МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
СКИЙ ГОСУДАРТСВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
“МАМИ”
Юораторный ишпик9н
по курсу
Электротехника и электроника»
ические машины и трансформаторы
библиотека ;
МГТУ	' 4
УЧЕБНЫЙ ФОНД/ \
Москва, 2004
-2-
Апаров А.Б., Коробченко В.П. Крашенинников А.В.,
Крещенко М.А., Макаров А.К., Петленко Б.И., Прохоров
В.А., Пучинский В.Н.
Лабораторный практикум по курсу «Электротехника и
электроника» по разделам «Электрические машины и
трансформаторы». /Под редакцией д.т.н., проф., Пет-
ленко Б.И./, стр.-89
В практикум включены описание лабораторных работ
курса «Электротехника и электроника» по разделам
«Электрические машины и трансформаторы».
Выполнение лабораторных работ осуществляется на
типовых стендах ЭВ-4.
©
Московский Государственный технический университет
“МАМИ’:
~ i-
Лабораторная работа № 7
Исследование однофазного трансформатора
Цель работы: Ознакомление с устройством, принципом действия, иссле-
довать основные характеристики, определить параметры
схемы замещения однофазного трансформатора.
Основные теоретические положения
Трансформатором называют электромагнитное статическое устройство,
служащее для преобразования (трансформации) уровней переменных
напряжений и токов при неизменной частоте.
По количеству фаз преобразования трансформаторы так же, как и
электрические цепи, могут быть однофазными и многофазными (например,
трехфазными).
Устройство трансформатора
Конструктивно трансформатор состоит из обмоток и сердечника
(магнитопровода), на котором располагаются обмотки.'
Для усиления магнитной связи между обмотками магиитопровод
выполняется из ферромагнитного материала. Для снижения потерь энергии,
подводимой к трансформатору, сердечник выполняется: во-первых, из
магнито-мягкого материала, те. материала, имеющего узкую петлю
гистерезиса (для снижения потерь энергии на гистерезис) и, во-вторых,
шихтованным, те. не монолитным, из отдельных изолированных листов
(пластин) электротехнической стали (для снижения потерь энергии на
вихревые токи).
Обмотка с числом витков CD J, к которой подводится напряжение И/,
называется первичной, а обмотка с числом витков CD?, к которой
подключается нагрузка ( или с которой «снимается» электрическая энергия
нужных параметров U?, I2 ) называется вторичной. Вторичных обмоток
может быть несколько. Исходя из расположения обмоток на
магнитопроводе, различают два типа конструкций трансформаторов:
- стержневого типа (рис. 1, а);
- броневого типа (рис. 1, б).
а)	б)
Рис 1
Принцип действия трансформатора
Принцип действия трансформатора основан на явлениях само- и вза-
имоиндукции, количественная оценка которых устанавливается законом
электромагнитной индукции. Согласно закону электромагнитной индук-
ции, переменные магнитные потоки Фд7, Ф$2. Фщ результирующего
магнитного поля, созданного токами lj и 12 (см. рис.2), наведут в обмотках
(О] и (02 э.д.с. €/ и е2 (рис.2):
d$2	d[(O2’№s2 +Фц)] d¥si d(I>x,
=	= ~----------------= _C7Z~ ~(и’ =esi+eMi’>
at	at	dt dt
d¥z d[(or^si +Фи)1	дф
^2 =-------~a>2- -^7r-eS2+elW.
dtz d.t	cltz dt
(1)
dt
В выражениях (1):
и И>2,
Ф$1. Ф$2	- магнитные потоки рассеяния обмоток (О/
соответственно,
Ф,/ - основной магнитный поток, проходящий по магнитопроводу -
поток взаимоиндукции между обмотками;
^;=<0;-фЛ7, Ч^игФзг - потокосцепления рассеяния обмоток (О/
И СО2,
eSI = -d¥Sl/dt, eS2 = -d¥ S2/dt - э.д.с. самоиндукции, наве-
денные потоками рассеяния Фд-Ь Флг в обмотках ft); и (О2, соответ-
ственно,	аф	d(P/
=~0>i ‘ г См2 =~(t)2~	' * 3 Д с > наведённые в обмотках
<0/ и 0)2 основным магнитным потоком Ф.у. Поскольку Ф.и в общем
случае определяется результирующим магнитным полем, созданным токами
I, п Ь, См/ и ё<,12 называют трансформаторными э.д.с., не уточняя, какие
это э д.с.: самоиндукции или взаимоиндукции.
Отношение
£>/2
называют коэффициентом трансформации.
Отметим, что поток Фо нелинейно связан с токами I] и 12, из-за
нелинейности кривой В - f(H) намагничивания сердечника (см. рис.З).
Потоки Ф$] и Ф$2 можно считать линейными функциями от
соответствующих токов /'/ и Л, поскольку магнитные сопротивления
данных потоков будут в основном определяться линейными магнитными
сопротивлениями воздушных участков (с Д = 1 ) этих путей (см. рис. 2), не
зависящих от величин токов /; и i2. Исходя из сказанного, потокосцепления
¥<21 и ¥<22 можно определить в виде следующих равенств:
oii'd^in/dt	to]
-------------= — = n
(o 2'd0ii/dt -
(2)
-У'
'Psi = Lsi 'if, Wsi = Ls2  12, ’	(3)
где Lsi, L$2 - индуктивности рассеяния обмоток (D/ и (Di, соответственно
(Lgi, Ls2 определяются конструктивными параментамн трансформатора и
не зависят от токов I/и I2, т.е. являются постоянными величинами).
Рис. 2	Рис. 3
Схемы замещения трансформатора
Согласно второму закону Кирхгофа и закону Ома для магнитной цепи
установившееся электромагнитное состояние трансформатора описывается
следующими уравнениями:
dit	d<PtM
W/ = ij'R)+L$]'~dt + Wi’dt ’
d ’12	d<f>yi
U2 = -l2’R2-LS2^£ "tM-dt ’ f
U2=f(l2)'i
Фм
if (p]+ ij' (Di
lcp/( ца-S)
где Ri и R2- активные сопротивления обмоток (Dj и (Di, соответственно;
F = if (D/+ i2' (D2 магнитодвижущая (м.д.с.) сила трансформатора;
Z ц - 1ср/(/ID'S) -магнитное сопротивление сердечника потоку ФЛ/;
lcp, S, /.ill -параметры сердечника - средняя длина, площадь
поперечного сечения, абсолютная магнитная проницаемость сердечника,
соответственно (рис, 2).
Уравнения (4) с учетом (5) являются нелинейными, из-за нелинейной
зависимости Z p=f [pa (Я)]. Следовательно, если даже основной поток
Фи, а значит и магнитная индукция В в сердечнике будут изменяться по
закону синуса:

Фм = Фп^  sin	В = Фм/S = В,„- sin CD t,	(6)
токн I] и 12, а значит и напряженность Н магнитного поля будут
изменяться уже не по синусоидальному закону, т.е. будут
несинусоидальными.
С целью упрощения анализа уравнений (4) несинусоидальные токи // и
12, напряженность Магниткою поля в сердечнике заменяют
эквивалентными синусоидальными (для краткости эквивалентные
синусоидальные /’/, /?, И обозначаются так же, как и несинусоидальные
11,1т, Н\
Н=Н,„- sin(COt+d),	(7)
h 1 тГ sin С Wt +Vn)-, i2 = Im2'sin( C0t+Vi2),	(8)
где	- угол сдвига фаз между фазами Н и В, определяющий
отставание во времени В от Н. Заметим, что выражения (6), (7)
определяют параметрические уравнения эллипса (рис. 4), которым
заменяегся (эквивалентируется) реальная кривая намагничивания В =
-f(H) (рис. 3). Следовательно, величина угла <5 является также
параметром, определяющим потери мощности в сердечнике.
Из закона полного тока вытекает соотношение, которое в комплексной
форме имеет вид
~ I ml ’<i)j + Im2 (От — CD /' ( 7 ,п1 + I ml) ~ (О j Imp, (9)
где Н = Нт~ - комплексная амплитуда напряженности магнитного
поля в сердечнике;
I т2 = I ml ' е1*‘‘, J ml = I m2 "	'2 * комплексные амплитуды токов
h J1;
I’ml ~	'1т2 -комплексная амплитуда расчетного тока I 2,
протекающего во вторичной условной обмотке, имеющей число витков
СО/, т е. приведенной к числу витков первичной;
imfi=hnfT е комплексная амплитуда расчетного тока /д, опреде-
ляющего магнитное состояние сердечника.
Таким образом, в рамках метода эквивалентных синусоид, суть
которою поясняется формулами (6) и (7), уравнения (4), (5) перепишутся
в виде:
и, = I, -(R, +j-xSi) -	?
U2 = h ’(Bl +j'Xsi) + Ёмт;	(10)
u2=i2zH,i^i1+r2, J
ФтМ = 1тр	(П)
где £„/ = 4,44'й)/-/’-ф,Л1/-е*-/9й, Ёи2= ^^^(От'/’Ф^-е^0 - комплекс-
ные действующие значения трансформаторных э.д.с. С^ц и е^т;
- ?-
Xsi = CO'Lsi, Xs2 = (D'Ls2 индуктивные сопротивления рассеяния
обмоток (Оi и О)2 ;
Z// = zlf • eJVH - комплексное сопротивление нагрузки;
М
Zji = Zfj' е - комплексное сопротивление сердечника магнитному
потоку Фи, комплексная амплитуда которого
Ф,пЛГ Ф/пЧ" = ФтМ
Приведем вторичную обмотку трансформатора к числу витков
первичной обмотки. Для этого второе уравнение (10) умножим на П =
= О)//О)2 и введем обозначения
x’S2 = n2-xSL,R'2^n2R2, z'H = n-zH, 'I	(12)
U’2= п 'th , Е'м2 = п 'Ём2= Ё\11-
Введем также комплексное напряжение	компенсирующее
трансформаторную э.д.с Ещ'.
V„- Е„, -4,44 • о,1, 	[и. i-.	-«].
=	[	С'3)
где2>г(О ’О)2j’ Zp '	® = Z,iff?комплексное сопротивле-
ние взаимной индукции приведенного трансформатора, модуль и
аргумент которого
г,„ = (У -О) i/z^tp,„=90-д
У реального трансформатора, т.е. трансформатора, имеющего потери
мощности на гистерезис и вихревые токи, Z имеет как мнимую
составляющую Хи, определяющую магнитную, связь обмоток, так и
вещественную составляющую характеризующую потери мощности в
сердечнике; на самом деле
zM= z,u-e JV,'= Zu'ksin д+j-cos 3) = Rv+jXu. (14)
С учетом (12), (13), (14) уравнения (10) приводим к виду:
Ui = 1г(Rj +j-XSi) - Eui;
(J’2 - ~i’2'(R’2 + j'x’s2) + Ё’л12; >	(IS)
[/’2=r2-z’w;/Z2=/; + /’,;
где Ёлц = Ё’м2 = ~(Jм= ip lfi‘(u
Формула (11) определяет схему замещения магнитной цепи, уравнения
(15) - схему замещения электрической цепи трансформатора. Данные
схемы приведены на рис. 5, 6, соответственно. На рис. 7 приведены
векторные диаграммы трансформатора, работающего на активно-
индуктивную (а) и активно-емкостную (б) нагрузки.
- s-
Ф/11Л1
Определение параметров трансформатора
Параметры трансформатора определяются экспериментально из опытов
олостого хода (х.х.) и короткого замыкания (к.зф
-9-
В режиме х.х. вторичная обмотка трансформатора разомкнута (	= О,
// = 11Х.Х. ), потребляемая трансформатором активная мощность Pixx
рассеивается в сердечнике в виде мощности потерь Pfe на гистерезис и
вихревые токи и в первичной обмотке (У/, в виде мощности потерь Рси в
меди, т е.
Р1Х.Х = Рре + Рси = Рге+ f 1XX. ‘R]	(16)
Поскольку опыт х.х. проводится при номинальном напряжении U/ц.
амплитуда потока Фпм, а следовательно, и амплитуда индукции В,„ бу-
дут номинальными, т е. расчетными для трансформатора. Из курса ТОЭ
известно, что удельная мощность потерь энергии в ферромагнитном
материале ~В'‘т, где n > 1 . Следовательно, в первом приближении можно
считать, что Рре как составляющая мощности Piх.хбудет не меньше Рре
для любого другого режима работы трансформатора. С другой стороны,
величина тока Iix.x. намного меньше 1щ (Jixx. ! hn hn~ 0,05)- тока
I] в нагрузочном (расчетном) режиме. Следовательно,
Р1ХХ. = Р Ее
Таким образом, величину Rm в первом приближении можно найти по
*°р“УЛе	А Р,хх.
КМ 72—“
1 IX.X
(17)
Учитывая, что Хм » Xsi, Хм в первом приближении найдем по
формуле
-Ум =^Zxx.' Rm ,	(18)
где
zxx = Uml Iix.x.	(19)
В режиме к.з. вторичная обмотка замкнута накоротко (1Л=0, J2 =hx.3.)-
Внимание. Режим к.з., проведенный при номинальном напряжении
Uih, является аварийным и опасным для исследователя, так как токи и
динамические усилия, возникающие в обмотках в режиме к.з. при Uщ.з. ~
= Um, превышают номинальные в 20 40 раз.
Режим к.з. проводится при таком напряжении Ui = Uix.3., при котором
ток I2K.3. Ьн
Режим к.з. позволяет определить линейные параметры первичной и
вторичной обмоток трансформатора, т е R/, X$i, R2, Х$2
Так как напряжение Uix.3. составляет - 5 % Uju, амплитуда потока
а следовательно, и амплитуда индукции В,„ будут незначитель-
ными по сравнению с номинальными значениями. Петля гистерезиса
также будет незначительной по сравнению с номинальной кривой В (Н)
Следовательно, для режима к.з. 8 » 0, Rm ~ 0, Хм »z ’2^(R’2)2+ (X’S2)2.
-to-'
Схема замещения трансформатора, находящегося в режиме к.з., пред-
ставлена на рис.8.
Таким образом,
Z/C. з. -	=^( R1+R ’z)2+ (xst +x’S2)2-,	(20)
11 КЗ.
Рк.з. = Р 1к.з.'( Ri+R’i).	(21)
Измерив Ркз и вычислив по формуле (20) Zk.3., находим
Рк.з. = Rj + R!3 =  }К'3' ;	(22)
1 ,к-3-
Хк.З. = Xsi + X9кг	zК.З.- Р‘к.3..	(23)
У реальных трансформаторов Ху/ « X S2 . R1 ~R поэтому, зная Rk.3.
и Хк.З., находим
Ri = Rk.3./2;Xsi = xk.3./2	1	(24)
= Я7/(н"’) ; X,s’2 = X.y;/(n2) J
и уточняем '
X\f = Хщ-хХ1, 1	(25)
Rm = Rm~ R/ ^
Характеристики трансформатора
Основными характеристиками трансформатора являются внешняя
характеристика U2 (1т) и рабочие характеристики /у (Л), ?/ (/2), пример-
ный вид которых приведен на рис 9
Ri Lsi
О--1—1—/УУЛ________
iiK.3.
it 1к.з.
R’ 2 L ’у?
о--ГТ-^VV)_________
Рис. 8
*) Уточненные значения параметров Rm, Хм все же остаются оценоч-
ными, т е. предельными, т.к. параметры Rm, Хм зависят от режима
работы трансформатора.

