МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ › new › metod ›...

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОМЕХАНІКИ, ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ І

СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ЩОДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

«ЕЛЕКТРОТЕХНІКА В БУДІВНИЦТВІ»

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ДЕННОЇ ТА ЗАОЧНОЇ ФОРМ НАВЧАННЯ З НАПРЯМУ

6.060101 «БУДІВНИЦТВО»

КРЕМЕНЧУК 2011

Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної

дисципліни «Електротехніка в будівництві» для студентів денної та заочної

форм навчання з напряму 6.060101 «Будівництво»

Укладач: асист. Р.М. Донченко

Рецензент к.т.н., доц. В.В. Прус

Кафедра електричних машин і апаратів

Затверджено методичною радою КНУ імені Михайла Остроградського

Протокол №- _______ від _____________

Заступник голови методичної ради __________________ доц. С.А. Сергієнко

ЗМІСТ

Вступ

……………………………………………………………………………

4

1 Загальні відомості щодо виконання лабораторних робіт і техніка

безпеки

………………………………………………………………………

5

2 Перелік лабораторних робіт

………………………………………………

7

Лабораторна робота № 1 Активні та пасивні елементи в колах

постійного струму

………………………

7

Лабораторна робота № 2 Коло однофазного синусоїдного

струму з послідовним з’єднанням

споживачів …

11

Лабораторна робота № 3 З’єднання споживачів зіркою в

трифазному електричному колі

…………

14

Лабораторна робота № 4 Дослідження однофазного

трансформатора

…………………………

19

Лабораторна робота № 5 Дослідження генератора постійного

струму паралельного збудження

……….

23

Список літератури

……………………………………………………………...

28

3

ВСТУП

Електротехнікою називають широку сферу практичного застосування

електромагнітних явищ. Електротехніка – дисципліна, що займається

питаннями розрахунку та вивчення явищ, які характеризуються поняттями

електричних струмів, напруг, потужностей, магнітних потоків, а також

поняттями напруженості електричного та індукцією магнітного полів.

Метою вивчення навчальної дисципліни «Електротехніка в будівництві» є

формування системи знань з питань електричної підготовки інженерів-

будівельників, що дозволить їм кваліфіковано застосувати сучасні методи

автоматизації технологічних процесів у будівництві, набути навичок читання

електротехнічної літератури та документації, що дасть можливість майбутнім

спеціалістам у складі фахівців проектного відділу сприяти раціональному

підбору електричних апаратів і машин.

Досвід викладання цієї дисципліни вказує на те, що одних теоретичних

знань, отриманих студентами на лекціях та під час самостійної підготовки,

недостатньо для формування знань у сфері функціонування та експлуатації

електротехнічних систем, освоєнні методів розрахунку електричних кіл, а

також визначення конструкції електричних машин і їх застосування у

будівництві. Тому ці знання повинні закріплюватися під час виконання

лабораторних робіт. Наведені в цих методичних вказівках лабораторні роботи

призначені для практичного вивчення функціонування найбільш

розповсюджених елементів електричних ланцюгів постійного та змінного

струмів, а також конструкції та функціональних особливостей електричних

машин різних типів.

4

1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ЩОДО ВИКОНАННЯ

ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

Виконання лабораторної роботи складається з роботи студента у

лабораторії, а також самостійної роботи. Самостійна робота студента

передбачає теоретичну підготовку до наступної роботи, підготовку відповідей

на контрольні питання, що наведені у роботі, аналіз результатів дослідів, що

виконувались у лабораторії та оформлення звітів про виконання лабораторних

робіт.

Теоретична підготовка до наступної лабораторної роботи передбачає

проробку розділів теорії, що визначають зміст та методику досліджень;

проробку методичних вказівок до лабораторної роботи з використанням

рекомендованих підручників та посібників і оформлення бланку до звіту про

виконання лабораторної роботи.

Робота студента у лабораторії передбачає отримання допуску до

лабораторної роботи, отримання дозволу на увімкнення лабораторної

установки (стенда), проведення дослідів та запис результатів вимірів і захист

виконаної лабораторної роботи.

Звіти про виконання лабораторних робіт складаються окремо для кожної

лабораторної роботи. До складу кожного звіту повинні входити: номер, назва,

мета роботи, а також розділи, вказані у підпункті «Обробка результатів. Зміст

звіту» вказівок до кожної конкретної лабораторної роботи. Після виконання

останньої в семестрі лабораторної роботи оформлюється загальна титульна

сторінка для всіх робіт.

