Порядок выполнения лабораторной работы. Форма отчёта

 

1. Изучить правила техники безопасности при выполнения лабораторной работы.

2. Внимательно ознакомиться с описанием лабораторной работы.

3. Включить электромагнитный фрикционный тормоз YB, для че­го необходимо установить включатель SA11 в положение "Сеть", а переключатель SA12 в положение "Тормоз", (см. рис. 4).

4. Включить в сеть приводной электродвигатель.

5. Перевести переключатель SA12 из положения "Тормоз" в положение "Муфта".

6. Возбудить генератор G, для чего нажать и отпустить кнопку SB.

7. Поочередно подключая нагрузку EL (лампочки накаливания), включателями SA1-SA10 снять показания амперметра РА, вольтметра PU, измерителя крутящего момента в тахометра

8. Данные замеров занести в таблицу.

9. Вычислить мощность, отдаваемую генератором в нагрузку, Вт: Р=IU, где I - ток в нагрузке, А; U - напряжение на нагруз­ке, В.

10. Вычислить мощность, потребляемую генератором от электродви­гаеля, Вт:

где М_кр - крутящий момент на корпусе генератора, кг*м; n - частота вращения вала генератора, мин-1.

11.

Вычислить КПД генератора для различных нагрузок;

12. Построить трафики зависимостей:

 

 

Форма отчёта

 

Цель работы.

Краткие теоретические сведения.

Схема электромагнитной фрикционной муфты (см. рис. 2).

Электрическая схема лабораторной установки (см. рис. 4).

Таблица экспериментальных данных.

Графики зависимостей:

7. Выводы.

 

 

Вопросы для самопроверки

1. Для каких целей используются электромагнитные муфты сцепле­ния?

2. Объясните принцип действия электромагнитной фрикционной муфты сцепления.

3. Как работает электромагнитный фрикционный тормоз?

4. Как определить вращающий момент, который может передать фрикционная электромагнитная муфта сцепления?

5. Какие этапы работы электромагнитной фрикционной муфты сцепления Вам известны?

6. Для каких целей используется электромагнитный фрикционный тормоз?

7. Как защитить обмотку электромагнита муфты от электрического пробоя?

 

Библиографический список

 

1. Чунихин А.А. Электрические аппараты. М.: Энергоатомиздат, 1988. 719 с.

2. Поляков B.C., Барабин И.Д. Муфты. Л.: Машиностроение,1973. 336 с.

 

 

Лабораторная работа №2

 

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ДЛЯ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

 

Цель работы: Изучение схем выпрямителей, используемых для за­ряда аккумуляторных батарей. Исследование внешних характеристик выпрямителей.

 

Общие указания

 

Различные типы выпрямителей в условиях автотранспортных пред­приятий используются в качестве зарядных устройств аккумуляторов, источников питания технологического оборудования, электронных блоков диагностической аппаратуры, гайковёртов с регулируемым моментом затяжки резьбовых соединений, сварочных аппаратов и т.д.

По числу фаз первичной обмотки трансформатора различают выпря­мители однофазного и трехфазного тока.

Основные схемы выпрямителей однофазного тока: однополупериод­ная, двухполупериодная с нулевым выводом; мостовая.

Схемы выпрямителей трехфазного тока: с нулевым выводом форматора; трехфазная мостовая схеме (Ларионова) и др.

 

1. Однополупериодная схема

Простейшей выпрямительной схемой является однополупериодная схема, которая изображена на рис. I, а. Она содержит трансформа­тор Т, в цепь вторичной обмотки которого включены последовательно диод VD и сопротивление нагрузки Rd. Рассмотрим работу схемы.

Рассмотрим работу схемы.

При идеальном трансформа­торе и синусоидальном на­пряжении U1 питающей сети напряжение на концах вто­ричной обмотки Uг также си­нусоидальное. Кривые напря­жения U1 и U2 изображены на рис. I, б. Если диод обла­дает нулевым сопротивлени­ем в проводящем направле­нии, то при положительной полуволне напряжения в на­грузке будет протекать ток, мгновенное значение кото­рого определяется формулой

Рис.1. Однополупериодное выпрямление: а – электрическая схема; б, в, г, д – диаграммы токов напряжений.

При обратной полярности напряжения вторичной об­мотки трансформатора диод будет обладать бесконечно большим сопротивлением и ток в нагрузке будет равен нулю. Ток в нагрузке проте­кает только в одном направ­лении. Форма кривой тока i_d и напряжения U_d на нагрузке показана на рис. 1, в.

