Обработка опытных данных и содержание отчета

Начертить схему экспериментальной установки для исследования микродвигателя.

Построить попарно расчетные и экспериментально снятые механические характеристики микродвигателя .

Рассчитать зависимость КПД микродвигателя в функции его электромагнитного момента для естественной механической характеристики двигателя. Как известно, значение КПД определяется выражением

,

где – потребляемая мощность; – суммарные потери.

Таблица 11.2
М
РВ = UВIВ
Р1 = UЯIЯ + UВIВ
РЩ = ∆UЩIЯ
РЯ = RЯI2Я
РМХ + Рм
Р2 = Р1 - ΣР

Электрические потери в якорной обмотке и электрические потери в контакте щетки-коллектора зависят от величины электромагнитного момента двигателя, так как момент прямо пропорционально связан с величиной тока якоря. Потери на возбуждение , магнитные потери в якоре и потери механические практически не зависят от нагрузки. Значения постоянных потерь указаны на рабочем месте.

Для расчета зависимости удобно, задавшись значением , определить ток и соответствующие значения потерь, используя табл. 11.2

Таким образом, в работе должны быть представлены расчетные и экспериментальные механические характеристики (построенные попарно) и расчетно-экспериментальная зависимость .

Контрольные вопросы

1. Объясните конструкцию и принцип действия микродвигателя постоянного тока. Как изображаются двигатели на электрических схемах?

2. Запишите уравнения электрического равновесия.

3. Как рассчитываются механические характеристики микродвигателя при наличии его паспортных данных?

4. Какие имеются возможности регулирования скорости вращения микродвигателей постоянного тока?

5. Объясните методику экспериментального снятия механических характеристик микродвигателей. Как определяются скорость вращения и момент двигателя?

6. Объясните связь механических и регулировочных характеристик микродвигателя.

7. Как определяется КПД микродвигателя постоянного тока? Объясните зависимость .

Лабораторная работа № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛЕКТОРНОГО МИКРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Цель работы

Изучить конструкцию и принцип действия коллекторного микродвигателя переменного тока, методы определения электромагнитного момента и скорости вращения микродвигателя. Экспериментально определить механические и рабочие характеристики. Сравнить и проанализировать расчетные и экспериментально снятые характеристики.

Краткие теоретические и практические сведения

Коллекторные микродвигатели переменного тока по своему внешнему виду, принципу создания момента и устройству практически не отличаются от электродвигателей постоянного тока. Исключение составляет конструкция корпуса статора, который выполняется шихтованным в целях уменьшения магнитных потерь, вызванных пульсирующим потоком обмотки возбуждения (рис. 12.1).

Большинство коллекторных микродвигателей переменного тока имеют последовательное возбуждение, причем реверсивные двигатели выполнены с двумя обмотками возбуждения (рис. 12.2).

Известно, что в двигателях постоянного тока электромагнитный момент определяется формулой

. (12.1)

В случае коллекторного двигателя переменного тока

и ,

где – угол сдвига фаз между током и потоком, обусловленный магнитными потерями и размагничивающим действием токов в коммутируемых витках (секциях) якорной обмотки. С учетом соотношения

выражение для момента запишем в виде

. (12.2)

О дна составляющая момента – постоянная, другая – изменяется по времени с двойной частотой по отношению к частоте питающего напряжения (рис. 12.3). Переменный момент практически не влияет на равномерность вращения ротора благодаря его инерционности.

Знак момента большую часть периода не изменяется, так как одновременно с током якорной обмотки изменяет знак и поток возбуждения.

Среднее за период значение вращающего электромагнитного момента может быть определено интегрированием выражения (12.2):

(12.3)

Следовательно, электромагнитный момент коллекторного микродвигателя переменного тока определяется не только величиной якорного тока и потока возбуждения, как в двигателе постоянного тока, но и сдвигом фаз между и . Учитывая, что для современных микродвигателей угол мал, т.е. , выражение для момента можно записать так:

.

По своим рабочим свойствам коллекторный микродвигатель переменного тока весьма близок к двигателю постоянного тока с последовательным возбуждением. Механическая характеристика двигателя  – рез-ко падающая. При малой нагрузке на валу скорость вращения двигателя резко возрастает, он идет "вразнос" (рис. 12.4). Положительное свойство коллекторных двигателей переменного тока – возможность получения при промышленной частоте питающего напряжения 50 Гц практически любой скорости вращения, а в синхронных и асинхронных машинах скорость ограничена числом пар полюсов.

К роме того, рассматриваемые двигатели имеют возможность простого и плавного регулирования скорости вращения в широких пределах, как и обычные двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

К недостаткам коллекторных двигателей переменного тока относят худшую, чем в машинах постоянного тока, коммутацию. Худшая коммутация и, следовательно, большее искрение наблюдается из-за наличия в коммутируемых секциях, кроме реактивной ЭДС и ЭДС вращения, еще и трансформаторной ЭДС, наведенной пульсирующим потоком возбуждения. КПД коллекторных двигателей переменного тока, естественно, несколько ниже, чем в двигателях постоянного тока, в первую очередь, из-за увеличения магнитных потерь.

Связь скорости вращения двигателя с электромагнитным моментом приближенно выражается формулой, подобной формуле для скорости вращения двигателей постоянного тока, но учитывающей наличие реактивного падения напряжения

,

где – угол фазового сдвига между питающим напряжением и потребляемым током.

Из-за относительно больших потерь в микродвигателях полезный момент на валу значительно меньше электромагнитного :

,

где – момент механических и магнитных потерь при вращении двигателя ( ).