Тяговые электрические машины (стр. 1 )

Министерство образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

________________________________________________________

621.3 № 000

Т 99

ТЯГОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Сборник лабораторных работ

для подготовки бакалавров

по направлению

инженеров и магистров по специальности

«Электрический транспорт»

Новосибирск

2002

УДК 621.333(076.5)

Т 99

Описание лабораторных работ составлено применительно к оборудованию, установленному в лабораториях электрических машин кафедры «Электромеханика» НГТУ.

 

Составители: , канд. техн. наук, доц.,

, канд. техн. наук, доц.

Рецензент , канд. техн. наук, доц.

Работа подготовлена на кафедре электромеханики

© Новосибирский государственный

технический университет, 2002 г.

Введение

Курс «Тяговые электрические машины» является базовым в подготовке бакалавров, дипломированных инженеров и магистров по специальности «Электрический транспорт». курс основывается на изучаемом ранее общем курсе «Электрические машины» и является переходным к дисциплине «Тяговый электропривод».

При проведении лабораторного цикла «Тяговые электрические машины» учитывается, что студенты уже знакомы с общими методическими указаниями к выполнению и оформлению лабораторных работ по электромеханике. Поскольку при выполнении экспериментов основные затруднения студентов связаны с работой нагрузочных устройств, то целесообразно напомнить о следующих сведениях.

Нагрузочные устройства для электродвигателей. Для механической нагрузки электродвигателей в лаборатории электрических машин применяют несколько видов тормозных устройств, позволяющих регулировать и измерять величину нагрузочного (противодействующего) момента на валу двигателя. Наиболее удобным и надежным в работе является электромагнитный тормоз. Основными частями такого тормоза являются металлический диск, укрепленный на валу тормоза, и электромагниты. Стальной диск помещается между полюсными наконечниками электромагнитов, укрепленных на корпусе тормоза, который может свободно поворачиваться в подшипниках. При питании катушек электромагнитов постоянным током создается магнитное поле, индуктирующее во вращающемся диске вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем возникает момент, величина которого регулируется путем изменения тока в катушках электромагнита. Этот момент действует как на диск, тем самым, создавая нагрузку на валу двигателя, так и на корпус тормоза. Для уравновешивания момента, действующего на корпус, служит груз, укрепленный на рычаге, соединенном с корпусом. Величина момента измеряется по величине отклонения указателя-стрелки, прикрепленной к корпусу и перемещающейся относительно неподвижной шкалы. Шкала градуируется в НМ.

Полезный вращающий момент, создаваемый двигателем, можно определить также с помощью нагрузочной машины постоянного тока, работающей в режиме генератора. В проводимых экспериментальных исследованиях сделано допущение, что КПД исследуемого двигателя и нагрузочного генератора одинаковы. При этом полезная мощность на валу двигателя с достаточной точностью определяется следующим образом:

,

где – мощность, потребляемая двигателем и определяемая по ваттметру измерительного комплекта (сумма мощностей всех фаз), – полезная мощность генератора постоянного тока, определяемая по показаниям амперметра и вольтметра в цепи нагрузочного реостата.

.

Величина вращающего момента

.

– угловая частота вращения ротора двигателя, n – частота вращения ротора [об/мин].

Лабораторная работа № 1

статические исследования машины постоянного тока

цель работы

Практическое ознакомление с конструкцией машины постоянного тока (МПТ), изучение способов контроля сопротивлений, проверка правильности схемы соединения обмоток и отсутствие обрывов и замыкания в них, приобретение навыков практического контроля состояния щеточно-коллекторного узла.

программа работы

1. Ознакомиться с конструкцией МПТ.

2. Измерить сопротивление изоляции МПТ.

3. Измерить сопротивления якоря и обмоток системы возбуждения.

4. Проверить исправность якоря МПТ.

5. Проверить правильность внутренних соединений МПТ.

6. Провести регулировку щеткодержателя.

обработка опытных данных

1. По п.2 программы работы дать заключение о возможности эксплуатации МПТ.

2. По п.3 программы работы дать заключение об обмоточных данных системы возбуждения.

3. По п.4 программы работы дать заключение об исправности якоря.

4. По п.5 программы работы привести поперечный разрез МПТ с указанием полярности полюсов.

экспериментальная часть

1. Практическое ознакомление с конструкцией машины постоянного тока (МПТ). Объектами исследований являются:

– МПТ с реальным продольным разрезом,

– отдельные элементы МПТ (обмотанный якорь, катушки главных и добавочных полюсов, листы пакетов якоря и главного полюса, коллектор и т. д.)

При ознакомлении необходимо обратить внимание на расположение щеток относительно главных полюсов, соотношение длин полюсов и пакета стали якоря, наличие регулировочных узлов, виды бандажей, типы примененных электротехнических материалов, обмоточные параметры системы возбуждения, исполнение по вентиляции.