Під час виконання лабораторних робіт, наведених у цих методичних

вказівках, використовується напруга змінного й постійного струму до 380 В.

При недотриманні правил техніки безпеки така напруга становить серйозну

небезпеку. Зважаючи на це, перед виконанням комплексу лабораторних робіт

кожен студент зобов'язаний пройти інструктаж з техніки безпеки, що

засвідчується особистим підписом у журналі інструктажу з техніки безпеки.

5

Основні правила з техніки безпеки

1. Перед початком складання схеми необхідно переконатися в тому, що

автоматичний вимикач на стенді знаходиться у вимкненому стані.

2. Робоче місце не повинне захаращуватися сторонніми предметами.

3. Обладнання необхідно розміщувати таким чином, щоб виключити

можливість випадкового дотику до оголених струмоведучих частин.

4. Не допускається використання приладів та апаратів з несправними

затискачами, провідників з ушкодженою ізоляцією, несправних реостатів,

тумблерів та іншого устаткування.

5. Невикористані провідники необхідно прибрати з робочого місця. Не

допускається натягувати та згинати провідники.

6. Категорично забороняється проводити будь-які операції на головних

розподільних щитах, а також за межами робочого місця.

7. Напругу на схему подають тільки після дозволу викладача,

попередивши про це всіх студентів, які працюють на даному робочому місці.

При цьому рукоятки регуляторів напруги повинні знаходитися на нулі.

8. У випадку припинення досліду або перерви в роботі схему необхідно

відключити від мережі живлення.

9. Під час лабораторної роботи забороняється: робити перекомутації

провідників схеми, яка знаходиться під напругою; торкатися до оголених

струмоведучих частин електричного апарата; вмикати схему після будь-яких

змін у ній до перевірки викладачем; залишати без догляду схему під напругою.

10. В усіх випадках виявлення несправного устаткування потрібно

вимкнути напругу та негайно доповісти про це викладачеві.

11. У тих випадках, коли несправність в електроустановці становить явну

небезпеку для людей чи для самої установки, а усунути цю несправність може

особа, яка її виявила, вона має зробити це негайно за умови дотримання вимог

правил безпеки, а вже потім повідомити про цей випадок викладача.

12. Після закінчення роботи необхідно вимкнути напругу, розібрати

схему, упорядкувати робоче місце.

6

2 ПЕРЕЛІК ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Лабораторна робота № 1

Тема. Активні та пасивні елементи в колах постійного струму

Мета роботи: експериментальне дослідження лінійних електричних кіл

постійного струму та визначення параметрів активних і пасивних елементів;

експериментальна перевірка законів Ома та Кірхгофа.

Короткі теоретичні відомості

Закон Ома у загальному вигляді:

I=UR

,

де I – сила струму; U – напруга на ділянці кола; R – опір ділянки кола.

Закон Ома для ділянки кола з джерелом ЕРС:

I=U +∑(± E)

R,

де E – напруга джерела ЕРС («+» – якщо напрям ЕРС збігається з напрямом Uab,

якщо не збігається – «–»).

Закон Ома для повного (замкненого) кола:

I= ЕR+r

,

де Е , r – відповідно ЕРС та внутрішній опір джерела напруги; R – зовнішній

опір кола.

Перший закон Кірхгофа – алгебраїчна сума струмів у вузлі електричного

кола дорівнює нулю (струми, які входять у вузол, і ті, що виходять з нього,

беруть з різними знаками):

∑ I=0.

Другий закон Кірхгофа – алгебраїчна сума спаду напруги у контурі

електричного кола дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС у цьому контурі (струми і

ЕРС беруть зі знаком «+» якщо їх напрямки збігаються з напрямком обходу

контура, якщо не збігається – зі знаком «–»):

∑ IR=∑ E .

Програма роботи

7

1. Дослідження лінійного електричного кола під час вмикання його на

постійну напругу. Експериментальне визначення параметрів джерела постійної

електрорушійної сили (ЕРС), побудова вольт-амперної характеристики (ВАХ).

