По объему выполненной работы ставится оценка.
Рекомендуемая литература
1. Кацман, М.М Электрические машины 
: учебник / М.М.Кацман. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.- 371-390с.
2. Китаев В.Е., Корхов Ю.М,. Свирин В.К. Электрические машины.– М.: Высшая школа. 1978.- 22-37с.
3. Справочник по электрическим машинам / Под ред. Кацман М.М. – М.: Академия, 2005.- 285-366с
Интернет-ресурсы:
Сайт технической литературы http://elmech.mpei.ac.ru/em/EM/EM_cont_0.htm
Лабораторный практикум http://elmech.mpei.ac.ru/EM/Seminar/Seminar_0.htm
Сайт технической литературы http://model.exponenta.ru/electro/contents.htm
http://www.emna.ru/katalog/tran/tran_maslo.htm
Практическая работа №4
Тема 1.1 Электрические машины
Название: «Расчет генератора постоянного тока».
Цель: - получить практические навыки расчета электрических параметров генератора постоянного тока.
Задачи:
- образовательная: по окончании практической работы обучающийся должен
уметь – самостоятельно рассчитывать параметры генератора постоянного тока (ОК3);
- организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество (ОК2).
- развивающая: развивать у студентов профессиональный интерес (ОК1), развивать умения вести учебный диалог, отвечать на вопросы (ОК6).
- воспитательная: воспитывать инициативу и самостоятельность в трудовой деятельности (ОК3).
Количество часов на выполнение- 2 часа.
Оснащение: инструктивные карты; счетно-вычислительная техника.
Задание
Генератор постоянного тока параллельного возбуждения имеет основные величины, значения которых приведены в таблице 1.
Необходимо вычислить для номинального режима работы генератора:
1. ЭДС, ток и сопротивление обмотки якоря, Еа, Iа, Rа.
2. Потери мощности в обмотке, Рэа,,
3. Тормозной электромагнитный момент, Мэм.
4. Номинальную полезную мощность генератора, Р2.
Падение напряжения в переходных контактах щеток ΔUщ = 2В.
Начертить принципиальную электрическую схему генератора параллельного возбуждения.
Исходные данные необходимо принять из таблицы 1 (данные выбираются по последней цифре варианта).
Таблица 1
| Наименование величин | Един. изм. | Номера задач | |||||||||
| Частота вращения якоря, nн | об/мин | ||||||||||
| Номинальный ток, Iн | А | 137,5 | |||||||||
| Сопротивление цепи возбуждения Rв | Ом | 25,6 | 14,4 | 28,75 | 57,5 | ||||||
| Потери мощности в цепи возбуждения, Рв, | Вт | ||||||||||
| Магнитный поток на пару полюсов, Ф | Вб | 0,438 | 0,0092 | 0,01 | 0,032 | 0,0376 | 0,02 | 0,0132 | 0,035 | 0,0144 | 0,011 |
| Число полюсов, 2р | |||||||||||
| Тип обмотки | Петл. | Волн. | Петл. | Волн. | Петл. | Волн. | Петл. | Волн. | Петл. | Волн. | |
| Число активных проводников якоря, N |
3. Предварительная подготовка
МПТ состоит из неподвижной части – статора и подвижной части – якоря.
Неподвижная часть машины (изо, а) состоит из станины 3, главных полюсов 1, дополнительных полюсов 2.
Статор состоит из станины и главных полюсов
Станина служитдля крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, т.к. через нее замыкается магнитный поток машины. Станину изготовляют их стали – материала, обладающего высокой механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. Станина имеет лапы для крепления машины. На станине обычно имеется коробка выводов, на зажимы которой выведены концы обмоток.
На станине крепят главные и добавочные полюсы, а также на торцовых сторонах ее - боковые щиты с подшипниками, удерживающими вал машины.
Обычно станину делают цельной из стальной трубы или сварной из листовой стали.
Главные полюса предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения, и состоят из шихтованного (набранного из листовой электротехнической стали) сердечника 2 и катушки возбуждения 3. Шихтованный сердечник необходим для ослабления вихревых токов. Нижнюю, более широкую, часть сердечника полюса называют полюсным наконечником. Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения, представляет собой электромагнит, создающий магнитный поток.
