Электротехнические устройства (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

Подлежит возврату

№ 000

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

для студентов специальностей

230201 «Информационные системы и технологии»,

230401 «Прикладная математика»,

220201 «Управление и информатика в технических системах»

МОСКВА 2007

Составители: , ,

Мордвинов

Настоящие методические указания относятся к проведению лабораторных работ, связанных с исследованиям параметров и характеристик ряда электротехнических устройств, на персональных компьютерах с использованием электронных лабораторно-иссле­довательских модулей.

Материалы предназначены студентам специальностей 230201 «Информационные системы и технологии» (а также направления подготовки бакалавров 230200 «Информационные системы»), 230401 «Прикладная математика», 220201 «Управление и информатика в технических системах».

Печатаются по решению редакционно-издательского совета технического университета.

Рецензенты:

© МИРЭА, 2007

Методические указания напечатаны в авторской редакции

Подписано в печать 09.01.2007. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,63. Усл. кр. - отт. 6,52. Уч.-изд. л. 1,75.

Тираж 100 экз. Заказ 7

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный институт радиотехники,

электроники и автоматики (технический университет)»

Москва, просп. Вернадского, 78

ВВЕДЕНИЕ

В современных автоматических и управляющих системах, в радиоэлектронной аппаратуре и средствах связи, в информационно-измерительной и вычислительной технике, а также во множестве других технических изделиях промышленного и бытового назначения широко используются электромагнитные статические, электромеханические, в том числе и электромашинные устройства (дроссели, трансформаторы, электродвигатели, генераторы, различного рода преобразователи и т. д.).

Настоящие методические указания относятся к лабораторным исследованиям параметров и характеристик некоторых распространенных электротехнических устройств из приведенного ряда. Работы проводятся на IBM-совместимых персональных компьютерах (ПК) с использованием блока электронных лабораторно-исследовательских модулей, разработанных на кафедре технических и информационных средств систем управления (ТИССУ) МИРЭА.

Материалы предназначены студентам ряда специальностей, осваивающим соответствующие дисциплины: 230201 «Информационные системы и технологии» (а также направления подготовки бакалавров 230200 «Информационные системы») – «Электротехника и электроника», 230401 «Прикладная математика» – «Общая электротехника и электроника», 220201 «Управление и информатика в технических системах» – «Элементы и устройства систем управления».

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Лабораторно-исследовательские модули функционируют под управлением ОС Windows.

После загрузки программы, реализующей работу одного из лабораторно-исследовательских модулей (пути доступа к файлам узнайте у ведущего преподавателя или лаборанта), на экране монитора появляется специальное (основное) окно, отводимое для дальнейшей работы с модулем и имеющее традиционный для Windows вид (рис.1).

В строке заголовка данного окна расположено название модуля. Ниже размещается строка главного меню, содержащего однотипные пункты: «Конструкция», «Параметры», «Схема», «Эксперимент», «Характеристики», «О программе», «Выход». При обращении к пункту главного меню модуля либо открывается дополнительное окно, обеспечивающее выполнение какого-либо этапа исследований, либо появляется ниспадающее подменю (см. рис.1), а затем уже, после обращения к требуемому пункту подменю, - соответствующее дополнительное окно.

При работе с некоторыми дополнительными окнами может возникнуть необходимость введения справочных данных на исследуемое устройство. Для этого предусмотрены имеющие белый фон окна ввода численных значений соответствующих величин (рис.2). Для изменения значения в таком окне следует щелкнуть мышкой внутри окна и после появления в нем мигающего курсора ввода набрать новое значение, используя обычные для приложений Windows приемы. При введении действительных чисел целую и дробную части следует разделять точкой.

После работы с дополнительным окном его необходимо закрыть, иначе дальнейшие действия будут невозможны. Закрыть дополнительное окно можно, щелкнув мышкой по присутствующей в данном окне кнопке «ОК», а при окончании работы с модулем - кнопки «Да» в диалоговом окне, открывающемся при вызове пункта главного меню «Выход». Впрочем, все окна, в том числе и основное окно модуля можно закрыть традиционным для Windows способом - щелчком мышью по кнопке «Х» в правом верхнем углу окна.

При обращении к пункту главного меню «Эксперимент» на экране появляется дополнительное окно, имитирующее стенд для проведения экспериментальных исследований. Помимо самого объекта исследований в стенде присутствуют приборы и элементы, которые требуются при натурном эксперименте (рис.3). Приборы, задающие конкретные режимы работы исследуемого устройства, снабжены подобными описанным выше (и тоже имеющими белый фон) окнами ввода численных значений величин, принудительно варьируемых пользователем в ходе проведения