2. Дослідження лінійного електричного кола під час вмикання його на

постійну напругу при послідовному та паралельному з’єднанні споживачів.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати схему для зняття вольт-амперної характеристики джерела

постійної напруги і визначення параметрів джерела згідно з рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема для зняття ВАХ джерела напруги

2. Змінюючи опір резистора R, послідовно виставити кілька значень

струму в колі I1, I2, I3 і занести значення струмів і напруг до таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 – Дослідження джерела ЕРС

Результати вимірювань Результати обчислень

I1, A I2, A I3, A U1, B U2, B U3, B E1, B r0, Ом

3. Зібрати схему для дослідження послідовного з’єднання резисторів під

час вмикання на постійну напругу згідно з рис. 1.2.

Рисунок 1.2 – Схема для дослідження послідовного з’єднання резисторів

4. Результати вимірювань занести до таблиці 1.2.

8

Таблиця 1.2 – Дослідження послідовного з’єднання резисторів

Результати вимірювань Результати обчисленьI, A U1, B U2, B R1, Ом R2, Ом R, Ом

5. Зібрати схему для дослідження паралельного з‘єднання резисторів під

час вмикання на постійну напругу згідно з рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Схема для дослідження паралельного з’єднання резисторів

6. Результати вимірювань занести до таблиці 1.3.

Таблиця 1.3 – Дослідження паралельного з’єднання резисторів


U, B I, A I1, A I2, A R1, Ом R2, Ом R, Ом

Обробка результатів. Зміст звіту

1. За даними пункту 3.2 обчислити величини, вказані в таблиці 1.1,

використовуючи закон Ома:

; ; .

Взяти із таблиці 1.1 два значення струму I1 і I2 та відповідно напруги U1 і

U2, скласти систему рівнянь:

9

і визначити за нею Е і r0.

2. За даними пункту 2 побудувати вольт-амперну характеристику джерела

постійної напруги і переконатись у її лінійності.

3. За даними пунктів 3, 5 обчислити величини, указані в таблицях 1.2, 1.3

за законом Ома і переконатись, що при послідовному з’єднанні:

,

а при паралельному з’єднанні споживачів:

.

Контрольні питання

1. Дайте визначення електричного кола.

2. Дайте визначення та назвіть одиниці виміру фізичних величин струму,

напруги, потенціалу, потужності, енергії, миттєвого та діючого значення

напруги (струму).

3. Що таке джерело напруги, його параметри та зовнішня вольт-амперна

характеристика?

4. Дайте визначення еквівалентного опору послідовного та паралельного

з’єднання резистивних елементів.

5. Дайте визначення закону Ома для повного кола.

6. Дайте визначення першого закону Кірхгофа.

7. Дайте визначення другого закону Кірхгофа.

8. Чому при збільшенні навантаження напруга джерела напруги зменшується?

9. Що характеризує кут нахилу ВАХ джерела напруги?

10. Як, виходячи з графіка ВАХ джерела напруги, знайти його внутрішній опір?

11. Побудуйте ВАХ для послідовного та паралельного з’єднань опорів.

Література: [1, с. 28-37; 2, с. 4-24; 4, с. 3-20].

10


Тема. Коло однофазного синусоїдного струму з послідовним

з’єднанням споживачів

Мета роботи: дослідження властивостей та характеристик електричного

кола з послідовним з’єднанням котушки і конденсатора; дослідження режиму

резонансу напруг.


Резонанс напруг – це явище в електричному колі з послідовним

сполученням котушки й конденсатора, при якому струм і напруга кола

збігаються за фазою, а отже коло має суто активний характер (реактивні опори

котушки та конденсатора повністю компенсують один одного).

Умова резонансу напруг:xL=xC ,

де xL , xC – реактивні опори відповідно котушки та конденсатора.

Ознака резонансу напруг – максимум сили струму в колі.

Резонансна характеристика при резонансі напруг (I=f ( x )) має вигляд

параболи, гілки якої направлені вниз.

Резонансна частота f (Гц) визначається за формулою:

f = 12 π √ LC

,

де L – індуктивність котушки; C – ємність конденсатора.


1. Експериментальне визначення діючих значень струмів і напруг в

активному опорі, індуктивності та ємності. Визначення кута зсуву фаз між

напругою і струмом.

2. Експериментальне дослідження режиму резонансу напруг. Побудова

резонансної кривої.

11


1. Зібрати схему для дослідження режиму резонансу напруг згідно з

рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема для дослідження резонансу напруг

2. Змінюючи індуктивність від мінімального значення до максимального,

заміряти та записати величини, указані в таблиці 2.1 для 7 значень

індуктивності (струму): 3 значення до резонансу, резонанс і 3 значення після

резонансу.

