3.1. Цель работы

Исследовать систему электропривода генератор-двигатель (Г-Д) в статическом режиме двухзонного регулирования скорости. Изучить и освоить способы получения необходимых механических характеристик в системе Г-Д. Дать оценку регулировочным и энергетическим показателям системы Г-Д.

3.2. Подготовка к работе

Для выполнения лабораторной работы студентам необходимо изучить разделы 4,4 и 6.3 / 1 / и раздел 3.4 и 3.5 / 2 /.

Система генератор-двигатель состоит из первичного (гонного) двигателя, который приводит во вращение генератор постоянного тока, в свою очередь питающий рабочий двигатель постоянного тока.

Уравнение механической характеристики системы Г-Д имеет вид:

(3.1)

где Е_г - э.д.с. генератора;

k_Д - постоянная двигателя;

Фд - магнитный поток двигателя;

М - момент на валу двигателя;

R_Д и R_г - внутреннее сопротивление двигателя и генератора.

Подставив значение э.д.с. генератора , где - угловая скорость вращения генератора, в уравнение механической характеристики (3.1), получим:

. (3.2)

Студентам необходимо помнить, что механические характеристики

• это видно из уравнения (3.2) - линейны и что регулировать скорость вращения в системе Г-Д можно, меняя потоки возбуждения генератора и двигателя, или иначе изменением величины тока в их обмотках возбуждения. Следовательно, регулирование скорости в этой системе может быть одно- и двухзонным; скорость рабочего двигателя до основной регулируется изменением э.д.с генератора Е_г при неизменном номинальном потоке двигателя Ф_Д - I зона; выше основной.

• уменьшением магнитного потока двигателя при номинальной э.д.с. генератора - II зона ( см .рис .3.1 ).

Жесткость механических характеристик из-за относительно большого внутреннего сопротивления якорной цепи генератора невысокая. Этим в основном объясняется ограниченный диапазон регулирования в обычной системе: в первой зоне - до 10:1 и при двухзонном - не более D = 20:1.

Расширение диапазона регулирования скорости вращения рабочего двигателя до D=100:1 и более и обеспечение его устойчивой работы при низких напряжениях и сниженном магнитном потоке достигается использованием в схеме обратных связей по скорости, напряжению или току с применением усилителей в цепях возбуждения. В качестве усилителей в схемах Г-Д наиболее часто используются электромашинные усилители (ЭМУ) с поперечным полем.

рис.3.1. Механические характеристики двигателя независимого возбуждения в системе Г – Д

Иногда для этой же цели в якорную цепь Г-Д вводится последовательная обмотка возбуждения генератора, согласно включенная с независимой обмоткой.

Студенты должны также знать, что ряд механизмов по условиям производственного процесса работает с частыми и большими перегрузками, приводящими иногда к стопорению. В этих случаях для обеспечения сохранности механизмов и необходимой их производительности возникает задача ограничения величины момента двигателя путем получения мягких характеристик. Эти характеристики получили название экскаваторных. Экскаваторные характеристики с изломом (рис.3.1) в системе Г-Д можно получить введением задержанной отрицательной обратной связи по току якоря - токовой отсечки. Характеристики без явно выраженных изломов могут быть получены в системе с генератором, имеющим две или три обмотки возбуждения (независимую, параллельную и последовательную). Наличие последовательной встречно включенной обмотки возбуждения приводит к тому, что суммарная намагничивающая сила F, а следовательно, и суммарный магнитный поток Ф_г зависят от тока якоря I_Я, т.е. от нагрузки. В результате механическая характеристика окажется нелинейной. При этом с ростом тока I_Я нелинейность характеристики будет возрастать, а ее жесткость - соответственно падать.

При оценке экономичности регулирования и системы в целом следует иметь в виду, что в системе Г-Д осуществляется предварительное двукратное преобразование энергии, сопровождающееся потерями энергии на каждой ступени преобразования. В связи с этим общий к.п.д. системы невысок и определяется выражением

η=η_~˙η_г˙η_д (3.3)

где η_~,η_г,η_д - к.п.д. соответственно первичного двигателя АД, генератора Г и рабочего двигателя Д.