Задание по работе
1.	Ознакомиться с устройством, принципом действия однофазного
трансформатора.
2.	Исследовать однофазный трансформатор в режимах:
а)	холостого хода;
б)	активной нагрузки;
в)	короткого замыкания.
3.	По экспериментальным данным рассчитать параметры, построить на милли-
метровой бумаге характеристики U2 (h), Ii (/?), Ч (/?) однофазного транс-
форматора.
Методические указания по выполнению работы
1.	Собрать схему для проведения опита х.х. трансформатора (рис.10).
2.	Провести опыт х.х. трансформатора при номинальном напряжении Um =
= 220В. Измеренные значения тока в первичной обмотке, потребляемой
мощности Pixx трансформатора занести в табл. 1.
3.	Ко вторичной обмотке трансформатора подключить цепь, состоящую из
трех последовательно соединенных переменных резисторов Ru и
амперметра с диапазоном измерения не менее 1 А; к зажимам вторичной
обмотки подключить также вольтметр (рис.11).
4.	Исследовать нагрузочный режим работы трансформатора при номинальном
напряжении Um, изменяя ток (с помощью йи) в пределах 0.1,...,1 0А.
Значения токов Л, 12, напряжения U2l потребляемой мощности Р, занести в
табл. 2.
5.	Собрать схему для проведения опыта к.з. (рис. 12). С помощью Атр
установить напряжение Unci на первичной обмотке, при котором I2k.i = 1А-
Измеренные значения тока Inci, напряжения Unci, мощность Р1К1 занести в
табл. 3.
6.	По результатам измерений определить:
а)	коэффициент трансформации;
б)	полное сопротивление zxx трансформатора в режиме х.х.;
в)	оценки х«;
г)	полное сопротивление zKi трансформатора в режиме к.з.;
д)	сопротивления т Rxi ,Xki трансформатора в режиме к.з.;
е)	параметры /?,, R2, Хд,, Xs2 трансформатора;
ж)	уточненные параметры Ry, х.и,
з)	активную мощность Р2 и к п д. г/ трансформатора для всех значений 12 в
режиме нагрузки.
7.	Результаты расчетов (п.6) занести в соответствующие табл. 1,2,3, а также в
табл. 4 найденные параметры трансформатора.
-12-
8. По расчетным и экспериментальным данным построить на
миллиметровой бумаге в единой системе координат U? (I?), 1/ (/j),
U/.V.X = 15В
Таблица 1
Измерено					Вычислено		
У/ХЛ'.	Лхх	Р/XX	£Лхх	ч	ZXX.	Км	*М
В 220	А	Вт	в	о.е.	Ом	Ом	Ом
								
Таблица 2
№	Измерено					Вычислено	
	и,н	lL__	Р,	U2		Рг	Ч
	В	А	Вт	В	А	Вт	о.е.
1 6				о,1 1,0				
-/а.
Таблица 3
Измерено				Вычислено		
U /к.з.	1/к.з.	Р IK.3.	Ькз.	Z к.з.	R к.з.	-V КЗ.
В	А	Вт	А	Ом	Ом	Ом
			1,0			
Таблица 4
Параметры трансформатора					
Я/	XS1	Ri	Xsi	Rm	Хм
Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом
					
