Методичка по лабораторной работе №3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА П-3

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы: Исследование механических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения в двигательном и тормозном режимах.

Приборы и оборудование

1. Вольтметры постоянного тока на 30 В - 2 шт.

2. Амперметры постоянного тока на 20 А - 2 шт.

3. Амперметры постоянного тока на 2 А - 2 шт.

4. Реостаты на 100 Ом 2 А - 2 шт.

5. Реостаты на 12.5 Ом 2 А - 2 шт.

6. Рубильники 2-полюсные на 2 положения - 2 шт.

7. Электродвигатели Д-200 - 2 шт.

Паспортные данные

Электродвигатель д-200

Напряжение - 27 В

Вращающий момент на валу - 7 кГсм

Мощность - 200 Вт

Число оборотов - 2750 об/мин

Потребляемый ток, не более - 12 А

R_Я при 20С - 0,127 Ом

R_в при 20С - 12,4 Ом

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Уравнение технической характеристики шунтового двигателя имеет вид:

, рад/с (1)

где R – суммарное сопротивление цепи якоря, Ом;

- конструктивный коэффициент двигателя;

Р – число пар полюсов;

N – число активных проводников обмотки якоря;

a - число параллельных ветвей обмотки якоря;

М – электромеханический момент, Н*м;

Ф – поток возбуждения, Вб.

М = kФJ, Н*м (2)

При неизменном потоке удобнее пользоваться коэффициентом с = кФ, которой можно определить по номинальным данным:

, (3)

При постоянном токе Ф для двигателя независимого возбуждения момент пропорционален току якоря M = cJ_Я, а механические  = f(M) и скоростные  = сJ_Я характеристики сходны между собой и при постоянстве U и R имеют линейную характеристики можно построить по двум точкам, зная при этом паспортные данные:

а) по точке идеального хода

; J_х.х. = 0

и точке при номинальном моменте (тока)

{w_Н; J_ЯН}

Для реостатной механической характеристики скорость, соответствующая номинальному моменту (току), определяется по формуле:

(4)

б) механическая характеристика может быть построена по точкам холостого хода и короткого замыкания. При коротком замыкании:

w = 0; (5)

- ток короткого замыкания.

Кроме двигательного режима двигатель может работать в тормозных режимах. Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения возможны три способа электрического торможения:

а) генераторное торможение (рекуперативное) с отдачей энергии в сеть;

б) динамическое торможение;

в) торможение противовключением.

1. Генераторное торможение с отдачей (рекуперацией) энергии возможно, когда скорость вращения двигателя превышает скорость вращения идеального холостого хода ₀, а его ЭДС больше приложенного напряжения U. Двигатель здесь работает генератором параллельно с сетью. Ток в этом случае меняет свое направление. При этом будет:

(6)

(7)

2. Динамическое торможение осуществляется с независимым возбуждением и само возбуждением. Динамическое торможение с независимым возбуждением происходит при отключении якоря от сети и замыканием его на тормозное сопротивление R_T при сохранении возбуждения от сети (рис.1) Динамическое торможение с самовозбуждением происходит при отключении якоря от сети и замыкании его на сопротивление. При этом обмотка возбуждения остается включенной в сеть якоря. Этот вид торможения применяется в аварийных ситуациях при исчезновении напряжения. При динамическом торможении машина также работает в качестве генератора. Но в отличие от генераторного торможения энергия не отдается в сеть, а выделяется в виде тепла сопротивлениях цепи якоря.

Тормозной момент при независимом возбуждении равен:

(8)

Рис. 1

3. Торможение противовключением осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную сторону. Такой же режим может получиться при переключении двигателя на противоположное напряжение для быстрой остановки. Аналогичный режим может получиться, например, когда двигатель включен на подъем, а момент, развиваемый грузом, заставляет привод вращаться в противоположную сторону (тормозной спуск).

Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения показаны на рис. 2.

Рис. 2

II. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с исследуемым двигателем и оборудованием рабочего места. Записать паспортные данные двигателя.

2. Привести сопротивление R_Я к расчетной температуре 75°С по формуле:

(9)

3. Определить коэффициент С_Е.

4. Собрать электрическую схему согласно рис.3, при этом особое внимание уделить полярности подключения обмоток якоря.

Рис.1

5. После проверки электрической схемы преподавателем снять данные для построения механических характеристик двигателя при работе исследуемой машины в двигательном режиме и режиме генераторного торможения при отсутствии дополнительных сопротивлений в цепи якоря (естественная характеристика) для 6-7 точек; в этом случае рекомендуется начинать с режима генераторного торможения, а затем перейти к двигательному режиму:

а) проверить, чтобы обе машины при работающем двигателе вращались в одном направлении. Для этого включить рубильники Р1, Р2, Р3 в положение 1, затем поочередно включить РЛ и РП. Если одна из машин вращается в обратном направлении, то нужно переключить рубильник Р2 в положение 2;

б) снять данные о режиме генераторного торможения. Включить рубильники Р1 и Р2 (Р3 разомкнуть) и запустить исследуемый двигатель, постепенно выводя реостат Р1 до нуля. Затем включить рубильник Р3 в положение 1 и также запустить нагрузочный двигатель, вывести Р2 до нуля. При этом возбуждение должно быть максимальным для обеих машин. С помощью потенциометра П2 постепенно увеличить скорость системы, при этом ток I₂ ≤ 10 A. Затем, постепенно снижая обороты до ω₀ (при этом I₁ = 0), снять 4-5 точек для получения механической характеристики в этом режиме.