Лабораторная работа может выполняться в двух вариантах: с обратными связями или с двухобмоточным генератором (рис.3.2). Особенности выполнения работ по этим вариантам отражены в пунктах "Рабочего задания" и "Порядок выполнения работы".

рис.3.2. Принципиальная схема электропривода

системы Г – Д

3.3. Рабочее задание

1. Ознакомиться с электрооборудованием, его функциональным назначением и схемой лабораторной установки.

2. Записать паспортные данные электрических машин и перечень приборов, входящих в состав лабораторной установки.

3. Выполнить исследования по определению потерь вращения и построить зависимость .

4. Исследовать систему Г-Д без обратных связей в двух зонах регулирования угловой скорости и построить соответствующие механические характеристики

По варианту I:

5. Исследовать систему Г-Д с обратной связью по току и построить соответствующие механические характеристики.

По варианту 2:

5. Выполнить проверочный расчет и построить теоретическую механическую характеристику.

6. Исследовать систему Г-Д при совместном действии независимой и последовательной обмоток возбуждения. Построить соответствующие механические характеристики.

3.4. Порядок выполнения работы.

1. Проверить и, если требуется, установить в исходное положение регулирующие аппараты (движки реостатов и пр.), чтобы исключить броски тока и напряжения при включении установки в работу.

2. Потери вращения определяются при работе двигателя на холостом ходу (возбуждение на нагрузочную машину не подается). Для этого переключатель SA1 установить в положение "Обыч" (см. рис.3.2). Между клемами "1" и "2" поставить перемычку (на схеме она показана пунктирной линией). Выключателем Q1 выключить гонный двигатель М₁. Автоматическим выключателем QF1 включить напряжение постоянного тока для цепей возбуждения электрических машин системы. Включив выключатель SA4, подать напряжение питания к обмотке возбуждения двигателя М и с помощью реостата R4 установить ток возбуждения I_вд=0,4 А. Включить SA3 с помощью реостата R3 плавно повышать ток возбуждения генератора и соответственно его выходное напряжение, зафиксировав при этом 5-6 точек скорости вращения двигателя М и соответствующих ей значений и . Данные измерения занести в табл. 3.1

Таблица 3.1

№ опыта	Измерено			Вычислено			Примечание
	с-1	В	А	Вт	Вт	Вт
							Для расчетов

3. Исследование системы Г-Д в двух зонах регулирования угловой скорости проводить в следующем порядке. Запустить гонный двигатель М₁. Установить ток возбуждения двигателя . Для получения и исследования механических характеристик первой зоны регулирования установить ток возбуждения генератора, равный , и, изменяя нагрузку на валу двигателя путем изменения тока возбуждения нагрузочной машины, зафиксировать 5-6 значений скорости вращения . Провести аналогичные опыты при токе возбуждения генератора . Данные измерений занести в табл.3.2.

Для получения механических характеристик второй зоны регулирования исследования аналогичны предыдущим с той лишь разницей, что ток возбуждения генератора остается неизменным и равным , а ток возбуждения двигателя меняется в сторону его уменьшения от номинального. Для исследования взять ток возбуждения двигателя . Данные измерений также занести в табл.3.2.

Таблица 3.2.

№ опыта

Измерено

Вычислено

Примечание

с-1

Р~ Вт

I~ А

U~ В

Iнм А

Uнм В

Рэнм Вт

Рвр Вт

Рнм Вт

Р Вт

М Нм

cos

I зона

Iвд=0,4А Iвг=0,2А

Iвд=0,4А Iвг=0,2А

IIзона

Iвд=0,3А Iвг=0,2А

По варианту I:

4. Для исследования системы Г-Д с обратной связью по току при использовании ЭМУ в качестве возбудителя собрать схему в соответствии с рис.3.2, подключив при этом специальный шунтовый резистор R1 к клеммам "1" и "2" (ранее установленную перемычку необходимо снять) и резистор R2. Переключатель SА1 установить в положение "ЭМУ". Не подключая обмотку электромашинного усилителя LCU₁ обратной связи по току, включить гонный двигатель М₁ и ЭМУ. С помощью потенциометра R2 установить ток в обмотке возбуждения генератора I_вг = 0,20 А, а потенциометром R4 ток в обмотке возбуждения двигателя I_вд = 0,4 А. Далее, обесточив установку, подключить LCU₁ ЭМУ. Меняя с помощью нагрузочной машины нагрузку на валу двигателя, зафиксировать 5-6 значений скорости . Провести аналогичные исследования, поменяв полярность на выводах y₁ и у₂ обмотки LCU₁. Данные занести в табл.3.3.

