Работа №3. Исследование электродвигателя

ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

 

Цель работы

 

Ознакомиться со способами пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, исследовать механические, рабочие и регулировочные свойства двигателя.

 

Программа работы

 

1. Изучить схему для экспериментального исследования электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения (в дальнейшем изложении ДПТПВ), состав и назначение модулей, используемых в работе.

2. Собрать схему для экспериментального исследования ДПТПВ. Провести пробное включение.

3. Снять естественную механическую характеристику.

4. Снять искусственную механическую характеристику при введении сопротивления в цепь якоря.

5. Снять искусственную механическую характеристику при ослаблении магнитного потока.

6. Снять рабочие характеристики ДПТПВ.

7. Снять регулировочные характеристики двигателя при изменении напряжения, подводимого к зажимам двигателя.

8. Снять регулировочные характеристики двигателя посредством ослабления магнитного потока.

9. Провести обработку экспериментальных данных, составить отчет и сделать заключение по работе.

 

Пояснения к работе

 

В лабораторной работе используются следующие модули:

– модуль питания стенда (МПС);

– модуль питания (МП);

– модуль автотрансформатора (ЛАТР);

– силовой модуль (СМ);

– модуль добавочных сопротивлений №1 (МДС1);

– модуль добавочных сопротивлений №2 (МДС2);

– модуль ввода/вывода (МВВ).

 

Перед проведением лабораторной работы необходимо привести модули в исходное состояние:

– переключатель SA1 модуля ЛАТР установить в нижнее положение, ручку автотрансформатора установить в крайнее положение против часовой стрелки;

– переключатель SA1 МДС1 установить в положение «¥»;

– переключатель SA1 МДС2 установить в положение «0»;

– переключатель SA2 МДС2 установить в положение «0».

Исследуемая машина постоянного тока входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя собственно исследуемую машину постоянного тока М2, нагрузочную машину – машину переменного тока – М1 и импульсный датчик скорости М3.

Для проведения работы на персональном компьютере должно быть загружено ПО Labdrive и выбрана соответствующая лабораторная работа.

 

3.1 Естественная механическая характеристика ДПТПВ

 

Естественная механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет собой зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя и отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря: n=f(M_Н) при U=const, i_В=const и R_ДЯ=0.

Схема для снятия естественной механической характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема для снятия естественной механической характеристики

 

Якорная цепь через добавочное сопротивление RP1 модуля МДС2 и обмотка возбуждения через добавочное сопротивление RP2 модуля МДС2 двигателя постоянного тока подключается к регулируемому источнику постоянного тока модуля ЛАТР.

Асинхронный двигатель подключается через добавочные сопротивления (МДС1) непосредственно к сети (МП) (асинхронная машина работает в режиме асинхронного генератора).

Значения тока якоря I_Я, напряжения якоря U_Я, частоту вращения наблюдать на экране персонального компьютера. Для этого выходы датчиков тока и напряжения, а также выход ПЧН силового модуля соединяются с входами A1, A2, A3 модуля ввода/вывода.

Значение частоты вращения можно наблюдать на индикаторе силового модуля.

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно;

– переключатель SA1 модуля автотрансформатора перевести в верхнее положение;

– ручкой автотрансформатора установить номинальное напряжение U_я = U_н = 220 В, произвести первое измерение;

– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А. Внимание! SA1 не выводить в положение «0»;

– при увеличении скорости ДПТПВ следует остановить ДПТ, отключить автомат QF2, и изменить направление вращения асинхронного генератора (поменять местами фазы «А» и «В»).

Данные опыта занести в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1

n, об/мин
IЯ, А
UЯ, В
, рад/с
, В∙с/рад

 

После проведения опыта ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.

 

Расчетные данные.

Ток, протекающий по обмотке возбуждения, А

,

где U_В – напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, В;

R_ОВ – сопротивление обмотки возбуждения (Приложение Б), Ом.

Момент, развиваемый электродвигателем, Н∙м

,

,

где – частота вращения электродвигателя, рад/с.

