне настройки блока Active & Reactive Power задается частота, на которой осуществляются измерения.

8. 5. Порядок выполнения работы

Параметры синхронной машины и источника питания для выполнения работы задаются преподавателем. Заполняется окно настройки параметров моделирования.

Снятие характеристик синхронного компенсатора в соответствии с п. 4.1 содержания работы производится на модели (рис. 8.1) при изменении ЭДС. возбуждения (блок Ео, рис. 8.1) от 200 до 500 В через каждые 50 В. Для каждого значения Ео осуществляется моделирование и определяются:

  • действующее значение напряжения в сети (блок Dislay1),

  • реактивная мощность в сети (блок Dislayl);

  • сдвиг по фазе между током и напряжением в сети.

При проведении исследований заполняется таблица 8.1.

Таблица 8.1. Характеристики синхронного компенсатора

ИзмеренияE0 [В]U1 [В]Q [ВАр] [град]8. 6. Содержание отчета

8. 6. 1. Схема модели и описание виртуальных блоков.

8. 6. 2. Характеристики синхронного компенсатора

8. 7. Вопросы для контроля

8. 7. 1.

8. 7. 2.

8. 7. 3.

Лабораторная работа № 9.

Исследование машины постоянного тока независимого возбуждения

Цель работы: Исследование машины постоянного тока при работе в двигательном и генераторном режимах.

9. 1. Краткое описание

Электрической машиной постоянного тока принято считать машинуё которая генерирует в сеть или потребляет из нее постоянный ток. Работа машины постоянного токаё как и машин переменного токаё основана на законе электромагнитной индукции. Устройство машины постоянного тока подобно устройству обращенной синхронной машиныё у которой неподвижная часть – индуктор – создает основной магнитный поток Фвё а в находящимся внутри якоре происходит процесс электромеханического преобразования энергии: электрической в механическую (двигатель) или обратно – механическую в электрическую (генератор).

Под механической характеристикой двигателя принято понимать зависимость его скорости вращения от момента нагрузки

Механические характеристики машины с независимым возбуждением при различных сопротивлениях в якорной цепи показаны на рис. 9.1.ёмеханические характеристики при различных потоках представлены на рис. 9.2. а.ё а при различных напряжениях на якоре – на рис.9.2.б..



Рис. 9.1. Механические характеристики машины с независимым возбуждением при различных сопротивлениях в якорной цепи.



Рис. 9.2. Механические характеристики при различных потоках (а).ё а при различных напряжениях на якоре (б).

Вид этих характеристик определяет и область их использования при регулировании скорости вращения двигателя постоянного тока: в области скоростейё меньших номинальной используется регулирование напряжения на якореё а в области больших – уменьшение магнитного потока машины.

Рабочие характеристики двигателя постоянного тока представляют собой зависимости моментаё скорости вращенияё тока якоря и коэффициента полезного действия от выходной мощности двигателя. Качественный вид этих характеристик для двигателей с параллельным возбуждением представлен на рис. 9.3.



Рис. 9.3. . Качественный вид этих характеристик для двигателей с параллельным возбуждением

9. 2. Указания к выполнению работы

В качестве дополнительной литературы можно воспользоваться [1,2].

9. 3. Содержание работы

9. 3. 1. Снятие механической и расчет рабочих характеристик машины в двигательном режиме работы.

9. 3. 2. Снятие механической и расчет рабочих характеристик машины в генераторном режиме работы.

9. 3. 3. Снятие механических характеристик при различных напряжениях питания в цепи якоря.

9. 3. 4. Снятие механических характеристик при различных сопротивлениях в цепи якоря.

9. 3. 5. Снятие механических характеристик при различных потоках возбуждения.

9. 3. 6. Снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения якоря.

9. 4. Описание лабораторной установки.

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 9.1.



Рис. 9.4. Модель для исследования машины постоянного тока с независимым возбуждением

Она включает источники постоянного напряжения (V1 - для питания якоря машины, V2 - для питания обмотки возбуждения из библиотеки Power System Blockset/Electncal Sources), блок Moment для задания момента нагрузки (блок Constant из библиотеки Simulink/Sources), саму машину постоянного тока (блок DC Machine из библиотеки Power System Blockset/Machines), блок для измерения переменных состояния машины Display и осциллограф Scope для визуального наблюдения процессов из библиотеки Simulink/Sinks.

Цепь якоря и цепь возбуждения видны из графического начертания блока. На вход TL подается момент нагрузки, выход m предназначен для измерения и наблюдения переменных состояния машины в следующей последовательности: угловая скорость (рад/с), ток якоря в (А), ток возбуждения (А), электромагнитный момент (Нм).

