Файл: задания по ВМиПП в матлабе.pdf

114 

1

U

I

1

P

2

U

2

I





1

cos



1 

2 

3 

4 

5 

6 

5.3.3  Обработка результатов измерения 

По измеренным данным в таблице 5.4 рассчитать: 

20

10

2

1

U

U

E

E

n





 - коэффициент трансформации; 

%

100

I

I

I

H

1

0

%

0





 - ток холостого хода (ток намагничивания) в % от номинально-

го тока первичной обмотки; 

0

10

0

0

I

U

P

cos







 - коэффициент мощности трансформатора при работе на холо-

стом ходу. 

Результаты расчетов занести в таблицу 5.4. Кроме того, определить пара-

метры цепи намагничивания Г-образной схемы замещения трансформатора: 

0

10

0

I

U

Z



 - полное сопротивление цепи намагничивания; 

2

0

0

0

I

P

r



 - активное сопротивление; 

2

0

2

0

0

r

Z

x





 - реактивное сопротивление. 

По измеренным данным таблицы 5.5 рассчитать: 

%

100

U

U

U

H

1

K

1

%

K

1





 - напряжение короткого замыкания в % от номинального на-

пряжения первичной обмотки трансформатора; 

К

1

К

1

К

K

I

U

P

cos







  -  коэффициент мощности  трансформатора  в опыте короткого 

замыкания. 

Результаты расчетов занести в таблице 5.5. Кроме того, определить пара-

метры  Г-образной схемы замещения трансформатора: 

К

1

К

1

К

I

U

Z



 - полное сопротивление короткого замыкания; 

2

К

1

К

К

I

P

r



 - активное сопротивление; 

2

К

2

К

К

r

Z

x





 - реактивное сопротивление. 

По  рассчитанным  параметрам,  нарисовать  Г-образную  схему  замещения 

трансформатора. На схеме указать значенийя сопротивлений и индуктивностей. 

По измеренным данным таблице 5.6 рассчитать: 

H

2

2

I

I





 - коэффициент нагрузки трансформатора; 

115 

0

K

2

1

0

K

2

P

P

P

P

P

1





















 - коэффициент полезного действия трансформатора; 

1

1

1

1

I

U

P

cos







 - коэффициент мощности трансформатора.  

Результаты расчетов занести в таблицу 5.6. 
По  данным  таблицы  5.6  на  одном  графике  построить  рабочие  характери-

стики трансформатора: 

)

(

f

I

1





,  

)

(

f

U

2





, 

)

(

f







 и 

)

(

f

cos

1







. На отдельном графике 

построить внешнюю характеристику трансформатора 

)

I

(

f

U

2

2



. 

Проанализировать полученные результаты, сделать выводы по работе. 

5.4  Контрольные вопросы к лабораторной работе №4 

1. Опишите принцип действия трансформатора. 
2.  От  чего  зависит  результирующий  магнитный  поток  в  магнитопроводе       
трансформатора? 
3. Какими уравнениями описывается работа трансформатора? 
4. Опишите векторную диаграмму трансформатора при работе под нагруз-
кой. 
5. Опишите схему замещения трансформатора. 
6. Опишите принцип определения параметров схемы замещения. 
7. Опишите внешнюю характеристику трансформатора. 
8. Опишите виды потерь в трансформаторе. 
9. Опишите принцип расчета и график изменения К.П.Д. трансформатора? 
10. Каким образом экспериментально определить потери в трансформато-
ре? 

116 

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5  

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения 

 
Цель работы: Ознакомиться с принципом действия и характеристиками 

двигателя постоянного тока. 

 
6.1  Теоретическое введение 

Основными частями машины постоянного тока являются (рисунок 6.1): 
Станина с магнитными полюсами.  
Станина (1) является несущей частью машины, кроме того, через станину 

замыкается магнитный поток полюсов. Станина отливается из чугуна или ста-
ли. К станине крепятся основные полюса (2) с обмотками возбуждения (3), соз-
дающими основное магнитное поле машины. Обмотки возбуждения соединяют 
последовательно так, чтобы полюсы электромагнитов N – S чередовались. Ос-
новные полюсы для уменьшения потерь от вихревых токов набираются из тон-
ких  листов  электротехнической  стали.  Поверхность  основного  полюса,  обра-
щенная к якорю, расширяется и образует полюсной наконечник (4), форма ко-
торого подбирается так, чтобы получить желаемое распределение индукции по 
окружности  якоря.  Линии,  проходящие  через  середины  основных  полюсов  и 
центр  якоря,  называют  продольными  магнитными  осями  машины  (5).  Линии, 
проходящие  по  середине  между  смежными  полюсами,  называют  геометриче-
скими нейтралями (6) или поперечными магнитными осями.  

