Работа №4. Исследование электродвигателя

ПОСТОЯННОГО ТОКА

НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

 

Цель работы

 

Ознакомиться со способами пуска двигателя независимого возбуждения, исследовать механические, рабочие и регулировочные свойства двигателя.

 

Программа работы

 

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

2. Собрать схему для экспериментального исследования ДПТНВ. 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 искусственную механическую характеристику при пониженном напряжении якорной цепи.

7. Снять рабочие характеристики ДПТНВ.

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

9. Снять регулировочные характеристики двигателя посредством ослабления магнитного потока.

10. 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 тиристорного преобразователя (ТП);

– 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:

– кнопку «Сеть» модуля ТП перевести в нижнее положение, переключатель SA6 – в нижнее положение. ТП должен быть переведен в режим регулирования скорости (Приложение Д);

– переключатель SA1 МДС1 установить в положение «¥»;

– переключатели SA1, 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 соответствующая лабораторная работа.

Описание программного обеспечения Labdrive и LabShow приведено в приложениях Е, Ж.

Схема для исследования двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема для исследования двигателя независимого возбуждения

 

Якорная цепь ДПТ через добавочное сопротивление RP1 модуля МДС2 и датчики тока и напряжения подключается к выходу U_ТП тиристорного преобразователя Обмотка возбуждения через добавочное сопротивление RP2 модуля МДС2 подключается к нерегулируемому источнику постоянного тока U_ОВ модуля ТП.

Выходы ДТ, ДН и ПЧН модуля СМ подключаются к входам А1, А2 и А3 соответственно модуля ввода/вывода.

Асинхронный двигатель подключается через добавочные сопротивления (МДС1) непосредственно к сети (МП).

 

4.1 Определение направления вращения двигателей

 

Перед проведением опытов необходимо определить направление вращения двигателей:

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

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, выбрав направление вращения, задать потенциометром RP1 напряжение 200В, запомнить направление вращения двигателя;

– вывести RP1 модуля ТП в крайнее положение против часовой стрелки, снять разрешение на работу ТП (SA6);

– вывести сопротивление из статорной цепи АДКЗ, запустить двигатель, запомнить направление вращения. Оно должно быть противоположным направлению вращения ДПТ. Если это не так, переключатель SA1 модуля МДС1 перевести в положение «¥», поменять на силовом модуле фазы «А» и «B» и проверить направление вращения.

 

4.2 Естественная механическая характеристика ДПТНВ

 

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

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

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

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение 200В;

– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А или ток статора не достигнет I_С = I_Н.

Данные опыта занести в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1

n, об/мин
IЯ, А
М, Н×м

 

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние.

 

Расчетные данные.

Момент на валу двигателя, Н×м

,

,

где U_Н – номинальное напряжение ДПТ (Приложение Б);

w₀ – синхронная частота вращения ДПТ (Приложение Б).

По данным таблицы 4.1 построить характеристики n=f(М_Н), n=f(I_Я).

 

4.3 Искусственная механическая характеристика ДПТНВ при введении сопротивления в цепь якоря

 

Искусственная механическая характеристика двигателя независимого возбуждения представляет собой зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя и введении дополнительного сопротивления в цепь якоря: n = f(M_Н) при U_Я = const, i_В = const.

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

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

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

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение 200В;

– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А или ток статора не достигнет I_С = I_Н;

Данные опыта занести в таблицу 4.2.

 

Таблица 4.2

RДЯ =
n, об/мин
IЯ, А
М, Н×м

 

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние.

По данным таблицы 4.2 построить характеристики n = f(М_Н), n = f(I_Я).

 

4.4 Искусственная механическая характеристика ДПТНВ при ослаблении магнитного потока

 

Искусственная механическая характеристика двигателя независимого возбуждения представляет собой зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах двигателя и введении дополнительного сопротивления в цепь обмотки возбуждения: n=f(М_Н) при U_Я=const, i_В=const.