2. Измерение сопротивления изоляции. Эксплуатация МПТ допускается, если сопротивление изоляции каждой токоведущей части (обмоток возбуждения и якоря, щеткодержателя и т. д.) относительно корпуса составляет не менее 0,6 мОм. Измерения проводят на отключенной от сети МПТ с помощью мегомметра. Величина сопротивления изоляции существенно зависит от нагрева машины, поэтому измерения проводят при температурах, соответствующих примененному классу изоляции (для тяговых машин применяют классы В, F и H). Поскольку время проведения лабораторной работы не позволяет проводить измерения в «горячем» состоянии машины, то (для ознакомления с методикой) измерения производят при температуре окружающей среды.

Объектом исследований является МПТ, выводы обмоток которой размещены на лабораторном стенде. Маркировка выводов и обозначение обмоток в принципиальных схемах приведены в табл. 1.1.

Т а б л и ц а 1.1

Наименование обмотки	Общепромышленное МПТ	Тяговые МПТ	Обозначение в принцип. схемах
Начало	Конец	Начало	Конец
Обмотка якоря	Я1	Я2	Я	ЯЯ	Ra
Последовательная обмотка возбуждения	С1	С2	С	СС	RС
Параллельная обмотка возбуждения	Ш1	Ш2	Ш	ШШ	RШ
Обмотка независимого возбуждения	Н1	Н2	Н	НН	RН
Обмотка добавочных полюсов	Д1	Д2	Д	ДД	RД
Компенсационная обмотка	К1	К2	К	КК	RК

Зажимы мегомметра подсоединяют к корпусу машины и одному из выводов соответствующей обмотки. Измерение производят при равномерной скорости вращения ручки мегомметра, указанной на его крышке. Запись опытных данных рекомендуется вести в форме табл. 1.2.

Т а б л и ц а 1.2

Параметр
Значение мОм

3. Измерение сопротивлений якоря и катушек возбуждения главных и добавочных полюсов. Объектом исследований является МПТ, выводы обмоток которой размещены на лабораторном стенде. Для измерения сопротивлений используется мост постоянного тока. Результаты измерений заносятся в табл. 1.3.

Т а б л и ц а 1.3

Параметр
Значение Ом

4. Контроль исправности якоря. Проверка исправности состоит в измерении эквивалентного сопротивления, состоящего из двух параллельно включенных сопротивлений, одним из которых является секция обмотки якоря, а вторым – вся остальная часть обмотки. Объектом исследования является якорь МПТ с печатной обмоткой, что позволяет визуально определить коллекторные пластины, к которым подсоединена секция. Измерения эквивалентного сопротивления проводят для 4…5 секций по окружности коллектора путем подключения моста постоянного тока к соответствующим пластинам коллектора. При отсутствии обрывов и замыкании обмотки якоря и коллектора измеренные эквивалентные сопротивления будут иметь одинаковые значения. Последнее утверждение проверяется путем замыкания любых двух коллекторных пластин с повторным измерением эквивалентных сопротивлений. Результаты измерений заносятся в табл. 1.4.

Т а б л и ц а 1.4

	Параметр Ом
Условия
Исправный якорь
Якорь с КЗ

5. Проверка правильности внутренних соединений МПТ. Все катушки возбуждения отдельных полюсов соединяются между собой так, чтобы на двух соседних полюсах образовывались противоположные полярности.

Объектом исследования является магнитопровод МПТ с установленными главными и дополнительными полюсами, обмотки которых соединены между собой определенным образом. Проверка правильности внутренних соединений производится с помощью милливеберметра и измерительной рамки. Проверке подвергаются все обмотки системы возбуждения. конкретная обмотка, например Ш1–Ш2, подключаются к источнику регулируемого напряжения, с помощью которого устанавливается некоторое значение постоянного тока. Измерительную рамку подключают к милливеберметру и устанавливают с помощью арретира стрелку прибора примерно в среднее положение шкалы. Затем вносят рамку под первый (условно принятый) главный полюс и фиксируют направление отклонения стрелки милливеберметра. Повторяя указанную процедуру для соседнего (второго) главного полюса, убеждаются в обратном отклонении стрелки прибора (в случае правильного соединения катушек отдельных полюсов). Таким же образом определяется полярность добавочных полюсов. В отчете приводится поперечный разрез МПТ с указанием полюсов и их полярности.

6. Регулировка щеткодержателя. Объектом является отключенная от сети МПТ. Регулировка щеткодержателя предусматривает обеспечение выхода щетки из щеточного брикета на 3…5 мм и удельного нажатия на уровне 0,35…0,5 кг/см2. Для определения давления на щетку используется динамометр, присоединяемый к нажимной пружине щеткодержателя.

контрольные вопросы

1.Укажите назначение частей МПТ.

2. Опишите последовательность сборки МПТ.

3. Назовите характер посадки подшипниковых щитов в станину, посадки внешних и внутренних обойм подшипников.