эксперимента (см. рис.3а). На приборах и элементах могут быть расположены индикаторные окна (имеющие серый фон), в которых отражаются значения величин, также характеризующих режим работы объекта исследований (см. рис.3б и 3в). В случае наличия в стенде реостата (см. рис.3в) изменять значение его активного сопротивления можно путем буксировки мышкой движка реостата. Переключения коммутирующих элементов (см. рис.3г) можно осуществлять аналогичным образом - буксировкой мышкой рычажков переключателей. При этом о замкнутом состоянии каких-либо контактов свидетельствует красная линия между ними. После введения требуемых значений во все окна ввода, завершающегося нажатием клавиши «Enter» на клавиатуре ПК, и, если это нужно, установки состояний реостатов и переключателей в окнах ввода и индикаторных окнах (т. е. во всех информационных окнах стенда) будут высвечиваться все численные данные, необходимые для анализа заданного режима работы исследуемого устройства. При наличии в схеме стенда осциллографа (рис.3д) активизировать его экран (открыть дополнительное окно с соответствующей осциллограммой) можно двойным щелчком мышки на изображении прибора.

В случае задания опасных для устройства режимов работы открывается окно, содержащее сообщение об этом и рекомендации по изменению условий проведения опыта. Продолжить эксперименты можно только после закрытия этого окна одним из указанных выше способов.

Пункт главного меню «О программе» непосредственно в исследованиях не используется. При его вызове можно получить информацию о разработчиках лабораторно-исследовательского модуля, о средствах реализации программы, о требуемом аппаратном и программном обеспечении ПК.

Более подробные методические указания содержатся ниже, в соответствующих разделах, связанных с исследованиями параметров и характеристик конкретных электротехнических устройств.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основной

1.  , , Хвостов машины и микромашины: Учеб. для электротехн. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1990. – 528 с.

2.  , Миловзоров устройства автоматики: Учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика». – М.: Высш. шк., 1986. – 335 с.

Дополнительный

1.  Справочник по электрическим машинам: В 2-х т. Т.2 / Под общ. ред. , . – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 688 с.

2.  Электротехнический справочник: В 3-х т. Т.2. Электротехнические устройства / Под общ. ред. и др. – М.: Энергоиздат, 1981. – 640 с.

3.  Выгодский по высшей математике. – М.: Мир, 2000 – 863 с.

Лабораторная работа №1. ИССЛЕДОВАНИЕ

ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК

ТРАНСФОРМАТОРА МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Программа работы

1.  Получите у преподавателя задание на исследование конкретного типоразмера серийного трансформатора малой мощности.

2.  Ознакомьтесь с конструктивным устройством трансформаторов той серии, в состав которой входит подлежащий исследованию типоразмер. Нарисуйте в тетради для лабораторных работ упрощенную конструктивную схему трансформатора.

3.  Впишите в тетрадь и введите в лабораторно-исследовательский модуль обозначение типоразмера исследуемого трансформатора.

4.  Впишите в тетрадь (при необходимости введите также в модуль) основные технические (справочные) данные на исследуемый типоразмер трансформатора.

5.  Ознакомьтесь со схемой для исследования параметров и характеристик трансформатора и нарисуйте ее в тетради.

6.  Снимите и постройте в тетради следующие характеристики исследуемого трансформатора:

-  характеристики холостого хода (ХХ) - зависимости от напряжения на первичной обмотке трансформатора U1 потребляемых первичной обмоткой тока IО = f(U1 ) и активной составляющей мощности PО = f(U1 ), а также коэффициента мощности cosjО = f(U1 ) при разомкнутой вторичной обмотке; в процессе снятия этих характеристик проведите опыт ХХ;

-  характеристики короткого замыкания (КЗ) - зависимости от напряжения на первичной обмотке трансформатора U1 потребляемых первичной обмоткой тока IК = f(U1 ) и активной составляющей мощности PК = f(U1 ), а также коэффициента мощности cosjК = f(U1 ) при замкнутой накоротко вторичной обмотке; при снятии характеристик проведите опыт КЗ.

4.  По результатам опыта ХХ определите ориентировочное значение коэффициента трансформации k.

5.  Нарисуйте в тетради схему замещения трансформатора с последовательным соединением элементов ветви намагничивания и по результатам опытов ХХ и КЗ рассчитайте ее параметры - r1 , x1 , , , rm и xm - для режимов работы трансформатора при номинальном напряжении на первичной обмотке, т. е. при U1 = U1Н .

6.  Рассчитайте значение аварийного тока КЗ исследуемого трансформатора IК ав .

7.  Снимите и постройте в тетради внешнюю характеристику трансформатора - зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока в нагрузке U2 = f(I2 ), а также зависимости от тока в нагрузке тока в первичной обмотке I1 = f(I2 ) и КПД h = f(I2 ) при номинальном напряжении на первичной обмотке и чисто активном характере нагрузки, т. е. при U1 = U1Н и cosjН = 1 соответственно. Обозначьте на внешней характеристике точку, соответствующую номинальному режиму работы трансформатора.

8.  Сравните полученные характеристики трансформатора со справочными.