Таблиця 2.1 – Дослідження резонансу напруг

№досліду


I, А

U, В

UК, В

UC, В

P, Вт

Z, Ом

ZК, Ом

rК, Ом

XК, Ом

L, Гн

UR, Ом

UL, Ом

cosφ φ,°

1…7


1. За даними таблиці 2.1 обчислити величини, указані в таблиці, за

наступними формулами:

Z=UI

;Z К=U К

I; RК= P

I 2 ;

X К=√ZК2 −r К

2 ; LК=X К

2πf; X C=

U C

I;

U R=I rК ;U L=I X К ;cosφ= PUI

;φ=arcos PUI

.

2. За даними таблиці 2.1 побудувати резонансу криву – графік I=f(xL).

Контрольні питання12

1. Дайте визначення понять активний та реактивний опір.

2. У яких одиницях вимірюють активний, реактивний та повний опори?

3. Наведіть приклад трикутника опорів.

4. Дайте визначення поняття резонанса напруг.

5. За яких умов відбувається резонанс напруг?

6. Зміною яких величин можна налаштувати електричне коло на резонанс

напруг?

7. Яку ознаку має резонанс напруг?

8. Який вигляд має резонансна крива?

9. Як застосовується резонанс напруг і яка з ним пов’язана небезпека?

10. Визначте поняття активної реактивної та повної потужностей. У яких

одиницях їх вимірюють?

11. Що таке коефіцієнт потужності? Навіщо на підприємствах його нормують?

12. Як компенсують на підприємствах надлишок реактивної потужності?

13. Яке максимальне значення буде мати струм при резонансі, якщо у колі буде

відсутній активний опір?

14. Чи зміняться резонансні частота, індуктивність чи ємність, якщо в коло з

котушкою й конденсатором включити додатковий активний опір?

15. Як зміняться резонансні частота, індуктивність і ємність, якщо в коло з

котушкою й конденсатором послідовно включити додатковий конденсатор

такого ж номіналу, як існуючий?

16. Як зміняться резонансні частота, індуктивність і ємність, якщо в колі з

котушкою й конденсатором послідовно включити додаткову індуктивність

такого ж номіналу, як існуюча?

17. Як зміняться резонансні частота, індуктивність і ємність, якщо в колі з

котушкою й конденсатором паралельно котушці включити додатковий

конденсатор такого ж номіналу, як існуючий?

Література: [1, с. 81-111; 2, с. 36-90; 4, с. 32-66].

13


Тема. З’єднання споживачів зіркою в трифазному електричному колі

Мета роботи: дослідження властивостей та характеристик трифазного

електричного кола зі з’єднанням споживачів за схемою «зірка»; з’ясування ролі

нульового проводу.


Трифазний змінний струм — метод передачі електроенергії змінним

струмом, при якому використовується три проводи із змінним струмом

однакової частоти, але зі зсунутими піковими значеннями напруги на фазовий

кут 120 градусів.

Трифазні системи можуть мати нейтральний провід. Нейтральний провід

дозволяє використовувати більшу напругу за рівних умов, у той же час маючи

нижчу напругу для однофазних приладів, а також вирівнювати напругу на

фазах за наявності несиметричного навантаження.

Фазні провідники позначаються латинськими літерами L з цифровим

індексом 1…3, або просто літерами A, B і C.

Переваги трифазної системи:

– економічність передачі електроенергії на значні відстані, що

виявляється в необхідності меншої кількості лінійних провідників, а це

знижує витрати на струмопровідні матеріали;

– менша матеріаломісткість 3-фазних трансформаторів;

– можливість простого отримання кругового обертового магнітного

поля, необхідного для роботи електричного двигуна й ряду інших

електротехнічних пристроїв. Двигуни 3-фазного струму (асинхронні та

синхронні) влаштовані простіше, ніж двигуни постійного струму,

одно- або двофазні, і мають високі показники економічності;

– можливість отримання в одній установці двох робочих напруг – фазної

і лінійної, і двох рівнів потужності при з'єднанні на «зірку» або

«трикутник».

Схема з’єднання зіркою з нульовим проводом показана на рис. 3.1.

14

Рисунок 3.1 – Схема з’єднання навантаження зіркою з нульовим проводом

Рівняння для зірки при симетричному навантаженні:Ua=U b=U c=Uф ; I a=I b=I c=Iф ,

де U a , U b , U c ,Uф – фазні напруги навантаження; I a , I b , I c , I ф – фазні струми

навантаження.