При достижении I₁ = 0 ввести полностью R2 и переключить рубильник Р3 в положение П, когда нагрузочная машина становится генератором.

Пользуясь сопротивлением R2 и потенциометром П2, нагрузить постепенно исследуемый двигатель до 9 А, при этом снять 5-6 точек. Возбуждение исследуемого двигателя остается постоянным, равным номинальному.

Данные свести в таблицу 1.

Таблица 1

	Генераторный режим	Двигательный режим
I1,A
n, об/мин
M, H*м

6. Снять данные для механических характеристик в тормозных режимах и в двигательном режиме при наличии трех значений дополнительного сопротивления R₁ в цепи якоря исследуемого двигателя:

а) когда R = R_Я + R₁ = 9 Ом;

б) когда R = R_Я + R₁ = 6 Ом;

в) когда R = R_Я + R₁ = 3 Ом.

Сопротивление измерить вольтметром V1 и амперметром А1, включая рубильники РЛ и Р1, при этом обмотка возбуждения ОВ1 должна быть отключена.

Опыт начинать с режима генераторного торможения, в котором добиваются I_1max, пользуясь потенциометром П2 при R2 = 0. Ток I₂ не должен превышать 10 А. Затем перейти в двигательный режим, а после в режим торможения противовключением. Для каждого значения R1 эту последовательность рекомендуется выдерживать.

Режимы генераторного торможения и двигательный режим осуществлять так же, как и в п.5. Возбуждение у двигателя остается постоянным и равным номинальному. Из двигательного режима в режим торможения противовключением переходить следующим образом:

а) после осуществления режима генераторного торможения и двигательного режима при определенном R1 отключают все рубильники. После этого включают рубильники РП и Р3 в положение 1 и запускают нагрузочную машину как двигатель. Затем включают рубильник Р2 в положение 2, а Р1 в положение 1. При этом якорь исследуемого двигателя будет вращаться в противоположном направлении по сравнению с тем, которое создается электромагнитным моментом этого двигателя. В момент включения рубильника Р1 сопротивление R2 максимальное, а R1 то же, что и в двигательном режиме. Возбуждение обеих машин максимальное;

б) уменьшая R2 до нуля, снять 5-6 точек, при этом токи I₁ и I₂ не должны превышать 10 А;

в) данные свести в таблицу 2.

Таблица 2.

	Генераторный режим	Двигательный режим	Режим торможения противовключением
I1, A
n, об/мин
М, Н*м

При этом учитывать, что при генераторном торможении ток I₁ отрицательный, а режиме торможения противовключением величина “ω” отрицательна.

7. Снять опытные данные для построения механических характеристик двигателя в режиме динамического торможения с независимым возбуждением. Для этого Р1 включить в положение 2, тем самым замкнуть цепь якоря исследуемого двигателя на сопротивление R1. Затем нагрузочную машину запустить в качестве двигателя, аналогично п.6. При пуске возбуждение ОВ1 должно быть минимальным. После запуска возбуждение исследуемого двигателя поднять до номинального и держать постоянным в течение всего опыта. Динамическое торможение осуществлять для тех же трех значений R1, что и в п.6. Обороты и моменты изменять при помощи R2 и П2.

8. Согласно данным, снятым во всех приведенных опятах, построить механические характеристики на одном графике, учитывая знаки, указанные на рис. 2.

9. Используя паспортные данные, построить механические характеристики исследуемой машины в двигательном режиме (естественную и три реостатные характеристики при наличия сопротивления R1 в цепи якоря, равного значениям, приведенным в п.6).

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

1. Для всех режимов работы рассчитать и построить механические характеристики ω = f(M) на одном графике.

2. Используя паспортные данные, построить механические характеристики исследуемой машины в двигательном режиме (естественную и три реостатные при тех же значениях добавочного сопротивления, что и в п.6).

3. Ответить письменно на вопросы:

а) чем искусственная механическая характеристика отличается от естественной у шунтового двигателя?

б) почему нельзя осуществить режим тормозного спуска на естественной характеристике?

в) когда применяется каждый вид электрического торможения? Охарактеризовать кратко их достоинства и недостатки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Основы автоматизированного электропривода. Учебное пособие для вузов. М., “Энергия”, 1974, 568 с.

2. Чиликин М.Г. Общий курс электропривода. М.,”Энергия”,1971,432 с.

3. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. Л.-М., Госэнергоиздат, 1963, 772 с.