Расчеты и графическое оформление:

Полезная мощность вычисляется по формуле

.

КПД системы равен отношению полезной и потребляемой мощностей:

Все характеристики следует нанести на один график, сопоставить работу испытуемого двигателя в исследованных режимах и определить жесткость каждой характеристики

.

2. Исследование скоростных и механических характеристик электрических машин постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения.

Цель работы:

Приобретение навыков в выполнении опытов по снятию данных и построению скоростных и механических характеристик электродвигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения в двигательном и тормозном режимах; получение экспериментального подтверждения теоретическим сведениям о скоростных и механических характеристиках этого двигателя.

Оборудование:

Для выполнения работы используется агрегат, состоящий из двух механически соединенных машин постоянного тока с параллельным (независимым) возбуждением (рис.2.1). Испытуемой является машина 1. Она включается по обычной схеме двигателя с параллельным возбуждением. В качестве пускового используется резистор , рассчитанный на длительный режим работы.

Вспомогательная машина 2 может работать в качестве двигателя (верхнее положение переключателя П) и в качестве генератора с независимым возбуждением, подключенного к нагрузочному резистору (нижнее положение переключателя П). Номинальные мощность и частота вращения вспомогательной машины 2 должны быть больше чем у испытуемой машины 1. Для производства расчетов необходимо знать сопротивление обмотки якоря вспомогательной машины 2 ( ). Оно указано на корпусе машины 2.

Испытуемая 1 и вспомогательная 2 машины имеют возможность регулировки тока возбуждения резисторами и , включенными в цепи возбуждения этих машин, и регулировки дополнительных резисторов и , включаемых в якорные цепи машин соответственно 1 и 2. При снимаются естественные характеристики испытуемой машины 1, при снимают реостатные характеристики этой машины.

Программа работы:

С нять скоростные и характеристики испытуемой машины 1 при постоянных значениях напряжения на якорной цепи (напряжения сети) и тока возбуждения для следующих режимов:

а) торможения противовключением с дополнительным резистором в цепи якоря (реостатная характеристика);

б) двигательного режима с дополнительным резистором в цепи якоря (реостатная характеристика);

в) торможения с отдачей энергии в сеть при наличии дополнительного резистора в цепи якоря (реостатная характеристика);

г) торможение с отдачей энергии в сеть без дополнительного резистора в цепи якоря (естественная характеристика);

д) двигательного режима без дополнительного резистора в цепи якоря (естественная характеристика).

При испытаниях должны быть зафиксированы пограничные режимы (идеальный холостой ход и короткое замыкание). Сопротивление дополнительного резистора в цепи якоря испытуемой машины 1 при снятии всех реостатных характеристик должно быть одинаковым.

Порядок выполнения работы:

Основные понятия. Скоростная характеристика электродвигателя постоянного тока представляет собой зависимость частоты вращения от тока в обмотке якоря при неизменном токе возбуждения и номинальном подведенном напряжении .

Уравнение скоростной характеристики имеет вид

. (2.1)

Механическая характеристика электродвигателя постоянного тока представляет собой зависимость частоты вращения от момента при неизменном токе возбуждения и номинальном подведенном напряжении испытуемой машины.

Уравнение механической характеристики имеет вид

, (2.2)

Здесь и - постоянные коэффициенты; Ф - основной магнитный поток;

; (2.3)

- электрическое сопротивление цепи якоря испытуемого электродвигателя; - сопротивление обмоток в цепи якоря, приведенное к рабочей температуре; - сопротивление добавочного резистора, включаемого в цепь якоря электродвигателя.

В режиме идеального холостого хода ток в цепи якоря , а следовательно, и момент , поэтому частота вращения равна

. (2.4)

Таким образом, уравнения скоростной и механической характеристик можно свести к виду:

, (2.5)

где - изменение частоты вращения двигателя, вызванное нагрузкой.

Зависимость от тока якоря определяется выражением

, (2.6)

а зависимость от момента нагрузки имеет вид:

. (2.7)

Т аким образом, как следует из приведенных выражений, скоростная и механическая характеристики электродвигателя параллельного (независимого) возбуждения представляют собой прямые линии (рис.2.2). Выражения (2.6), (2.7) показывают, что изменение частоты вращения электродвигателя, обусловленное изменением его нагрузки, прямо пропорционально электрическому сопротивлению цепи якоря . Поэтому, наименьшему сопротивлению цепи якоря соответствует наименьшее изменение частоты вращения . В этом случае скоростная и механическая характеристики электродвигателя являются наиболее жесткими. Такие характеристики называются естественными (рис.2.2, линия Е). Если же в цепь якоря ввести добавочный резистор с сопротивлением , т. е. если , то влияние нагрузки на величину становится более значительным и характеристики электродвигателя становятся более мягкими и их угол наклона к оси абсцисс увеличивается(рис.2.2, линия Р). Такие характеристики называют искусственными (реостатными).

Выполнение исследований скоростной и механической характеристик рекомендуется производить в порядке следования пунктов программы работы. По каждому пункту программы снимается 3 - 4 точки с примерно равномерным распределением их в рекомендуемых ниже диапазонах. Пояснения к выполнению работы приведены по пунктам программы.