Рівняння для зірки при несиметричному навантаженні:

– з нульовим проводом:U a=U b=U c=Uф ; I a+ Ib+ I c=I 0 ,

де I 0 – струм у нульовому провіднику;

– без нульового проводу:U a ≠ Ub ≠U c ; I a+ Ib+ I c=0 ;

U00 '=Ua Y a+U b Y b+U c Y c

Y a+Y b+Y c,

де U00 ' – напруга між нульовими точками джерела та навантаження.


1. Експериментальне визначення струмів і напруг у чотирьохпровідному

колі при симетричному і несиметричному навантаженнях.

2. Експериментальне визначення струмів і напруг у трьохпровідному

колі при симетричному і несиметричному навантаженнях.

3. Побудова векторних діаграм для всіх досліджених режимів, та аналіз

результатів.


15

1. Зібрати схему для дослідження з’єднання споживачів зіркою в

трифазному електричному колі згідно з рис. 3.2.

Рисунок 3.2 – Схема для дослідження з’єднання споживачів зіркою в

трифазному електричному колі

2. Переконавшись, що резистори виставлені на максимальний опір,

увімкнути живлення.

3. Зняти значення фазних струмів і фазних та лінійних напруг для схеми з

нульовим проводом (SA1 вгору) та без нульового проводу (SA1 вниз) для

наступних режимів:

3.1 Симетричне навантаження. Результати записати до табл. 3.1.

Для досягнення симетричного (однакового) значення опорів

навантаження потрібно виставити такий опір резисторів, щоб амперметри

pA1…3 показували однакові значення фазних струмів. При цьому, за рівності

фазних напруг джерела, згідно з законом Ома, опори всіх резисторів теж будуть

рівні.

3.2. Несиметричне навантаження. Результати записати до табл. 3.2.

Для досягнення несиметричного (неоднакового) значення опорів

навантаження потрібно змінити опір хоча б одного з резисторів, щоб

амперметри pA1…3 показували різні значення фазних струмів.

3.3. Обриві фази. Результати записати до табл. 3.3.

16

Для імітації обриву фази потрібно, вимкнувши живлення, прибрати

лінійний провідник будь-якої з фаз, наприклад фази А. Відновивши живлення,

можна продовжувати зняття показань.

Таблиця 3.1 – Результати дослідження при симетричному режимі

СхемаРезультати вимірювань

IА,А

IB,А

IC,А

UA,В

UB,В

UC,В

UAB,В

UBC,В

UCA,В

U00’,В

I0,А

з «0» проводом –без «0» провода –

Таблиця 3.2 – Результати дослідження при несиметричному режимі


IА,А

IB,А

IC,А

UA,В

UB,В

UC,В

UAB,В

UBC,В

UCA,В

U00’,В

I0,А


Таблиця 3.3 – Результати дослідження при обриві фази


IА,А

IB,А

IC,А

UA,В

UB,В

UC,В

UAB,В

UBC,В

UCA,В

U00’,В

I0,А



1. Проаналізувати електричний стан трифазного електричного кола в

різних режимах, побудувати векторні діаграми для всіх дослідів, виконаних у

роботі.

У симетричній трифазній системі фазні напруги зсунуті відносно один до

одного на третину періоду (120°) і рівні за величиною (рис. 3.3).

Лінійні напруги дорівнюють різниці відповідних фазних напруг:

{U AB=U A−U B ;UBC=UB−UC ;UCA=UC−U A ;

17

Рисунок 3.3 – Векторна діаграма для схеми зірка в симетричному режимі


1. Яка трифазна система ЕРС називається симетричною?

2. Які основні переваги трифазних систем?

3. Які співвідношення між фазними і лінійними струмами та напругами при

з’єднанні споживачів зіркою?

4. Пояснити призначення нульового проводу.

5. Чому не ставлять запобіжники в нульовий провід?

6. Від чого залежать напруги на затискачах споживачів за відсутності

нульового проводу?

7. Знайти струм у нульовому проводі та побудувати векторну діаграму для

наступних умов:

U A=380 В ;

RA=RС=10 Ом ;

X A=X B=XС=20 Ом .

Література: [1, с. 184-195; 2, с. 101-119; 4, с. 67-77].