 

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

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

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение 200В;

– 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 или ток статора не достигнет I_С = I_Н.

Данные опыта занести в таблицу 4.3.

 

Таблица 4.3

RДВ =
n, об/мин
IЯ, А
М, Н×м

 

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние.

По данным таблицы 4.3 построить характеристики n = f(М_Н), n = f(I_Я).

 

4.5 Искусственная характеристика при пониженном напряжении якорной цепи

 

Искусственная механическая характеристика двигателя независимого возбуждения при пониженном напряжении снимается при пониженном напряжении якорной цепи и номинальном потоке возбуждения машины: n=f(М_Н) при U_Я=const, i_В=const.

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

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

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение по указанию преподавателя;

– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем самым, нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А или ток статора не достигнет I_С = I_Н.

Данные опыта занести в таблицу 4.4.

 

Таблица 4.4

UЯ=
n, об/мин
IЯ, А
М, Н×м

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние.

По данным таблицы 4.4 построить характеристики n = f(М_Н), n = f(I_Я).

4.6 Рабочие характеристики ДПТНВ

 

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 n или ω; М, I_Я, ŋ = f(Р₂) при U_Я=U_ЯН=const, i_В = const.

 

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматы QF1, QF2;

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение U_Я=0,75∙U_ЯН;

– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5I_ЯН или ток статора не достигнет I_С = I_Н.

– по мере увеличения нагрузки потенциометром RP1 модуля ТП поддерживать выходное напряжение преобразователя на уровне заданного.

Данные опыта занести в таблицу 4.5.

 

Таблица 4.5

Данные опыта

Расчетные данные

UЯ

IЯ

n

ω

iВ

РЯ

DРЭЛ.В.

Р1

СМ

М

IА0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

1/с

А

Вт

Вт

Вт

Н×м

А

Н×м

Н×м

Вт

%

 

После проведения опыта установить все переключатели модулей в исходное состояние.

 

Расчетные данные.

Мощность, подводимая к якорю двигателя, Вт

Р_Я = U_Я∙I_Я.

Электрические потери в цепи возбуждения, Вт

DР_ЭЛ.В. = ,

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_А0,

где I_А0 – 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.

КПД, %

η = .

По данным таблицы 4.5 построить рабочие характеристики.

 

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

 

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 модулей МПС и МП соответственно;

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение U_Я=200В;

– изменением положения переключателя SA1 модуля 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 RP1 модуля ТП таким образом, чтобы напряжение на зажимах цепи якоря U_Я уменьшалось примерно до 0,5U_ЯН.

Полученные данные занести в таблицу 4.6.

 

Таблица 4.6

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 установить все переключатели модулей в исходное состояние.

Расчетные данные вычисляются так же, как при снятии рабочих характеристик.

По данным таблицы 4.6 построить зависимости n = f(U_Я) и η = f(U_Я).

 

 

4.8 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.

Частота вращения двигателей постоянного тока определяется выражением:

n = .

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

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

– подать разрешение на работу ТП (SA6) и, задав направление вращения, потенциометром RP1 установить напряжение U_Я=200В;

– изменением положения переключателя SA1 модуля 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 МДС2 вводить сопротивление в цепь обмотки возбуждения, тем самым ослабляя магнитный поток, частота вращения не должна превышать 2000 об/мин.

– если при проведении опыта ток возбуждения уменьшится ниже минимально допустимого, тиристорный преобразователь выключится и сработает светодиод «Защита». В этом случае следует выключить питание ТП, увеличить ток возбуждения.

Полученные данные занести в таблицу 4.7.

 

Таблица 4.7

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 установить все переключатели модулей в исходное состояние.

 

Расчетные данные:

Мощность, подводимая к двигателю, Вт

Р₁= U_Я∙I_Я + i_В ² ∙(r_{в 20} + R_дв).

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

По данным таблицы 4.7 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 добавочное сопротивление R_ДЯ?