Содержание отчета
1.	Цель работы.
2.	Задание на работу.
3.	Электрические схемы проводимых экспериментов, схема замещения
трансформатора.
4.	Таблицы с экспериментальными и расчётными данными.
5.	Необходимые расчёты.
6.	Графики характеристик трансформатора.
Контрольные вопросы
1.	Объясни! ь устройство и принцип действия трансформатора.
2.	С какой целью проводится опыт х.х..
3.	С какой целью проводится опыт к.з..
4.	С какой целью сердечник трансформатора изготавливается из
отдельных листов электротехнической стали
5.	Почему при увеличении тока во вторичной обможе увеличивается и
ток в первичной обмотке трансформатора.
- 74-
Лабораторная работа №8
Исследование асинхронного трехфазного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором
1(ель работы Изучение устройства .принципа действия .механической п
рабочих характеристик трехфазпого асинхронного
электродвигателя с короткозамкнутым ротором
Основные теоретические сведения
Асинхронный электродвигатель как и любая электрическая машина
является машиной обратимой, т.е. может работать и как генератор, но
наибольшее применение асинхронная машина получила в качестве
двигателя.
Асинхронные двигатели в настоящее время являются наиболее
применимыми. Среди них наибольшее распространение получили
грехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором. Их основными
преимуществами, по сравнению с другими типами двигателей
(коллекторный двигатель постоянного тока, синхронный и др.) являются
простота конструкции, отсутствие вращающихся контактов, меньшая
стоимость, простота обслуживания и пуска.
АД обладает тремя существенными недостатками. Трудностью
регулирования частоты вращения, сравнительно низким коэффициентом
мощности (COS(C>) и относительно малым пусковым моментом.
Поэтому АД в основном применяется в тех производствах , где
регулирование частоты вращения не требуется . В случаях , когда по роду
производства это является необходимым , АД питается от специального
преобразователя частоты.
Диапазон мощностей, на которые выпускаются АД, составляет от долей
ватта до нескольких тысяч киловатт.
Устройство и принцип действия АД
Основными частями АД является неподвижный статор и вращающийся в
подшипниках ротор.
Статор собран из листов электротехнической стали. Па его внутренней
поверхности имеются пазы, в которые заложена трехфазиая обмотка .
Обмотка статора соединяется в звезду или в треугольник и к ней подводится
трехфазное питающее напряжение.
Ротор собран из листов электротехнической стали и имеет пазы на
наружной поверхности. Его обмотка состоит, как правило, из алюминиевых
стержней. Ее получают путем заливки в пазы расплавленного алюминия. По
торцам стержни обмотки ротора накоротко замкнуты алюминиевыми или
медными кольцами.
~iS-~
Эти кольца называют короткозамыкающими, отсюда и происходит название
ротора.
Статор и ротор отделены друг от друга воздушным зазором, который
выполняется возможно малым ( доли миллиметра ).
АД работает следующим образом
11ри низании обмоток статора трехфазным напряжением в воздушном
..норе ЛД возникает вращающееся магнитное поле (ВМП) Лмпз|1т\тл
индукции ВМП постоянна. Частота вращении поля статора равна
60f об
nt=---- ---
р
(1)
МИН
где f =50 Гц- частота питающего напряжения , р- число пар полюсов
( р = 1,2,3...) обмотки статора.
0 табл. 1 приведены значения частот вращения магнитного поля статора в
зависимости от числа пар полюсов р (/=50 Гц).
Таблица I
р	1	2	3	4
об/мин	3000	1500	1000	750
Магнитное поле, вращаясь относительно сначала неподвижного ротора,
пересекает его и наводит в его обмотках по закону электромагнитной
индукции ЭДС, которая вызывает в этих обмотках токи. Последние ,
взаимодействуют с ВМП, и создают вращающий момент , под действием
которого ротор приходит в движение.
Частота вращения ротора /7, будет всегда меньше /7,. Разность между п1
и /7,, отнесенную к частоте вращения называют скольжением ротора
п. - п.
s = —-----:
Р
Обычно при нормальной рабою АД
=0,05 ч- 0,085 , а Л,„=(0,95 ч- 0,92) л.
, т.е. близкд к /7, .
Одинаковая (синхронная) скорость ротора тд п поля статора /7,
невозможна. Действительно, при одинаковой скорости ротора и
--1& -
вращающегося поля, ротор будет неподвижен относительно магнитного
поля статора. При этом в роторе исчезнут ЭДС и токи и , следовательно,
вращающий момент. Таким образом основным свойством АД является
несинхронная (асинхронная) скорость ротора и ноля. Отсюда двигатели,
работающие по этому принципу и называют асинхронными.
Вращающий момент АД
Частота вращения ротора из (2)
П-, =/?,(] - У).
Разность скоростей ВМП и ротора п, — п2 .
С учетом (3) частота индуцированной ЭДС и токов в роторе равна
pn}(nt -пг) рп{ ,
60л,	60	1
(3)
(4)
Индуктивное сопротивление обмотки ротора
Х2 = 2л/, L2 = 2rftsL2 = x2hs ,	(5)
где Х2н - индуктивное сопротивление неподвижного ротора ,
когда /, = /, .
Величина ЭДС индуцированной в роторе ВМП также пропорциональная
скольжению 5
Б. = E2hs ,	(6)
где Е2и - ЭДС неподвижного ротора .
Модуль тока ротора
, Е, Е„	E.„s
12 =	= -у====== = -====^==== ,	(7)
л/^Т+а-; лМ+(Х,,)’
где Г, - активное сопротивление обмотки ротора .
Вращающий момент АД создается в результате взаимодействия ВМП и
индуцированных им токов в обмотке ротора .
Для АД ,как и для любого электрического двигателя, можно записать
-i?-
Л7 = СФ/2 cos^o, = СФ/2я ,	(8)
где Ф - магнитный поток ВМП статора ,
С - постоянная величина зависящая от конструкции АД ,
/2 - ток обмотки ротора ,
/2и - активная составляющая тока в обмотке ротора ,
<Рт- угол сдвига фаз ЭДС и тока в обмотке ротора .
COS<p2
Активная составляющая тока в роторе
/->„ = Д COS <р, = /, -===й==- .	(9)
- - -
С учетом (9) выражение для вращающего момента АД можно представить
в виде
sE г2
М = СФ-—'	(10)
Д + (лх2п)
Из (10) следует, что вращающий момент АД зависит только от скольжения
5. При 5 — 0 и 5 —> со ЛД = 0 . Следовательно , существует
максимальное (критическое) значение момента Мk . Скольжение, при
котором момент максимален называется критическим Sk. Оно называется
так потому, что при моменте сопротивления иа валу больше максимального
М двигатель останавливается. Зависимости скольжения или частоты
вращения от момента на
характеристиками АД ( рис. 1 а и
валу называются механическими
Рис. 1
б)
- -14-
Рабочая (устойчивая) часть механической характеристики лежит на участке
от П0(л' - 0) до nk(s = Л\.). Устойчивая работа АД с частотой вращения
меньшей пк - невозможно . Номинальный момент Ми всегда выбирают в
,, ,,	, К
1,7-3,0 раза меньше максимального М .. Отношение, л1; =-- называют
М„
перегрузочной способностью двигателя..
дМ
Взяв-----и приравняв ее к нулю , получаем
ds
х2„
Соответственно максимальный момент равен
ВМГ1 индуцирует в обмотках статора н ротора АД ЭДС
пропорциональные величине магнитного потока Ф . АД проектируют так,
чтобы основная доля приложенного к статорной обмотке напряжения [/, ,
уравновешивалась ее ЭДС самоиндукции Е{,т.е. Uj ~ Л, ~ г^Ф.
При этом вращающий момент АД будет пропорционален квадрату
напряжения , приложенного к двигателю. Поэтому снижение
напряжения в сети неблагоприятно сказывается на работе двигателя.
Например, если (7, понизится на 25%, т.е. Ui ~ 0,15U , то при этом
. Мк
кратность максимального момента К. и =--будет составлять 0,752=0,56
М„
кратности при U{ = U{ll. Пусть при U{ = UЬ( кратность Ад/ — 1,7. Тогда
при U { — 0,75(7|ц будем иметь Ад/ = 1,7 • 0,56 = 0.95. Следовательно при
таком снижении напряжения двигатель с номинальным моментом работать
не сможет.
Часто, на практике, известны только каталожные и паспортные данные
двигателя . В этих случаях для получения механической характеристики АД
возможно использование формулы , впервые полученной М. Клоссом и
несущей его имя.
-i9-
(13)
При малых значениях .У, т.е. на рабочей части механической
характеристики .зависимость близка к линейной .
Имея каталожные и паспортные данные АД М„,Ь'„ и к w — М* / М и из
(13) можно определить критическое скольжение.
=	+7^л/2 “О.	(И)
Затем, по известным М К н 5, задаваясь текущим скольжением
5',находится момент М , соответствующий у, и строится механическая
характеристика АД, Л’(Л/) linn П^(М').
Момент М п в начале пуска при S — 1 называют пусковым
Мп =	«2М s = 2AY	(15)
. Л‘ +Л
Величина пускового момента пропорциональна активному сопротивлению
обмотки ротора.
Рабочие характеристики АД
Показывают зависимость эксплуатационных параметров АД от мощности
на валу двигателя Р, . К этим параметрам относят : ток статора /, , КПД,
частоту вращения ротора и, , коэффициент мощности COS. активную
мощность, потребляемую двигателем из сети , момент на валу М .
Эти характеристики снимаются при номинальных напряжениях на зажимах
двигателя и частоте питающей сети.
Типичные рабочие характеристики АД приведены на рис.2.
50-
Кратко поясним эти зависимости.
Механическая мощность на валу двигателя равна:
Л = Ма>2 .
(16)
Вращающий момент двигателя
Л	60 Л,	9.55Л г 1
М = —  ---------- =-------, [Н  м ]
(о-,	2тт^ п,
Частота вращения двигателя П-, с ростом момента незначительно
снижается. Поэтому момент двигателя с ростом выходной мощности
возрастает практически линейно.
При холостом ходе АД, когда Р-> =0 и М ® 0, двигатель потребляет из
сети значительный ток , имеющий в основном реактивный характер ,
идущий на создание магнитного потока .
-3d-
Значение тока It зависит от магнитного сопротивления магнитопровода и в
первую очередь от сопротивления воздушного зазора между ротором и
статором. Поэтому зазор делают небольшим (десятые доли миллиметра).
Тем не менее, в АД ток = (0,2 ч- 0,5)/1и .
Активная составляющая тока обмотки статора мала и связана с потерями в
стали магиитопровода и в обмотке статора. По мере роста на!рузки на валу
ток статора увеличивается за счет роста его активной составляющей.
Коэффициент мощности COS^ равен
Д Ц
cos®. =—— = —.	(18)
/,
При х.х. и малых Р, двигатель потребляет из сети значительный
реактивный ток.
Активная составляющая тока статора мала в связи с этим коэффициент
мощности COS^P, - мал.
Магнитный поток Ф двигателя при различных режимах работы практически
постоянен . В связи с этим примерно постоянна и реактивная составляющая
тока двигателя. По мере роста нагрузки на валу увеличивается активная
составляющая тока двигателя и COS^9( увеличивается. При номинальной
мощностис05(РЬ/ ~ 0,7 ч- 0,85. В дальнейшем рост COS замедляется из-
за увеличения реактивной мощности полей рассеяния.
Активная мощность , потребляемая двигателем из сети равна
Р, = 3(7,/; cos^|,	(19)
где U, ,	фазные напряжения и ток обмотки статора.
При Р-, = 0 активная мощность Pf, потребляемая из сети , идет на
покрытие потерь в магнитопроводе , потерь в обмотках статора и
механических потерь. При возрастании Р,, потребляемая двигателем
мощность быстро растет , т.к. при постоянном Uf растут ток Д н COS^>, .
Коэффициент полезного действия АД равен
где Ри - потери в стали магнитопровода статора и ротора ,
-'22-
Р - электрические потери в обмотках статора и ротора ,
Л/£\ _ механические потери от трения ротора в подшипниках и о воздух ,
- добавочные потери от несипусоидальности (высших гармоник)
магнитного поля.
Потери в стали связаны с перемагничиванием магннтопроводов статора и
ротора ВМП и вихревыми токами в них.
Эти потери примерно равны потерям в стали статора, т.к. ротор
перемагничевается со значительно меньшей частотой — sf.
Поскольку магнитный поток в зазоре АД и статора практически постоянен
по амплитуде ,эти потери от мощности Р-, не зависят.
Токи в обмотках статора и ротора вызывают электрические потери в них.
Мощность потерь пропорциональна квадрату действующих значений токов
/| и Д.
ПриР> =0 Г) = 0. При больших Р-, КПД уменьшается , т.к. потери в
обмотках пропорциональны квадрату токов, а зависимость токов от
мощности Р-> близка к линейной. Следовательно, зависимость //(Д) имеет
максимум.
Большинство двигателей имеют среднегодовую нагрузку ниже
номинальной ,т.к. они работают с переменной нагрузкой на валу.
Поэтому АД рассчитывают так , чтобы максимальный КПД находился в
пределах 0,7 ч- 0,8 Р->иои .Отметим, что в области Рг, близкой к
номинальной КПД меняется незначительно.
КПД АД достаточно высок 0,7+0,95 и увеличивается с ростом мощности
двигателя и увеличением его номинальной частоты вращения.
Пуск______асинхронного двигателя
В момент пуска ротор неподвижен (S' — 1 ) и ЭДС а его обмотке
£, = зЕ2„ достигает наибольшего значения. Начальный пусковой ток
ротора 1превышает его номинальный ток в 6-8 раз. По мере разгона
ротора токи /, и уменьшаются до номинальных. В нормальных
условиях время пуска АД не превышает нескольких секунд. При этом не
возникает опасности перегрева двигателя или механического повреждения
его обмоток под действием электромагнитных сил. Поэтому, для АД
небольшой мощности основным способом пуска в ход является
непосредственное подключение к сети (прямой пуск), достоинством
которого является его простота.
Применение прямого пуска АД не рекомендуется, если пусковые токи
включаемых двигателей вызывают в сети падение напряжения
превышающее 10-15% . Это может неблагоприятно сказаться на других ,
работающих от этой сети АД ,т.к. их момент падает пропорционально
квадрату уменьшения напряжения.
Изменение направления вращения АД
Ротор АД всегда-вращается в сторону вращения магнитного поля статора.
Направление вращения поля зависит от порядка следования фаз в
трехфазной обмотке статора и при его изменении меняется на обратное. Для
того , чтобы изменить порядок следования фаз необходимо пересоединить
два любых линейных провода, подходящих к статорной обмотке . На рис. За
показано включение фаз статора АД в трехфазную сеть при направлении
вращения ротора АД по часовой стрелке ,а на рис. 36 - две фазы статора
пересоединены для обратного вращения ротора .
а)	б)
Рис.З
Каталожные и паспортные данные исследуемого АД
Каждый АД снабжен паспортом , в который внесены все его данные. Кроме
того на корпусе каждого двигателя прикреплена паспортная табличка,
содержащая основные данные двигателя. В каталогах на двигатели
указывают также тип двигателя , режим работы , перегрузочную
способность Ма. / Ми , кратность пускового момента Мп / М и ,
кратность пускового тока /)м//|п, габаритные и установочные размеры,
массу двигателя и ряд других данных.
Эти данные позволяют выбрать двигатель по статической нагрузке и
рассчитать его линию питания.
Поминальные данные исследуемого электродвигателя с короткозамкнутым
ротором
Тип электродвигателя	4AMA7I
Номинальное напряжение , В	220/380
Номинальная механическая
мощность на валу , кВт	0,55
Номинальная частота напряжения питания , Гн	50
Номинальная частота
-z<<-
вращения ротора , об/мин	1370
Номинальный КПД , %	70,5
Номинальный коэффициент мощности	0,7
Перегрузочная способность , Мк / Мн	2,0
Кратность пускового момента , Мп / Мн	1,0
Номинальный ток фазы статора двигателя , А	1,7
Задание по работе.
i.	Изучить устройство и принцип работы АД.
2.	Рассчитать и построить механические характеристики
Л/, — /(л’) и П-, = /(Л-/) по приведенным формулам и данным
исследуемого АД.
3.	Определить номинальный момент двигателя.
4.	Определить активную , реактивную и полную мощности потребляемые
двигателем в номинальном режиме.
5.	Определить номинальный ток линии, питающий двигатель.
6.	Определить число пар полюсов исследуемого двигателя.
7.	Определить частоту вращения магнитного поля статора.
8.	Изучить схему и описание установки.
9.	Сиять, рассчитать и построить механические и рабочие характеристики
АД.
Примечание и. 1-8 выполняются при подготовке к работе.
-РУ-
Описание лабораторной установки
Схема лабораторной установки приведена на рис. 4
О
Рис.4
а - принципиальная схема установки, б - монтажная схема установки.
Установка содержит исследуемый АД, подключенный к трехфазной сети с
напряжением 220 В. Обмотки АД соединены треугольником .
Амперметр РА измеряет линейный ток , потребляемый двигателем.
Вольтметр PV измеряет линейное напряжение питающей цепи.
Ваттметр PW измеряет активную мощность потребляемую двигателем из
сети.
На стенде расположены измерители частоты вращения ротора и момента на
валу АД.
-Z6-
Ta 5л, л< i
11омера Измерении	Измерено					Вычислено			
	В	Л. А	КВт	м. Нм	77,, об мин	Л КВт	Л'	COS£>!	7?. %
1.									
2									
3.									
4.									
5.									
6.									
Примечание: В результаты измерений должны попасть точки
.соответствующие номинальному режиму. По результатам измерений и
вычислений , на миллиметровой бумаге построить:
1. Механические характеристики М = /($), 77, —	(построить на
одном графике с расчетной механической характеристикой ,
выполненной дома)
2. Рабочие характеристики (другой график)
Содержание отчета
1.	11азвание , цель работы и задание на нее.
2.	Схема экспериментальной установки.
3.	Данные исследуемого двигателя.
-I Необходимые теоретические сведения и основные расчетные формулы.
5	Расчет числа нар полюсов исследуемого двигателя и частоты вращения
ВМП статора.
6.	Расчет номинального момента, тока статора, потребляемой активной,
реактивной и полной мощности двигателя.
7.	Расчет и график (но приведенным данным двигателя) механической
характеристики. М — /(i'), /7, = f\M).
8.	Таблицы для записи экспериментальных данных и результатов расчета.
-9?~
9.	Графики экспериментально полученных механических характеристик (на
одном графике с расчетными механическими характеристиками
A// = /(s),„2=/(AY).
10.	Расчет и графики рабочих характеристик АД.
11.	Выводы по работе.
Контрольные вопросы ,
1.	Объясните устройство АД с короткозамкнутым ротором.
2.	Поясните принцип образования ВМП.
3.	Поясните принцип действия АД.
4.	Какова предельная частоту вращения АД при j =50 Гц.
5.	Как получить частоту вращения АД выше предельной.
6.	Назовите и поясните основные преимущества АД (по сравнению с
коллекторным двигателем постоянного тока).
7.	Назовите и поясните недостатки АД.
8.	Как производится реверс АД.
9.	Почему изменяется скорость двигателя при изменении на1рузки.
10.	Почему нежелательна эксплуатация АД в режиме малой нагрузки.
~~2S~
Приложение
Построение рабочей части механической характеристики АД , по двум
точкам.
При практических работах с асинхронным приводом часто бывает трудно
или пообще невозможно померить частоту вращения и момент двигателя ,
но можно измерить ток питающей его линии, напряжение статора,
потребляемую активную мощность.
Кроме того, как правило, известен тип двигателя и его паспортные данные.
В >том случае для построения рабочей части механической характеристики
АД возможно поступить следующим образом.
Известно, что при малых скрльжениях механическая характеристика близка
к линейной , т е. для ее построения необходимо иметь две пары значений
М и П-,. Можно принять, что при х.х. (М — 0)
60/
/г2( ~	=------(первая точка).
Р
Активная мощность , потребляемая двигателем из	сети в номинальном
режиме (/)-, —	) равна Величина // - известна.	(21)
Так же известен номинальный момент двигателя М	_ 9/5// И, 1н
Если , потребляемая из сети мощность будет равна
Р го момент лвигателя М - М . Таким образом второй гонкой рабочей
характеристики будет точка ,Л/М
-2<3~
На одном валу с АД расположен электромагнитный тормоз (ЭМТ),
питаемый от сети постоянного тока 0-1 i О В.
ЭМТ состоит из стального диска .надетого на вал исследуемого АД и
электромагнитов .питаемых от регулируемой сети постоянного тока. Ток
электромагнитов может плавно регулироваться.
При вращении АД, стальной диск ЭМТ вращается в магнитном поле
электромагнитов и в нем индуцируются вихревые токи.
Последние , взаимодействуя с магнитным полем электромагнитов создают
тормозной (нагрузочный) момент. Регулируя величину токов
электромагнитов , можно изменять величину тормозного момента, т.е.
нагрузочного момента и частоту вращения исследуемого АД.
Методические указания по выполнению работы
1.	Ознакомится с лабораторной установкой
2.	Собрать электрическую цепь для исследования электродвигателя (рис. 4)
3.	Ручку регулятора «Момент нагрузки» установить в крайнее левое
положение.
4.	Нажать кнопки «Сеть» и «Агрегат №1».
5.	Произвести прямой пуск АД путем нажатия кнопки «Включения
асинхронной и синхронной машины».
6.	Снять механическую н рабочие характеристики путем увеличения
нагрузочного момента на валу двигателя.
?.Для получения характеристик произвести 5-6 измерений при разных
нагрузках, до и после номинальной.
Показания приборов , измеряющих U\,1 \,Р\,М,П-, записать в табл.2.
8. Величины У, Р2 , COS (pt, 7/ определить расчетным путем по приведенным
выше формулам (2), (17), (18), (19), (20), (16).
Таблица 2
		Измерено					Вычислено		
Номера Измерений	и, [в]	1| И1	р, [кВт ]	М [//.и]	nj од инн	р) [кВт J	5	coscp	П
1 2 3 4 5 6 7 8 9									
” ао-
Лабораторная работа №9
исследование электродвигателя постоянного тока с
ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Нель работы
Ознакомиться с устройством, принципом действия, основными
характеристиками и методикой испытаний электродвигателя
постоянного тока с параллельным возбуждением.
Основные теоретические положения
Двигатель состоит из неподвижной части- статора и вращающейся - якоря.
Статор и якорь разделены воздушным зазором. На статоре расположены полюса и
обмотки возбуждения (OB). С помощью их создается магнитное поле в
воздушном зазоре. На якоре в пазах шихтованного магнитопровода размещается
обмотка якоря, выполненная по специальной схеме в виде секций. Выводы
секций соединяются с пластинами коллектора, на который опираются
неподвижные графитовые щетки. Через щетки и коллектор к обмотке подается
постоянное напряжение. Поскольку через коллекторные пластины все секции
обмотки якоря соединены между собой, то в обмотке якоря протекает ток якоря
I fl. В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком возбуждения
на проводники действуют силы, создающие вращающий момент. Направление
силы можно определить по правилу левой руки.
На рис. 1 показана принципиальная схема двигателя постоянного тока с
параллельным возбуждением.
Рис. I
Напряжение U на зажимах двигателя определяется по второму закону
Кирхгофа;
U = Е + Rfjl я	(1)
где Е- э.д.с., наводимая в обмотке якоря; - сопротивление якоря,
учитывающее сопротивление проводников обмотки якоря и сопротивления в
месте контакта щетки с коллектором. Тогда ток якоря
' 31'
В начале пуска , когда якорь неподвижен, э.д.с. равна нулю Е = 0 и пусковой
ток In = и/п недопустимо возрастает. Поэтому для ограничения пускового
/ КЯ
тока в цепь якоря включают реостат Л/j, величина сопротивления которого
может быть уменьшена по мере увеличения скорости двигателя. В этом случае
максимальный пусковой ток
, - U
к я + кп
где Rji - максимальное значение сопротивления пускового реостата. Оно
выбирается из условий, чтобы пусковой ток не превышал номинального
значения.
Э.д.с. в обмотке якоря
Е = СепФ,	(3)
где п - частота вращения якоря (об/мин);
Ф - магнитный поток в зазоре двигателя (Вб);
СЕ - коэффициент э.д.с., зависящий от конструктивных параметров
двигателя
С -P'N
с Е   *
60 а
(4)
где р - число пар полюсов;
а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря;
/V - число проводников обмотки якоря.
^Ecли частоту вращения выразить через угловую скорость а>
то
Е = СМ а) Ф,	(6)
где
г _ PN
----------•
2  п-а
Как видно из рис. 1 ток в обмотке возбуждения
Р-В + Ер
(7)
,(8)
где RB,Rp - сопротивление обмотки возбуждения и
реостата в цепи ОВ. При пуске сопротивление реостата RP
регулировочного
в цепи обмотки
возбуждения равно нулю, т.е. реостат должен быть полностью выведен. Это
обеспечивает максимальный поток Ф и максимально допустимый вращающий
момент И. В общем случае вращающий момент определяется по формуле:
/И = СМ-Ф/Я.	(9)
Из уравнения (1) и (3) следует зависимость частоты вращения от тока якоря,
т е. скоростная характеристика электродвигателя н( Iя :
lt - {я _ U____________________Ra j
СЕ Ф СЕ Ф СЕ Ф я-
(10)
~ 52'
В другом виде, с учетом (6)
и-Яя1я и Яя 7
См.ф СМФ СМФ я'
(11)
Таким образом, зависимости п( /я ),а>(Iя ) имеют вид прямой.
При отсутствии нагрузки и сил трения вращающий момент М должен
ровняться нулю. Из формулы (9) следует, что при этом ток якоря Iя -О. Тогда
скорость холостого хода двигателя
U '/
Пп ~	, оо/мин
СЕФ
(12)
ИЛИ
(13)
Важной характеристикой электродвигателя является механическая
характеристика, определяющая зависимость частоты вращения от вращающего
момента п(М) или а>(М). Уравнение этой характеристики можно получить,
подставив 1Я из формулы (9) в (10), либо (11):
п = —----------------М, об/мин (14)
СЕФ СЕСМФ-
илн
Как видно из (14) и (15), механическая характеристика имеет вид прямой
линии, пересекающей ось ординат при скорости идеального холостого хода пи
или (:>ц При увеличении нагрузки момент М возрастает и скорость уменьшается.
При очень большой нагрузке двигатель остановится, п-0.
Сравнение (14), (15) с (10), (11) показывает, что механическая
характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
повторяет в другом масштабе его скоростную характеристику. На рис.2 а,б
представлены механические и скоростные характеристики двигателя при
различных величинах сопротивлений в цепи обмотки якоря (Ra + Ra).
Харамерис|икн 1, когда = 0 .соответствуют уравнениям (10) и (14)
называются естественными. При увеличении /?(1 характеристики идут более
круто и (становятся более мягкими),

