Красовский А. Б., Васюков С. А., Мисеюк О. И., Трунин Ю. В.

Красовский А. Б., Васюков С. А., Мисеюк О. И., Трунин Ю. В.

Исследование двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Электротехника и электроника»

Москва

Цель работы – экспериментальное исследование основных свойств и характеристик электрических двигателей постоянного тока независимого возбуждения.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Общие сведения

Электрические двигатели постоянного тока (ДПТ) отличает от других двигателей наличие специального механического коммутатора – коллектора. Несмотря на то, что из-за этого ДПТ менее надежны и дороже двигателей переменного тока, имеют большие габариты, они находят применение, когда их особые свойства имеют решающее значение. Часто ДПТ обладают преимуществами перед двигателями переменного тока по диапазону и плавности регулирования частоты вращения, по перегрузочной способности и экономичности, по возможности получения характеристик специального вида, и т.д.

В настоящее время ДПТ применяют в электроприводах прокатных станов, различных подъемных механизмов, металлообрабатывающих станков, роботов, на транспорте и т.д. ДПТ небольшой мощности используют в различных автоматических устройствах.

Пуск двигателя

В первое мгновение при пуске скорость двигателя w = 0 и в соответствии с формулой (2) ЭДС якоря Е = 0. Поэтому при подключении якоря двигателя к напряжению пусковой ток якоря , как следует из формулы (3), ограничивается только сопротивлением якорной цепи r_я (при r_д=0)

(4)

Значение сопротивления относительно невелико (обычно в пределах 1 Ом), поэтому если напряжение близко по значению к номинальному напряжению, значение пускового тока может в (10–30) раз превышать номинальное значение тока двигателя . Это недопустимо, поскольку ведет к сильному искрению и разрушению коллектора, а при частых пусках возможен перегрев обмотки якоря.

Как следует из формулы (4), одним из вариантов ограничения пускового тока является увеличение суммарного сопротивления якорной цепи ДПТ при неизменном значении напряжения U. Для этого последовательно с якорем включают дополнительный пусковой реостат (на рис. 3 не показан), который обычно выполняют в виде нескольких ступеней. Ступени пускового реостата выключают поэтапно по мере увеличения скорости двигателя. При этом в якоре двигателя за время пуска могут выделяться значительные потери мощности.

Более экономичным способом снижения пускового тока является пуск ДПТ при плавном увеличении напряжения на якоре U по мере разгона двигателя и увеличения ЭДС Е. Как следует из выражения (3), можно подобрать такой темп увеличения напряжения U, при котором ток на протяжении всего времени пуска не будет превышать допустимого значения. В лабораторной установке, используемой при выполнении данной работы, используется именно этот более экономичный способ ограничения пускового тока.

Зависимость тока якоря от момента на валу двигателя

Поскольку у двигателя независимого возбуждения ток не зависит от нагрузки на валу и без учета реакции якоря магнитный поток также не зависит от нагрузки, то согласно выражению (1) между током якоря и моментом существует линейная зависимость (рис. 6, прямая 1). Так как с изменением дополнительного сопротивления в цепи якоря r_д и напряжения на якоре магнитный поток Ф практически не изменяется, то и соотношение между и остается без изменения. Поэтому на рис. 6 характеристики при различных значениях r_д и совпадают с характеристикой 1. Соответственно, меньшему значению тока возбуждения (магнитного потока ) соответствует прямая 2 на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость тока якоря от момента на валу двигателя

Следует отметить, что в реальных условиях при работе двигателей без нагрузки (М_с = 0) в обмотке якоря существует небольшой по значению ток I_я. Он обусловлен наличием механических потерь (трения) и потерь в магнитопроводе якоря двигателя.

ЗАДАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Реостатные характеристики

В этом пункте задания исследуются механические характеристики и зависимости тока якоря от момента при включении добавочного сопротивления в цепь обмотки якоря. В процессе эксперимента в автоматическом режиме снимаются и отображаются на экране компьютера следующие характеристики:

а) – естественная и искусственные механические характеристики;

б) – зависимости тока якоря от момента.

