Методичні вказівки.

Схема ввімкнення двигуна постійного струму паралельного збудження показана на рис.1. В коло якоря вмикається пусковий реостат, а в коло обмотки збудження - регулювальний реостат.

Механічною характеристикою електродвигуна називають залежність його кутової швидкості від електромагнітного моменту, який він розвиває, тобто ω=f(M).

Зміна швидкості при заданій зміні моменту для різних електродвигунів неоднакова і залежить від жорсткості їх механічних характеристик.

Механічні характеристики визначають взаємодію електричної і механічної частин привода і є основними показниками статичних і динамічних його властивостей.

Електромеханічна характеристика - це залежність кутової швидкості електродвигуна від струму в його якорі, тобто ω=f(I).

Електромеханічні характеристики використовують для визначення електричного навантаження двигуна в робочих режимах, для розрахунків опорів пускових і гальмівних резисторів.

Розрізняють статичні і динамічні механічні і електромеханічні характеристики. Статичні характеристики відповідають усталеним, а динамічні - неусталеним режимам роботи електропривода.

Механічні і електромеханічні характеристики поділяють на природні та штучні.

Природною називають механічні (електромеханічну) характеристику, яка відповідає номінальним значенням напруги (U=U_ном) і магнітного потоку (Ф=Ф_ном) та відсутності зовнішнього додаткового опору резистора (R_x=0) в колі якоря двигуна, а штучними - всі інші характеристики, що не відповідають цим умовам.

Аналітичні вирази механічних та електромеханічних характеристик двигуна постійного струму паралельного (незалежного) збудження можна одержати з рівняння рівноваги між напругою, прикладеною до якірного кола, та електрорушійною силою (е.р.с.) якоря і спадом напруги в якірному колі при усталеному режимі роботи двигуна

U = Е + IR

де U - напруга, прикладена до якірного кола , В;

Е - е.р.с. якоря, В ; IR- спад напруги в якірному колі, В;

І- струм у колі якоря, A; R - опір якірного кола двигуна, Ом.

Опір R складається з внутрішнього опору якірного кола К_я та зовнішнього додаткового опору резистора R_x, ввімкненого в коло якоря. До складу R_a входять опори: обмотки якоря, обмотки додаткових полюсів, компенсаційної обмотки і щіткового контакту.

Опір пускового реостата вибирають так, щоб він обмежував струм або момент двигуна. Пусковий струм не повинен перевищувати І_п= (2...2,5)І_ном, а пусковий момент М_п= (2...2,5)М_ном. Якщо при пуску обмежений пусковий момент, то кратність пускового струму буде дорівнювати кратності пускового моменту.

Величину пускового опору можна знайти за формулою:

Якщо опір якоря виміряти неможливо і його значення не приводиться в довідниковій літературі, то його можна приблизно розрахувати за формулою:

Значення регулювального опору залежить від опору шунтової обмотки двигуна та необхідного діапазону регулювання частоти обертання. Для двигунів постійного струму серії 2П допускається збільшувати частоту обертання в 3 рази відносно номінальної частоти обертання. При цьому опір регулювального реостата повинен бути не менше (2-2,5)r_ш. Більш точно цей опір можна визначити за кривою намагнічування магніту проводу машини.

Е.р.с. якоря

Е=К_е Фω

ω -кутова швидкість ,

Де К_е-коефіцієнт, який залежить від конструктивних даних двигуна

Напруга живлення обмотки збудження не міняється тоді можна вважати, що Ф=const, а звідси К_е Ф= const. Позначимо К_е Ф=С_е

Е= К_еФω= С_еω

Електромагнітний момент двигуна постійного струму паралельного збудження пропорційний магнітному потоку і струму якоря

М=К_мФІ_я=С_мІ_я ,Нм М^/=См^/І₂,Нм

При пуску двигуна струм збудження встановити максимальним (вивести регулювальний реостат) для створення достатнього пускового моменту. Пусковий реостат повністю ввести для обмеження початкового пускового струму і моментудвигуна. Струм якоря визначається за формулою:

U- підведена до двигуна напруга, Ф - магнітний потік, R_я- опір двигуна (якоря і додаткових полюсів), R_x- додатковий опір в колі якоря.

Якщо кутова швидкість виміряється в рад с^-1, а момент - в Нм то К_е=К_м=К

С=КФ - постійна величина,

Оскільки механічні і електромеханічні характеристики двигуна постійного струму паралельного (незалежного) збудження лінійні, побудувати будь-яку з них у прямокутній системі координат можна за двома точками, координати яких визначаються за каталожними даними.

Природну, механічну характеристику будують за точками (М=0, ω=ω₀) і (М=М_ном, ω=ω_ном) природну електромеханічну - за точками (1=0, со=со₀) і (І⁼І_ном,ω=ω_ном).

Ординату ω₀ і абсцису визначають за формулами:

І М=І_номС,

де U_ном і І_ном - номінальні значення напруги, В , і струму, А, якірного кола двигуна.

Постійну величину С_е можна визначити з рівняння природної електромеханічної характеристики, записаного для номінального режиму роботи двигуна

При цьому має місце співвідношення С_м=9,55С_е (Н м)/А

Величину гальмівного опору можна визначити за формулою

Механічні характеристики визначають за формулами:

Ці дві залежності є прямими лініями за умови, що магнітний потік двигуна за рахунок реакції якоря не спотворюється.

Для розрахунку електромеханічних і механічних характеристик спочатку необхідно визначити кутову швидкість ідеального холостого ходу ( має місце при І_я=0) за формулою:

Номінальний електромагнітний момент

Штучну механічну характеристику двигуна при номінальних значеннях напруги і магнітного потоку та при наявності в колі якоря зовнішнього додаткового опору будують за точками, одна з яких відповідає моментові, що дорівнює нулю, і швидкості ідеального холостого ходу ( м=0, і ω=ω₀), а друга - номінальному моменту і швидкості, яку матиме двигун при номінальному моменті і введеному в коло якоря додатковому опорі (М=М_ном, ω =ω_н.р.)

Кутову швидкість ω_н.р. визначають за формулою

ω_н.р.={(U_ном-І_ном∙(R_я+R_х))/(U_ном-І_ном∙R_я)}∙ω_ном

Електромеханічні характеристики двигуна паралельного збудження розраховують за формулою:

а механічні - за формулою:

Швидкість обертання двигуна регулюють так :

1.Для підвищення швидкості більше номінальної послаблюють магнітний потік або підвищують напругу живлення;

2.Для зниження швидкості вмикають послідовно з якорем опір або знижують напругу живлення.

Для двигунів постійного струму паралельного (незалежного) збудження можливі такі способи електричного гальмування:

а) рекуперативне;

б) динамічне;

в) противмиканням.

Рекуперативне гальмування здійснюється тоді, коли при незмінній схемі вмикання двигуна його якір під дією активного моменту статичних опорів машини обертається з швидкістю, більшою від швидкості ідеального холостого ходу. При цьому е.р.с. якоря стає вищою від прикладеної напруги і струм в якорі та обертаючий момент двигуна змінюють свій напрям. Двигун працює, як генератор, паралельно з електричною мережею.

Рівняння механічної характеристики двигуна, який працює в режимі рекуперативного гальмування , має такий вигляд:

Рекуперативне гальмування економічно вигідне, оскільки супроводиться перетворенням механічної енергії, що надходить з вала робочої машини, на електричну енергію і віддаванням її (за винятком втрат в колі якоря двигуна) в електричну мережу. Перехід з двигунного режиму в гальмівний відбувається автоматично, без перемикань у колі якоря і колі збудження двигуна. Цей спосіб гальмування застосовують , наприклад, у приводах транспортних машин, стендів для обкатування двигунів внутрішнього згоряння.

Застосування рекуперативного гальмування обмежується тим, що для його здійснення двигун повинен обертатися з швидкістю, яка перевищує швидкість ідеального холостого ходу, що не завжди можливо.

Динамічне гальмування здійснюється так. Якір двигуна вимикають з електричної мережі і вмикають його на гальмівний резистор R з опором г_гд, який забезпечує потрібний гальмівний момент на початку гальмування, а обмотку збудження приєднують до джерела постійного струму - незалежне збудження або паралельне якорю двигуна - самозбудження. Система "електропривід - робоча машина" рухається за інерцією в тому самому напрямі, що і в двигунному режимі. Двигун працює як генератор, перетворюючи механічну, що надходить з вала робочої машини, на електричну енергію, яка потім витрачається на нагрівання якоря двигуна і гальмівного резистора.

Рівняння механічної характеристики двигуна, який працює в режимі динамічного гальмування , має такий вигляд:

Динамічне гальмування двигуна з незалежним збудженням просте, надійне й економічне. Недоліком його є зменшення гальмівного моменту при зниженні швидкості обертання двигуна.

Динамічне гальмування з самозбудженням можливе при зникненні напруги в живильній електромережі, тому його застосовують як аварійне гальмування. При малих швидкостях обертання двигуна гальмівний момент практично дорівнює нулю, тому чітка зупинка неможлива.

Гальмування противмиканням здійснюють зміною напряму обертання якоря двигуна при незмінному напрямі дії обертаючого моменту або, навпаки, зміною напряму дії обертаючого моменту при незмінному напрямі обертання.

Перший випадок реалізується в електроприводах машин з активним моментом статичних опорів, наприклад, в установці для гальмівного опускання вантажу. В цій установці обертаючий момент М двигуна діє в напрямі піднімання

Зміст звіту.

1. Тема, мета, програма роботи.

2. Паспортні дані машини.

3. Короткі теоретичні відомості.

4. Провести необхідні розрахунки.

5. Схеми досліджу вальних кіл.

6. Графіки по дослідним і розрахунковим даним.

Результати дослідження механічних характеристик занести в таблицю.

Таблиця 1

№ п/п	Напруга U,В	Струм збудження Із, А	Опір Rх, Ом	Частота обертання n, об/хв	Струм якоря двигуна Ія, А	Режим