Характеристики 2 и 3 называются реостатными или искусственными
(R63 >	)•
Рабочие характеристики двигателя постоянного тока параллельного
возбуждения определяют зависимость частоты вращения 'п(со), момента М,
тока якоря 1Я , кпдр от полезной мощности Р2 на валУ электродвигателя при
неизменном напряжении на его зажимах.
Примерный вид рабочих характеристик двигателя показан на рис. 3.
Полезный момент М2 ,|а валу двигателя определяется
Л/2=^,Я-,и,	(16)
(О
либо
Z/) р	р
Mj=:2!L-2. = 9t55oLLiH.M. (17)
2-я п	п
Момент М, создаваемый двигателем, больше полезного момента М2 на
величину момента сопротивления движению на холостом ходу Мо
М = М0+М2.	(18)
Зависимость момента на валу двигателя от нагрузки Р2 представляет собой
почти прямую линию. Искривление указанной зависимости объясняется
некоторым снижением частоты вращения с увеличением нагрузки. При Р2 = О
ток, потребляемый электродвигателем, равен току холостого хода. При
увеличении мощности, развиваемой электродвигателем, ток якоря увеличивается
приблизительно по той же зависимости, что н момент нагрузки на валу, т.к. при
условии Ф = const ток якоря пропорционален моменту нагрузки. Зная мощность,
подводимую к двигателю
P!=U1,	(19)
можно определить кпд двигателя:
где SPt - суммарная мощность потерь в двигателе, равная
= РЭЯ + РЭВ + РС + Р.не.х + Р<>т •	(21)
Здесь Рэя = Iя • Яя - мощность электрических потерь в цепи якоря;
- 34~
РЭв = U • /в ‘ мощность электрических потерь в цепи обмотки возбуждения;
P,u.v - мощность механических потерь в двигателе ;
Pjoo ' мощность добавочных потерь;
Рс - мощность потерь в стали (в магнитопроводе) на гистерезис и вихревые
токи.
Задание по работе
1	.Ознакомиться с устройством и конструкцией исследуемого
электродвигателя, используя макеты двигателей, представленные в лаборатории.
2	.Снять механическую характеристику исследуемого электродвигателя.
3	.Построить его рабочие и механические характеристики.
Методические указания по выполнению работы
1.	Записать технические паспортные данные электродвигателя:
Тип электродвигателя
Номинальная мощность Рц , кВт
Поминальное напряжение U, В
Номинальная частота вращения nfI, об/лит
Номинальный ток 1ц, А
Номинальный кпд
Коэффициент пропорциональности СЕФ^,В  мин/ об
Коэффициент пропорциональности СиФн , Н • м/ А
П-21
1,5
220
3000
8,8
0,77
0,07
0,67
2.	Собрать электрическую цепь для снятия характеристик электродвигателя
постоянного тока параллельного возбуждения. Принципиальная схема
электрической цепи приведена на рис. 4.
Рис.4
- 35"-
Монтаж электрической цепи производить в соответствии с монтажной
схемой рис. 5.
Необходимые элементы этой схемы представлены на рабочей панели стенда
«двигатель постоянного тока».
Сборка производится путем установки специальных перемычек.
Нагрузка двигателя осуществляется электромагнитным тормозом (ЭТМ). Для
этой цели на панели имеется ручка «регулировка нагрузки», вращая которую по
часовой стрелке производят увеличение момента сопротивления на валу
двигателя.
Измерение момента, а также частоты вращения электродвигателя,
производится соответствующими измерительными приборами, вмонтированными
в приборную панель (агрегат №2).
Перед пуском исследуемо/о электродвигателя необходимо: ,	.
2,1	.Полностью ввести сопротивление пускового реостата (при этом ручку
пускового реостата вращать против часовой стреДки до крайнего левого
положения).
- 36-
2.2.	Полностью вывести сопротивление реостата в цепи обмотки
возбуждения (вращение ручки по часовой стрелке до крайнего правого
положения).
2.3.	Ручка «регулировка нагрузки» для изменения момента нагрузки
двигателя должна находится в крайнем левом положении.
2.4.	Установить номинальное значение напряжения питания
электродвигателя Uц = 220В. Для этого на панели «машины постоянного тока»
нажать кнопку «вкл», а затем увеличивать либо уменьшать напряжение кнопками
«Т » и «-!•».
2.5.	Включить напряжение питания для электрической цепи измерения
момента и частоты вращения электродвигателя. Для этого на панели
«нагрузочные устройства» перевести кнопку в положение «агрегат №2».
3.	Вращением ручки пускового реостата из положения «I» в положение «7»
произвести пуск электродвигателя на холостом ходу (момент нагрузки равен
нулю). В каждом промежуточном положении задерживать ручку на I ч- 1,5 с.
В дальнейшем при снятии характеристик ручка пускового реостата должна
оставаться в положении «7».
4.	Снять механическую п(М), скоростную п(Iя) характеристики и
построить рабочие М(Р2 ) ,п(Р2 ) ,а>(Р2 ), Iя (Р2 ) и т](Р2 ) при U = Uя = const и
I в ~ I вн ~ const 
Первые точки характеристики снимаются при холостом ходе
электродвигателя, т.е. при уменьшенном до нуля моменте электромагнитного
тормоза.
Плавным изменением момента электромагнитного тормоза осуществить
загрузку электродвигателя. В начале устанавливается ток возбуждения, при
котором при номинальных питающем напряжении и токе, потребляемом
двигателем, частота вращения якоря равна номинальной и далее этот ток
необходимо поддерживать неизменным.
Постепенно нагружая электродвигатель до значения тока, равного
1„ = 1,21Яц, произвести регистрацию всех измерительных приборов для 6-7
точек. Данные наблюдений записать в табл. №!.
Таблица №1
№	Измерения					Вычисления				Аппроксим. значения	
	<7, В	А	I в> А	п, об/ мни	м. Нм	1, А	Рк кВт	Р2' кВт	В	л, об/мин	м, Нм
1(х.х.) э											
При построении рабочих и механических характеристик используют данные
экспериментальных измерений и вычислений. Однако, эти характеристики могут
быть построены и при отсутствии данных измерений, представленных в графах
(М,Н м) и ( п,об / мин) табл. №1, что, например, возможно при выходе из
-37-
строя блока измерения частоты вращения или измерения нагрузки двигателя,
равно как и при выходе из строя указанных блоков одновременно.
Известно, что характеристики двигателя постоянного тока с параллельным
возбуждением М(1Я) и п( Iя ) в пределах рабочей частоты характеристик
имеют прямолинейный характер.
В соответствии с этим из рис. 6 следует, что прямоугольный треугольник
A(n,ng,n) подобен прямоугольному треугольнику Д(пя ), откуда
текущее значение частоты вращения двигателя п может быть определено
соотношением:
" = по - 4я-- - «я Л (22)
‘ян
Соответственно, из прямоугольных подобных треугольников
Д(1 Я,1 Яхх,М) и Д(Iя[1,1 Яхс,Мн ) следует, что текущее значение
вращающего момента Л7 двигателя равно:
м = м „ ILtzZfeA t	(оз)
.(!ян ~ JXxx)
где IЯхх - ток холостого хода якоря двцгателя при отсутствии нагрузочного
мрмента на валу двигателя;
Мя - номинальный момент на вдлу двигателя.
Значение и М'г определяемые по формулам (22) и (23), называются
аппроксимированными и заносятся в соответствующие колонки тдбл.№1.
Обработка результатов испытаний и построение рабочих ’характеристик
осуществляется с учетом номинальных данных исрытуемого электродвигателя.
Например, пи вычисляется пр формуле (1?), Мн-по формуле (17). Текущее
значение тока 1Я и величира ток? холостого хода IЯхх определяются по
показаниям прибора в цепи якоря двигателя.