В полях настройки машины задаются:

  • параметры обмотки якоря — Ra (Ом), La (Гн);

  • параметры обмотки возбуждения — Rf (Ом), Lf (Гн);

  • коэффициент Laf,

  • суммарный момент инерции машины и нагрузки — J (кГм2). Следует подчеркнуть, что параметры {Lf, J) важны при исследовании переходных процессов. На установившиеся режимы они не влияют;

  • коэффициент вязкого трения — (Нм-с);

  • коэффициент сухого трения — (Нм),

  • начальная скорость.

Взаимная индуктивность между обмотками возбуждения и якоря определяется из выражений:

(9.1)

Индуктивность обмотки при исследовании установившихся процессов может быть принятой близкой к нулю. При исследовании переходных процессов значение для машин обычного исполнения выбирается из неравенства:

(9.2)

Момент инерции для двигателей обычного исполнения определяется из неравенства

(9.3)

Момент сухого трения и коэффициент вязкого трения определяются из следующих соображений. Общие механические потери для машин обычного исполнения составляют . Кроме того эти потери равны . Если считать, что потери на трение и вентиляционные потери приблизительно равны, то

(9.4)

Паспортные параметры машин постоянного тока приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1. Паспортные параметры машин постоянного тока

Тип

двигателя

[кВт]

[В]

[об/мин]

[%]

[Ом]

[Ом]

[мГн]123456782ПН-0.17

2ПН-0.25

2ПН-0.37

2ПН-0.71

2ПН-1.00,17

0,25

0,37

0,71

1220

220

220

220

220750

1120

1500

2360

300048,5

57

61,5

70

72,527,2

15,47

10,61

3,99

2,52162

612

612

123

92514

297

190

70

48Далее заполняется окно настройки параметров моделирования.

9. 5. Порядок проведения лабораторной работы

9. 5. 1. Для заданной преподавателем машины рассчитать значение параметров и заполнить поля окна настройки параметров машины.

9. 5. 2. Задать параметры моделирования.

9. 5. 3. При снятии характеристик по п. 4 1 порядка выполнения работы в окне настройки блока Moment последовательно задаются значения момента от 0 до 1,2 с шагом . Для каждого значения момента осуществляется моделирование и заполняется таблица 9.2 измеренных и рассчитанных значений.

Таблица 9.2. Измеренные и рассчитанные значения.

ЗаданиеИзмеренияРасчетМ Нм [рад/с] [А] [А] [Вт] [Вт]Вычисления осуществляются по выражениям:

(9.5)

9. 5. 4. При снятии характеристик по п. 4.2 порядка выполнения работы в окне настройки блока Moment последовательно задаются значения момента от 0 до -1,2 Mн с шагом -0,2 Мн. Для каждого значения момента осуществляется моделирование и заполняется таблица 9.2. Коэффициент полезного действия в этом случае вычисляется по формуле

(9.6)

9. 5. 5. Снятие механических характеристик при различных напряжениях питания в цепи якоря по п. 4.3 содержания работы следует провести для двух значений напряжения на якоре 0,6 Uя и 0,8 Uя где Uя - первоначальное напряжение на якоре, при котором выполнялись п.п. 4.1, 4.2. При этом момент нагрузки следует изменять от -1,2 Мн до 1,2 Мн с шагом 0,2 Мн. Для каждого значения напряжения на якоре и момента проводится моделирование и заполняется таблица 9.3.

Табл. 9. 3. Механические характеристики в цепи якоря

М [Нм][рад/с]9. 5. 6. Снятие механических характеристик при различных сопротивлениях в цепи якоря по п. 4.4 содержания работы следует провести для двух значений сопротивления якоря 2Rя и 4Rя, где Rя - первоначальное значение сопротивления. Изменение сопротивления якоря осуществляется в поле окна настройки параметров машины. При этом момент нагрузки следует изменять от -1,2 Мн до 1,2 Мн с шагом 0,2 Мн. Для каждого значения сопротивления якоря и момента проводится моделирование и заполняется таблица 9.3.

9. 5. 7. Снятие механических характеристик при различных потоках возбуждения по п. 4.5 содержания работы следует провести для двух значений потока 0,6 Фн и 0,8 Фн. Для этого в поле Field-armature mutual inductance необходимо установить значение Laf вначале 0,6, а затем 0,8 от первоначальной величины.

При этом момент нагрузки следует изменять от -1,2 Мн до 1,2 Мн с шагом 0,2 Мн. Для каждого значения потока и момента проводится моделирование и заполняется таблица 9.3.