18


Тема. Дослідження однофазного трансформатора

Мета роботи: дослідження експлуатаційних властивостей однофазного

трансформатора шляхом проведення дослідів холостого ходу (ХХ), короткого

замикання (КЗ) і безпосереднього навантаження.


Трансформатор – це електромагнітний статичний пристрій для

перетворення напруги чи струму однієї величини в іншу, без зміни частоти.

Коефіцієнт трансформації:

k=w1

w2=

E1

E2=

I 2

I 1≈

U 1

U 2,

де w1 , E1 , I 1 ,U 1 – відповідно кількість витків, ЕРС, струм та напруга первинної

обмотки; w1 , E1 , I 1 ,U 1 – відповідно кількість витків, ЕРС, струм та напруга

вторинної обмотки.


1. Провести дослід холостого ходу (ХХ).

2. Провести дослід короткого замикання (КЗ).

3. Провести дослід безпосереднього навантаження.

4. Використовуючи отримані дані, розрахувати втрати потужності у

сталі (PСТ) та у міді (PМ).

5. Побудувати характеристики залежності вихідної напруги, коефіцієнта

корисної дії (ККД) та коефіцієнтів потужності від струму навантаження:

U 2=f ( I 2) ;η=f ( I 2 ) ;cosφ1=f ( I 2 );cos φ2=f ( I2 ) .


1. Записати паспортні дані однофазного трансформатора.

2. Зібрати схему для дослідження однофазного трансформатора згідно з

рис. 4.1.

19

Рисунок 4.1 – Схема для дослідження однофазного трансформатора

3. Провести дослід XX однофазного трансформатора, для чого, плавно

збільшуючи за допомогою ЛАТРу напругу первинної обмотки однофазного

трансформатора (приблизно сім вимірів), записати показання приладів до

табл. 4.1.

Таблиця 4.1 – Дослід ХХ

Результати вимірювань Результати обчисленьU10,В

I10,А

P0,Вт

U20,В

сos 0 Z0,Ом

r0,Ом

X0,Ом

4. Провести дослід КЗ однофазного трансформатора, для чого повністю

вивести опір реостату Rн і, плавно збільшуючи за допомогою ЛАТРу напругу

первинної обмотки трансформатора (шість вимірів), записати показання

приладів до табл. 4.2. При цьому щоразу встановлювати струм вторинного

ланцюга (І2) відповідно до коефіцієнта завантаження трансформатора (β=I 2

I 2 H) .

Таблиця 4.2 – Дослід КЗ

Результати вимірювань Результати обчисленьU1K,

ВI1К,А

PК,Вт

I2К,А

cosK ZK,Ом

rK,Ом

XK,Ом

0,250,50,7511,251,5

20

5. Провести дослід безпосереднього навантаження, для чого,

встановивши напругу на первинній обмотці трансформатора 220 В, та

змінюючи опір навантаження і контролюючи коефіцієнт завантаження ,

записати показання приладів до табл. 4.3 (7 значень).

Таблиця 4.3 – Дослід безпосереднього навантаження


U1,В

I1,А

P1,Вт

U2,В

I2,А

P2,Вт

,% cos 1

cos 2

0220…

1,5


1. Заповнити таблиці, використовуючи для обчислення наступні формули:

cos φ0=P0

I10 U 10;Z0=

U 10

I 10; r0=

P0

I102 ;

cos φK=PK

I1 K U 1K;Z K=

U1K

I 1 K;r K=

PK

I1 K2 ;

X 0=√Z02−r0

2; XK=√Z K2 −r K

2 ;

cos φ1=P1

U 1 I 1;cosφ2=

P2

U 2 I 2;

PСТ=P0 (з досліду ХХ);

PМ=PК (з досліду КЗ);

η=P2

P1=

βP1

βP1+ PСТ+β2 PМ

∙100 %

2. Побудувати залежності U 2 , η ,cos φ1 , cos φ2 від I 2, приблизний вигляд яких

наведений на рис. 4.2.

21

Рисунок 4.2 – Графіки залежностей U 2 , η ,cos φ1 , cos φ2 від I 2


1. Наведіть схему однофазного трансформатора. Чим відрізняються

однофазний та трифазний трансформатори?

2. Які основні елементи конструкції однофазного трансформатора.

3. Який принцип дії однофазного трансформатора.

4. Що таке коефіцієнт трансформації?

5. Які причини втрат потужності у сталі та міді?

6. Як експериментально визначити втрати в сталі?

7. Як експериментально визначити втрати в міді?

8. Для чого необхідно проводити досліди ХХ та КЗ?

9. Чи можна замінити дослід під навантаженням дослідами ХХ та КЗ?

10.Чим пояснити збільшення струму первинної обмотки трансформатора, за

умови збільшення струму навантаження?

11.Як залежать ККД і сos трансформатора від навантаження?

Література: [2, с. 193-219; 3, с. 241-258 ; 4, с. 91-108].

22


Тема. Дослідження генератора постійного струму паралельного

збудження

Мета роботи: визначення експлуатаційних властивостей генератора

постійного струму (ГПС) паралельного збудження шляхом експериментального

зняття його основних характеристик.


Двигун постійного струму (ДПС) – це електрична машина, що

перетворює електричну енергію постійного струму в механічну.

Генератор постійного струму (ГПС) – це електрична машина, що

перетворює механічну енергію в електричну постійного струму.

Генератори постійного струму знаходять застосування в системах

електроживлення спеціального устаткування, наприклад у радіотехнічних

установках, при зарядці акумуляторів, для живлення електролітичних ванн і т.д.

Машина постійного струму складається з нерухомої частини, що слугує

для збудження головного магнітного поля, і обертової частини, у якій

індукується ЕРС. Струми від цієї ЕРС, взаємодіючи з головним магнітним

полем, створюють гальмівний момент у генераторному режимі й обертаючий у

рушійному.

Нерухома частина складається зі станини, на якій закріплюються основні

(головні) полюси для збудження головного магнітного потоку і додаткові для

поліпшення комутації в машині.

Головний полюс складається із сердечника, набраного з листової сталі й

укріпленого болтами на станині, і котушки обмотки збудження.

Якорем називають частину машини, в обмотці якої при обертанні її

відносно головного магнітного поля індукується ЕРС. У машині постійного

струму якір складається із зубцюватого сердечника, обмотки і колектора,

насадженого на вал якоря. Сердечник набирається з листів електротехнічної

сталі, ізольованих один від одного лаком. У пази сердечника покладена

обмотка якоря. Для відводу струму від колектора слугують щітки.

23

Характерною частиною електричних машин постійного струму є

колектор. Це порожній циліндр, зібраний з ізольованих одна від одної

клинчастих мідних пластин. Пластини колектора ізольовані також від вала

машини. Провідниками вони з'єднуються з витками обмотки, розміщеної в

пазах якоря. Обертова обмотка з'єднується із зовнішнім ланцюгом ковзним

контактом між щітками і колектором.

Найважливішою класифікаційною ознакою машин постійного струму є

спосіб збудження головного магнітного поля. Одним з них є використання

постійних магнітів на полюсах машини. У багатьох сучасних машинах головне

магнітне поле збуджується за допомогою електромагнітів. Для цього

використовується обмотка збудження зі струмом збудження, розміщена на

сердечниках полюсів машини.

Потужність ланцюга збудження при будь-якому способі включення

обмотки збудження складає 1...5 % номінальної потужності машин.

У машинах з незалежним збудженням обмотка збудження підключається

до незалежного джерела електроенергії, завдяки чому струм у ній не залежить

від напруги на виводах якоря машини.

У машин з паралельним збудженням ланцюг обмотки збудження

з'єднується паралельно з ланцюгом якоря.

У машин з послідовним збудженням струм якоря Ія дорівнює струму

обмотки збудження.

У машинах зі змішаним збудженням на кожному полюсному сердечнику

розташовані дві обмотки. Одна з цих обмоток підключається паралельно якорю,

інша послідовно.


1. Зняти експериментальні дані і побудувати характеристику холостого

ходу (ХХХ) та зовнішню характеристику ГПС незалежного збудження.

2. Проаналізувати отримані результати і зробити висновки про

експлуатаційні властивості ГПС незалежного збудження.

24


1. Записати паспортні дані АД і ГПС.

2. Зібрати схему для дослідження ГПС згідно з рис. 5.1.

Рисунок 5.1 – Схема для дослідження ГПС незалежного збудження

3. Зняти характеристику холостого ходу ГПС паралельного збудження:

UЯ = f(IОЗ) при IЯ = 0 і n = const. Для цього при відсутності навантаження

змінювати за допомогою RОЗ струм обмотки збудження (ОЗ) і контролювати

величину напруги на обмотці якоря ГПС. Для зняття повної характеристики

потрібно змінювати струм обмотки збудження у двох напрямках – спочатку

збільшувати до максимуму, потім зменшувати до 0 А. Результати досліду

занести до табл. 5.1. Приблизний вигляд ХХХ наведено на рис. 5.2.

