2.2.9 Производим отключение стенда, аналогично пункта 1.9 в опыте холостого хода. Рис. 1.20. Схема опыта короткого замыкания однофазного двухобмоточого трансформатора

2.3. Опыт работы трансформатора под нагрузкой

1) Собрать схему опыта согласно рис. 2.3.

2-7) Выполнить аналогично пунктов 1-7 опыта холостого хода.

8) Переключатель нагрузки SA5 в релейном блоке установить в положение, в котором катушки реле K6 и К7 отключены. При этом светодиоды у изображений катушек в релейном блоке не светятся.

9) Меняя потенциометром «задание напряжения» величину напряжения на зажимах первичной обмотки трансформатора Т2 от 0 до 200В, снимаем значения параметров P1 (PW1), I₁(PA1), U₁ (PV1), U₂(PV3), I₂(PA3).

Данные заносим в таблицу 1.3. (Снимаем не менее 7 точек).

Таблица 1.3

PK(Вт)	I1(A)	U1(B)	I2(A)	U2(B)

К6, К 7 – отключены.

10) Переключателем SA5 включить К6, при этом загорится контрольный светодиод у изображения катушки K6 на релейной схеме управления.

11) Аналогично пункта 3.9 снимаем значения параметров и заносим данные в таблицу 1.4. К6 включено.

Таблица 1.4

P1(Вт)	I1(A)	U1(B)	I2(A)	U2(B)

12) переключателем SA5 включить К7, при этом загорится контрольный светодиод у изображения катушки К7, а светодиод у катушки К6 погаснет.

13 )Аналогично пункта 3.9 снимаем значения параметров и заносим их в таблицу 1.5.

Таблица 1.5

14) Производим отключение стенда в последовательности, аналогичной в опыте холостого хода.

Рис. 1.21. Схема опыта работы под нагрузкой однофазного двухобмоточого трансформатора

Контрольные вопросы

1. Какая электрическая машина называется трансформатором? Устройство и принцип действия трансформатора однофазного трансформатора.

2. Режим короткого замыкания.

3. Режим холостого хода.

4. Схема замещения и векторная диаграмма идеализированного однофазного трансформатора.

5. Внешние характеристики трансформатора.

6. Потери в трансформаторе.

2. Исследование машины постоянного тока с независимым возбуждением (мптнв)

2.1. Теоретическая часть

В машинах постоянного тока, преобразовывающих механическую энергию вращения в электрическую и наоборот, используются специальные схемы соединения электрообмоток якоря, коллекторно-щеточные узлы и системы электромагнитного возбуждения, которые создают в зоне якорной обмотки постоянное магнитное поле.

Рассмотрим простейшую электрическую машину постоянного тока с электромагнитным возбуждением в виде двухполюсного электромехани­ческого преобразователя с 8 стержнями якорной обмотки, соединенной, как показано на рис.1.1.

Рис 2.1 Схема электрической машины постоянного тока

При вращении вала машины со скоростью ω₂ и положении переключателя SА в средней позиции, якорь 2, в обмотке которого должна создаваться ЭДС, находясь в постоянном магнитном поле системы возбуждения 1, стержнями 1-8 пересекает линии магнитного потока Ф. Возникающие при этом в стержнях якоря ЭДС имеют переменные направления, которые могут быть определены по правилу правой руки: в стержнях 1-4- из-за плоскости рисунка 1.1, а в стержнях 5-8 - на плоскость рисунка 1.1; при повороте якоря на угол одного шага расположения стержней - в стержнях 2-5 и 6-1; на два шага - в стержнях обмотки 3-6 и 7-2 и т.д. Однако суммарная ЭДС машины при идентичности стержней постоянна и равна суммам: в контуре АВС(см.формулу 1.1) и в контуре АДС(см.формулу1.2), причем е_АВС = е_АДС

е_авс = е₁+е₆+е₃+е₈ (2.1)

е_АДС = е₄ + е₇ + е₂ + е₅ (2.2)

Все машины постоянного тока (МПТ) с электромагнитным возбуждением делятся на генераторы (ГПТ) и двигатели (ДПТ), при этом и ГПТ, и ДПТ по системам возбуждения делятся на машины с независимым возбуждением МПТНВ (рис.1.2,а), последовательным или сериесным МПТПВ (рис.1.2,б), параллельным или шунтирующим МПТШВ (рис.1.2,в) и смешанным МПТСВ (рис.1.2,г) самовозбуждением. Самовозбуждение МПТ осуществляется за счет остаточного намагничивания магнитопровода системы возбуждения.

