10 Лабораторная работа №10. Испытание двигателя постоянного тока (дпт)

Тема: машины постоянного тока.

Цель работы:

Изучение устройства и принципа действия ДПТ, экспериментальное получение основных параметров и характеристик.

Краткие теоретические сведения

Устройство ДПТ не отличается от генератора. Принцип действия заключается в том, что если к зажимам двигателя подвести напряжение U, то в цепи якоря потечет ток I_я, а в цепи возбуждения - ток I_В. Ток I, подведенный к двигателю, равен

I = I_я + I_В

В результате взаимодействия магнитного поля полюсов и тока в проводниках якоря на проводник действует сила и образуется вращающий электромагнитный момент

М = С_м Ф I_я,

где - магнитная постоянная;

р - число пар полюсов;

N - число проводников якоря;

N/2a - число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

Ф - магнитный поток, Вб.

Направление момента М определяется по правилу левой руки.

При вращении якоря ДПТ вследствие пересечения проводниками обмотки якоря магнитного поля статора в ней возникает э.д.с.

Е = Се n Ф,

где - машинная постоянная;

n - частота вращения, об/мин.

Направление э.д.с. Е противоположно направлению напряжения и тока сети. Уравнение напряжения ДПТ имеет вид:

U = E + I_я r_я,

где r_я - сопротивление якорной цепи, Ом.

Отсюда следует, что подведенное к двигателю напряжение уравновешивается противо-э.д.с. обмотки якоря и падением напряжения в цепи якоря. Ток якоря:

.

При пуске якорь двигателя неподвижен (п=0) и в его обмотке не индуцируется э.д.с.(Е=0). А так как сопротивление якорной цепи двигателей большой мощности очень маленькое, то пусковой ток достигает значений в 10-20 раз превышающих номинальный ток двигателя. Такой ток может вызвать в машине круговой огонь, а большой пусковой момент может разрушить двигатель. Поэтому пуск ДПТ с целью ограничения тока якоря осуществляется следующими способами:

- введением пускового реостата в цепи якоря;

- понижением напряжения на обмотке якоря.

Для ДПТ существуют следующие характеристики: регулировочная, механическая, скоростная.

Регулировочной характеристикой ДПТ называется: а) зависимость частоты вращения п от тока возбуждения при постоянном напряжении якоря и моменте на валу; б) зависимость частоты вращения п от напряжения якоря при постоянном токе возбуждения.

Механическая характеристика представляет собой зависимость n = f(M) при U = const, I_В = const. Уравнение механической характеристики записывается следующим образом:

.

Реверс ДПТ. Направление силы взаимодействия магнитного поля и тока может быть изменено на противоположное изменением направления тока в якоре, или переменой направления магнитных силовых линий. Этот процесс называется реверсированием.

Изменение направления магнитных силовых линий достигается изменением направления тока в обмотке возбуждения. На практике чаще применятся перемена направления тока в якоре, так как перемена тока в обмотке возбуждения связана с перемагничиванием машины и опасна ввиду появления э.д.с. самоиндукции, которая может вызвать пробой изоляции.

Регулирование частоты вращения возможно тремя способами:

- изменением значения сопротивления пускорегулирующего реостата цепи якоря;

- изменением напряжения U на зажимах якоря;

- изменением величины магнитного потока.

Формула для определения частоты вращения двигателя

,

где n₀ - частота вращения при холостом ходе;

n - снижение частоты, обусловленное суммарным падением напряжения во всех сопротивлениях, включенных в цепь якоря двигателя.

Эксплуатационные свойства двигателя определяются его рабочими характеристиками. Рабочими характеристиками ДПТ называются зависимости потребляемой мощности P₁ от частоты вращения n, момента на валу М, тока якоря I_я, к.п.д. от полезной мощности на валу Р₂. Эти зависимости получаются при номинальных значениях U=const и I_В=const.