 

3.2 Искусственная механическая характеристика ДПТПВ при введении сопротивления в цепь якоря

 

Искусственная механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет собой зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя при введении дополнительного сопротивления в цепи якоря: n=f(M) при U=const, i_В=const.

Схема для снятия искусственной механической характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, представлена на рисунке 3.1.

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно;

– переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;

– ручкой автотрансформатора установить номинальное напряжение U_я=U_н=220В;

– переключатель SA1 модуля МДС2 установить в положение отличное от нуля, произвести первое измерение;

– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем самым, нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5I_ЯН. Внимание! SA1 не выводить в положение «0»;

– при увеличении скорости ДПТПВ следует остановить ДПТ, отключить автомат QF2, и изменить направление асинхронного генератора (поменять местами фазы «А» и «В»).

Данные опыта занести в таблицу 3.2.

 

Таблица 3.2

RДЯ =
n, об/мин
IЯ, А
UЯ, В
, рад/с
, В∙с/рад

 

После проведения опыта ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.

 

3.3 Искусственная механическая характеристика ДПТПВ при ослаблении магнитного потока

 

Искусственная механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет собой зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя при введении дополнительного сопротивления в цепь обмотки возбуждения: n=f(M) при U=const, i_в=const.

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно;

– переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;

– ручкой автотрансформатора установить номинальное напряжение U_Я=U_Н=220В;

– переключатель SA2 модуля МДС2 установить в положение, отличное от нуля, произвести первое измерение;

– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А. Внимание! SA1 не выводить в положение «0»;

– при увеличении скорости ДПТПВ следует остановить ДПТ, отключить автомат QF2, и изменить направление асинхронного генератора (поменять местами фазы «А» и «В»).

Данные опыта занести в таблицу 3.3.

 

Таблица 3.3

RДВ =
n, об/мин
IЯ = IН, А

 

После проведения опыта ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.

 

3.4 Рабочие характеристики ДПТПВ

 

Рабочие характеристики двигателя представляют собой зависимости частоты вращения, электромагнитного момента, тока якоря и КПД от полезной мощности на валу двигателя при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя nили ω; М, I_Я, ŋ=f(Р₂)при U_Я=const, i_В=const.

 

Схема для снятия рабочих характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения представлена на рисунке 3.1.

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1, QF2;

– включить SА1 модуля автотрансформатора и установить напряжение U_Я= 0,75U_ЯН и произвести первое измерение;

– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5I_ЯН. Внимание! SA1 не выводить в положение «0»;

– при увеличении скорости ДПТПВ следует остановить ДПТ, отключить автомат QF2, и изменить направление асинхронного генератора (поменять местами фазы «А» и «В»).

Данные опыта занести в таблицу 3.4.

 

Таблица 4.4

Данные опыта

Расчетные данные

UЯ

IЯ

n

ω

iВ

РЯ

DРЭЛ.В.

Р1

См

М

Iа0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

рад/с

А

Вт

Вт

Вт

Н×м

А

Н×м

Н×м

Вт

%

 

После проведения опыта ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.

 

Расчетные данные.

Мощность, подводимая к якорю двигателя, Вт

Р_Я = U_Я∙I_Я.

Электрические потери в цепи возбуждения, Вт

DР_ЭЛ.В. = ,

где i_в – ток возбуждения ДПТ, А

,

где r_в – сопротивление обмотки возбуждения (Приложение Б).

Мощность, подводимая к ДПТ, Вт

Р₁ = Р_Я + DР_ЭЛ.В.

Электромагнитный момент, Н∙м

М = С_М∙I_Я,

где С_М принимается в зависимости от угловой частоты вращения (Приложение В);

Момент холостого хода двигателя, пропорциональный механическим потерям и потерям в стали, Н∙м

М₀ = С_м∙I_Я0,

где I_Я0 принимается в зависимости от угловой частоты вращения (Приложение В).

Полезный момент на валу ДПТ, Н∙м

М₂ = М - М₀.

Полезная мощность на валу двигателя, Вт

Р₂ = ω∙М₂.