Таблица 3.3

№ опыта

Измерено

Вычислено

Прим.

1/с

Р1 Вт

IЛ А

UЛ В

IНМ А

UНМ В

Рвр Вт

Рэнм Вт

РНМ Вт

Р Вт

М Нм

cos

Iвг=0,2А Iвд=0,4А Положит. ОС

Iвг=0,2А Iвд=0,4А Отриц. ОС

По варианту 2:

4. Для исследования системы Г-Д при совместном действии независимой и последовательной обмоток возбуждения необходимо убрать перемычку между клеммами "1" и "2" (схема предварительно должна быть обесточена), а к указанным клеммам подключить обмотку последовательного возбуждения генератора LG2, установив при этом перемычки между клеммами "1" - "3" и "2" - "4". Переключатель SA1 должен быть установлен в положение "обыч".

Выключателем Q1 запустить гонный двигатель M₁. Установить токи возбуждения двигателя и генератора Включив выключатель SA5, подать напряжение на обмотку возбуждения LG1 нагрузочной машины и, изменяя нагрузку на валу рабочего двигателя, зафиксировать 5-6 значений угловой скорости рабочего двигателя.

Выполнить аналогичные исследования при обратном подключении обмотки последовательного возбуждения. Для этого перемычки установить между клеммами "1"-"4" и "2"-"З". Данные измерений занести в табл.3.3.

3.5. Указания по обработке результатов измерения. Определение потерь вращения производится на холостом ходу двигателя (возбуждение на нагрузочную машину не подается) по формуле

(3.4)

где Р_ОГ, U_ОГ и I_ОГ - соответственно мощность, напряжение и ток генератора на холостом ходу;

-потери мощности в якорных цепях генератора и двигателя.

Энергетические показатели системы можно определить, пользуясь следующими формулами и зависимостями:

к.п.д. системы (3.5)

где Р₁ - мощность, потребляемая системой (первичным двигателем) из сети,

(3.6)

Р - механическая мощность рабочего двигателя,

(3.7)

здесь (3.8)

-мощность нагрузочной машины,

(3.9)

-потери мощности в якорной цепи нагрузочной машины.

При вычислениях мощности Р необходимо использовать график зависимости

Момент на валу рабочего двигателя можно определить по формуле

(3.10)

В проверочном расчете по формуле ( 3.1 ) теоретической механической характеристики ( в соответствии с п.5, вариант 2 рабочего задания) значение можно определить:

(3.11)

где с_Д - постоянная двигателя,

- соответственно номинальные значения мощности,

угловой скорости и тока двигателя (по паспорту).

Расчет теоретической механической характеристики выполнить при Е_г = 120 В и значениях момента М, полученных при I_ВД= 0,4 А и I_ВГ= 0,2 А ( табл.3.2 ).

3.6. Контрольные вопросы.

1. Для какой цели применяется система электропривода Г-Д?

2. В чем заключаются основные достоинства и недостатки системы Г-Д?

3. Как осуществить реверс рабочего двигателя в системе Г-Д?

4. Какой диапазон регулирования скорости вращения двигателя в системе Г-Д?

5. Какие известны способы повышения жесткости характеристик в системе Г-Д? Как влияет внутреннее сопротивление генератора и двигателя на жесткость характеристик?

6. Дать оценку действию положительной и отрицательной обратной связи по току в замкнутой системе регулирования.

7. Что такое экскаваторные механические характеристики и как их получить?

8. Дать оценку действию в системе Г-Д согласно и встречно включенной последовательной обмотки возбуждения генератора.

9. Дать анализ полученных механических характеристик. Какие из характеристик наиболее удовлетворительны для электроприводов?

10. Как изменяется и к.п.д. системы с изменением нагрузки? Дать объяснение этим изменениям.

Лабораторная работа №4

Исследование электропривода системы магнитный

усилитель-двигатель (МУ-Д)