4. Укажите назначение бандажей МПТ.

5. Перечислите способы соединения обмотки якоря с коллектором.

6. Какие электроизоляционные материалы используются в МПТ?

7. Опишите состояние поверхности исправного коллектора.

8. Перечислите требования к установке щеткодержателей и щеток.

9. Назовите обозначение выводов тяговых и общепромышленных МПТ.

10. В каком состоянии МПТ проводится контроль качества изоляции?

11. При каком условии по качеству изоляции допускается эксплуатация МПТ?

12. Опишите методику контроля исправности якоря.

13. Сравните сопротивления якоря, шунтовой и сериесной обмоток возбуждения.

14. Почему компенсационная обмотка размещена на полюсных наконечниках?

Лабораторная работа № 2

Исследования коммутации машин
постоянного тока

цель работы

Провести проверку способов улучшения коммутации, приобрести практические навыки по экспериментальным исследованиям коммутации, изучить методику настройки дополнительных полюсов по кривым подпитки и ознакомиться с потенциальным искрением.

программа работы

экспериментальная часть

1. Произвести проверку способа улучшения коммутации путем сдвига щеток с геометрической нейтрали.

2. Произвести проверку способа улучшения коммутации путем установки дополнительных полюсов.

3. Произвести проверку дополнительных полюсов по кривым подпитки.

4. Определить напряжение между соседними пластинами коллектора в различных режимах работы двигателя.

обработка опытных данных

1. Построить зависимость тока якоря от положения щеток относительно геометрической нейтрали.

2. Построить кривые подпитки добавочных полюсов при .

3. Построить кривые подпитки добавочных полюсов при (ослабление магнитного поля возбуждения).

4. Объяснить различие кривых подпитки по пп.2 и 3.

5. Построить потенциальную кривую при холостом ходе двигателя для. .

6. Построить потенциальную кривую при номинальной нагрузке двигателя для .

7. Построить зависимости распределения напряжения между соседними коллекторными пластинами для пп.5 и 6. Определить и .

экспериментальная часть

Объектом исследования является двигатель постоянного тока смешанного возбуждения. Принципиальная схема электроустановки изображена на рис. 2.1.

Пуск двигателя производится при включенном пусковом реостате в цепи якоря и при полностью выведенном сопротивлении в цепи независимой обмотки возбуждения путем включения сначала ВК1, а затем ВК2. При достижении установившегося значения скорости необходимо включить ВК3.

Изменение тока возбуждения независимой обмотки Ш1–Ш2 производится изменением положения движка реостата . Изменение тока возбуждения сериесной обмотки осуществляется шунтированием ее сопротивлениями путем включения ВК5 и ВК6.

Рис. 2.1. Принципиальная схема электроустановки для исследования

коммутации двигателя постоянного тока смешанного возбуждения

 

В качестве нагрузки двигателя используется генератор постоянного тока смешанного возбуждения. Изменение нагрузочного момента производится путем ступенчатого изменения нагрузки генератора при подключении нагрузочных сопротивлений с помощью ВК8–ВК13 к цепи якоря генератора.

Изменение тока возбуждения обмотки дополнительных полюсов Д1–Д2 осуществляется от генератора по цепи Я1–С1–С2–
–ВК4–А5–Д2–Д1–R4–ВК4–Я2. Переключатель ВК4 позволяет изменять направление тока подпитки, а реостат – значение
тока.

Измерение скорости вращения производится тахогенератором ТГ, соединенным с валом двигателя. Напряжение ТГ, пропорциональное скорости, фиксируется вольтметром . Двигатель снабжен устройством поворота и фиксации траверсы для установки щеток в нужное положение, а также дополнительной измерительной щеткой «И», позволяющей с помощью вольтметра измерить потенциал коллекторной пластины, находящейся между рабочими щетками.

1. Проверка способа улучшения коммутации за счет сдвига щеток с геометрической нейтрали. Способ применяется для машин без добавочных полюсов. Поэтому эксперименты проводятся при отключенном ВК4 (установка в нейтральное положение) и включенном ВК7 при полностью выведенном . Таким образом достигается полное шунтирование обмотки
Д1–Д2.

1.1. Поскольку рассматривается способ обеспечения необходимых электромагнитных условий коммутации, то прежде всего убеждаются в отсутствии механических причин искрения при установке щеток на геометрической нейтрали.

Установка щеток на геометрическую нейтраль осуществляется при холостом ходе двигателя (ВК8–ВК13 – отключены). Производится пуск двигателя и при начальном положении траверсы фиксируются ток якоря (амперметр А3) и скорость (показания вольтметра ). Затем двигатель отключают от сети и смещают траверсу на 3 градуса. Повторяют пуск и фиксацию указанных параметров. Измерение тока якоря и скорости производят для 3–4 положений траверсы влево и вправо от начального положения. Результаты измерений заносят в табл. 2.1.