Дослідження машини постійного струму з незалежним збудженням
Мета: дослідження машини постійного струму|току| в режимах двигуна і генератора; зняття механічної і розрахунок робочих характеристик машини в рушійному і генераторному режимах; зняття регулювальних характеристик під час зміни напруги|напруження| якоря.
Теоретичні положення
Принцип дії двигуна постійного струму|току| заснований на законах електромагнітної індукції і електромагнітних сил.
При підключенні якоря двигуна до джерела постійного струму|току| і наявності магнітного потоку, що створюється індуктором, в провідниках секцій якірної обмотки починає|розпочинає,зачинає| протікати струм|тік|. В результаті|унаслідок,внаслідок| взаємодії цього струму|току| з|із| магнітним полем індуктора виникають електромагнітні сили, напрям|направлення| яких в провідниках якірної обмотки, розташованими|схильними| під різнойменними полюсами, однаковий. Оскільки|тому що| ці сили прикладаються до рознесених від осі обертання провідників обмотки, то виникає електромагнітний момент, який викликає|спричиняє| обертання якоря.
;
,
де I/2a – струм|тік| паралельної вітки, що дорівнює струму|току| провідника; = D/2р – полюсний поділ; В сер – середня величина магнітної індукції в повітряному зазорі.
У результаті|унаслідок,внаслідок| обертання якоря в провідниках якірної обмотки наводиться ЕРС|, спрямована проти|супроти| струму|току| (проти ЕРС|).
Величина цієї
ЕРС|, як і у|в,біля|
генератора постійного струму|току|,
визначається співвідношенням
.
Оскільки|тому що| при обертанні якоря провідники якірної обмотки переміщаються відносно полюсів індуктора різнойменної полярності, переходячи з|із| однієї паралельної вітки в іншу, то напрям|направлення| струму|току| в них змінюється з|із| частотою, яка визначається швидкістю обертання якоря. В той же час напрям|направлення| струму|току| в провідниках, що утворюють паралельну вітку обмотки, завдяки щітково-колекторному вузлу двигуна, залишається незмінним. Таким чином, щітково-колекторний вузол у|в,біля| двигуна постійного струму|току| перетворює постійний струм|тік|, що підводиться від мережі|сіті| до щіток, в змінний струм|тік| змінної частоти (залежно від швидкості обертання), який протікає по провідниках якірної обмотки.
Рівняння рівноваги напруг|напружень| двигуна постійного струму|току| має вигляд|вид|: U = E + Irя.
Залежно від особливостей підключення індуктора відносно обмотки якоря розрізняють системи збудження: незалежне (обмотка збудження підключається до додаткового джерела живлення|харчування| або як полюси індуктора використовуються постійні магніти); паралельне (обмотка збудження підключається паралельно обмотці якоря); послідовне (обмотка збудження підключається послідовно з|із| якірною обмоткою); змішане (одночасно використовуються і паралельна, і послідовна обмотки збудження).
Швидкісні і механічні характеристики ДПС| паралельного збудження
Залежність швидкості обертання ДПС| від струму|току| якірного кола|цепу| при постійному рівні напруги|напруження| живлення|харчування| і постійному опорі кола|цепу| збудження називається швидкісною характеристикою: = f(I) при U=const і rз=const. Залежність швидкості обертання від величини моменту ДПС| називається механічною характеристикою = f(М) при U=const і rз=const. Швидкісні і механічні характеристики розділяються на природні і штучні.
Природними називаються характеристики, відповідні номінальним рівням напруги|напруження| і магнітного потоку за відсутності додаткових опорів в колі|цепі| якоря. Характеристики, відповідні неномінальним рівням напруги|напруження|, магнітного потоку або за наявності додаткових опорів в колі|цепі| якоря називаються штучними.
Рівняння рівноваги напруг U=cФ+Irя , звідки рівняння швидкісної характеристики приймає вигляд:
або
.
Якщо врахувати, що момент ДПС| пропорційний|пропорціональний| магнітному потоку і струму|току| якоря М = cФI, то рівняння механічної характеристики ДПС| паралельного збудження має вигляд|вид|:
або
. (14.1)
У рівняннях
швидкісної і механічної характеристик
0=U/(cФ)
– швидкість ідеального холостого ходу,
а складові
і
–
характеризують величини падіння
швидкості під навантаженням.