Выберите в программе ActiveServo вкладку File – Open – Двигатель независимого возбуждения и откройте файл «Реостатные характеристики». На экране отобразятся заготовки осей графиков.

Плавно прибавляя напряжение ручкой 17, запустите двигатель. Доведите напряжение до номинального значения 220 В. Нажмите RUN (поз. 14, рис. 9) в блоке управления. Левой кнопкой мыши активируйте в меню управления, рис. 10, кнопку 1, запускающую процесс измерений, а затем кнопку начала автоматического теста 2. После завершения измерений и вывода на экран естественных характеристик, ручкой 7 потенциометра 20, рис. 9, установите добавочное сопротивление в цепи якоря равным 6 Ом и опять проделайте те же операции по снятию характеристик.

По окончании теста установите добавочное сопротивление в цепи якоря равным 13 Ом и опять проделайте те же операции по снятию характеристик. После завершения измерений, ручкой 17 уменьшите напряжение до нуля, и нажмите кнопку STOP. Установите нулевым сопротивление потенциометра 20.

Предъявите результаты измерений преподавателю, а затем сохраните файл с графиками под тем же именем в папке «Отчет».

Исследование КПД двигателя

В этом пункте задания в автоматическом режиме снимается и отображается на экране компьютера характеристика – зависимость КПД от мощности на валу .

Выберите в программе ActiveServo вкладку File – Open – Двигатель независимого возбуждения (на рабочем столе) и откройте файл «КПД».

Убедитесь, что ток возбуждения, отображаемый мультиметром, является номинальным, т.е. составляет 0, 23 – 0, 24 А.

После окончания работы выключите источник питания, мультиметры и блок управления.

ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ

Отчет должен содержать:

- идентификатор группы, фамилию студента, дату выполнения работы;

- название лабораторной работы;

- файлы характеристик двигателя (папка «Отчет»);

- анализ результатов, обобщения и выводы по работе;

- место для подписи преподавателя.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Как устроен двигатель постоянного тока?

2. Каков принцип действия двигателя постоянного тока?

3. Почему пусковой ток двигателя в 10…30 раз может быть больше номинального?

4. Каково назначение резисторов и (см. рис. 4)?

5. Какие переключения на схеме, рис. 9, следует осуществить для изменения направления вращения двигателя?

6. Какие способы регулирования частоты вращения двигателя независимого возбуждения Вам известны?

7. Почему регулирование частоты вращения изменением магнитного потока осуществляется только в сторону его уменьшения?

8. Почему регулирование частоты вращения изменением напряжения питания осуществляется только в сторону его уменьшения?

9. Почему при малых нагрузках на валу двигатель имеет малые значения КПД?

10. Какова роль защитного кожуха и почему без него невозможно включить двигатель?

11. Каковы основные режимы управления, реализованные в стенде, и в чем их отличие?

12. Как изменится частота вращения якоря при одной и той же нагрузке, если: а) увеличить значение дополнительного сопротивления в цепи якоря; б) уменьшить значение тока обмотки возбуждения; в) уменьшить значение напряжения на обмотке якоря?

13. Как изменится ток якоря при одном и том же моменте, если: а) увеличить сопротивление в цепи якоря; б) уменьшить ток обмотки возбуждения; в) уменьшить значение напряжения на обмотке якоря?

14. Почему наклон естественной механической характеристики к оси абсцисс меньше, чем искусственной, при ?

15. Почему ток якоря не равен нулю в режиме холостого хода двигателя (М_с=0)?

16. От чего зависит КПД двигателя постоянного тока?

17. Как в экспериментальной установке реализована защита от перегрева двигателя?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника.

С-П-бург: 2012.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: учеб. для вузов М: Издательский центр « Академия», 2010.- 544с.

3. Кацман М.М. Электрические машины. – М. Издательский центр «Академия, 2003. – 496с.

Красовский А. Б., Васюков С. А., Мисеюк О. И., Трунин Ю. В.

12 3 4 Следующая ⇒