Методические указания к выполнению лабораторной работы

По курсу «Электропривод»

для студентов специальности 180500 и направления 140300

Одобрено редакционно-издательским советом

Саратовского государственного технического университета

Саратов 2012

ВВЕДЕНИЕ

 

В указании объединены лабораторные работы по исследованию электромеханических свойств основных типов электродвигателей, применяемых в электроприводе: асинхронного двига­теля постоянного тока с  независимым возбуждением. Основное внимание уделено механическим характеристикам.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

 

Работа электропривода связана с преобразованием электрической энергии в механическую, которая передается через вал рабочему органу производственного механизма. При этом двигатель создает вращающий момент, а производственный механизм – момент сопротивления. Поэтому для экспериментального исследования электромеханических свойств электродвигателей необхо­дима нагрузочная машина, имитирующая момент нагрузки на валу.

В тормозных режимах механическая энергия передается через вал а обратном направлении - от рабочего органа производственного механизма к двигателю. При этом производственный механизм создает вращающий момент, используя запасенную ранее кинетическую или потенциальную энергию, а двигатель - момент сопротивления. Следовательно, экспериментальная установка для исследования тормозных режимов двигателя должна включать в себя нагрузочную машину в виде источника механической энергии.

Таким образом, нагрузочная машина должна создавать и момент сопротивления и вращающий момент, то есть обладать и свойствами тормоза и свойствами двигателя. С этой целью в лабораторной установке в качестве нагрузочной машины используется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

Включенная в режим генератора, работающего на внешний нагрузочный реостат RN, нагрузочная машина является тормозом и позволяет проанализировать двигательный режим работы испытуемого двигателя. Уравнение её механической характеристики в этом режиме работы имеет вид

,           (1)

где k – конструктивный коэффициент;

RЯ - сопротивление обмоток якоря;

Ф - магнитный поток нагрузочной машины;

МНМ - электромагнитный момент.

Изменяя сопротивление реостата RN можно менять наклон механической характеристики нагрузочной машины и, таким образом получить ряд экспериментальных точек механической харак­теристики испытуемого двигателя в двигательном режиме работы. На рис.1 в качестве примера показаны экспериментальные точки 0, 1, 2, 3, 5 естественной характеристики двигателя постоянно­го тока с независимым возбуждением. Следует иметь в виду, что в двигательном режиме работы момент испытуемого двигателя М больше момента МНМ нагрузочной машины на величину момента ∆М механических потерь (рис. 1).

Рис. 1.

 

Для анализа тормозных режимов работы испытуемого двигателя нагрузочная машина включается в режим двигателя и создает вращающий момент. При этом реостат RN включается в цепь якоря нагрузочной машины и выполняет роль добавочного сопротивления. В этом случае механическая характеристика нагрузочной машины определяется уравнением

,         (2)

где UЯ – напряжение источника питания якорной цепи.

Изменяя сопротивление реостата RN или магнитный поток Ф нагрузочной машины, можно получить различные точки механических характеристик испытуемого двигателя в тормозных режимах. На рис. 2 показаны примеры получения экспериментальных точек для характеристик генераторного и динамического торможения (кривые А и Б) в асинхронном двигателе и для характеристики режима противовключения (кривая С) в двигателе постоянного тока с независимым возбуждением. Для получения точек 1, 2, 3 (рис. 2) необходимо ослаблять магнитный поток нагрузочной машины, я для снижения скорости (точки 4-12) следует при номинальном магнитном потоке увеличивать сопротивление реостата RN.В отличие от двигательного режима работы, момент испытуемого двигателя меньше, чем момент механических потерь, что связано с противоположным направлением механической мощности.

Для каждой экспериментальной точки скорость вращения измеряется по показанию вольтметра, подключенного к тахогенератору [6]. Перевод показаний вольтметра в рад/с производится через коэффициент передачи тахогенератора, указанный в его паспорте.

Величина вращающего момента испытуемого двигателя измеряется косвенно [7]. Как известно [5], при косвенных измерениях на погрешность результата большое влияние оказывает количество измеряемых параметров. Поэтому по возможности необходимо стремится для каждой точки измерять минимальное число параметров и использовать наиболее простые формулы для вычисления момента. Усложнять алгоритм расчета момента следует в самых необходимых случаях, когда его уже нельзя вычислить проще.

Так, если испытуемым является двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и его магнитный поток равен номинальному (при номинальном напряжении и токе в цепи возбуждения двигателя) момент может быть определён по формуле

 ,                      (3)

 где С=кФ - произведение конструктивного коэффициента на номинальный магнитный поток двигателя;

IЯ - измеренное значения тока в цепи якоря двигателя.

Рис. 2

 

Коэффициент С определяется по номинальным данным двигателя по уравнению

,                      (4)

 где РН, ωН, IЯН - номинальные мощность, скорость и ток якоря двигателя.

Величина IЯН определяется по уравнению

,                    (5)

 где IН - номинальный ток двигателя;

 IВН - номинальный ток обмотки возбуждения, определяемый экспериментально при номинальном напряжении возбуждении.

При Ф≠ФН (когда ток возбуждения испытуемого двигателя отличен от номинального) момент определяется через электромагнитную мощность двигателя

,                     (6)

 где IЯ, UЯ, ω - измеренные значения тока, напряжения на якоре и скорости вращения;

RЯ - сопротивление обмоток якоря испытуемого двигателя.

Знак «-» в формуле (6) берётся при исследовании двигательного режима работы, «+» при всех тормозных режимах.

Величина RЯ определяется исходя из потерь в обмотке якоря в номинальном режиме.

,                    (7)

При выполнении расчётов следует иметь в виду, что вычисления по формуле (6) в сравнении с формулой (3) имеют меньшую точность, так как на результат вычисления, кроме погрешности измерения тока якоря, влияют погрешности измерения напряжения и скорости двигателя [5].

Вращающий момент асинхронного двигателя не может быть вычислен по показаниям измерительных приборов, установленных в цепях статора или ротора. Поэтому при исследовании асинхронного двигателя его момент определяется по электромагнитному моменту нагрузочной машины.

,                   (8)

где МНМ - электромагнитный момент нагрузочной машины;

 ∆М - момент, идущий на покрытие механических потерь.

Знак «+» в формуле (8) соответствует двигательному режиму работы испытуемого двигателя, а «-» - всем тормозным режимам.

Величина электромагнитного момента нагрузочной машины МНМ определяется по формулам (3) или (6). Знак «+» или «-» в формуле (6) определяется также, как и в предыдущем случае.

Величина момента, идущего на покрытие механических потерь, определяется через мощность механических потерь.

,                        (9)

Мощность механических потерь рассчитывается приближенно по дополнительным экспериментальным данным по формуле

,                    (10)

 где UЯ, IЯ - напряжение и ток в цепи якоря нагрузочной машины при отключенных напряжениях питания в цепях асинхронного двигателя.