Рис. 1 Главные полюса
На сердечнике полюса помещена катушка обмотки возбуждения, намотанная из изолированного медного провода. Катушки всех полюсов соединяются последовательно, образуя обмотку возбуждения. На машинах постоянного тока полюсные катушки делают бескаркасными - намоткой медного провода непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку. В большинстве машин (мощностью более 1 кВт) полюсную катушку делают каркасной: обмоточный провод наматывают на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса.
Ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает магнитный поток. Полюсный наконечник удерживает обмотку возбуждения на полюсе и обеспечивает равномерное распределение магнитного поля под полюсом.
Полюсному наконечнику придают такую форму, при которой воздушный зазор между полюсами и якорем одинаков по всей длине полюсной дуги.
Добавочные полюсы имеют также сердечник и обмотку. Добавочные полюсы расположены между главными полюсами, и число их может быть либо равным числу главных полюсов, либо вдвое меньшим. Добавочные полюсы устанавливают в машинах больших мощностей; они служат для устранения искрения под щетками.
В машинах малых мощностей добавочных полюсов обычно нет.
Якорь - вращающаяся часть машины (изо, а) состоит из вала 1, обмотки 2 и коллектора 3. Сердечник якоря представляет собой цилиндр, собранный из листов электротехнической стали. Листы изолируются друг от друга лаком или бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи, их собирают в пакет и запекают, они имеют продольные пазы, в которых укладываются проводники обмотки якоря. Готовый
Рис. 2 Якорь машины постоянного тока:
а) - общий вид, 1 - сердечник, 2 - обмотка, 3 - коллектор,
Рис 3 Устройство якорных катушек (а) и расположение их в пазах (б): 1-якорные катушки;2 - сердечник якоря; 3 - коллектор; 4,5 - верхняя и нижняя стороны якорной катушки
|
Обмотка якорясостоит из секций (катушек), намотанных из медного провода круглого или прямоугольного сечения, уложенных в пазы сердечника якоря. Пазы якоря закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). В некоторых машинах накладывают на поверхность якоря бандаж из проволоки или стеклоленты с предварительным натягом.
В теле якоря делают воздушные каналы для охлаждения обмотки и его сердечника.
Лобовые соединения укрепляются стальными бандажами. Все секции обмотки, помещенные на якоре, включаются между собой последовательно, образуя замкнутую цепь, и присоединяются к коллекторным пластинам.
Коллектор представляет собой цилиндр, состоящий из отдельных пластин (ламелей) трапецеидального сечения из твердотянутой меди и изолируют между собой и от корпуса прокладками из миканита. После сборки коллектора эти пластины оказываются зажатыми между стальными шайбами 1 и 3, изолированными от медных пластин миканитовыми манжетами 4. Конусные шайбы стянуты болтами 2, имеют форму, соответствующую форме пластины. Шайба крепится к втулке.
Рис. 4 Устройство коллектора
Коллектор является наиболее сложной в конструктивном отношении и наиболее ответственной в работе частью машины. Поверхность коллектора должна быть строго цилиндрической во избежание биения и искрения щеток.
Коллектор предназначен для преобразования переменной ЭДС в постоянную - в генераторе и постоянный ток в переменный - в двигателе.
Для соединения обмотки якоря с внешней цепью на коллекторе помещают неподвижные щетки, которые могут быть графитными, угольно-графитными или бронзо-графитными.
В машинах высокого напряжения применяют графитные щетки, имеющие большое переходное сопротивление между щеткой и коллектором, в машинах низкого напряжения — бронзо-графитные щетки.
Щетки помещают в щеткодержателях (изо, б). Щетка 4, помещенная в обойме щёткодержателя, прижимается пружиной 5 к коллектору.
Рис. 5 Щетка и щеткодержатель; 4 - щетка, 5 – пружина
|
| Рис. 6 Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 — обмотка возбуждения; 2 — главные полюсы; 3 — якорь; 4 — обмотка якоря; 5 — щетки; 6 — корпус (станина) |
Машина постоянного тока (рис.6а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток Iв , который создает магнитное поле возбуждения Фв . Направление магнитного поля определяется правилом буравчика или правой руки.
На роторе расположена двухслойная обмотка, при помощи постороннего двигателя вращают якорь, при этом проводники якоря пересекаются магнитным полем, в них индуцируется ЭДС (правило правой руки).