Содержание отчета
I.	Цель работы и задание на нее.
2.	Принципиальная схема экспериментальной установки,
3.	Перечень используемого оборудования и приборов с паспортными
данными.
4.	Таблицы данных экспериментов и результатов расчета.
5.	Необходимые расчеты.
6.	Требуемые характеристики двигателя, выполненные на миллиметровой
бумаге.
7.	Выводы.
Контрольные вопросы
1.	Объясните устройство и принцип действия электродвигателя
постоянного тока с параллельным возбуждением.
2.	Начертите и поясните принципиальную схему электрической цепи для
снятия характеристик электродвигателя.
3.	Как влияет изменение тока возбуждения на частоту вращения?
4.	Как изменить направление вращения электродвигателя?
5.	Почему при пуске реостат в цепи якоря должен быть полностью введен?
6.	Почему при пуске реостат в цепи обмотки возбуждения должен быть
полностью выведен?
7.	Почему при снятии характеристик пусковой реостат должен быть
выведен?
8.	Назовите способы регулирования частоты вращения электродвигателя
1ЮСЮЯНН0Г0 тока с параллельным возбуждением.
9.	Что происходит, если при работе электродвигателя оборвется цепь
питания обмотки возбуждения?
10.	Как изменятся механические и скоростные характеристики двигателя
при введении в цепь якоря добавочного сопротивления?
II.	Как изменится механическая характеристика двигателя постоянного
тока с параллельным возбуждением при введении в цепь возбуждения
добавочного сопротивления?
Лабораторная работа № 10
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО СИНХРОННОГО
ГЕНЕРАТОРА
Цель работы На стенде, по макетам и наглядным пособиям
изучить устройство и принцип действия
трехфазного синхронного генератора.
Ознакомиться со способом его синхронизации.
Экспериментально получить характеристики
холостого хода, внешнюю и регулировочную, а
также U- образную характеристику. Понять
характер изменения полученных кривых при
изменении тока в обмотке возбуждения 1п и тока
I нагрузки статора.
Основные теоретические положения
Синхронными называются электрические машины
переменного тока, у которых между частотой f
генерируемого (потребляемого) тока и частотой вращения п
существует жесткая связь
„ = (!)
р
где р - число пар полюсов.
На рис. 1 показаны поперечные разрезы синхронной
машины (СМ): на рис. 1а с цилиндрическим ротором
(турбогенератор), на рис. 16 - с явновыраженными полюсами.
Неподвижная часть статор - 1, вращающийся ротор - 3.
Статор - цилиндрический магнитопровод, набранный из
листов электротехнической стали. В пазах 2 статора,
размещаются проводники 4 обмотки статора. На роторе
располагается обмотка возбуждения 4’, которая питается
постоянным током через контактные кольца 5. Она создаег
-w-
магнитный поток, который вращается вместе с ротором. Эту
часть синхронной машины называют также индуктором.
Турбогенераторы (рис. 1а) применяются как машины большой
мощности с частотой вращения 3000 об/мин и более. Машины
с явновыражеиными полюсами ограничены по мощности
(2ОООтЗООО кВт) и по частоте вращения (п<1000 об/мин) из-за
недостаточной механической прочности. Однако из-за
простоты конструкции (не требуется кованный ротор, вместо
фрезерования фигурных пазов-штамповка и др.) получили
широкое распространение на автомобилях с электрической
трансмиссией. Питание обмотки возбуждения осуществляется
с помощью самовозбуждения от остаточного намагничивания
(по типу генераторов постоянного тока) и выпрямления
переменного тока через выпрямители. Однако требуется более
высокое остаточное напряжение, чтобы преодолеть начальный
порог напряжения выпрямителей. С этой целью в ротор
закладывают листы стали с повышенной коэрцитивной силой.
Эта система обеспечивает также автоматическое поддержание
постоянства напряжения с высокой точностью.
В основу работы синхронного генератора положено
явление электромагнитной индукции. При вращении ротора
магнитные силовые линии пересекают проводники статора
(якоря) и наводят в этой обмотке ЭДС
е = Д/И ,	(2)
где Вг - радиальная составляющая магнитной индукции
в воздушном зазоре, 1 - активная длина проводнике, V -
скорость движения магнитного поля относительно
проводника.
Максимальное отклонение кривой ЭДС от синусоиды
не должно превышать 5%, так как высшие гармоники
вызывают помехи радиоприему и дополнительные потери. Это
достигается за счет укорочения шага обмотки и ее
равномерного распределения, что несколько снижает
основную гармонику (обычно на 3+6%), но очень сильно-
высшие гармоники.