Указания по выполнению работы

Ознакомиться с конструктивным устройством трансформаторов малой мощности серии ТС можно, обратившись к пункту главного меню «Конструкция». О конструкциях трансформаторов других серий можно узнать из соответствующих учебных или справочных материалов.

При обращении к пункту ниспадающего подменю «Выбор трансформатора» пункта меню «Параметры» открывается диалоговое окно, в котором можно выбрать либо трансформатор типоразмера ТС-31-1, данные о котором встроены в модуль, либо отметить пункт «Произвольный тип» (в этом случае обозначение типоразмера трансформатора в модуль не вводится).

Технические (справочные) данные на трансформатор ТС-31-1 можно наблюдать в окне, открывающемся при выборе пункта подменю «Технические данные трансформатора» пункта главного меню «Параметры». Если же ранее выбран «Произвольный тип», технические данные на трансформатор вводятся в модуль самостоятельно в том же окне (с использованием справочных материалов).

Пункт меню «Схема» позволяет ознакомиться со схемой для исследования параметров и характеристик трансформатора.

Окно, имитирующее стенд для проведения экспериментальных исследований трансформатора, открывается при выборе пункта меню «Эксперимент» (см. рис.4).

Стенд реализует следующие возможные режимы работы трансформатора (в зависимости от положений переключателей):

-  режим холостого хода (при разомкнутой вторичной обмотке) – оба переключателя в положении «Выкл»;

-  режим короткого замыкания (при замкнутой накоротко вторичной обмотке) – левый переключатель в положении «Вкл», правый - в произвольном положении;

-  режим работы трансформатора под нагрузкой (в цепь вторичной обмотки включено сопротивление нагрузки) – левый переключатель в положении «Выкл», правый - в положении «Вкл».

Напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора, задается в окне ввода «~UВЫХ » регулятора переменного напряжения, питающего данную обмотку (ввод значения напряжения заканчивается нажатием клавиши «Enter»). Сопротивление нагрузки в цепи вторичной обмотки изменяется перемещением ползунка на реостате (текущее значение сопротивления высвечивается в соответствующем индикаторном окне). После задания конкретного режима работы трансформатора в информационных окнах стенда высвечиваются значения всех величин, характеризующих этот режим.

При проведении исследований учитывайте, что задание режимов с U1 > 1.2U1Н или I2 > 1.2I2Н не допускается, так как такие режимы являются опасными или даже аварийными для трансформатора.

Перед началом исследования характеристик ХХ подготовьте в тетради таблицу для записи экспериментальных и расчетных данных на 8 ¸ 10 точек (см. табл.1.1).

Таблица 1.1

	U1 , В
Экспе-	IО , А
римент	PО , Вт			. . .
	U2О , В
Расчет	cosjО

Значения U1 целесообразно задавать в диапазоне от 0.2U1Н

до величины, близкой к 1.2U1Н , уменьшая интервалы изменения напряжения по мере его увеличения. Напряжение на вторичной обмотке U2О можно зафиксировать только при проведении опыта ХХ, т. е. в режиме ХХ при U1 = U1Н .

При расчетах используйте формулу:

.

Перед началом исследования характеристик КЗ подготовьте в тетради таблицу для записи экспериментальных и расчетных данных на 6 ¸ 8 точек (см. табл.1.2).

Таблица 1.2

Экспе-	U1 , В
римент	IК , А			. . .
	PК , Вт
Расчет	cosjК

Значения U1 целесообразно задавать примерно с равными интервалами в диапазоне от 0.2UК до величины, близкой к 1.2UК , где UК - напряжение короткого замыкания, определяемое по формуле:

, В,

причем uК % - напряжение короткого замыкания, выраженное в процентах от U1Н .

Опыт КЗ теоретически необходимо проводить при I1 = I1Н, что практически должно примерно соответствовать заданию U1 = UК .

При расчетах используйте также формулу:

.

Ориентировочное значение коэффициента трансформации можно определить по результатам опыта ХХ, используя выражение:

.

Значения параметров ветви намагничивания в схеме замещения трансформатора определяются по результатам опыта ХХ с использованием следующих формул:

, Ом; , Ом, где , Ом.

Значения параметров ветвей первичной и вторичной обмоток в схеме замещения трансформатора определяются по результатам опыта КЗ с использованием формул:

, Ом, где , Ом;

, Ом, где , Ом,

причем , Ом.

Значение аварийного тока КЗ определяется из выражения:

, %.

Перед снятием зависимостей U2 = f(I2 ), I1 = f(I2 ) и h = f(I2 ) подготовьте таблицу для записи экспериментальных и расчетных данных на 6 ¸ 8 точек (см. табл.1.3).

Таблица 1.3

U1 = U1Н = … В; cosjН = 1
	RН , Ом
	I1 , А
Экспе-	Р1 , Вт
римент	U2 , В			. . .
	I2 , А	0
	Р2 , Вт	0
Расчет	h , %