Моисеева О.В., Малышева О.А. Электротехника и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

Напряжение на зажимах генератора параллельного возбуждения соз-

дается в процессе самовозбуждения, которое основано на том, что в ма-

шине практически всегда существует поток остаточного магнетизма -

ост

Ф .

Если привести якорь во вращение с номинальной скоростью, то под дейст-

вием этого потока в якоре возникает ЭДС

ост

E , и по обмотке возбуждения

пойдет ток, который будет создавать магнитный поток машины

. Направ-

ление этого потока должно совпадать с потоком остаточного магнетизма и

усиливать его, в противном случае результирующий магнитный поток прак-

тически может стать равным нулю, машина «размагнитится» и не будет

создавать ЭДС.

При согласном направлении потоков

ост

Ф результирующий поток

увеличивается, что приводит к росту наводимой в якоре ЭДС и, в свою

очередь, вызывает дальнейшее повышение тока возбуждения и магнитного

потока машины до тех пор, пока не наступит равновесие между ЭДС якоря

и падением напряжения в цепи возбуждения. Электрическая схема генера-

тора постоянного тока параллельного возбуждения представлена на

рис. 11.1.

ЭДС обмотки якоря машины постоянного тока: Фn

a60

ФncE

== ,

где

c – электрическая постоянная, зависящая от конструктивных данных

машины;

– магнитный поток, Вб;

– частота вращения якоря, об/мин;

– число пар полюсов машины;

– число активных проводников обмот-

ки якоря;

– число параллельных ветвей обмотки якоря.

Напряжение на зажимах генератора:

яя

RIEU

−

, где Е – ЭДС обмотки

якоря, В;

I – ток якоря, А;

R – сопротивление цепи якоря, Ом.

Полезная мощность, отдаваемая генератором в сеть:

номном2

IUP

Мощность, подводимая к генератору для его вращения:

ген21

/PP

Потери мощности электрической машины:

PPP

−

∆

КПД электрической машины:

P/P

Ток в цепи якоря генератора:

вномя

III

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования генератора постоянного тока па-

раллельного возбуждения, приведенную на рис. 11.1.

2. Снять характеристику холостого хода генератора (это зависимость

напряжения на зажимах генератора

E от тока возбуждения

I при отклю-

ченной нагрузке и постоянной частоте вращения, т. е.

(

)

в0

IfE

при 0I

const

Рис. 11.1. Электрическая схема генератора постоянного

тока параллельного возбуждения

Регулировочным реостатом

R в

цепи возбуждения увеличить ток

I от

минимального значения до величины, при которой напряжение на зажимах

генератора будет превышать номинальное напряжение генератора на 10 -

15 %.

Показания амперметра и вольтметра для 5 - 6 измерений записать в

табл. 1. Далее, уменьшая ток возбуждения, показания приборов также за-

писать в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Характеристика холостого хода

(

)

в0

IfE

при 0I

const

I , А

E , B →

E , B ←

3. Снять внешнюю характеристику генератора (это зависимость напря-

жения на зажимах генератора U от тока нагрузки I при постоянной частоте

вращения и сопротивлении регулировочного реостата, т. е.

(

)

IfU

при

const

и constR

Регулировочным реостатом

R установить номинальное напряжение

генератора. Увеличивая нагрузку включением ламп реостата

R , измерить

показания амперметра и вольтметра. Данные

для 5 - 6 измерений записать

в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Характеристика внешняя

(

)

IfU

при constR

U, B

I, A

4. Снять регулировочную характеристику генератора (это зависимость

тока возбуждения

I от тока нагрузки I при постоянном напряжении и час-

тоте вращения, т. е.

(

)

яв

IfI

при constU

const

Реостатом в цепи возбуждения

R установить напряжение на зажимах

генератора

(

)

U6,05,0U

. Увеличивая нагрузку ламповым реостатом,

поддерживать напряжение генератора постоянным путем изменения тока

возбуждения. Показания амперметров для 5 - 6 значений нагрузки запи-

сать в табл. 11.3.