9. 5. 8. Снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения якоря по п. 4.6 содержания работы проводится для постоянного момента нагрузки, равного номинальному, и изменению напряжения в цепи якоря от 0,4 до 1,2 исходного значения с шагом 0,2 исходного значения напряжения. Для каждого значения напряжения проводится моделирование и заполняется таблица 9.4.

Табл. 9.3. Регулировочные характеристики при изменении напряжения якоря

Uя [Нм][рад/с]9. 6. Содержание отчета

9. 6. 1. Схема модели для проведения лабораторной работы.

9. 6. 2. Расчетные формулы параметров машины.

9. 6. 3. Расчетные формулы для мощностей Р1, Р2 и КПД.

9. 6. 4. Заполненные таблицы.

9. 6. 5. Графики рабочих характеристик машины в двигательном и генераторном режимах.

9. 6. 6. Графики механической характеристики машины при различных напряжениях на якоре.

9. 6. 7. Графики механической характеристики машины при различных сопротивлениях якоря.

9. 6. 8. Графики механической характеристики машины при различных потоках.

9. 6. 9. Регулировочная характеристика двигателя.

9. 7. Вопросы для контроля

9. 7. 1.

9. 7. 2.

9. 7. 3.

Лабораторная работа № 10.

Исследование машины постоянного тока последовательного возбуждения

Цель работы: Исследование машины постоянного тока при работе в двигательном режиме.

10. 1. Краткое описание

В двигателях с последовательным возбуждением поток и момент зависят от тока якоря. Рассчитать механические характеристики последовательного возбужденияё в связи с нелинейностью кривой намагничивания машиныё весьма затруднительна. В каталогах приводятся естественные характеристики и . Вид статистических характеристик двигателя постоянного тока последовательного возбуждения при различной величине сопротивления в цепи якоря и величины питающего напряжения показаны на рис. 10.1 а, б.



Рис. 10.1. Характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения при различной величине сопротивления в цепи якоря (а) и величины питающего напряжения (б)

Рабочие характеристики двигателя постоянного тока представляют собой зависимости моментаё скорости вращенияё тока якоря и коэффициента полезного действия от выходной мощности двигателя. Качественный вид этих характеристик для двигателей с последовательным возбуждением представлен на рис. 10.2.

10. 2. Указания к выполнению работы

В качестве дополнительной литературы можно использовать [1, 2].

10. 3. Содержание работы

Снятие механической и расчет рабочих характеристик машины в двигательном режиме работы.

10. 4.Описание лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка (рис.10.2) включает источники постоянного напряжения (V - для питания машины из библиотеки Power System Blockset/Electrical Sources), блок Moment для задания момента нагрузки (блок Constant из библиотеки Simulink/Sources), саму машину постоянного тока (блок DC Machine из библиотеки Power System Blockset/Machines), блок для измерения переменных состояния машины Display из библиотеки Simulink/Sinks.



Рис. 10.2. Модель для исследования машины постоянного тока с последовательным возбуждением.

Последовательно заполняются окно настройки параметров машины постоянного тока, окно настройки параметров источника питания и окно настройки параметров моделирования.

10. 5. Порядок проведения лабораторной работы

10. 5. 1. Задають параметры машины и источника

10. 5. 2. Задать параметры моделирования.

10. 5. 3. При снятии характеристик по п. 4.1 порядка выполнения работы в окне настройки блока Moment последовательно задаются значения момента от 5 Нм до 100 Нм с шагом 10 Hм. Для каждого значения момента осуществляется моделирование и заполняется таблица 10.1 измеренных и рассчитанных значений.

Таблица 10.1. Измеренные и рассчитанные значения.

ЗаданиеИзмеренияРасчетМ Нм [рад/с] [А] [А] [Вт] [Вт]Вычисления осуществляются по выражениям:



10. 6. Содержание отчета

10. 6. 1. Схема модели и описание блоков.

10. 6. 2. Заполненные таблицы.

10. 6. 3. Механические характеристики машины .

10. 6. 4. Рабочие характеристики машины

10. 7. Вопросы для контроля

10. 7. 1.

10. 7. 2.

10. 7. 3.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Герман-Галкин С. Г., Кардонов Г. А. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК. –СПб.: Корона принт, 2003. – 256 с.

  2. Копылов И. П. Электрические машины. –М.: Энергоатомиздат, 1986. – 360 с.

  3. Осин И. Л., Шакарян Ю. Г. Электрические машины: Синхронные машины. Под ред . И. П. Копылова. – М.: Высшая школа, 1990. -304 с.

Методические указания составил

к. т. н., доцент Радченко В. В.



Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации