4.1. Цель работы

Исследовать электропривод системы магнитный усилитель- двигатель (МУ-Д) в статическом режиме регулирования скорости.

Дать оценку регулировочным и энергетическим показателям системы МУ-Д.

4.2. Подготовка к работе.

Для выполнения лабораторной работы студентам необходимо изучить разделы 4.4 и 12.3 /1/. При изучении материала обратить внимание на то, что магнитные усилители находят достаточно широкое применение в регулируемых электроприводах небольшой мощности (до 10 кВт).

К достоинствам магнитного усилителя управляемого преобразователя для питания двигателя постоянного тока следует отнести его высокую надежность, обусловленную отсутствием вращающихся частей и подвижных контактов, простоту обслуживания и управления.

В системах МУ-Д используются, как правило, магнитные усилители с самоподмагничиванием внутренней положительной обратной связью по току, в цепи рабочих обмоток в которых включены неуправляемые вентили. Такие усилители в отличие от обычных дроссельных усилителей без внутренней обратной связи характеризуются большим коэффициентом усиления, меньшей массой и при одинаковом коэффициенте усиления, меньшей инерционностью.

Основным регулирующим элементом магнитного усилителя является дроссель насыщения с подмагничиванием. Рабочие обмотки дросселя, включаемые последовательно с диодами и нагрузкой, могут включаться по схемам, аналогичным схемам включения управляемых вентильных преобразователей. Примером такой схемы является наиболее распространенная трехфазная мостовая, представленная на рис. 4.1.

Студентам необходимо помнить, что регулирование напряжения на выходе магнитного усилителя происходит за счет изменения магнитного состояния сердечников, на которых расположены силовые обмотки 1ω1-6ω1 (рис.4.1). Подмагничивание сердечника частично осуществляется током в самих силовых обмотках, но в решающей степени оно зависит от тока, протекающего в обмотке управления ω_У. Такой преобразователь по существу является выпрямителем с регулируемым внутренним сопротивлением. Подмагничивание сердечника вызывает уменьшение этого внутреннего сопротивления и увеличение напряжения на нагрузке при данном токе.

рис. 4.1.

Изменение тока управления I_у в соответствии с графиком на рис.4.2а приводит к изменению индукции сердечников В_у, что в свою очередь определяет угол насыщения сердечника, показанный на рис.4.2б.

рис 4.2

Уравнения скоростной и механических характеристик системы МУ-Д имеют вид:

(4.1),

(4.2),

где Ф_Н - номинальный магнитный поток возбуждения двигателя;

k-постоянная двигателя.

Из уравнений (4.1) и (4.2) следует, что скоростные и механические характеристики двигателя в системе МУ-Д представляют линейные зависимости, аналогичные по виду характеристикам других видов преобразователей напряжения в приводах постоянного тока, например, Г-Д и ТП-Д. Регулирование скорости осуществляется путем изменения Е_МУ, которая в свою очередь (см.рис.4.2) регулируется изменением В_У. За счет наличия в цепях рабочих обмоток ω 1 неуправляемых вентилей Д1-Д6 магнитные усилители данного типа являются усилителями с самоподмагничиванием - с внутренней положительной обратной связью по току. Помимо рабочих обмоток ω1 реальный магнитный усилитель (рис.4.3) имеет также две обмотки управления ω2 и ω3, которые в схеме подключаются следующим образом. Обмотка ω3 выполняет роль обмотки смещения, с помощью которой устанавливается начальное значение магнитной индукции В_У. Обмотка ω2 является основной задающей обмоткой. Кроме этого за счет особого подключения в схеме обмотка ω2 одновременно реализует обратную связь по току (от трансформатора тока ТТ, выпрямителя Д7-Д10 и резистора R7) и обратную связь по э.д.с. якоря двигателя. Введение обратных связей имеет назначение стабилизации механических характеристик привода.

4.3.Рабочее задание.

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

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

3. Запустить электродвигатель постоянного тока и убедиться в возможности регулирования его скорости в системе МУ-Д.

4. Снять и построить механические характеристики при минимальном, среднем и максимальном задании скорости.

5. Выполнить исследования и дать оценку возможности работы электропривода системы МУ-Д в режиме отдачи энергии в сеть (рекуперативного торможения).

