Дослідження машини постійного струму з незалежним збудженням

Мета: дослідження машини постійного струму|току| при роботі в режимах двигуна і генератора; зняття механічної і розрахунок робочих характеристик машини в рушійному і генераторному режимах; зняття регулювальних характеристик при зміні напруги|напруження| якоря.

Теоретичні положення

Принцип дії двигуна постійного струму|току| також 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.

; (8.1)

, (8.2)

де I/2a – струм|тік| паралельної вітки, рівний струму|току| провідника;  = D/2р – полюсний поділ; В_{ сер} – середня величина магнітної індукції в повітряному зазорі.

В результаті|унаслідок,внаслідок| обертання якоря в провідниках якірної обмотки наводиться ЕРС|, спрямована проти|супроти| струму|току| (протиЕРС|).

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 + Ir_я.

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 r_з=const. Залежність швидкості обертання від величини моменту ДПС| називається механічною характеристикою  = f(М) при U=const і r_з=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+Ir_я , звідки рівняння швидкісної характеристики приймає вид:

або . (8.3)

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 . (8.4)

У рівняннях швидкісної і механічної характеристик ₀=U/(cФ) – швидкість ідеального холостого ходу, а складові і – характеризують величини падіння швидкості під навантаженням.

Рис. 8.1

З|із| (8.4) виходить, що при постійних напрузі|напруженні| на якорі і потоці швидкість машини падає із|із| зростанням|зростом| моменту. Включення|приєднання| в ланцюг|цеп| якоря додаткового опору, зміна потоку і зміна напруги|напруження| змінюють|зраджують| вид механічних характеристик. На рис. 8.1 наведені механічні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження: 1 – природна; 2 – при збільшення напруги якоря; 3 – при зменшенні напруги якоря; 4 – при збільшенні опору кола якоря; 5 – при зменшенні магнітного потоку.

Як видно з (8.4) при зміні величини напруги U на якорі МПС, швидкість ідеального холостого ходу змінюється прямопропорційно 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. 8.1

Таблиця 8.1

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 регулювальних характеристик при зміні напруги якоря, магнітного потоку (струму збудження) і опору в колі якоря. Побудувати характеристики  = f(U_я),  = f(І_з) і  = f(R_я).

8. Побудувати механічні характеристики за пп. 1–6.

9. Зробити висновки по роботі і отриманим результатам.

Хід виконання роботи

1. Зібрати розрахункову схему моделі (рис. 8.2).

2. Задати параметри моделювання (рис. 8.3).

Рис. 8.2

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 (М_н) з кроком 0,2М_н, а в режимі генератора – від 0 до –1,2М_н з кроком –0,2М_н. Данні занести в табл. 8.1.

Р₁ = U_н(I_я + I_з); Р₂ = М; η = Р₂/Р₁ – в режимі двигуна; η = Р₁/Р₂ – в режимі генератора.

Рис. 8.3

Таблиця 8.1

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 0,6U_я і 0,8U_я. Момент навантаження змінювати від –1,2М_н до 1,2М_н з кроком 0,2М_н. Данні занести в табл. 8.2.

Таблиця 8.2 М, Н∙м , рад/с

Таблиця 8.3 Uя, В , рад/с

5. Зняття механічних характеристик при різних опорах в колі якоря (2R_я і 4R_я). Момент навантаження змінювати від –1,2М_н до 1,2М_н з кроком 0,2М_н. Данні занести в табл. 8.2.

6. Зняття механічних характеристик при різних потоках збудження (0,6Ф_н і 0,8Ф_н) Для цього встановить L_af = 0,6 і 0,8 від первинної величини. Момент навантаження змінювати від –1,2М_н до 1,2М_н з кроком 0,2М_н. Данні занести в табл. 8.2.

7. Зняття регулювальну характеристику при зміні напруги якоря. Момент навантаження дорівнює М_н. Напруга на якорі змінюється від 0,4U_н до 1,2U_н з кроком 0,2U_н. Данні занести в табл. 8.3.

8. Зняття регулювальних характеристик при зміні магнітного потоку (струму збудження). Момент навантаження дорівнює М_н. Напруга на обмотці збудження змінюється від U_з до 0,5U_з з кроком 0,1U_з. Данні занести в табл. 8.4.

9. Зняття регулювальних характеристик при зміні опору в колі якоря. Момент навантаження дорівнює М_н. Опір в колі якоря змінюється від R_я до 10R_я з кроком 1R_я. Данні занести в табл. 8.5.

Таблиця 8.4 Uз, В Із, А , рад/с

Таблиця 8.5 Rя, Ом , рад/с

10. Побудувати робочі, механічні і регулювальні характеристики.

11. Зробити висновки|виведення| по роботі

Контрольні питання

1. Які є типи збудження машин постійного струму?

2. Як визначаються величини ЕРС і моменту машини постійного струму?

3. Як впливає зміна величини напруги на якорі на вид механічної характеристики машини постійного струму?

4. Як впливає зміна величини опору кола якоря на вид механічної характеристики машини постійного струму?

5. Як впливає зміна величини магнітного потоку на вид механічної характеристики машини постійного струму?

Лабораторна робота № 9