Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электротехники и электроники

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Лабораторный практикум для студентов

неэлектротехнических специальностей

Часть 2

М и н с к 2 0 0 8

---

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электротехники и электроники

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Лабораторный практикум

для студентов неэлектротехничеcких специальностей

В 3 частях

Ч а с т ь 2

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И АППАРАТЫ

М и н с к 2 0 0 8

---

УДК 621.3+621.38(076.32)

ББК 31.2я7

Э 45

Составители:

И.В. Новаш, Т.Т. Розум, С.В. Домников, М.И. Полуянов,

Р.Р. Мороз, Г.В. Згаевская, В.А. Устимович, Г.А. Михальцевич,

Л.И. Новикова, Е.С. Счастная

П о д р е д а к ц и е й Ю.А. Куварзина и Ю.В. Бладыко

Р е ц е н з е н т ы :

А.А. Мазуренко, Л.И. Сончик

Э 45	Электротехника и электроника: лабораторный практикум для студен-тов неэлектротехнических специальностей. В 3 ч. Ч. 2. Электрические машины и аппараты / Сост.: И.В. Новаш и др.; под ред. Ю.А. Кувар-зина, Ю.В. Бладыко. – Минск: БНТУ, 2008. – 100 с.

ISBN 978-985-479-709-0 (Ч.2).

Настоящий лабораторный практикум предназначен для студентов неэлектротехнических специальностей при выполнении лабораторных работ по курсам «Электротехника», «Электротехника и основы электроники», «Электротехника, электрические машины и аппараты» и включает 10 работ по разделам: «Трансформаторы», «Асинхронные машины», «Ма-шины постоянного тока», «Синхронные машины», «Электропривод».

Каждая лабораторная работа содержит общие сведения, предварительное задание к эксперименту, порядок выполнения работы, указания о содержании отчета, контрольные вопросы.

Расчет предварительного задания к эксперименту должен производиться в период подготовки к занятиям; полученные результаты проверяются опытным путем в процессе выполнения работы.

Лабораторные работы, вошедшие в настоящий практикум, подготовили: Полуянов М.И., Счастная Е.С. – 2.1; Домников С.В. – 2.2.;
Розум Т.Т. – 2.3, 2.8, 2.9; Михальцевич Г.А. – 2.4; Мороз Р.Р. – 2.5; Згаевская Г.В., Новикова Л.И. – 2.6; Устимович В.А. – 2.7; Новаш И.В. – 2.10.

При подготовке некоторых лабораторных работ были использованы труды В.С. Лившица, являющегося разработчиком универсального стенда по электрическим машинам.

Часть 1 данного издания «Электрические цепи» вышла в свет в БНТУ в 2008 году.

ISBN 978-985-479-709-0 (Ч. 2)

ISBN 978-985-479-304-7  БНТУ, 2008

---

ПРАВИЛА РАБОТЫ

В ЛАБОРАТОРИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

1. К работе в лаборатории студенты допускаются только после инструктажа по технике безопасности.

2. Каждый студент должен подготовиться к занятию по данному учебному изданию и рекомендуемой литературе: выполнить предварительный расчет к эксперименту, начертить необходимые схемы, графики и таблицы. Не подготовившиеся студенты к занятиям не допускаются.

3. Перед сборкой электрической цепи необходимо убедиться в отсутствии напряжения на элементах цепи.

4. Сборку цепи следует начинать от зажимов источника, прежде всего собрать цепи тока, а затем – цепи напряжения.

5. Перед включением источника питания на регулируемых элементах должны быть установлены заданные параметры, а регулятор ЛАТРа должен находиться в нулевом положении.

6. Включение цепи под напряжение производится только после проверки ее преподавателем или лаборантом.

7. Изменения в структуре цепи производятся при отключенном источнике питания.

8. Согласно программе работы сделать необходимые измерения и заполнить соответствующие таблицы.

9. Показать результаты преподавателю и получить разрешение на разборку цепи.

10. Привести в порядок рабочее место: разобрать цепи, аккуратно сложить провода.

11. Оформить отчет о выполненной работе согласно требованиям к содержанию отчета в конкретной работе.

12. Представить отчет о работе преподавателю, ответить на контрольные вопросы, получить зачет по выполненной работе и задание к следующему занятию.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: изучение устройства и принципа действия трансформатора; построение схемы замещения и эксплуатационных характеристик трансформатора.