a.	5.
Рис. 1.
Для учета указанных факторов в формулу (2) для ЭДС
вводят обмоточные коэффициенты Коб< I. Применяется также
неравномерный воздушный зазор путем создания
соответствующей формы полюсных наконечников для машин
с явновыраженными полюсами и соответствующего
-Jci~
распределения обмотки возбуждения вдоль окружности
ротора для турбогенераторов.
На практике, как правило, используются трехфазные
синхронные машины путем выполнения обмотки статора
трехфазной. Соединение этой обмотки может быть
выполнено звездой или треугольником.
В каждой фазе обмотки статора наводится ЭДС,
частота которой, как следует из (1):
Г __Рп
7 = "б0~'	(3)
Значение ЭДС каждой фазы обмотки статора
определяется:
Е—4,44* Аьб* f *~w* (&п
(4)
Где Коб - обмоточный коэффициент обмотки статора
(якоря), W - число витков в фазе обмотки, ФП1 - амплитудное
значение магнитного потока одной пары полюсов индуктора.
Одной из важнейших характеристик СМ является
характеристика холостого хода (х.х.х.), под которой
понимается зависимость ЭДС машины Е от тока возбуждения
Iu при отключенной цепи нагрузки 1=0. Она снимается при
постоянной частоте вращения n=const и соответственно
постоянной частоте тока f = const.
Опытная х.х.х. синхронного генератора (рис. 2) имеет
две ветви, что обусловлено влиянием гистерезиса. В
современных машинах характеристика холостого хода часто
представляется усредненной кривой. На начальном участке
х.х.х. с увеличением тока возбуждения 1в ЭДС синхронного
генератора Е возрастает почти по линейному закону. Затем
происходит насыщение магнитной системы машины,
нарастание магнитного потока и ЭДС снижается.
В ненасыщенной машине можно плавно и в широких
пределах регулировать напряжение, что особенно важно в
-45'
управляемых системах. Однако при этом возрастает масса и
размеры СМ. В насыщенной машине регулирование
напряжения возможно только в небольших пределах, но
машина будет меньше по габаритам и массе, чем
ненасыщенная. Обычно машины строят с насыщением в зоне
«Колена» кривой х.х.х., где сочетаются свойства указанных
типов машин.
Внешней характеристикой называется зависимость
напряжения U от тока нагрузки статора I при IB=const, n=const
н cos<p=const.
При этом СМ работает в качестве генератора,
преобразуя механическую энергию, получаемую от
первичного двигателя, в электрическую. ЭДС и ток нагрузки
имеют сдвиг по фазе на угол \р.
На рис. 3 показана векторная диаграмма для одной
фазы явнополюсного синхронного генератора (диаграмма
Блонделя) для активно- индуктивной нагрузки (<р>0). На этой
диаграмме обозначены: Ео - ЭДС холостого хода,
индуктируемая магнитным потоком полюсов при отсутствии
нагрузки, U - напряжение на зажимах генератора; Xd -
синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси;
Хч - тот же по поперечной оси; Ij, Iq - составляющие тока
статора по этим осям, причем
Id = 1 sin I// Iq - I cos у/
Разность между ЭДС Eo и напряжением U определяется
величиной I, характером нагрузки (углом \р), параметрами х<],
xq, сопротивлениедобмотки статора R. Однако R очень мало и
допустимо принять R=0 Если 1=0, то U=En, т.е. напряжение
генератора равно ЭДС холостого хода. С целью упрощения
рассмотрим синхронный генератор неявнополюснып
(турбогенератор), полагая
*44'
I
*
-A S'-
также RsO. В этом случае векторная диаграмма существенно
упрощается, так как x(l=xq=x. Для одной фазы она показана на
рис. 4. Из этой диаграммы видно, что вектор ЭДС Ео
опережает вектор напряжения U не зажимах генератора на
угол 0. С увеличением тока нагрузки 0 возрастает, вследствие
чего угол 0 называется углом нагрузки СМ. Из физической
картины процессов в машине можно установить, что это угол
при отсчете по внутренней окружности статора между осью
полюсов ротора и осью вращающегося магнитного поля,
создаваемого трехфазной обмоткой статора.
Математическое выражение для внешней
характеристики можно получить, используя векторные
диаграммы. Для явнополюсной машины:
U = Е 0 - j I dX d — j I qX q - I R.
(5)
Для неявнополюсной машины (турбогенератор):
U = Е о - j I X - I R .
(6)
Из этих выражений видно, что при отсутствии тока
(/ = 0, Id = 0, /9 = 0) падение напряжения в обмотках
генератора равно нулю, при этом U = Ео, т.е. из выражений
(5), (6) следует, что при отсутствии регулирования (IB=const,
E0=const) с увеличением тока нагрузки происходит снижение
напряжения U на зажимах генератора. Однако снижение
напряжения происходит из-за реакции якоря, т.е. влияния
магнитного потока обмотки статора (якоря ) на основной
магнитный поток машины. Это видно из векторной
диаграммы рис. 3. С увеличение угла (р и соответственно
т.е. при возрастании индуктивной нагрузки при том же
значении тока I возрастает его составляющая 1(] и величина
I,iXd, что вызывает резкое падение напряжения. Это связано с
продольно-размагничивающей реакцией якоря, которая при
-Чб-
индуктивной нагрузке размагничивает машину. Если нагрузка
имеет емкостной характер, то происходит подмагничивание
машины и напряжение с увеличение нагрузки может даже
возрасти или снижение его будет меньше, чем при активной
нагрузке.
На рис. 5 показаны кривые внешней характеристики
синхронного генератора.
~kl-
С увеличением ток статора I напряжение U при coscp=l
(кривая 1) уменьшается за счет падения напряжения в обмотке
статора. Если нагрузка активно-индуктивная (coscpcl, <р>0,
кривые 2 и 2’), то падение напряжения более интенсивно за
счет продольно-размагничивающей реакции якоря. Иногда это
падение U может достигать (20-30)%, что совершенно
недопустимо, и должна быть предусмотрена
быстродействующая форсировка возбуждения, чтобы
скомпенсировать размагничивание машины. При активно-
емкостной нагрузке (coscpcl, ср<0, кривые 3,3’) напряжение
может даже возрасти за счет подмагничивания машины и
увеличения магнитного потока и ЭДС.
На практике, как правило, требуется, чтобы при
изменяющейся нагрузке напряжение U=const. С этой целью
применяют регулирование тока возбуждения 1п, так как с
изменением 1„ изменяется магнитный поток, ЭДС, а
следовательно, и напряжение не зажимах генератора. Эта
характеристика снимается при постоянной частоте вращения
n=const, coscp=const и U=const. Регулировочные
характеристики представлены на рис. 6. Они являются как бы
зеркальным отображением внешних характеристик, так как ,
чем больше падение напряжения, тем больше требуется
увеличивать ток возбуждения для обеспечения постоянства U.
При этом кривая 1 построена для нагрузки с coscp=l,
кривая 2 и 2’ - для coscpcl, ср>0 (активно-индуктивной
нагрузки), кривые 3 и 3’ - активно-емкостной нагрузки
(coscpcl, срсО).
По данным регулировочной характеристики
определяют значение регулировочного сопротивления в цепи
возбуждения, а также выбирают типы и предельные значения
показаний приборов.
Синхронизация - это процесс включения синхронного
генератора на параллельную работу с сетью или параллельно с
другими генераторами. При этом вводимый в действие
синхронный генератор подсоединять к сети необходимо по
строго определенным правилам.
Иначе в момент включения напряжение синхронного
генератора U\ может значительно отличаться от напряжения
сети Uс и эта разность потенциалов (рис. 7а) может привести
к появлению большого уравнительного тока в статоре. При
взаимодействии больших токов в статоре с основным
магнитным потоком возникают большие электромагнитные
силы, которые могут вызвать деформацию (повреждение)
обмоток и выход машины из строя. Синхронизация
предполагает создание условий, при которых допустимо
включение синхронной машины в сеть. В результате этого
процесса синусоида напряжения сети 2/с при включении
должна совпадать или отличаться незначительно от
синусоиды напряжения синхронного генератора HLy (рис.76).
В этом случае не возникнут или будут незначительными по
величине уравнительные токи.
Для обеспечения синхронизации необходимо
выполнить следующее:
1.	частота напряжения сети fc и частота
напряжений генератора fr должен быть равны, т.е. fr = fc ',
2.	должны быть равны напряжения Ur = Uc,
соответственно и их амплитуды Um? = tfmc ;
3.	фазы напряжения генератора и сети должны
быть одинаковыми;
4.	одинаковым должна быть последовательность
чередования фаз генератора и сети.
Для осуществления синхронизации применяются
разные схемы. На рис. 8 показана наиболее распространенная
их них.
Вспомогательный двигатель постоянного тока ДП
приводит в движение синхронный генератор и частота его
вращения доводится до синхронной частоты так, чтобы
fr = fc, что контролируется с помощью частотомера f.
-49 -
Выравнивание напряжений производится и контролируется с
помощью вольтметра PV, включенного параллельно с
частотомером. Усилие совпадения по фазе напряжений
генератора и сети (\|/r~tyc) проверяется с помощью лампового
синхроноскопа. Он состоит из трех ламп накаливания,
включенных между одноименными (в отношении
последовательности фаз) зажимами генератора и сети. При
достаточно большом промежутке времени м'ежду вспышками
ламп производится включение синхронного генератора в
момент погасания ламп выключателем Bi. Обычно точной
синхронизации достигнуть не удается и в обмотке статора
появляются относительно небольшие уравнительные токи,
которые создают вращающееся магнитное поле. С этим поле
взаимодействуют полюса ротора, происходит «втягивание в
синхронизм» ротора, что обеспечивает точную
синхронизацию.
В настоящее время синхронизация в производственных
условиях осуществляется автоматически с помощью
применения соответствующей аппаратуры. На стенде в
лаборатории вместо ламп установлен синхроноскоп, стрелка
которого слева показывает «медленнее», а справа - «быстрее».
В первом случае увеличивают напряжение, подаваемое на
двигатель постоянного тока ДП, а во втором - уменьшают. В
результате в первом случае частота вращения синхронного
генератора возрастает, а во втором уменьшается. Как только
стрелка синхроноскопа установится в вертикальном нулевом
положении включают выключатель В,. Синхронный генератор
подключен к сети, т.е. осуществлена его синхронизация.
Увеличение нагрузки генератора осуществляется путем
увеличения момента вращения, создаваемого
вспомогательным двигателем ДП, путем увеличения
напряжения, подаваемого на двигатель, а для более точной
установки нагрузки незначительно уменьшают ток
возбуждения ДП. При этом нельзя допускать 1вдп< 0,45А. Ток
в якоре и, соответственно, вращающий момент двигателя
возрастают. При этом ток статора синхронного генератора
-S-O-
возрастает и он нагружается активной мощностью. Таким
образом мощность преобразования механической энергии в
электрическую возрастает.
Изменение реактивной мощности синхронного
генератора, при постоянных значениях Р = const, U = const,
fv - const осуществляется путем изменений тока 1в в его
обмотке возбуждения.
На рис.9 показана векторная диаграмма одной фазы
турбогенератора для RaO. При изменении тока возбуждения I»
изменяется ЭДС Ео синхронной машины и для U=const
*	Л»	*
появляется ток в статоре 1 такой , чтобы Ео = U+ j 1 х.
Обычно принимают, что полезная мощность ₽2 на
выходных зажимах генератора равна электромагнитной
мощности Рч,, передаваемой через воздушный зазор с
помощью вращающегося магнитного потока, т.е.
Р 2 « Р = -------------Sin 0
х
Из этого выражения следует, что для обеспечения
/•*2 = const требуется выполнение условия /so sin в = const, так
как все остальные величины в выражении (7) являются
постоянными. Для обеспечения выполнения этого условия
конец вектора Ео должен перемещаться по прямой А,
параллельной вектору напряжения U (рис. 9).
С увеличением тока возбуждения растет ЭДС Ео до
•• * •
Ео , Ео", при этом для случая Pi-const конец вектора Ео
перемещается по прямой А. Однако при этом изменяется ток
л	»	»
статора от величины 1 до Р, Р', так как должно выполнятся
условие электрического равновесия
Е о = U + j I X ,
54'
Вектор тока J отстает по фазе от падения напряжения
в обмотке статора на угол jy2, причем он перемещается по
прямой В. С изменением тока I происходит изменение угла ср
между током и напряжением U. Графически получаются так
называемые U - образные характеристики, которые показаны
на рис. 10 ; там же показаны и кривые coscp(IB). При изменении
угла возможно такое значение тока статора, при котором ток I
и напряжение совпадают по фазе (cos <р = 1), а ток I имеет
минимальное значение. Этому режиму соответствует
номинальное возбуждение синхронного генератора 1вн- Из
векторной диаграммы (рис. 9) видно, что при малых токах
возбуждения (меньше номинального Тв< 1вн) синхронный
генератор недовозбужден и он отдает энергию в сеть при
опережающем токе I (<р<0). Наоборот, увеличение 1в> Твн при
той же нагрузке (генератор перевозбужден) ток I будет
отставать по фазе от напряжения, т.е. иметь индуктивный
характер нагрузки (<р>0).
Свойство недовозбужденного синхронного генератора
отдавать в сеть опережающий (емкостной) ток позволяет в
некоторых случаях использовать его в качестве синхронного
компенсатора для улучшения cos <р электрооборудования.
С увеличением активной нагрузки возрастает активная
составляющая тока статора, поэтому U - образные кривые
идут выше (Р >Р >Р). Максимальное значение cos ср=1 будет
при 1вн, иначе cos <р<1, т.е. при других значениях 1В cos ср
уменьшается.
-у?'
Рис.10.
’5*3-
Задание по работе
1.	Записать основные данные генератора и
оборудования испытательной установки.
2.	Провести испытание, результаты записать в
таблицы, осуществить синхронизацию генератора с сетью и по
данным испытаний построить на миллиметровой бумаге
следующие характеристики:
а)	холостого хода;
б)	U-образную;
в)	рабочие характеристики.
Методические указания по выполнению работы
1. Ознакомиться с устройством синхронной
машины, установленной на агрегате №2 лабораторного стенда
и макета. Записать технические паспортные данные:
Номинальное напряжение, В
Номинальная частота, Гц
Синхронная частота вращения ротора, об/мин
Номинальная мощность в режиме генератора, кВт
Номинальный ток статора, А
Номинальный coscp
Номинальная мощность в режиме двигателя, кВт
Номинальный КПД
Номинальный ток возбуждения, А
Максимальный ток возбуждения, А
Изучить на стенде расположение кнопок и ручек
управления, а также измерительных приборов и особенности
измерения.
В работе используется 9 приборов:
1)	Амперметр - «Ток возбуждения» приводного
двигателя (предел измерения 0-1 А).
220
50
3000
L0
3,0
0,8
0,7
0,78
2,0
6,0
2)	Вольтметр для измерения напряжения
тахогенератора, установленного на валу агрегата №2, с
пределом измерения 0-50 «скорость об/мин* 100» Показания
вольтметра умножаются на «100». (пределы измерения 0-5000
об/мин)
3)	Амперметр - «Возбуждения синхронного
генератора» с пределом измерения 0-20А
4)	Вольтметр - «Напряжение якоря» с пределами
измерения 0-300 В для измерения подаваемого на приводной
двигатель постоянного тока (ДПТ) (с помощью кнопок «Т» и
«ф».
5)	Вольтметр - «Напряжение статора»
синхронного генератора (0 - 250 В).
6)	Вольтметр - «Напряжение сети», в которую
включается синхронный генератор после выполнения условий
синхронизации (пределы измерения 0 - 250 В).
7)	Амперметр - «Ток статора» 0 - 15 А для
измерения фазного тока синхронного генератора.
8)	Ваттметр - «Мощность» 0-2 kW для измерения
активной мощности, отдаваемой в сеть синхронным
генератором.
9)	Прибор - «Синхронизация» для включения
синхронного генератора в сеть в момент синхронизации.
2.	На панели стенда «Синхронная машина» собрать
электрические цепи для снятия характеристик синхронного
генератора. Принципиальная схема установки приведена на
рис И. Для привода синхронной машины используется
двигатель постоянного тока ДПТ (рис. 11). Монтаж установки
для исследования синхронного ненератора выполнить по
схеме рис. 12. Правильность монтажа схемы должна быть
проверена преподавателем. Синхроноскоп на монтажной
схеме не показан, так как он заранее наглухо подключен к
сети (см. рис. 11). Это гарантирует правильность определения
последовательности чередования фаз генератора и сети.
'53“-
0-H3 t>
'5'6"'
3.	Подготовить к пуску приводной двигатель ДТП:
а)	На панели «Машины постоянного тока» вращая
ручку пускового реостата «Пуск двигателя» против часовой
стрелки до крайнего положения «1», полностью ввести
сопротивление пускового реостата (RP пуск).
б)	Вращая ручку реостата RPb «Регулировка
возбуждения» в цепи обмотки возбуждения ДПТ по часовой
стрелке до крайнего правого положения, полностью вывести
это сопротивление (RPb)
в)	Кнопкой «Вкл» подать напряжение на ДПТ. При
этом загорается лампочка «Сеть» оранжевого цвета. Плавным
вращением ручки «Пуск двигателя» из положения «1» в
положение «7» произвести пуск приводного двигателя ДПТ и
в дальнейшем оставить ручку в положение «7».
Внимание: при отстуствии тока возбуждения ДПТ либо при
1в<0,5А ручку «Пуск двигателя» из положения «1» не вращать.
Иначе произойдет авария.
г)После пуска ДПТ регулированием напряжения
кнопками «Т» и «Ф» довести скорость ДПТ, а следовательно, и
скорость синхронизации генератора до номинальной пс=ЗООО
об/мин. В процессе дальнейшей работы поддерживать
скорость постоянной, незначительно изменяя ток возбуждения
ДПТ.
4.	Снять характеристики холостого хода
синхронного генератора Е()(1в) при токе нагрузки 1=0 и п=3000
o6/M=const. Обмотка возбуждения синхронного генератора
подключается к регулируемому источнику напряжения
постоянного тока. Для этого нажимается кнопка «Вкл»
позиции «Возбуждение синхронной машины». Кнопкой «Вкл»
позиции «Включение статора синхронной машины»
подключить к обмотке статора вольтметр и соответствующие
электрические цепи синхроноскопа. Регулировка тока
возбуждения 1В производится регулировочным устройством на
панели «Синхронная машина». Изменяя ток 1в от нуля до

значения, при котором напряжение на зажимах генератора
составит U= 250В = 1,15 U1IOM, произвести 6-7 измерений.
Первая точка отсчета при 1в=0.
Результаты измерений записать в табл. 1.
Таблица 1
Номера измерений	1	2	3	4	5	6	7
1в, А							
Ео, В							
5.	Осуществить синхронизацию синхронного
генератора с сетью питания переменного тока. Выровнять
напряжения генератора и питающей сети Ui—Uc- Изменяя
частоту вращения приводного двигателя ДПТ путем
изменения напряжения, установить момент синхронизации
частоты ЭДС синхронного генератора и напряжения сети.
Момент синхронизации соответствует совмещению стрелки
синхроноскопа с вертикальной отметкой его шкалы
(совпадение фаз напряжений генератора и сети). В момент
синхронизации подключить синхронный генератор на
параллельную работу с сетью путем нажатия кнопки «Вкл»
позиции «Включение к сети синхронной и асинхронной
машины».
6.	Снять U- образную характеристику синхронного
генератора, т.е. Г(1в) при U=const и P=const.
а) установить при мощности P=0,4PiIOM=const минимальный
ток нагрузки синхронного генератора, изменяя 1В;
а) повысить ток нагрузки до 1=11ГОМ путем изменения тока
возбуждения синхронного генератора 1В сначала в сторону
увеличения, а затем в сторону уменьшения по сравнению с
начальным значением, причем в каждом случае снимаются
по три точки.
-1ГХ-
Поддержание мощности синхронного генератора,
отдаваемой в сеть Р=0,5Р11ОМ, осуществляется изменением тока
возбуждения 1в приводного двигателя ДП.
Данные измерений заносят в табл. 2.
7. При номинальном токе возбуждения генератора
(Imi=2A=const) увеличивать активную мощность до
номинальной, отдаваемую генератором в сеть путем
увеличения напряжения ДПТ. Изменяя ток статора
синхронного генератора в пределах номинального значения,
произвести семь измерений U, I и мощности Р, отдаваемой в
сеть. Для более точной установки активной мощности
изменять ток возбуждения ДПТ в пределах 0,45<1ади<0,55.
Таблица 2
Номера измерений	1	2	3	4	5	6	7
и, В							
1в, А							
1,А							
Cos ф							
Р, Вт							
Результаты измерений записать в табл. 3.
Таблица 3
Номера измерений	Измерения				Вычисления
	и, В	1,А	1в,А	Р, Вт	Cos (р
1					
2					
					