Рис. 14.1 |
Як видно з виразу (14.1) при зміні величини напруги U на якорі МПС, швидкість ідеального холостого ходу змінюється прямо пропорційно U, а падіння швидкості під навантаженням залишається незмінним. При введенні додаткового опору в коло якоря швидкість ідеального холостого ходу залишається незмінною, а збільшується падіння швидкості під навантаженням. Зменшення величини магнітного потоку призводить до збільшення величини швидкості ідеального холостого ходу і збільшення падіння швидкості під навантаженням.
Величина падіння швидкості під навантаженням характеризує жорсткість механічної характеристики. Чим менше падіння швидкості, тим більше жорсткість і навпаки. |току|
Завдання
Параметри машини для виконання роботи задаються викладачем, або вибираються із табл. 14.1
Таблиця 14.1
Тип двигуна |
Рн, кВт |
Uн, В |
nн, об/хв |
н, % |
Rя, Ом |
Rз, Ом |
Lя, мГн |
2ПН-0,17 |
0,17 |
220 |
750 |
48,5 |
27,2 |
162 |
514 |
2ПН-0,25 |
0,25 |
220 |
1120 |
57 |
15,47 |
612 |
297 |
2ПН-0,37 |
0,37 |
220 |
1500 |
61,5 |
10,61 |
612 |
190 |
2ПН-0,71 |
0,71 |
220 |
2360 |
70 |
3,99 |
123 |
70 |
2ПН-1,0 |
1,0 |
220 |
3000 |
72,5 |
2,52 |
92 |
48 |
1. Зняти механічну і розрахувати робочі характеристики машини в режимі двигуна.
2. Зняти механічну і розрахувати робочі характеристики машини в режимі генератора.
3. Побудувати робочі характеристики машини в генераторному і рушійному режимах.
4. Зняти механічні характеристики при різних напругах живлення в колі якоря.
5. Зняти механічні характеристики при різних опорах в колі якоря.
6. Зняти механічні характеристики при різних потоках збудження.
7. Зняти регулювальну характеристику у разі зміни напруги якоря. Побудувати характеристику = f(Uя).
8. Побудувати механічні характеристики за пп. 1–6.
9. Зробити висновки по роботі та отриманим результатам.
Хід виконання роботи
1. Зібрати розрахункову схему моделі (рис. 14.2).
2. Задати параметри моделювання (рис. 14.3).
Рис. 14.2
Рис. 14.3
3. Зняття механічної і розрахунок робочих характеристик машини в режимі двигуна здійснюється зміною величину моменту опору навантаження в діапазоні від 0 до 1,2 номінального моменту (Мн) з кроком 0,2Мн, а в режимі генератора – від 0 до –1,2Мн з кроком –0,2Мн. Дані занести в табл 14.2.
Р1 = UяIя; Р2 = М; η = Р2/Р1 – в режимі двигуна; η = Р1/Р2 – в режимі генератора.
Таблиця 14.2
Завдання |
Вимірювання |
Розрахунок |
||||
М, Н∙м |
, рад/с |
Iя, А |
Iз, А |
Р1, Вт |
Р2, Вт |
η |
|
|
|
|
|
|
|
4. Зняття механічних характеристик при різних напругах живлення в колі якоря (при значенні напруги 0,6Uя і 0,8Uя. Момент навантаження змінювати від –1,2Мн до +1,2Мн з кроком 0,2Мн. Дані занести в табл. 14.3.
Таблиця 14.3
|
Таблиця 14.4
|
5. Зняття механічних характеристик при різних опорах в колі якоря (2Rя і 4Rя). Момент навантаження змінювати від –1,2Мн до +1,2Мн з кроком 0,2Мн. Дані занести в табл. 14.3.
6. Зняття механічних характеристик при різних потоках збудження (0,6Фн і 0,8Фн) Для цього встановить значення напруги збудження 0,6 і 0,8 від номінального значення. Момент навантаження змінювати від –1,2Мн до +1,2Мн з кроком 0,2Мн. Данні занести в табл. 14.3.
7. Зняття регулювальних характеристик при зміні напруги якоря. Момент навантаження дорівнює Мн. Напруга на якорі змінюється від 0,4Uн до 1,2Uн з кроком 0,2Uн. Дані занести в табл. 14.4.
8. Зробити висновки|виведення| по роботі.
Контрольні питання
1. Які є типи збудження машин постійного струму?
2. Як визначаються ЕРС і момент машини постійного струму?
3. Як впливає зміна величини напруги на якорі на вигляд механічної характеристики машини постійного струму?
4. Як впливає зміна величини опору кола якоря на вигляд механічної характеристики машини постійного струму?
5. Як впливає зміна величини магнітного потоку на вигляд механічної характеристики машини постійного струму?
Лабораторна робота 15