10

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Департамент кадровой политики и образования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»

Кафедра «Автоматизированный электропривод»

Лабораторная работа 1

Исследование механических характеристик электрической машины постоянного тока параллельного возбуждения

по дисциплине «Основы электропривода» для студентов IV курса (очного) V курса (заочного) специальности 660300 – «Агроинженерия» (специальность 311400 – электрификация и автоматизация сельского хозяйства)

Ижевск 2004

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение механических характеристик машины постоянного тока параллельного возбуждения в двигательном и тормозном режимах; освоение методики снятия механических характеристик.

Программа работы

1. Записать паспортные данные электрических машин, измерительных приборов, реостатов, автоматических выключателей.

2. Составить самостоятельно и вычертить четыре электрические схемы для снятия механических характеристик электрической машины в двигательном и тормозных режимах работы. Рассчитать и выбрать измерительные приборы и реостаты.

3. Рассчитать по паспортным данным и построить естественную механическую характеристику электрической машины.

4. Изучить методику снятия механических характеристик электрической машины в двигательном и тормозных режимах.

5. Снять естественные и искусственные механические характеристики в двигательном и тормозных режимах и построить их по экспериментальным данным.

Методика выполнения работы

1. Дать расшифровку типа двигателя, паспортных данных измерительных приборов. Для реостатов записать тип, сопротивление в Омах, номинальный ток, для автоматических выключателей – тип, номинальное напряжение, номинальный ток расцепителя, ток электромагнитного и теплового расцепителей, для тахометра – тип, пределы измерений.

2. При составлении схем следует учесть, что испытуемая машина (ИМ) и вспомогательная машина (ВМ) – это электрические машины параллельного возбуждения, питающиеся от отдельных автоматических выключателей. У одной из машин обмотка возбуждения запитывается от реостата, включенного по схеме делителя напряжения. Количество измерительных приборов определяются в соответствии с таблицей 1. Пределы измерения приборов по току примерно в 2 раза больше рабочего тока.

В лаборатории используются только проволочные реостаты. В цепи обмотки возбуждения сопротивление регулировочного реостата определяется из условия:

Rp , (1)

где - сопротивление шунтовой обмотки двигателя.

При этом ток, протекающий по реостату, не должен превышать его номинальное значение.

Пусковые реостаты, включенные в цепь якоря, рассчитывают по формуле:

(2)

где U_НОМ – номинальное напряжение сети, В; I_ном - номинальный ток двигателя, А; (2…2,5) – коэффициент, учитывающий уменьшение пускового тока двигателя из-за условий коммутации; Rя – сопротивление якорной обмотки двигателя, Ом. Его измеряют или вычисляют по формуле:

(3)

где ном – номинальный к.п.д. двигателя.

В случае необходимости реостаты можно соединять последовательно. Частота вращения электрической машины замеряется цифровым тахометром.

3. Естественную механическую (электромеханическую) характеристику электрической машины следует строить по паспортным данным .

4. Механической характеристикой называется зависимость

f₁ (М) /2/ или М = f₂ ( ) /1/

Электромеханической характеристикой –

= f₃ (1) /2/ или I = f₄ ( ) /1/.

Механическая (электромеханическая) характеристика называется естественной, если она получена при нормальных параметрах сети, при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, при номинальном потоке возбуждения. При изменении любого из этих параметров характеристики электрической машины называются искусственными.

В лабораторной работе различная нагрузка на валу ИМ создается ВМ постоянного тока независимого возбуждения, работающей в режиме динамического торможения с независимым возбуждением (цепь якоря замкнута на резистор, а обмотка возбуждения не отключается от сети). Валы машин жестко соединены между собой через муфту.

В двигательном режиме ИМ запускается при полностью введенных в цепь якоря сопротивлениях и максимальном потоке возбуждения; ВМ – при полностью введенных в цепь якоря сопротивлениях и потоке возбуждения равном нулю.

После разгона электрических машин добавочное сопротивление из цепи якоря ИМ полностью выводят (Rдоб. = 0). При этом ИМ работает в двигательном режиме, характеризующимся естественной механической (электромеханической) характеристикой. При этом U_им. = U_{ном.сети}; I_вим. = I_{вим.ном.}; Ф_{вим.ном.} = Ф_вим..

Загрузку ИМ производят при помощи ВМ, у которой сначала увеличивают поток возбуждения путем увеличения U_о.в. Если при этом загрузка ИМ недостаточна, то тогда у ВМ увеличивают ток якоря, уменьшая добавочное сопротивление в цепи якоря.

Для построения механической (электромеханической) характеристики необходимо снять 3…4 экспериментальных точек. Данные измерений заносят в таблицу 1. В двигательном режиме снимают одну естественную и две искусственные характеристики.