-S<3
8. Графическое изображение на миллиметровой
бумаге полученных результатов:
а)	по результатам измерений п.4 построить характеристику
холостого хода;
б)	построить U - образую характеристику синхронного
генератора, т.е. 1(1в), cos ф( 1в) при P=const
cos ф рассчитать по формуле
(Р, и, I взять из табл. 2)
в)	по данным табл. 3 построить рабочие'характеристики:
кривые I(P), cos ф(Р).
Содержание отчета
1.	Цель работы и задание на нее.
2.	Принципиальная схема экспериментальной установки.
3.	Перечень используемого оборудования и приборов с их
паспортными данными.
4.	Таблицы данных экспериментов и результатов расчета.
5.	Расчеты искомых величин.
6.	Выполненные на миллиметровой бумаге
характеристики сшгхронного генератора.
7.	Выводы.
Контрольные вопросы
1.	Поясните устройство и принцип действия трехфазного
синхронного генератора.
2.	Каково назначение синхроноскопа?
3.	Какие условия необходимо выполнить при включении
синхронного генератора на параллельную работу с
сетью?
4.	Что представляет собой U - образная характеристика,
каковы ее свойства?
-ю-
5.	Как изменить активную мощность синхронного
генератора, работающего параллельно с сетью?
6.	Как изменить реактивную мощность синхронного
генератора, работающего параллельно с сетью?
7.	Как осуществить поддержание U=const синхронного
генератора при изменении значения и характера
нагрузки?
8.	Каким образом синхронный генератор может быть
использован для повышения costp, т.е. в виде
синхронного компенсатора?
Лабораторная работа № 11
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО
СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Цель работы: На стенде, по макетам и наглядным пособиям
изучить устройство и ознакомиться с
основными характеристиками синхронного
трехфазного двигателя.
Основные теоретические положения
Синхронные машины, как и другие электрические машины,
обратимы, т.е. могут работать в режимах генератора и
двигателя. Конструкция синхронного двигателя такая же, как
генератора (см. лабораторную работу № 10). В большинстве
случаев синхронные двигатели-явнополюсной конструкции.
Частота вращения синхронных двигателей постоянна и
равна:
n-^L,
р
где f-частота потребляемого тока;
p-число пар полюсов синхронного двигателя (СД).
С такойже частотой п вращается магнитное поле, создавае-
мое трехфазной обмоткой статора СД.
При пуске двигателя включается трехфазный ток и в
пространстве образуется вращающиеся магнитное поле, а
ротор остается неподвижным, даже если включена его
обмотка возбуждения, которая питается потоянным током.
На рис. 1 показанны поперечные разрезы СД:
на рис. 1а с цилиндрическим ротором, на рис 16 с
явновыраженными полюсами. Неподвижная часть статор-1,
вращающийся ротор - 3. Статор - цилиндрический магпи-
тонровод, набранный из листов электротехнической стали.
В пазах 2 статора размещаются проводники 4 обмотки
статора. На роторе размещается обмотка возбуждения 4,
которая питается постоянным током через контактные
кольца 5. Эту часть СД называют также индуктором.
Частота вращения СД с явновыраженными полюсами
ограничена величиной п=1000 об/мин из-за недостаточной
механической прочности, но в большинстве случаев СД -
явнополюсной конструкции.
Вращающееся магнитное поле создает
знакопеременный момент. Ротор СД обладает инерцией,
поэтому под действием знакопеременного момента не
может мгновенно сдвинуться с места и приобрести
синхронную частоту вращения.
Для пуска СД применяются следующие способы:
1)	частотный пуск;
2)	асинхронный пуск;
3)	пуск с помощью вспомогательного электродви-
гателя.
Регулируемые приводы с СД комплектуются стати-
ческим преобразователем частоты, частота тока на выходе
которого может плавно изменяться от нулевого значения.
Для синхронного пуска СД в полюсных наконечни-
ках ротора синхронного двигателя укладывается пусковая
обмотка, аналогичная короткозамкнутой обмотке асин-
хронного двигателя. Обмотка возбуждения отключена от
источника постоянного напряжения. Таким образом, СД
запускается как асинхронный двигатель на холостом ходу.
На околосинхронной скорости включается питание обмот-
ки возбуждения ротора постоянным током. В результате
взаимодействия магнитных полей статора и ротора син-
хронный двигатель входит в синхронизм и ротор начинает
вращаться со скоростью магнитного поля статора.
При сбросе и набросе нагрузки па валу СД из-за из-
менения угла нагрузки 0 происходит кратковременное
скачкообразное изменение частоты вращения ротора. В
’63-
короткозамкнутой обМотке ротора возникает ток и соот-
ветственно момент, препятствующий изменению частоты
вращения. Т е. короткозамкнутая обмотка выполняет роль
демпфера, сглаживающего толчки нагрузки.
Достоинство асинхронного способа пуска - простота,
т.к. пуск осуществляется простым включением СД в сеть.
Недостаток - значительный пусковой ток, что неблагоприятно
для других приемников электрической энергии. Для умень-
шения пускового тока запуск осуществляют пониженным на-
пряжением от автотрансформатора. 
При пуске СД от вспомогательного электродвигателя
возбужденный ротор СД доводится до 'частоты вращения
близкой к синхронной вспомогательным асинхронным или
двшатслсм постоянного тока. В этом случае разноименные
полюса ротора при околосинхронной скорости и вращающе-
гося магнитного поля статора притягиваются друг к другу, ро-
тор втягивается в синхронизм, а вспомогательный двигатель
отключается.
На рис. 2 показана упрощенная векторная диаграмма
для одной фазы СД с неявнополюсным ротором в пред-
положении, что резистивное сопротивление фазы R=0, из
которой видно, что вектор приложенного напряжения U
уравновешивается противоЭДС Ёо и падением напряжения jlx
На синхронном индуктивном сопротивлении X.
Из условия сохранения постоянства активной
мощности (P=const) E*sin0=const и I*cos<p=const, а также
напряжения U=const с изменением тока возбуждения 1В вектор
Ео будет перемещаться по линии А, параллельной U, а вектор
тока I по линии В, перпендикулярной U.
Для СД, как и для синхронного генератора, ток статора
I при изменении 1в будет изменяться по U-образной кривой,
что видно из векторной диаграммы (рис. 2). В отличие от
генератора при недовбзбуждении СД потребляет из сети
Отстающий по фазе ток (на рис. 2 - I, Е; ср>0), а при
перевозбуждении (на рис.2. Е", I", ср<0) потребляет опережа-
ющий (емкостной) ток. Это очень ценно для установок, т.к.

Рис. 2 Упрощенная векторная диаграмма СД
Рир. 3 ‘ U-образные характеристики СД
СД можно использовать для повышения coscp в качестве
синхронного компенсатора. Синхронный компенсатор
представляет собой специально изготовленный СД облег-
ченной конструкции и уменьшенной механической прочно-
сти. На рис. 3 приведены U-образные характерис-тики и coscp
СД при изменении тока возбуждения 1В. В отличие от
генератора при номинальном 1вн и выходной мощности на валу
СД Р2=0 (х.х.) ток I в реальном двигателе не равен нулю, т.к.
требуется мощность для вращения самого СД и компенсации
потерь х.х. На рис. 3 нижняя U-образная кривая соответствует
идеальному двигателю без потерь в режиме холостого хода.
Рабочие характеристики СД (зависимости вращаю-
щего момента М, потребляемой из сети мощности Рь к.п.д. р
и coscp от полезной мощное™ Р2 при U=const, f=const, Ia=const)
приведены на рис. 4.
Скоростная характеристика располагается параллельно
оси абсцисс (n=const), момент М является линейной функцией,
т.к. М=9550Р2/п, где п в об/мин, Р2 - в кВт, М - в и м.
Р] растет несколько быстрее Р2, т.к. с возрастанием тока
I, потери в обмотках растут пропорционально I2, a coscp
несколько отклоняется от прямолинейной зависимости.
Механическая характеристика n=f(M) показана на
рис. 5.
Электромагнитный момент, развиваемый СД в
зависимости от угла нагрузки 0 равен
M^^^sinQ,
<аХ
где со - угловая частота вращения.
Из этого выражения следует, что при U=const, IB=const,
E0=const электромагнитный момент является функцией только
угла 0. M=f(G) - угловая характеристика СД, показанная на
рис.6.
Рис. 4 Рабочие характеристики СД->
Рис. 5 Механическая характеристика СД
Рис. 6 Угловая характеристика

При работе в режиме генератора углу 0 условно
приписывается “плюс”, а в режиме двигателя - “минус”. То
есть в правом верхнем квадранте (рис.6) угловая
характеристкика показана в режиме генератора, а в левом
нижнем - в режиме двигателя.	„
Максимальное значение момента Мм-Д^5
при 0=| . Если нагрузка на валу превысит Мм, то двига-
тель выпадает из синхронизма, т.к. происходит нарушение
магнитной связи между полюсами ротора и вращающимся
полем статора; СД останавливается: На рис. 5 неустойчи-
вая часть характеристики при 0> - показана пунктирной
линией.
Достоинства СД по сравнению с другими
двигателями: сохранение n=const, высокий coscp и возмож-
ность его регулирования изменением тока возбуждения 1в;
высокая устойчивость к колебаниям питающего напря-
жения U.
Недостатки СД: сложный процесс пуска, возмож-
ность выпадения из синхронизма при перегрузках, потреб-
ность в постоянном и переменном токах одновременно.
Задание по работе.
1.	Ознакомиться с конструкцией трехфазного СД.
2.	Произвести пуск СД с помощью электродвигателя
постоянного тока.
3.	Снять U-образную характеристику СД.
4.	Снять рабочие характеристики СД.
5.	Составить краткие выводы по работе.
Методические указания по выполнению работы.
1.	На панели стенда “Синхронная машина” собрать элек-
трические цепи установки для снятия основных характе-
ристик синхронной машины, работающей на сеть большой
мощ-пости (рис. 7). Схема приводного двигателя постоян-
-<Jg~
A----------------
в------- 	 
с-----------—г
Рис. 7 Схема установки для испытания
синхронного двигателя
-69'
кого тока (ДПТ) с параллельным возбуждением собира-
ется на той же панели. Монтаж установки выполняется
по схеме рис.8.
2.	Осуществить пуск приводного ДТП в следующей после-
довательности:
а)	На панели “Машины постоянного тока”, вращая
ручку пускового реостата
“Пуск двигателя” против часовой стрелки до
крайнего положения, полностью ввести
сопротивление пускового реостата.
б)	Вращая	ручку . реостата	“Регулировка
возбуждения” в цепи обмотки
возбуждения ДТП по часовой стрелке до крайнего
правого положения, полностью вывести это
сопротивление. (При этом ток возбуждения будет
максимальным).
в)	Кнопкой “ВКЛ” подать напряжение на ДТП. При
этом загорается лампочка “Сеть” оранжевого цвета.
Плавным вращением ручки “Пуск двигателя” из
положения “1” в положение “7” произвести пуск ДТП
и дальнейшем оставить ручку в положении “7”.
ВНИМАНИЕ: При отсутствии тока возбуждения
ДТП либо при 1в<0,5 А ручку “Пуск двигателя” из по-
ложения “1” не вращать (аварийный режим).
г)	Регулированием напряжения кнопками “Т“ ‘Ф* довес-
ти скорость ДТП, а , следовательно, и скорость СД до
синхронной п=3000 об/мин. В процессе дальнейшей
работы поддерживать скорость постоян-ной
незначительным изменением тока возбуждения ДТП.
3.	Подключить обмотку возбуждения СД на питающее
напряжение путем нажатия кнопки “ВКЛ” панели
“Возбуждение синхронной машины” и установить ток
возбуждения 1в ном-2А. Регулировка 1В осуществляется
регулятором возбуждения на панели “Синхронная
машина”. Затем подключить статор СД, нажав кнопку
“ВКЛ” “Подключение к сети статора синхронной
машины”. При частоте вращения СД п=3000 об/мин
- ?0~
возбуждение
Puc 8 Монтажная схема установки для
испытания синхронного двигателя
- 71'
кнопкой “ВЫКЛ” на панели “Машины постоянного тока”
отключить вспомогательный ДПТ.
4.	Нагрузить СД до значения М2=0,7 нм путем изменения
нагрузки электромагнитным тормозом агрегата № 2.
5.	Снять U-образную характеристику при постоянном
моменте на валу (М2=0,7 н-м и U=const. Ток вобуждения
СД изменить в пределах 0,5-:-3,75 А с интервалом в 1 А.
результат измерений внести в табл. 1. Разгрузить СД
уменьшением М2 до нулевого значения, не отключая от
сети.
6.	Снять рабочие характеристики СД:
I,	costp, Т], М2, Р[ в функции Р2 при 1в =const, U=const. С
этой целью выполнить следующие операции:
6.1	Установить ток возбуждения 1в=2А при Р2=0, т.е. при
х.х. Показания приборов записать в табл. 2.
6.2	Изменяя М2 от М=0 до значения, при котором 1=2А,
снять 7 измерений и занести в табл 2.
6.3	Разгрузить СД и остановить его выключением напря-
жения сети и питания обмотки возбуждения.
7.	Оброботка результатов опытов:
7.1	Построить U-образную характеристику СД и зависи-
мость cos<p(Ib) при P2=const по данным табл. 2.
7.2	. Построить рабочие характеристики СД в одной коор-
динатной системе (табл. 2).
Расчеты производить по следующим формулам:
мощность на валу: Р2=0,105 М2-п, Вт
Р2
КПД: т/ =----------, где мощность возбуждения
Л + h^B
Pb=UbIb=I2bRb (Rb=5,5 Ом)
Д Pl
cosm двиготеля: COS (р —---= —,
^иф1ф
где Р[-активная мощность, потребляемая СД.