Общие сведения

Трансформатор – это электромагнитный аппарат для преобразования в цепях переменного тока электрической энергии с одним соотношением напряжения и тока в электрическую энергию с другим соотношением напряжения и тока при неизменной частоте. Он позволяет передавать от источника приемникам одну и ту же мощность при разных напряжениях и токах S = U₁I₁ = U₂I₂.

Трансформатор имеет замкнутый сердечник (магнитопровод), на котором находятся две (или более) обмотки, выполненные изолированным медным или алюминиевым проводом (рис. 1.1). Сердечник, собранный из тонких пластин или лент электротехнической стали с хорошей магнитной проницаемостью, служит для усиления магнитной связи между обмотками. Обмотку, подключаемую к источнику преобразуемой энергии, называют первичной (w₁), обмотку, к которой подключают приемник, – вторичной (w₂).

Рис. 1.1

Переменное напряжение источника u₁ вызывает в первичной обмотке ток i₁, который возбуждает магнитный поток. Основная часть потока (Ф) замыкается по магнитопроводу и наводит в обмотках ЭДС:

---

.

При потоке, изменяющемся с угловой частотой  = 2f по синусоидальному закону Ф = Ф_m sin t, действующие значения ЭДС

; .

Отношение ЭДС обмоток

= w₁ w₂

называется коэффициентом трансформации.

Д ля определения технико-экономических показателей, построения характеристик отдельных трансформаторов и электропередач, в которых они используются, анализа аварийных режимов в таких системах и в других случаях необходима схема замещения трансформатора (рис. 1.2), являющаяся его электрической моделью. Физическая модель (см. рис. 1.1) с указанием номинальных параметров и конструктивных данных магнитопровода и обмоток трансформатора делает такие расчеты излишне сложными, неточными, а часто и невозможными.

Рис. 1.2

Параметры схемы замещения трансформатора (см. рис. 1.2) вычисляются по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

В опыте холостого хода к первичной обмотке подводится номинальное напряжение U_1ном = U_1х, а вторичная обмотка размыкается
(I_2х = 0). В опыте измеряются ток первичной обмотки I_1х, потери мощности в трансформаторе Р_х и напряжение на вторичной обмотке U_2х.

Ток холостого хода I_1х у мощных трансформаторов составляет 1…5 % от номинального тока I_1ном, у трансформаторов малой мощности – до 40 %, и в паспортных данных трансформатора указывают его процентное значение:

i_x % = (I_1х / I_1ном)100 %.

Такой небольшой ток создает ничтожно малые потери мощности в первичной обмотке (пропорциональные квадрату тока), следовательно, потери холостого хода Р_х  это магнитные потери в стали сердечника, пропорциональные квадрату магнитного потока, а значит, квадрату напряжения: Р_х = P_ст   . Кроме того, небольшой ток холостого хода в небольших сопротивлениях первичной обмотки создает незначительные падения напряжения, вследствие чего U_1x = U_1ном  Е_1ном (отличие между ними не превышает 1 %), а U_2x = E_2ном, так как I_2x = 0.

По результатам измерений вычисляются:

; ; ; .

Сопротивления R_x, X_x, Z_x заменяют таким образом сердечник транс-форматора: R_x – потери мощности, а Х_х – индуктивное сопротивление первичной обмотки, создаваемое основным магнитным потоком.

В опыте короткого замыкания вторичную обмотку замыкают накоротко, а на первичную обмотку подают такое пониженное напряжение U_1к, при котором токи в обмотках равны номинальным значениям I_1ном и I_2ном. Относительное значение

u_к = U_1к  100 %  U_1ном

называют напряжением короткого замыкания. Оно составляет 5…10 % и характеризует внутреннее падение напряжения в трансформаторе.

В опыте короткого замыкания измеряются токи обмоток I_1к = I_1ном, I_2к = I_2ном, а также напряжение U_1к и потери мощности Р_к. Так как U_1к << U_1ном, то потери мощности в магнитопроводе, пропорциональные квадрату приложенного напряжения, ничтожны. И поскольку токи в обмотках равны номинальным значениям, то потери Р_к – это мощность потерь в обмотках трансформатора.

---