В машинах постоянного тока ЭДС и токи в якорной обмотке являются переменными, а во внешней цепи - выпрямленными одной полярности. Такие машины обратимы, они могут работать как генератором, так и двигателем. При постоянном магнитном потоке их вращающие моменты и ЭДС соответственно пропорциональны току и скорости.

Технические возможности МПТ определяются их электромеханическим состоянием и статическими характеристиками: внешними, регулировочными, рабочими и механическими. Зависимость КПД от нагрузки определяется скоростью постоянных (магнитных) и переменных (электрических и механических) потерь в машине.

Рис.2.2 Схемы возбуждения машин постоянного тока

При наличии магнитного потока возбуждения Ф, замыкании зажимов щ1 и щ2 переключателем SА на внешнее сопротивление R_n (см. рис.1.1) и вращении якоря МПТ первичным двигателем, например, турбиной со скоростью ω, во внешней электроцепи возникает "постоянный", выпрямленный ток I , причем напряжение на клеммах щ1 и щ2 по II закону Кирхгофа определяется по формуле 1.3

(2.3)

где R₀ - внутреннее сопротивление электрической машины, сопротивление обмоток якоря и системы возбуждения. При этом механическая энергия первичного двигателя W_м=М•ω•t преобразуется в такой машине в электрическую энергию постоянного тока R_П•I². Машина генерирует энергию W_е=U•I•t и работает под нагрузкой Ре = = R_П•I² =U•I, причем ЭДС является активной силой. В этом случае МПТ работает в режиме генератора и ее состояние определяется равенством (1.3).

При подключении клемм щ1 и щ2 МПТ, находящейся в возбужденном состоянии (Ф 0), переключателем SА к питающей сети постоянного тока, в ветвях якорной обмотки возникает постоянный ток I, который, взаимодействуя с неизменным магнитным потоком Ф так, что на проводники будут действовать механические силы, определяемые соотношением Ампера, создаст вращающий момент М. Направление действия механических сил находится по правилу левой руки. Момент М является активной силой, которая, преодолевая сопротивление механической системы рабочей машины, совершает работу. Машина становится двигателем и преобразует электрическую энергию сети в механическую, преодолевая механическую нагрузку Р=М•ω. Теперь напряжение сети U компенсирует падение напряжения на внутреннем сопротивлении R₀ и преодолевает возникшую в якорной обмотке ЭДС

U = R₀• I + Е

(2.4)

U - Е = R₀ • I

Видно, что в выражении (1.4) направление вектора ЭДС Е противоположно направлению действия вектора напряжения сети U, и поэтому носит название противоЭДС.

Работа МПТ может харак­теризоваться четырьмя режимами: холостого хода РХХ, номинальным РНР, согласованным РСР и режимом короткого замыкания РКЗ. При этом КПД системы и ее основной параметр скорость ω прямолинейно (для систем параллельного или независимого возбуждения) зависят от нагрузки М со стороны рабочей машины.

Рис. 2.3 Диаграмма преобразования энергии в машинах постоянного тока и зависимость их КПД от нагрузки

К номинальным данным МПТ относятся мощность Р_Н, напряжение U_H, ток I_H, скорость ω_H и КПД η_H, то есть величины, характеризующие номинальный режим работы, при котором нагрузка на машину гарантируется заводом-изготовителем. Она равна для ГПТ - I_H, а для ДПТ - М_H или, соответственно:

Р_ен = I_H • U_H, (2.5)

Р_H = М_H • ω_H (2.6)

см. (рис.1.3, а).