Содержание отчёта.
1.	Цель работы и задание.
2.	Принципиальная схема экспериментальной установки.
3.	Перечень оборудования и приборов с их паспортными
данными, в т.н. синхронного двигателя.
4.	Таблицы экспериментальных и расчетных данных.
5.	Выполненные в масштабе на миллимегровой бумаге
исследуемые в работе характеристики СД.
6.	Выводы.
таблица 1.
таблица 2.
Контрольные вопросы
1.	Пояснить устройство и принцип действия синхронного
двигателя.
2.	Перечислить способы пуска синхронного двигателя.
3.	Почему при изменении нагрузки на валу частота враще-
ния двигателя остаётся постоянной ?
4.	Как осуществляется переход от генераторного режима
синхронной машины к двигательному ?
'?3~
5.	При каких условиях синхронный электродвигатель работает
в режиме синхронного компенсатора?
6.	Как влияет ток возбуждения Iu на режим работы
синхронного двигателя?
7.	При каких условиях происходит выпадение синхронного
двигателя из синхронизма, в чём оно проявляется?
8.	Можно ли изменить coscp при неизменной нагрузке на валу
(I2=const)?
9.	Как изменить направление вращение синхррнного
двигателя?
10.	Как происходит изменение тока ста тора I при изменении
М2?
-7Ц-
Лабораторная работа №12
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА С
НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Цель работы : по макетам , наглядным пособиям и
описаниям изучить устройство и принцип
действия генератора постоянного тока с
независимым возбуждением . Ознакомиться
с основными характеристиками и методами
испытаний генератора постоянного тока.
Основные теоретические положения
Генератор постоянного тока является электромеханическим
преобразователем механической энергии, поступающей на его
вал , в электрическую , снимаемую с зажимов якоря.
Генераторы постоянного тока широко применяются в
системах электроснабжения автономных объектов , в том числе
и на автотранспортных средствах.
Генераторы постоянного тока в конструктивном исполнении
не отличаются от двигателей постоянного тока , так как все
электрические машины обратимы и могут работать как в
двигательном , так и в генераторном режимах.
На рис.1 представлен эскиз конструктивного исполнения
генератора постоянного тока. На неподвижной части
генератора - статоре - 1 расположены полюса - 2 с обмотками
возбуждения - 3. Подвижной частью генератора является якорь
- 4, набранный из тонких изолированных друг от друга листов
электротехнической стали для уменьшения мощности потерь в
магнитопроводе якоря от вихревых токов,. В пазах якоря
размещена его обмотка - 5, выводы которой соединяются с
пластинами коллектора - 6, расположенного на валу
генератора. С пластинами коллектора , с которых снимается
76-
выходное напряжение генератора , находятся в контакте
графитовые щетки (на рис. 1 не показаны).
Все электрические машины , в том числе и исследуемый
генератор , работают с использованием закона
электромагнитной индукции . По этому закону в обмотке
якоря, вращающемся в магнитном поле , наводится
электродвижущая сила (ЭДС)
5 = £2Л.ф
60 а
1
где : p-число пар полюсов генератора;
a-число параллельных ветвей обмотки якоря;
N-число проводников обмотки якоря;
Ф-результирующий магнитный поток на пару полюсов;
n-частота вращения якоря.
Так как в изготовленном генераторе параметры P,N и "а"
являются величинами постоянными , но формулу (1) можно
представить в следующем виде
Е = Се-п-Ф, (2)
г pH .
где С£ =----= const -конструктивный параметр генератора.
60#
- ?6~
Характеристики генератора
Основными характеристиками генератора являются
характеристики : холостого хода , внешняя , регулировочная и
нагрузочная.
Характеристика холостого хода генератора - это
зависимость наводимой в якоре ЭДС от тока возбуждения 1в
при работе генератора без нагрузки и при постоянной частоте
вращения , т.е. Ео = /(1в) при 1я =0 , n=const. Качественный вид
характеристики холостого хода представлен на рис.2
При разомкнутой цепи возбуждения (1в=0) в цепи якоря
наводится ЭДС за счет остаточной намагниченности магнитной
системы генератора создающей магнитный поток Фост
Еост Се п Фост (3)
Этой ЭДС соответствует точка 1 на рис.2. При увеличении
тока возбуждения 1в наводимая в якоре ЭДС растет вначале
пропорционально этому току (участок1-2), так как
пропорционален току, создаваемый им магнитный поток Ф
Ф=а1в, (4)
где а- коэффициент пропорциональности , зависящий от
конструкции генератора По мере увеличения тока
возбуждения пропорциональность между ним возбуждения и
магнитным потоком нарушается. Это обуславливается
насыщением магнитной системы. Поэтому зависимость ЭДС от
тока возбуждения на участке 2-3 искривляется . Участок

puc.1

характеристики 1-2-3 называют ее восходящей ветвью. При
уменьшении тока возбуждения получают нисходящую ветвь
характеристики 3-4-5, которая располагается выше восходящей
ветви. Такое явление обусловлено свойством магнитной
системы, называемым гистерезисом.
В современных генераторах восходящая и нисходящая ветви
оказываются очень близки друг к другу , поэтому на практике
часто характеристику холостого хода представляют линией,
усредняющей отмеченные ветви.
Внешняя характеристика отображает зависимость
напряжения на зажимах генератора (якоря) от тока нагрузки
(тока якоря) при постоянных токе возбуждения и частоте
вращения ,т.е.
U«=/(M при lB=const, n=const.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа для цепи
якоря можем записать (см рис. 6):
E=ImR,+IhR,1=I1,Rh+U1, , (5)
где RB R„ -сопротивления обмотки якоря и нагрузки;
и„= 1Я R„ -напряжение на нагрузке, 1н=1я-ток нагрузки.
-
Из (5) следует ,что напряжение генератора на нагрузке равно :
U„=E-InR«(6), .
Таким образом , чем больше ток нагрузки , тем больше
напряжение падает на внутреннем сопротивлении обмотки
якоря и тем меньше напряжение становится на выходе
генератора,
Если бы причиной снижения напряжения на выходе
генератора было бы только падение напряжения на
сопротивлении якоря, то зависимость U=/(IH) была бы линейно
падающей . Однако одновременно с увеличением тока 1я растет
и создаваемый им магнитный.поток якоря.
В результате этого общий магнитный поток Ф в генераторе
уменьшается. Это явление называют реакцией якоря. Ее
следствием является тот факт , что внешняя характеристика
становится нелинейной и более круто падающей. Её
качественный вид представлен на рис .3.
Внешняя характеристика генератора показывает , что при
изменении нагрузки изменяется напряжение на его выходе.
Регулировочная характеристика генератора показывает ,
как надо регулировать ток возбуждение генератора , чтобы
напряжение на его зажимах при изменении нагрузки
оставалось постоянным при постоянной частоте вращения
якоря , т.е. эта характеристика представляет зависимость,
представленную на рис.4.
Нагрузочная характеристика отображает зависимость
выходного напряжения U„ генератора от тока возбуждения при
постоянной нагрузке и частоте вращения , т.е.
UH=/(IB) при Is=const, n=const.
~iO-
Рассмотренная выше характеристика холостого хода
является частным случаем нагрузочной характеристики при
1„=0. Так как под нагрузкой напряжение на зажимах генератора
уменьшается вследствие падения напряжения в цепи якоря и
реакции якоря , то нагрузочная характеристика проходит ниже
и правее характеристики холостого хода. Её вид показан на
рис.5.
Задание по работе
1.	Изучить и записать основные данные исследуемого
генератора и оборудования испытательной
установки.
Исследуемый генератор независимого возбуждения
имеет следующие паспортные данные :
Напряжение, В...............ПО
Мощность, кВт.............0.37
Частота вращения, об/мин..1500
Ток возбуждения, А..........1
2.	Снять характеристики : холостого хода , внешнюю ,
регулировочную и нагрузочную.
3.	Построить на миллиметровой бумаге снятые
характеристики с соблюдением всех правил
оформления графиков.
Методические указания по выполнению работы
1.	Принципиальная электрическая схема исследуемого
генератора с независимым возбуждением с приводным
двигателем представлена на рис.6.

- 82'
На рисунке обозначено :
М- приводной асинхронный двигатель , питающийся от
промышленной трехфазной сети переменного тока;
G- якорь генератора , механически соединенный с валом
приводного двигателя;
LG- обмотка возбуждения генератора , питаемая от
независимого источника постоянного тока UB ;
SA-выключатели в цепях питания двигателя , а также якоря
и обмотки возбуждения генератора;
R- реостаты нагрузочный и регулировочный;
РА,РУ-измерительные приборы для измерения
соответствующих параметров;
FU-плавкие предохранители.
2.	С помощью специально предусмотренных перемычек
собрать электрическую цепь в соответствии с
монтажной схемой лабораторной установки, рис.7.
3.	Кнопкой "Сеть", расположенной на левой
вертикальной панели, включить питание стенда.
При этом загорится контрольная лампа и вольтметр
покажет уровень напряжения сети.
4.	Кнопкой "Включение к сети синхронной и асинхронной
машины", расположенной на средней вертикальной
панели, подать напряжение на приводной асинхронный
двигатель . Загорится соответствующая контрольная
лампа и ротор двигателя , а следовательно и якорь
генератора придут во вращение.
- «V
duc.7
’ gj<~
5.	Кнопкой "Возбуждение синхронной машины и
генератора постоянного тока", расположенной на
средней панели, включить цепь возбуждения генератора.
Ручкой "Регулировка" выставить максимальное
напряжение возбуждения (вправо до упора). При
вращении другой ручки "Регулировка возбуждения",
расположенной на правой вертикальной панели,
вольтметр, включенный параллельно якорю генератора,
зафиксирует наводимую в нем ЭДС. Установка готова
для снятия характеристик.
6.	Снятие характеристики холостого хода.
Ручку "Регулировка возбуждения" выставить на минимум.
Для получения начального нулевого значения тока
возбуждения разомкнуть одну из перемычек в цепи
возбуждения генератора. Значение (нулевое) тока
возбуждения и величину остаточной ЭДС занести в
табл. 1.
ТАБЛИЦА №1
	Восходящая ветвь	Нисходящая ветвь
1в,А	CQ Ш	Е0,В
Вновь замкнув перемычку , ручкой "Регулировка
возбуждения", выставить 4-5 значений тока возбуждения
при его увеличении до максимального значения и
зафиксировать соответствующие значения ЭДС генератора в
табл. 1. Затем уменьшая ток возбуждения и пройдя через те
же его значения , снять нисходящую ветвь характеристики .
Результаты записать в табл.1.
7.	Снятие внешней характеристики .
Ручкой "Регулировка возбуждения" на холостом ходу
выставить максимальные значения ЭДС генератора.
- ss
Показания нулевого значения тока нагрузки и напряжения
генератора занести в табл. 2.
ТАБЛИЦА №2
1»! А	1 Ц(А	цв
!		
Включить нагрузочный реостат "Нагрузка генератора",
расположенный на правой панели, и при каждом
фиксированном положении переключателя занести в
таблицу показания тока нагрузки и напряжения на выходе
генератора. Показания параметров занести в табл.2. В
процессе снятия характеристики следить за постоянством 1в
8.	Снятие регулировочной характеристики.
Ручкой "Регулировка возбуждения" на холостом ходу
выставить напряжение генератора на уровне 80% от
номинального значения. Увеличивая нагрузку от нуля до
максимальной, током возбуждения поддерживать
напряжение генератора на постоянном заданном уровне.
Показания тока нагрузки и тока возбуждения занести в
табл.З.
ТАБЛИЦА №3
Л/	цл	и, в
		
Выключить нагрузочный реостат.
9.	Снятие нагрузочной характеристики.
"86 ~
Ручкой "Регулировка возбуждения" выставить ток
возбуждения на максимум. Нагрузочным реостатом
(переключается дискретно) выставить ток нагрузки в
пределах 2,8ПЗ А
ТАБЛИЦА №4
и, в	1в А	1в.В
		
Изменяя сопротивление нагрузки и при каждом положении
реостата выставляя током возбуждения выбранное значение
тока нагрузки, снять дополнительно 4-5 точек для построения
нагрузочной характеристики. Показания приборов занести в
табл.4.
При необходимости (по указанию преподавателя) снять
нагрузную характеристику при токе 1=0,51ном.
Содержание отчета.
1.	Цель работы и задание на нее.
2.	Принципиальная схема экспериментальной установки.
3.	Перечень используемых оборудования и приборов с
паспортными данными.
4.	Таблицы данных экспериментов и результатов расчета.
5.	Необходимые расчеты.
6.	Выполненные на миллиметровой бумаге характеристики
генератора с соблюдением всех необходимых требований.
7.	Выводы.
~8?~
Контрольные вопросы.
]. Объяснить устройство и принцип действия генератора
постоянного тока.
2.	Объяснить	причину наведения в обмотке якоря
остаточной ЭДС на холостом ходу.
3.	Объяснить несовпадение восходящей и нисходящей
ветвей характеристики холостого хода.
4.	Объяснить нелинейность характеристик холостого хода.
5.	Объяснить причины снижения напряжения на зажимах
генератора при росте нагрузки.
6.	Объяснить причину стабилизации напряжения при
изменении нагрузки по регулировочной характеристике.
7.	Почему нагрузочная характеристика , построенная в тех
же координатах , что и характеристика холостого хода,
располагается ниже её ?
8.	Что такое реакция якоря и каков "механизм" ее влияния на
работу генератора ?