Первую искусственную характеристику получают, увеличивая добавочное сопротивление в цепи якоря ИМ примерно на 1/3 Rдоб., вторую – до R = 2/3 Rдоб. Загрузку ИМ вспомогательной машиной для снятия искусственных характеристик производят также как и при снятии естественной характеристики.

В тормозных режимах ИМ работает в тормозном режиме, ВМ – в режиме двигателя.

При генераторном (рекуперативном) торможении ИМ разгоняется ВМ до скорости выше частоты вращения идеального х.х. ( > х.х.).

Для снятия естественной характеристики необходимо:

1. перед проведением опыта проверить согласованность , вращения ИМ и ВМ путем их кратковременного раздельного включения. Если ИМ и ВМ вращаются в одну сторону, то установка готова к работе, если в разные стороны, то у одной из машин изменяют направление вращения, изменяя полярность напряжения.

2. запускают машины при полностью введенных сопротивлениях в якорных обмотках ИМ и ВМ и номинальном напряжении обмоток возбуждения.

3. выводят сопротивление сначала из якоря ИМ, затем из цепи якоря ВМ. При достижении тока якоря ИМ нулевого значения прекращают вывод добавочного сопротивления из якорной цепи ВМ, при этом _дв. = _0хх.

4. уменьшают ток возбуждения у ВМ и одновременно увеличивают ее частоту вращения. Это приводит к изменению направления тока в якорной цепи ИМ, следовательно, ИМ будет работать в режиме рекуперативного торможения, отдавая электрическую энергию в сеть.

Для получения искусственных характеристик добавочное сопротивление вводят в цепь якоря ИМ сначала на 1/3, а затем на 2/3 от полной величины Rдоб. В этом опыте ИМ загружают до токов, не превышающих ее номинальный ток. При этом необходимо следить за отклонением балансирного устройства. Следует помнить, что при чрезмерном ослаблении потока возбуждения у ВМ ее обороты могут самопроизвольно увеличиться (машина идет «в разнос»).

В опыте динамического торможения вначале включают ВМ: при запуске у нее добавочное сопротивление полностью введено в цепь якоря, а на обмотку возбуждения подают сетевое напряжение 220 В. Затем включают ИМ. При этом в ее якорную обмотку полностью включено тормозное сопротивление, а напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, равно нулю. После запуска обеих машин напряжение на обмотке возбуждения ИМ постепенно повышают до величины, равной ¼ от величины всего напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения ИМ. Затем устанавливают сопротивление в цепи якоря ИМ до величины, равной 1/3 от R_доб и снимают первую искусственную характеристику. При R = 2/3 R_доб снимают вторую искусственную характеристику. Естественную характеристику в этом опыте не снимают.

Таким образом, при динамическом торможении якорь ИМ вращается ВМ, поэтому в нем наводится э.д.с., которая вызывает протекание в цепи якоря тока, взаимодействующего с основным магнитным потоком и создающего такой момент ИМ, который противодействует внешнему моменту ВМ. При этом энергия вращающихся масс преобразуется в электрическую, выделяющуюся в виде тепла в R_торм.

В режиме противовключения якорь ИМ вращается в направлении противоположном тому, для которого включены ее обмотки. Торможение противовключением можно получить по схеме рекуперативного торможения при условии встречного направления вращения моментов ИМ в ВМ.

Этот режим в лаборатории не испытывается.

Собранную электрическую схему обязательно предъявляют для проверки лаборанту или преподавателю. Необходимо снять данные для следующих режимов работы ИМ:

1. двигательный – одна естественная, две искусственных;

2. генераторное (рекуперативное) торможение – одна естественная, две искусственных;

3. динамическое торможение – две искусственных.

Для режима противовключения необходимо знать методику проведения опыта и расчет величины тормозного сопротивления, включенного в цепь якорной обмотки ИМ. Построение механических (электромеханических) характеристик производится по экспериментальным данным таблицы 1. Расчетные данные таблицы 1 определяются следующим образом:

Мощность, потребляемая или отдаваемая ВМ:

(4)

Тепловые потери в обмотках цепи якоря ВМ:

(5)

где R_явм определяется по формуле (3) и равно 3,8 Ом.

Потери в щеточных контактах определяются по формуле:

(6)

где В – потери напряжения в щеточном контакте для графитовых щетов (один Вольт).

Добавочные потери:

(7)

Суммарные потери:

(8)

Мощность на валу ИМ:

при работе ВМ в тормозном режиме:

(9)

Мощность на валу при работе ВМ в режиме двигателя:

(10)

Мощность на валу ИМ:

(11)

Полученные экспериментальные значения М_эксИМ следует сравнить с расчетным М_вИМ. Сделайте выводы. Целесообразно строить механические характеристики в одной 4-х квадратной системе координат.