Таблица 11.3

Характеристика регулировочная

(

)

яв

IfI

при constU

I , А

I , A

5. По данным этих таблиц поcтроить в различных системах координат в

масштабе характеристику холостого хода

(

)

в0

IfE

, внешнюю

(

)

IfU

и ре-

гулировочную

(

)

яв

IfI

6. Сформулировать краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Назовите конструктивные элементы генератора постоянного тока и

укажите их назначение.

2. На каком законе основан принцип действия генератора?

3. Объясните принцип самовозбуждения генератора.

4. Каковы условия самовозбуждения генератора параллельного возбу-

ждения?

5. Как регулируется напряжение на зажимах генератора?

6. Что такое реакция якоря и как она влияет на работу генератора?

7. Какие существуют способы уменьшения реакции якоря?

8. Каково назначение обмотки возбуждения в генераторе постоянного

тока?

Лабораторная работа № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЁХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Цель работы: исследование электрических и механических свойств

трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; по-

строение его рабочих и механических характеристик.

Основные теоретические положения

Асинхронный двигатель является простейшей машиной из всех элек-

трических машин. Принцип действия асинхронного двигателя основан на

использовании вращающегося магнитного поля и основных законов элек-

тротехники. Электрическая схема трёхфазного асинхронного двигателя

представлена на рис. 12.1.

У асинхронного двигателя на статоре расположена трёхфазная обмот-

ка. При питании этой обмотки от трёхфазной сети она образует вращаю-

щееся магнитной поле, частота вращения которого, об./мин:

f60

где

f – частота тока питающей сети, 50f

Гц;

– число пар полюсов

обмотки статора.

В пазы ротора двигателя уложена короткозамкнутая обмотка, имеющая

вид беличьего колеса. Обычно это медные или алюминиевые стержни в

пазах ротора, замкнутые накоротко по концам кольцами из этого же ме-

талла.

Рис. 12.1. Электрическая схема трёхфазного асинхронного

двигателя с короткозамкнутым ротором

Вращающееся поле статора пересекает обмотки статора и ротора, ин-

дуктируя в них ЭДС. В обмотке статора ЭДС –

E , в обмотке ротора –

E .

ЭДС ротора

E создаёт в обмотке ток

I , который, взаимодействуя с маг-

нитным потоком статора, создаёт вращающий электромагнитный момент

. Этот момент заставляет вращаться ротор в том же направлении, что и

магнитное поле статора, но с меньшей скоростью. Отношение разности

между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения

ротора машины переменного тока к частоте вращения магнитного поля (в

процентах) есть скольжение:

%100

⋅

−

= ,

где

n – частота вращения ротора, об./мин.

Критическое скольжение – это скольжение, при котором асинхронная

машина развивает максимальный вращающий момент













−λ+λ= 1ss

номкр

, где

номмакс

М/М

– коэффициент, определяющий

перегрузочную способность двигателя;

ном

s – скольжение при номиналь-

ной нагрузке.

Частота вращения ротора

(

)

s1nn

−

Активная мощность, потребляемая двигателем из сети

Ффф1

P3cosIU3P

где

U – фазное значение напряжения, В;

I – фазное значение тока, А;

cos

– угол сдвига фаз между током и напряжением (коэффициент мощ-

ности)

фф

cos =ϕ .

Активная мощность генератора

ггг

IUP

где

U – напряжения на зажимах генератора, В;

I – тока генератора, А.

Полезная мощность на валу двигателя

гпер

ηη

= ,

где

пер

– КПД передачи,

пер

;

– КПД генератора, 8,0

КПД двигателя

=η .

Порядок выполнения работы

1. Для снятия рабочих характеристик необходимо собрать схему,

представленную на рис. 12.1. Под рабочими характеристиками асинхрон-

ного двигателя понимают зависимость

cos

P ,

(

)

В качестве механической нагрузки двигателя служит генератор посто-

янного тока параллельного возбуждения, имеющий электрическую нагруз-

ку – лампы накаливания. Первое измерение параметров двигателя и гене-

ратора сделать при холостом ходе, затем последующие – при изменении

нагрузки. Показания приборов записать в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Результаты измерений и вычислений

№

опыта

Измерено Вычислено

U ,

I ,

U ,

I ,

P ,

Вт

n ,

об./мин

P ,

Вт

P ,

Вт

cos

о.е.