Рисунок 5.2 – Характеристика холостого ходу ГПС паралельного збудження

25

Таблиця 5.1 – Дослід холостого ходу

№пор.

IОЗ,мA

VЯ,В

Характерніточки

1…9

4. Зняти навантажувальну характеристику ГПС: UЯ = f (IОЗ) при IЯ = const і

n = const. Для зняття навантажувальної характеристики необхідно увімкнути

ключ SA1 і, регулюючи струм збудження, установити струм якоря IЯ = 0,9 А.

Потім, по черзі ключами SA2, SA3 та SA4 збільшувати навантаження ГПС,

відновлюючи щоразу струм якоря IЯ = 0,9 А за допомогою зменшення струму

збудження. Результати досліду записати до табл. 5.2.

Таблиця 5.2 – Дані навантажувальної характеристики

№ пор. IОЗ, А UЯ, B Примітки

1…4

5. Зняти зовнішню характеристику ГПС: UЯ = f(IЯ) при IОЗ = const і

n = const, приблизний вигляд якої наведено на рис. 5.3

Для зняття зовнішньої характеристики необхідно підключити ключами

SА1, SА2 і SА3 навантаження ГПС і, збільшуючи струм збудження, досягти

номінального значення струму якоря IЯ = IH. По черзі вимикаючи SА1…3

зменшувати навантаження, записуючи щоразу показання приладів до табл. 5.3.

Рисунок 5.3 – Зовнішня характеристика ГПС

26

Таблиця 5.3 – Дані зовнішньої характеристики ГПС

№ пор. ІЯ, А U, В Примітки

1…4

6. Перевірити умови збудження ГПС паралельного збудження: узгоджене

включення обмотки збудження та обмотки якоря, а також не перебільшення

опором резистора обмотки збудження RОЗ деякого критичного значення.

Змінити полярність підключення ОЗ і переконатися у відсутності збудження

ГПС.

Обробка результатів. Звіт

1. За даними таблиць 5.1...5.3 побудувати характеристики холостого ходу,

навантажувальну і зовнішню.

2. На підставі аналізу основних характеристик ГПС паралельного

збудження зробити висновки про його експлуатаційні властивості.


1. Наведіть схему ГПС паралельного збудження.

2. Які способи збудження застосовують для ГПС?

3. Які основні елементи конструкції ГПС паралельного збудження.

4. Який принцип дії ГПС паралельного збудження.

5. Як з’єднують обмотки ГПС паралельного збудження?

6. Які втрати потужності мають місце при роботі ГПС?

7. Які причини втрат потужності в сталі та міді ГПС?

8. Як експериментально визначити втрати в сталі ГПС?

9. Як експериментально визначити втрати в міді ГПС?

10. Як залежать ККД і сos ГПС від навантаження?

11. Чим відрізняються характеристики ГПС при паралельному збудженні від

характеристик при інших способах збудження?

Література: [3, с. 27-39, с. 172-195; 4, с. 109-116].

27

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. – М.: Высшая школа,

1996. – 750 с.

2. Касаткин А.С. Электротехника: Учеб. для вузов. / А.С. Касаткин,

М.В. Немцов. – 9-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. –

544 с.

3. Вольдек А.И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1974. – 840 с.

4. Конспект лекцій з дисципліни «Електротехніка, електроніка, та

мікропроцесорна техніка» для студентів неелектротехнічних спеціальностей

денної, заочної та скороченої форм навчання / Упорядн. Некрасов А.В. –

Кременчук: КДПУ, 2002. – 160 с.

28

Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної

дисципліни «Електротехніка в будівництві» для студентів денної та заочної

форм навчання з напряму 6.060101 «Будівництво»

Укладачі: асист. Р.М. Донченко

Відповідальний за випуск в.о. заст. зав. кафедри, к.т.н., доц. А.В. Некрасов

Підп. до др. _______________. Формат 60х84 1/16. Папір тип. Друк ризографія.

Ум. друк. арк. _____. Наклад ________ прим. Зам. №__________. Безкоштовно.

Видавничий відділ КНУ імені Михайла Остроградського

39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ › new › metod ›...

Documents