Коэффициент полезного действия, %

η = .

По данным таблицы 3.4. построить рабочие характеристики.

 

3.5 Регулировочные характеристики двигателя при изменении напряжения, подводимого к зажимам двигателя

 

Схема для снятия регулировочных характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, представлена на рисунке 3.1.

 

Частота вращения двигателей постоянного тока определяется выражением

n = .

Снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения, подводимого к зажимам двигателя, проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2;

– включить SА1 модуля автотрансформатора и установить ручкой напряжение U_Я=U_ЯН.

– изменением положения переключателя SA1 МДС1 нагружают ДПТ до тех пор, пока ток якоря ДПТ не достигнет примерно значений I_Я≈0,5I_ЯН и это положение переключателя оставляют неизменным, что соответствует М₂ ≈ const;

– изменять положение ручки автотрансформатора таким образом, чтобы напряжение на зажимах цепи якоря U_Я уменьшалось примерно до 0,5U_ЯН.

Полученные данные занести в таблицу 3.5.

 

Таблица 3.5

Данные опыта

Расчетные данные

UЯ

IЯ

n

ω

iВ

РЯ

DРЭЛ.В

Р1

См

М

Iа0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

рад/с

А

Вт

Вт

Вт

Н×м

А

Н×м

Н×м

Вт

%

 

После проведения опыта ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.

 

Расчетные данные.

Мощность, подводимая к двигателю, Вт

Р₁= U_ТП∙I_Я + i_В²∙r_{В 20}.

Остальные расчетные данные вычисляются так же, как при снятии рабочих характеристик.

По данным таблицы 3.5 построить зависимости n = f(U_Я) и η = f(U_Я).

 

3.6 Регулировочные характеристики двигателя посредством ослабления магнитного потока

 

Снятие регулировочной характеристики посредством ослабления магнитного потока осуществляется при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря и постоянном напряжении на зажимах двигателя: U_Я=const и R_ЯД=0.

 

Схема для снятия регулировочных характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, представлена на рисунке 3.1.

 

Частота вращения двигателей постоянного тока определяется выражением

n = .

Снятие регулировочных характеристик посредством ослабления магнитного потока проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1 и QF2;

– включить SА1 модуля автотрансформатора и установить ручкой напряжение U_Я = U_ЯН;

– изменением положения переключателя SA1 МДС1 нагружают ДПТ до тех пор, пока ток якоря ДПТ не достигнет примерно значений I_Я ≈ 0,5I_ЯН и это положение переключателя оставляют неизменным, что соответствует М₂ ≈ const;

– переключателем SA2 модуля МДС№2 вводить сопротивление в цепь обмотки возбуждения, тем самым ослабляя магнитный поток. Частота вращения не должна превышать 2000 об/мин.

Полученные данные занести в таблицу 3.6.

 

Таблица 3.6

Данные опыта

Расчетные данные

Uя

Iя

n

ω

iв

Ря

DРЭЛ.В

Р1

См

М

Iа0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

1/с

А

Вт

Вт

Вт

Н×м

А

Н×м

Н×м

Вт

%

 

После проведения опыта ручку автотрансформатора вывести против часовой стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение, отключить автоматы QF2, QF1.

 

Расчетные данные.

Р₁ – подводимая мощность к двигателю, Вт

Р₁= U_ТП∙I_Я + i_В ² ∙(r_{В 20} + R_ДВ).

Остальные расчетные данные вычисляются так же, как при снятии рабочих характеристик.

По данным таблицы 3.6 построить зависимости n = f(i_В) и η = f(i_В).

 

Контрольные вопросы

 

1. Как изменить направление вращения ДПТ?

2. Почему у ДПТ возрастает ток якоря при увеличении нагрузки на его валу?

3. Почему при уменьшении тока возбуждения частота вращения ДПТ возрастает?

4. Как должен изменяться ток якоря при уменьшении тока возбуждения и постоянном моменте сопротивления на валу двигателя?

5. Как изменится вид механической характеристики двигателя, если ввести в цепь якоря регулировочное сопротивления R_рг?