Когда диод проводит ток, к нагрузке прикладывается напряжение, представляющее собой положительные полуволны синусоиды вторичной обмотки трансформатора, значение которого определяется выражением

 

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке определяется из выражения

 

где U2 - эффективное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

 

Отсюда

 

т.е. эффективное напряжение вторичной обмотки трансформатора в 2,22 раза превышает выпрямительное напряжение на нагрузке.

Когда диод VD не проводит тока, напряжение на нагрузке равно нулю и все напряжение вторичной обмотки трансформатора приложено к диоду (рис. I, г). Максимальное значение обратного напряжения на диоде равно максимальному значению напряжения вторичной обмотки трансформатора:

 

или

 

Таким образом, максимальное обратное напряжение на диоде в π раз превышает выпрямленное напряжение на нагрузке.

В однополупериодной схеме трансформатор, нагрузка и диод вклю­чены последовательно, в связи с чем мгновенные значения тока в этих

элементах совпадают: i_a=i₂=i_d=U₂/R_d.

Приведенная на рис.1.в форма кривой тока i_a=i₂=i_d показыва­ет, что ток схемы пульсирует. Среднее значение (постоянная состав­ляющая) этого тока может быть подсчитано по формуле I_d=U_d/R_d.

Для расчета трансформатора необходимо знать эффективные токи I1 и I2 первичной и вторичной обмоток.

Эффективное значение тока вторичной обмотки трансформатора оп­ределяется по формуле

т.е. эффективный ток вторичной обмотки более чем в 1,5 раза пре-вьшает выпрямленный ток.

Форма кривой тока первичной обмотки трансформатора показана на рис. I, д. Так как постоянная составляющая тока вторичной обмотки не трансформируется в цепь первичной обмотки, то ток первичной обмотки повторяет по форме переменную составляющую тока вторичной обмотки.

Эффективное значение тока первичной обмотки трансформатора

 

 

где n_тр - коэффициент трансформации трансформатора.

После нахождения токов и напряжения трансформатора могут быть определены мощности обмоток трансформатора. Мощность вторичной обмотки

 

где P_d – мощность нагрузки

 

мощность первичной обмотки

 

 

Увеличение расчетной мощности вторичной обмотки в 3,5 раза по сравнению о мощностью нагрузки объясняется тем, что до этой об­мотке кроме активного тока основной частоты протекает постоянная составляющая тока.

В связи с неравенством мощностей обмоток габаритные размеры трансформатора (сечение сердечника, размеры окна) определяются по так называемой типовой мощности.

Для однополупериодной схемы выпрямления типовая мощность транс- форматора Рт = (3,35-3,5)Pd, т.е. типовая мощность трансформатора, определяющая его габариты, в 3,35 - 3,5 раза превышает мощность нагрузки, что свидетельствует о плохом использовании трансформатора в схеме.

 

2. Двухполупериодная схема с нулевым выводом

Двухполупериодная схема (рис. 2, а) содержит трансформатор Т, вторичная обмотка которого имеет дополнительный вывод от средней точки, два диода VD1 и VD2 и нагрузку R_d. Эта схема представ­ляет собой сочетание двух однополупериодных схем, работающих на общую нагрузку.

На рис.2.б показана форма кривых напряжений на верхней и ниж­ней полуобмотках трансформатора, равных по величине и противопо­ложных по фазе.

В первый полупериод синусоидального напряжения, когда поляр­ность напряжения трансформатора совпадает с указанной на рис.2.а, диод VD1 пропускает ток в нагрузку в направлении, указанном сплошными стрелками, к диоду VD2 приложено обратное напряжение, и ток через него не проходит.

 

Рис.2. Двухполупериодное выпрямление нулевым выводом: а – электрическая схема; б, в, г, д, в – диаграммы токов и напряжений.

Во второй полупериод полярность напряжения на обмотках трансформатора меняется. Поэтому ток будет проходить через диод VD2 и нагрузку. Диод VD1 в это время находится под обратным напряжением и тока не пропускает. Ток в нагрузке протекает в одном и том же направлении б течение обоих полупериодов. Форма кривой тока и на­пряжения на нагрузке приведены на рис. 2, в.

Среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке определяется из выражения

 

где U₂ – эффективное напряжение одной из вторичных обмоток трансформатора.

Отсюда U₂=1.11U_d, т.е. напряжение вторичной полу-обмотки должно быть в 1,11 раза больше постоянной со­ставляющей выпрямленного напряжения.

Ток в нагрузке (постоян­ная составляющая) равен сумме средних токов диодов

Токи во вторичных полуоб­мотках трансформатора и дио­дах VD1 и VD2 протекают поо­чередно (рис. 2, г), вследст­вие чего использование обмо­ток трансформатора оказывает­ся неудовлетворительным.