Все рассмотренные выше зависимости могут применяться как для ДПТ с параллельным или независимым возбуждением, так и для ДПТ смешанного возбуждения. В последнем случае

Ф = Ф_Ш  Ф_С ,

где Ф_Ш и Ф_С - магнитные потоки соответственно шунтовой и сериесной обмоток возбуждения.

Знак плюс соответствует согласному, а знак минус - встречному включению обмоток.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (рис. 10.1) состоит из ДПТ смешанного возбуждения, тахогенератора, а также двух регулировочных реостатов, измерительных приборов и коммутационной аппаратуры, размещенных на лицевой панели стенда.

На схеме (рис. 10.2):

РА1 – амперметр – измеряет ток цепи возбуждения ДПТ (прибор ЭМ системы);

РА2 - амперметр – измеряет ток в цепи якоря ДПТ (прибор ЭМ системы);

РV1 – вольтметр – измеряет напряжение цепи обмотки возбуждения ДПТ (прибор ЭМ системы);

РV2 – вольтметр – измеряет напряжение цепи якоря ДПТ (прибор МЭ системы);

РV3 – вольтметр – измеряет напряжение датчика частоты вращения АД (прибор МЭ системы);

РW – ваттметр – измеряет потребляемую из сети активную мощность (прибор ЭД системы).

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с конструкцией ДПТ, запищите его номинальные данные, указанные на табличке, запишите электрические параметры регулировочных реостатов, включенных по потенциометрической схеме (в дальнейшем - потенциометров), а также измерительной аппаратуры.

2. Произведите пуск ДПТ с параллельным возбуждением.

2.1. Соберите схему ДПТ с параллельным возбуждением и предъявите преподавателю.

2.2. Подготовьте установку к пуску ДПТ, для чего установите движок потенциометра в цепи возбуждения в верхнее положение (R1), а движок потенциометра в цепи якоря - в нижнее положение (R2).

2.3. Подайте питание на зажимы ДПТ и, постепенно увеличивая потенциометром (R2) напряжение на зажимах якоря, разгоните ДПТ до скорости, указанной преподавателем.

3. Выполните реверс ДПТ

3.1. Остановите ДПТ, для чего необходимо уменьшить напряжение на зажимах якоря (R2) и снять питание со схемы (SA).

3.2. Измените полярность напряжения подводимого к цепи якоря, и осуществите пуск в противоположную сторону (см. п. 2.3).

4. Выполните регулирование скорости изменением тока возбуждения.

4.1. Установите потенциометром цепи возбуждения (R1) различные токи возбуждения и запишите показания в таблицу.

Таблица 10.1 – Показания приборов

IВ,А
n

Постройте регулировочную характеристику при напряжении заданном преподавателем, и при .

ПРИМЕЧАНИЕ: при случайном обрыве цепи возбуждения двигатель может пойти "вразнос", поэтому необходимо немедленно его остановить.

5. Снимите механические характеристики, для чего изменением значений сопротивления в цепи якоря получите различные значения тока якоря (включая S1 и S2). Запишите значение скорости вращения при различных значениях тока якоря и вычислите значения момента при данном значении тока якоря. Постройте зависимости и на одном графике. Все данные занести в таблицу 10.2.

Таблица 10.2 – Показания приборов

n
	ХХ	S1(0,5Рн)	S2(1Рн)
М

Задания для студентов

Построить механические и регулировочную характеристики ДПТ.

Содержание отчета

В отчете представляется схема электрическая принципиальная лабораторной установки, номинальные данные ДПТ и аппаратуры, таблицы с результатами измерений и вычислений, характеристики ДПТ.

Контрольные вопросы

1. Двигатель постоянного тока (ДПТ). Устройство, принцип действия.

2. Вращающий момент ДПТ.

3. Основные характеристики ДПТ.

4. Способы пуска ДПТ.

5. Способы регулирования частоты вращения ДПТ.

6. Поясните явление поперечной реакции якоря ДПТ. К каким отрицательным последствиям в работе ДПТ приводит реакция якоря и как ее компенсируют?

Литература: [1], [2], [3] [4].