6. Рассчитать и построить зависимость

4.4.Порядок выполнения работы.

1. Выполнить дополнительные подключения в системе, пользуясь принципиальной схемой, представленной на рис.4.3: в цепь обмотки возбуждения тормоза Y_В включить регулировочный реостат R8 и амперметр A6, а также подключить звездой статорные обмотки асинхронного двигателя и между клеммами Х2 и ХЗ под­ключить пусковой реостат R_П (для облегчения пробного пуска электропривода).

2. Проверить исходное состояние регулировочного реостата R8 и потенциометра R5 - его ручка должна находиться в крайнем положении при вращении против часовой стрелки.

3. Включить вводный автомат и выключатель Q2 в цепи обмотки возбуждения двигателя. С помощью выключателей Q1, Q5 пускового реостата R_П запустить двигатель постоянного тока М и вывести его на установившийся режим работы с минимальной скоростью холостого хода, соответствующей минимальному заданию управляющего напряжения, снимаемого с потенциометра R5. Затем включить выключатель Q3 и с помощью реостата R8, постепенно увеличивая ток в цепи обмотки возбуждения тормоза YB, соответственно увеличивать тормозной момент на валу двигателя, следя при этом за тем, чтобы значение тока нагрузки в якорной цепи двигателя не превышало 10 А. Снять при этом для 4-5 фиксированных точек, начиная с холостого хода, показания соответствующих приборов и внести их в графы "измерено" для первого опыта прилагаемой табл.4.1.

Таблица 4.1

№ опыта

№№

Измерено

Вычислено

1/с

IЯ А

UЯ В

IЛ А

UЛ В

Р1 Вт

S1 ВА

РЭ Вт

Р Вт

М Нм

cos

1-й

2-й

3-й

2. Вращением ручки по часовой стрелке установить потенциометр R5 примерно в среднее положение и выполнить те же операции, что и в п.З. Показания приборов занести в таблицу в графы для второго опыта.

3. Аналогично выполнить третий опыт, установив при этом ручку потенциометра R5 в крайнее правое положение, т.е. задав максимальные обороты двигателю. Показания приборов также занести в таблицу.

4. Отключить привод МУ-Д и обмотку возбуждения тормоза YB, установив при этом выключатели Q1, Q3, Q5 в положение "отключено".

5. После полной остановки машинного агрегата выключателем Q4 включить асинхронный двигатель и убедиться, что он вращается в том же направлении, что и двигатель постоянного тока в системе МУ-Д. Если вращение обратное, поменять местами две фазы, подходящие к статорным обмоткам. Отключить асинхронный двигатель.

8. С помощью выключателей Q1, Q5 и пускового реостата включить привод МУ-Д и потенциометром R5 задать максимальные обороты вращения двигателя. После полного разгона двигателя постоянного тока выключателем включить асинхронный двигатель. Во время разгона асинхронного двигателя и при установившемся режиме работы привода обратить внимание на показания приборов.

4.5. Указания по обработке результатов измерений.

Для определения необходимых расчетных параметров можно использовать следующие формулы и зависимости:

полная мощность, потребляемая из сети,

(4.3),

электромагнитная мощность двигателя постоянного тока

(4.4),

электромеханическая мощность ДПТ

(4.5),

здесь принять R_Я=0,5Ом;

вращающий момент

(4.6),

коэффициент мощности

(4.7),

к.п.д. привода

(4.8),

4.6. Контрольные вопросы

1. В чем заключаются основные достоинства и недостатки электропривода системы МУ-Д?

2. Как осуществляется реверс двигателя в системах МУ-Д?

3. Какие используются обратные связи и какова их роль в электроприводе системы МУ-Д лабораторной установки?

4. На основании графиков механических характеристик дать оценку качественных показателей регулирования скорости: диапазона, плавности и направления регулирования и стабильности скорости вращения.

5. Реализуется ли в лабораторном варианте привода МУ-Д режим рекуперативного торможения?

6. На основании энергетических показателей - коэффициента мощности и к.п.д. - дать оценку экономичности электропривода системы МУ-Д.

Лабораторная работа №5

Исследование системы тиристорный

преобразователь-двигатель (ТП-Д)