Пункт А. Для выбора величины дополнительного сопротивления , в цепи якоря испытуемой машины 1, соответствующего определенной реостатной характеристике, производится опыт короткого замыкания. Предварительно каждая из машин пускается в ход. Перед пуском резисторы в цепях обмоток возбуждения машин 1 и 2 ( и ) полностью выводятся, а дополнительные резисторы и , выполняющие при пусках роль пусковых реостатов, ставятся в положение, соответствующее максимуму сопротивления. Производятся пробные пуски машин 1 и 2. Направление вращения машин при этом должно быть взаимопротивоположным, а машина 2 должна вращаться в направлении, указанном на корпусе испытуемой машины 1.

После проведения пробных пусков при полностью введенных резисторах и машины 1 и 2 подключаются к сети. С помощью реостата устанавливается номинальное значение тока возбуждения испытуемой машины 1, которое указано на корпусе, и поддерживается постоянным при снятии всех характеристик. Изменением сопротивлений резисторов и добиваются, чтобы при неподвижном состоянии машин ток якоря испытуемой машины 1 составлял около половины номинального значения. При этом фиксируется положение резистора (в дальнейшем все реостатные характеристики снимаются при этом положении). Испытуемая машина 1 находится в точке 1 (короткое замыкание) (см. рис 2.2) с которой начинается исследование режима торможения противовключением. Затем повышают частоту вращения вспомогательной машины 2, увеличивая ее вращающий момент сначала выведением резистора в цепи якоря , а затем путем введения резистора в цепь возбуждения. Опыт заканчивается при номинальном значении тока якоря испытуемой машины 1 (точка 2 на графике рис. 2.2).

Пункт Б. Для исследования в режимах двигательном и торможения с отдачей энергии в сеть нужно изменить полярность обмотки якоря машины 1 на противоположную по сравнению с предыдущим режимом. Изменение полярности обмотки якоря производится после отключения от сети и полной остановки обеих машин. При этом резистор остается в положении зафиксированном в п. А .

Вспомогательная машина 2 переводится в генераторный режим (переключатель П ставится в нижнее положение), резистор полностью введен, а резистор полностью выведен. После включения рубильников и испытуемая машина 1 разгоняется и выходит в точку 3 (рис. 2.2), соответствующую холостому ходу. Нагрузка на машину 1 увеличивается с уменьшением сопротивления резистора , частота вращения снижается и машина выходит в точку 4 (рис. 2.2), соответствующую 20—30% номинальной частоты вращения испытуемой машины 1.

Пункт В. Перевод испытуемой машины 1 в режим торможения с отдачей энергии в сеть производится без остановки машин. Последовательность перевода следующая: полностью ввести резистор , переключатель П поставить в верхнее положение, уменьшая сопротивление резистора , увеличить ток якоря и вращающий момент вспомогательной машины 2, установить пограничную частоту вращения (режим идеального холостого хода, точка 5, рис. 2.2). Ток якоря испытуемой машины при этом равен нулю. Затем повышают далее частоту вращения вспомогательной машины 2, увеличивая ее вращающий момент. Для этого снижается сначала сопротивление до нуля, а затем увеличивают сопротивление . Опыт заканчивается при частоте вращения, превышающей примерно в 1,5 раза частоту вращения идеального холостого хода (точка 6, рис. 2.2).

Пункт Г. Для перехода на естественную характеристику необходимо в обратном порядке снизить частоту вращения и вернуться в точку 5. После достижения этого режима резистор в цепи якоря машины 1 полностью выводится. При дальнейшем увеличении частоты вращения путем увеличения вращающего момента машины 2 способом, описанном в пункте В, испытуемая машина 1 опять переводится в режим торможения с отдачей энергии в сеть, снимается естественная характеристика. Испытуемая машина 1 нагружается до точки 7 (рис. 2.2), соответствующей номинальному значению тока якоря этой машины.

Пункт Д. Для исследования машины 1 в двигательном режиме без добавочного сопротивления в цепи якоря необходимо, не отключая машины от сети, полностью ввести резистор в цепь якоря вспомогательной машины 2 и поставить переключатель П в нижнее положение. После этого машина 1 переходит в точку 8 (рис. 2.2), соответствующую режиму холостого хода. Нагрузка на машину 1 производится, известным уже способом (пункт Б), частота ее снижается и машина выходит в точку 9 (рис. 2.2), соответствующую номинальному значению тока якоря испытуемой машины.

Запись результатов испытаний рекомендуется производить в таблицу 2.1, а для лучшего представления и контроля за ходом опытов рекомендуется прямо по ходу испытаний строить на листе миллиметровки (размер см) графики скоростных характеристик аналогично рис. 2.2.

Таблица 2.1.

Измеряемые величины							Рассчитываемые величины
Машина 1			Машина 2
, А	, В	, А	, А	, А	, В	, об/мин.	, Вт	, Вт	мех, Вт	, Нм

В качестве УИРС рекомендуется ознакомиться с динамическим торможением электродвигателя. На рис. 2.2 скоростная и механическая характеристики, соответствующие этому режиму, представлены отрезками 0 — 10 и 0 — 11. Динамическое торможение испытуемой машины наступает при отключении ее обмотки якоря от сети и замыкании на резистор . Обмотка возбуждения при этом остается по-прежнему подключенной к сети. Якорь испытуемой машины 1 приводится в движение с помощью вспомогательной машины 2 в направлении указанном на корпусе машины.