Правую руку надо расположить так, чтобы магнитные силовые линии были направлены перпендикулярно ладони, а отогнутый на 90о большой палец был направлен по вектору скорости, тогда четыре вытянутых пальца покажут направление ЭДС.
Рис. 7 Правило правой руки
Рис. 8 Перемещение проводника в магнитном поле.
Эта ЭДС оказывается на щетках. Если к щеткам подключить нагрузку, то по обмоткам якоря потечет ток в направлении ЭДС. При взаимодействии тока якоря с магнитным полем индуктора возникают электромагнитные силы FТ (правило левой руки) (т – тормозные).
Чем больше потребителей, тем больше ток якоря, тем больше тормозные силы, тем больше должна быть мощность первичного двигателя для преодоления этих сил.
на 
U – напряжение на зажимах генератора при нагрузке;
- падение напряжения в обмотках якоря.
В проводниках, расположенных выше горизонтальной оси симметрии, которая разделяет полюсы (геометрическая нейтраль), ЭДС всегда направлена в одну сторону; в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, ЭДС направлена в противоположную сторону.
Условиями работы электрических генераторов является;
1. Совпадение по направлению тока и ЭДС что указывает, что машина отдает электрическую энергию (мощность).
2. Возникновение электромагнитного тормозного момента, из которого вытекает необходимость в получение извне механической энергии.
Назначение коллектора.При вращение рамки в магнитном поле индуктированная в нем ЭДС непрерывно изменяется по величине и направлению, а соответственно изменяется и ток во внешней цепи по тому же самому закону. Для получения во внешней цепи постоянного по направлению тока концы рамок подсоединяют к полукольцам. А для того чтобы получить постоянный по величине ток применяют большое количество рамок. Такую конструкцию называют, коллектором и его назначение является выпрямление переменной ЭДС получаемой в рамке.
Коллектор позволяет сохранить в постоянном направлением тока и напряжение во вешней электрической цепи действующую между щетками несмотря то, что в витке якоря ЭДС и ток изменяется дважды за один полный оборот рамки. Коллектор предназначен для соединения якорной обмотки с внешней цепью.
При выполнении практической работы необходимо отчетливо представлять связь между напряжением на вводах, U, ЭДС Е и падение напряжения Iа Rа в обмотке якоря генератора и двигателя. Для генератора 
.
3. Типовой пример расчета
1. Ток, отдаваемый генератором:
2. Ток в цепи возбуждения:
3. Ток якоря генератора:
4. ЭДС якоря генератора:
5. Магнитный поток:
6. Электромагнитный момент
7. Затраченная механическая мощность:
8. Коэффициент конструкции генератора:
9. Момент холостого хода:
10. Вращающий электромагнитный момент:
11. Полезный момент на валу генератора:
12. Полезная электрическая мощность
13. КПД генератора
или %
14. Схема генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.
4. Контрольные вопросы
1. Изобразите схематически устройство машин постоянного тока, назовите основные части машины постоянного тока.
2. Объясните принцип работы машины постоянного тока в качестве генератора.
3. Объясните устройство и назначение коллектора.
4. Напишите формулу ЭДС, наводимой в обмотке якоря.
5. Объясните сущность реакции якоря. Как она влияет на работу машины?
6. Что называется коммутацией в машине постоянного тока? Какие процессы с нею связаны?
7. Какие существуют средства ослабления реакции якоря?
8. Какие существуют способы улучшения коммутации?
9. Поясните назначение дополнительных полюсов.
10. В чем состоит процесс самовозбуждения генератора? В каком случае в генераторе с параллельным возбуждением самовозбуждение не наступает?
5. Критерии оценок
| Выполненная работа | оценка |
| Расчет генератора постоянного тока выполнен не в полном объеме или содержит грубые ошибки. | |
| Расчет генератора постоянного тока выполнен в полном объеме, но имеются ошибки в расчете. | |
| Расчет генератора постоянного тока выполнен в полном объеме, и вычерчена электрическая схема. | |
| Расчет генератора постоянного тока выполнен в полном объеме, вычерчена электрическая схема. На контрольные вопросы даны правильные, подробные ответы. |
Дата: 2016-10-02, просмотров: 295.