об./мин

Н·м

Скоростная характеристика – это зависимость

(

)

Pfs

. При холостом

ходе, когда 0P

, ротор вращается с частотой близкой к частоте магнит-

ного поля

n . По мере увеличения нагрузки частота вращения ротора

уменьшается, а скольжение

увеличивается. Зависимость

(

)

Pfn

пред-

ставляет собой линию с небольшим наклоном, т.к.

(

)

%61s

Частота вращения ротора

n определяется стробоскопическим мето-

дом. Для этого на вал ротора помещается диск с нанесёнными на него

секторами, число которых равно числу полюсов двигателя. Если освещать

диск вращающегося ротора газоразрядной лампой, то создаётся эффект

вращения секторов на диске в обратную сторону. Вращение столь мед-

ленное, что их частоту можно подсчитать визуально:

21s

nnn

−

, зная

n и

n , определяют

s12

nnn

−

Скольжение определяется соотношением

nns

Моментная характеристика показывает зависимость

(

)

PfM

, где

– полезный момент на валу двигателя;

P – полезная мощность на валу

двигателя. Вращающий момент на валу асинхронного двигателя

n/P55,9M

. Так как с увеличением

P скорость вращения ротора

уменьшается незначительно, то зависимость

(

)

PfM

будет почти линей-

ной с некоторой вогнутостью.

2. По результатам опытов и расчётов построить рабочие характеристи-

ки двигателя

cos

P ,

(

)

в одной системе координат и

механическую характеристику

(

)

Mfn

– в другой.

3. Сформулировать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия трёхфазного асинхронного двигателя.

Какие законы лежат в основе его работы?

2. Какие виды асинхронных двигателей существуют?

3. Как влияет изменение питающего напряжения на вращающий мо-

мент асинхронного двигателя?

4. Какие способы регулирования частоты вращения асинхронных дви-

гателей Вы знаете?

5. Что такое номинальное и критическое скольжение?

6. Какие способы пуска асинхронных двигателей Вы знаете?

7. При каких условиях в статоре двигателя образуется вращающееся

магнитное поле?

8. От каких факторов зависит частота вращения магнитного поля ста-

тора?

9. Как изменить направление вращения трехфазного асинхронного дви-

гателя?

Лабораторная работа № 13

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА

Цель работы: исследование напряжения и тока диода при прямом и

обратном смещении р-n перехода, построение и исследование вольтам-

перной характеристики (ВАХ) полупроводникового диода, исследование

сопротивления диода при прямом и обратном смещении по вольтампер-

ной характеристике, анализ сопротивления диода (прямое и обратное

смещение) на переменном и постоянном токе, измерение напряжения из-

гиба вольтамперной характеристики.

Основные теоретические положения

Полупроводниковый диод представляет собой двухэлектродный при-

бор на основе электронно-дырочного перехода в кристалле полупроводни-

ка (рис. 13.1) и предназначен для преобразования переменного тока в

пульсирующий ток одной полярности.

Рис. 13.1. Схема включения р-n

перехода в электрическую цепь

Если к диоду приложить напряжение в

прямом направлении, когда положитель-

ный полюс источника энергии соединен с

р-областью (анодом), а отрицательный – с

n-областью (катодом), то потенциальный

барьер p-n-перехода понижается и через

диод протекает большой прямой ток даже

при невысоком приложенном напряжении.

При смене полярности приложенного к

диоду напряжения потенциальный барьер

повышается и через диод протекает очень

малый ток неосновных носителей заряда

(обратный ток) даже при высоких значени-

ях обратного напряжения.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) диода вследствие этого является

резко несимметричной, и ее типичный вид представлен на рис. 13.2.