В первичной обмотке трансформатора протекает чисто пе­ременный синусоидальный ток (рис. 2,д).

Кривая напряжения на диоде приведена на рис. 2, е.

Максимальное обратное на­пряжение, приложенное к каж­дому из диодов, равно

 

Эффективное значение тока во вторичной обмотке

трансформатора определяется по формуле I₂=πI_d/4.

Типовая (расчетная) мощность трансформатора Р_ТР=1,48P_d.

Снижение типовой мощности и лучшее использование трансформатора в двухполупериодной схеме объясняется чисто переменным током пер­вичной обмотки и отсутствием намагничивания сердечника трансформатора постоянной составляющей тока вторичных обмоток.

 

3. Однофазная мостовая схема

Однофазная мостовая схема (рис. 3, а) содержит трансформатор и четыре диода VD1-VD4, собранные по схеме моста. Питающее на­пряжение вторичной обмотки трансформатора включено в одну из диа­гоналей моста. В другую диагональ моста включено сопротивление

Форма кривой напряжений U₂ вторичной обмотки трансформато­ра изображена на рис. 3, б.

При положительной полуволне синусо­иды напряжение U₂ и ток I₂=I_d протекают через диод VD1, со­противление нагрузки R_d и диод VD3 в направлении, показанном сплошными стрелками. Диоды VD2, VD4 в этот момент ток не пропус­кают и находятся под обратным напряжением. Во второй полупериод, когда потенциал верхнего конца обмотки становится отри­цательным, а потенциал нижнего конца – положительным, ток проте­кает через диод

 

Рис.3. Однофазная мостовая схема выпрямления: а - электрическая схема; б,в,г,д - диаграммы токов и напряжений

VD2, сопротив­ление нагрузки R_d и диод VD4 в направлении, указанном пунктир­ными стрелками. Диоды VD1 и VD3 в этот полупериод тока не пропус­кают. Форма кривых тока и напря­жения на нагрузке показана на рис. 3, в.

Ток вторичной обмотки трансформатора I₂ (рис. 3, г) проте­кает в течение всего периода, что обеспечивает хорошее исполь­зование трансформатора в схеме.

Кривая напряжения на диоде приведена на рис. 3, д. Когда диод проводит ток, напряжение на нем равно нулю, а когда не проводит, то к нему приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора.

В мостовой схеме выпрямления справедливы для токов и напряжений следующие соотношения:

 

Обратное напряжение на диоде

т.е. обратное напряжение в мостовой схеме в два раза меньше, чем в двухполупериодной схеме.

Ток вторичной обмотки трансформатора в мостовой схеме чисто си­нусоидален, и эффективное значение его по отношению к постоянной составляющей тока нагрузки определяется выражением

Ток первичной обмотки трансформатора повторяет по форме ток вторичной обмотки

Типовая (расчетная) мощность трансформатора в мостовой схеме меньше чем в ранее рассмотренных схемах:

 

где

 

 

4. Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом

.

Рис.4. Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом

Трехфазная схема выпрямления с нулевым выводом (рис. 4) содержит трехфазный трансформатор Т, три диода VD1 - VD3 и со­противление нагрузки Rd. Первичная обмот­ка трансформатора может быть соединена в звезду или треугольник, а вторичная - только в звезду. Нулевая точка звезды со­единяется с одним из зажимов нагрузки. Общая точка катодов – с другим зажимом

 

5. Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)

 

Трехфазная мостовая схема (рис. 5) со­держит трехфазный трансформатор Т, шесть диодов VD1 - VD6 и нагрузку R_d.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора могут быть соединены либо в звезду, либо в треугольник.

К преимуществам трехфазной мостовой схемы следует отнести мень­шую типовую мощность трансформатора по сравнению с другими выпря­мительными схемами и хорошее использование диодов по напряжению

Для сравнения в табл. 1 приведены основные параметры выпрями­тельных схем при работе на активную нагрузку для идеальных диодов и трансформатора.

 

Особенности работы выпрямителей с аккумуляторами в качестве нагрузки

 

 

Рис.5. Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова)

Упрощенно схему замещения акку­мулятора можно представить в виде последовательно соединенных ЭДС ак­кумулятора ε_GB и его сопротивления R_GB (рис. 6, а).

Вследствие наличия ЭДС аккумуля­тора EGB, являющейся встречной от­носительно выпрямленного напряжения U_d отдельные интервалы работы выпрямителя мгновенное значение на­пряжения на аккумуляторе по абсо­лютному значению выше мгновенного значения напряжения выпрямителя (рис. 6, б).

 

Рис.6. схема замещения аккумулятора: а - при однополу­периодном выпрямлении; б - формы токов и напряжений при зарядке аккумуляторов