1

4

8

10

6

5

2

3

7

10

3

2

4

9

Рисунок 6.1 - Устройство машины постоянного тока 

117 

Якорь с обмоткой и коллектором. Якорь состоит из зубчатого сердечни-

ка, набранного из пластин электротехнической стали (7). В пазы якоря уложена 
обмотка (8) концы которой подключены к коллектору (9)  – цилиндру, набран-
ному из медных, изолированных пластин.  Щетки (10), установленные в специ-
альные щеткодержатели. Щетки служат для отвода тока от вращающегося кол-
лектора у генератора или подвода тока к вращающемуся коллектору двигателя. 

ЭДС якоря, электромагнитный момент 

При движении обмотки якоря в магнитном поле машины провода обмотки 

пересекают  линии  магнитного  поля  и  в  обмотке  якоря  по  закону  электромаг-
нитной индукции наводится э. д. с.: 

Ф

с

Е









, 

где:  Ф  –  магнитный  поток  одного  полюса, 

30

n









-  угловая  скорость 

вращения якоря, n – частота вращения якоря [об/мин], с - постоянный коэффи-
циент (конструктивная постоянная): 

a

2

N

p

с











, 

р  –  число  пар  полюсов  машины  постоянного  тока,  N  -  общее  число  про-

водников якоря, 2а – число параллельных ветвей обмотки якоря. 

Электромагнитный  момент  (в  ньютон-метрах),  развиваемый  всеми  про-

водниками обмотки якоря: 

Я

ЭМ

I

Ф

c

М







, 

где  

Я

I

 - ток якоря двигателя. 

Двигательный и генераторный режимы машины постоянного тока 

Электрическая машина может работать в режиме генератора или двигате-

ля.  Следовательно направление  преобразования  энергии  может  меняться.  Это 
основное свойство электрической машины называется обратимостью.  

Если к зажимам приведенного во вращение якоря присоединить сопротив-

ление нагрузки, то под действием ЭДС якоря в его цепи возникнет ток. Машина 
будет  работать  в  качестве  генератора.  Уравнение  электрического  равновесия 
цепи якоря для генераторного режима: 

Я

Я

I

r

E

U







, 

то есть напряжение на зажимах генератора меньше его ЭДС на величину паде-
ния напряжения на внутреннем сопротивлении якоря  r

Я

.. С появлением тока в 

обмотках якоря, находящегося в магнитном поле, возникнут электромагнитные 
силы. При вращении якоря с постоянной скоростью вращающий момент равен 
тормозному  электромагнитному  моменту  генератора.  Получим  уравнение  ба-
ланса мощностей цепи якоря генератора: 

118 

2

Я

Я

Я

Я

I

r

I

U

I

Е











. 

Мощность отдачи энергии нагрузке и мощность потерь в обмотке якоря состав-
ляют электромагнитную мощность, развиваемую генератором и равную прило-
женной к валу механической мощности. 

В двигательном режиме на зажимы якоря необходимо подать напряжение 

от  внешнего  источника.  Это  вызовет  ток  в  цепи  якоря  и  при  этом  возникнет 
электромагнитный момент, который будет вращать якорь. При этом в обмотках 
якоря, движущихся в магнитном поле будет наводится ЭДС, направленная про-
тив приложенного напряжения (противо-ЭДС). Уравнение электрического рав-
новесия для цепи якоря в двигательном режиме: 

Я

Я

I

r

E

U







. 

Приложенное  к  зажимам  якоря  напряжение  равно  сумме  противо-ЭДС  и 

падения  напряжения  на  внутреннем  сопротивлении  якоря.  Баланс  мощностей 
для якорной цепи в двигательном режиме: 

2

Я

Я

Я

Я

I

r

I

E

I

U











. 

Мощность,  поступающая  от  внешнего  источника  в  цепь  якоря  равна  электро-
магнитной мощности и мощности потерь в обмотке якоря.  

Механическая характеристика двигателя постоянного тока                 

независимого возбуждения 

Из  всех  характеристик  двигателя  постоянного  тока  наибольшее  значение 

имеет механическая характеристика – зависимость угловой скорости вращения 
от момента нагрузки при постоянном напряжении и сопротивлении якоря: 

М

)

Ф

c

(

r

Ф

c

U

2

Я













. 

Вид  механической  характеристики  двигателя  существенно  зависит  от  способа 
возбуждения.  Так  для  двигателя  независимого  и  параллельного  возбуждения  
величина 

const

Ф

с





  и  практически  не  зависит  от  тока  якоря  и  скорости  враще-

ния. Механическая характеристика имеет вид, показанный на рисунке 6.2.  

M

Ф

c

U

0











н

2

Я

н

М

Ф

с

r











н

М

н





0