Рис. 13.2. Вольтамперная характеристика диода

При анализе электрических цепей, содержащих диоды, нелинейные

ВАХ последних во многих случаях заменяют отрезками прямых, т.е. про-

водят кусочно-линейную аппроксимацию ВАХ. На рис. 13.2 прямая ветвь

ВАХ диода аппроксимирована отрезками ОМ и MN. Отрезок MN проходит

через точки K и L ВАХ, которые определяются по значению максимального

прямого тока диода

пр

I . Отрезок ОМ соответствует пороговому напряже-

нию диода

.порог

U .

Обратная ветвь ВАХ диода заменяется отрезками прямых линий OQ и

QV. Отрезок OQ выходит из начала координат и проходит через точку

положение которой на ВАХ диода определяется наибольшим обратным

напряжением

(

)

пробояобр

U8,06,0U

, где

пробоя

U – напряжение пробоя

диода. Отрезок QV параллелен оси тока и смещен относительно ее на

величину напряжения пробоя.

Дифференциальное прямое сопротивление

пр

r и дифференциальное

обратное сопротивление

обр

r диода определяется углами наклона отрез-

ков MN и OQ к оси токов на рис. 13.2 и могут быть вычислены по выраже-

ниям:

пр

∆

= ,

обр

r = .

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему рис. 13.3, а и включить. Мультиметр покажет напря-

жение на диоде

пр

U при прямом смещении. Переверните диод и снова за-

пустите схему, мультиметр покажет напряжение на диоде

обр

U при обрат-

ном смещении. Вычислите ток диода при прямом

пр

I и обратном

обр

I сме-

щении согласно формулам

пр

−

= и

обр

−

= , где Е – напря-

жение источника питания.

а б

Рис. 13.3. Схемы для измерения напряжения (а) и тока (б) диода

Запишите результаты в табл. 13.1.

Таблица 13.1

Измеренные напряжения и вычисленные токи диода

№ Параметры Результаты

Напряжение при прямом смещении

пр

Напряжение при обратном смещении

обр

Ток при прямом смещении

пр

Ток при обратном смещении

обр

2. Собрать схему рис. 13.3, б и включить. Мультиметр покажет ток дио-

да

пр

I при прямом смещении. Переверните диод и снова запустите схему,

мультиметр покажет ток

обр

I диода при обратном смещении. Запишите по-

казания в табл. 13.2.

Таблица 13.2

Измеренный ток при прямом и обратном смещении

№ Параметры Результаты

Ток при прямом смещении

пр

Ток при обратном смещении

обр

3. Собрать схему для снятия вольтамперной характеристики диода

рис. 13.4 и включить. Последовательно устанавливая значения ЭДС ис-

точника равными 5, 4, 3, 2, 1, 0.5 и 0 В, запишите значения напряжения

пр

U и тока

пр

I диода в табл. 13.3.

Рис. 13.4. Схема для снятия ВАХ диода

Таблица 13.3

Прямая ветвь ВАХ

E, B 5 4 3 2 1 0.5 0

пр

U , мВ

пр

I , мА

Переверните диод. Последовательно устанавливая значения ЭДС ис-

точника равными 0, 5, 10 и 15 В, запишите значения тока

обр

I и напряжения

обр

U в табл. 13.4.

Таблица 13.4

Обратная ветвь ВАХ

E, B 0 5 10 15

обр

U , В

обр

I , мкА

5. По полученным данным постройте графики

пр

I (

пр

U ) и

обр

I (

обр

U ).

6. Постройте касательную к графику прямой ветви ВАХ при

пр

I 4 мА и

оцените дифференциальное сопротивление диода по наклону касатель-

ной. Проделайте ту же процедуру для

пр

I 0,4 мА и

пр

I 0,2 мА. Аналогич-

но оцените дифференциальное сопротивление диода при обратном на-

пряжении 5 В и запишите экспериментальные данные в табл. 13.5.

7. Вычислите сопротивление диода на постоянном токе

пр

I 4 мА по

формуле

пр

ст

r = .