3.2 Описание лабораторной установки

Для выполнения лабораторной работы используются:

1. Генератор постоянного тока.

2. Электрический двигатель постоянного тока.

3. Тахогенератор.

4. Нагрузочный реостат.

5. Измерительные приборы

Экспериментальное исследование генератора выполняется|исполняет| с использованием схемы измерений, которая|какая| приведена на рис. 3.2.

Якорь генератора ЯГ вращается электродвигателем постоянного тока, якорь которого ЯМ питается изменяемым напряжением U_Я, а обмотка возбуждения ОВМ – постоянным напряжением U_ВМ = 110В. Частота вращения измеряется с помощью тахогенератора, установленного на общем валу двигателя и генератора. В якоре тахогенератора ЯТГ вырабатывается напряжение прямо пропорциональное частоте его вращения. Измерив U_ТГ можно определить n = К_ТГ • U_ТГ. При питании обмотки возбуждения тахогенератора ОВТГ заданным напряжением U_ВТГ = 110В коэффициент тахогенератора К_ТГ = 50 об/мин·В. Напряжение, вырабатываемое исследуемым генератором и ток в нагрузочном реостате R_Н измеряются, соответственно, вольтметром PV1 и амперметром PA1. Напряжение U_ВГ на обмотке возбуждения генератора измеряются вольтметром PV2.

Рисунок 3.2 - Принципиальная электрическая схема исследования генератора ||

3.3 Порядок выполнения работы

1. Изучить|изучить| конструкцию и принцип работы генератора.

2. Исследование зависимости ЭДС генератора от напряжения возбуждения.

2.1. Установить номинальную частоту вращения якоря генератора подав на якорь приводного двигателя номинальное напряжение U_Я = 110В. Измерить U_ТГ, вычислить n и занести эти результаты в таблицу 3.1.

2.2. Изменяя напряжение возбуждения генератора U_В, измерять ЭДС (напряжение холостого хода) генератора Е_Г . Результаты измерений занести в табл. 3.1.

2.3. Построить график зависимости Е_Г = f(U_В).

Таблица 3.1 – Результаты исследования зависимости ЭДС генератора от напряжения возбуждения

UТГ, В	n, об./мин.	UВ, В	ЕГ, В

3. Исследование зависимости ЭДС генератора от частоты вращения.

3.1. Установить номинальное напряжение возбуждения генератора,

U_ВГ =18 В.

3.2.Изменяя частоту вращения генератора n (подавая на якорь приводного двигателя различные напряжения, задаваемые преподавателем), измерять ЭДС генератора Е_Г. Результаты измерений занести в табл. 3.2.

3.3. Построить график зависимости Е_Г = f(n).

Таблица 3.2– Результатов исследования зависимости ЭДС генератора от частоты вращения

UВГ, В	UТГ, В	n, об./мин.	ЕГ, В

4. Исследование нагрузочной характеристики генератора.

4.1. Установить номинальное напряжение возбуждения генератора и номинальную частоту вращения.

4.2.Изменяя сопротивление нагрузочного реостата R_Н, измерять ток нагрузки I_Н и напряжение на выходных клеммах генератора U_Г. Результаты измерений занести в табл. 3.3.

4.3. Построить график зависимости U_Г = f(I_Н).

5. Сделать|совершить| выводы по работе.

Таблица 3.3– Результаты исследования нагрузочной характеристики генератора.

UВГ, В	UТГ, В	n, об./мин.	IН, А	UГ, В

3.4 Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Магнитная система машины постоянного тока (рис.3.1).

3 Схема проведения экспериментов (рис.3.2).

4 Таблицы результатов экспериментов.

5 Графики зависимостей Е_Г = f(U_В); Е_Г = f(n); U_Г = f(I_Н).

6 Выводы по работе.

3.5 Контрольные вопросы

1. Поясните конструкцию и принцип действия генератора постоянного тока.

2. От чего зависит ЭДС машины постоянного тока?

3. Для чего в машине постоянного тока устанавливают дополнительные полюсы?

4. Пояснить внешние вольт-амперные характеристики генератора постоянного тока.

4 Лабораторная работа 4

ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы – ознакомиться с конструкцией и принципом работы двигателя постоянного тока. Путем снятия электрических характеристик исследовать работу двигателя.

4.1 Теоретические сведения|ведомость|

При работе машины постоянного тока в режиме двигателя обмотка возбуждения подключается к источнику питания U_В, а обмотка якоря – к источнику питания U_Я.

В результате|вследствие| взаимодействия тока, который протекает в активных проводниках обмотки якоря, с магнитным полем возбуждения на валу двигателя возникает вращающий|обращает| момент

(4.1)

где C_м– постоянная, зависящая от конструкции двигателя (моментная постоянная двигателя).

Якорь двигателя начинает вращаться|вращающийся| в направлении, которое определяется направлением вектора вращающего|обращает| момента|. Для изменения|смены| направления вращения следует изменить|сменить| либо направление тока в якоре (полярность напряжения подведенного к|до| якорю), либо направление магнитного потока возбуждения (полярность напряжения подведенного к|до| обмотке возбуждения).

Во время вращения якоря в проводниках его обмотки индуктируется| ЭДС, направленная встречно подведенному напряжению U_Я. Поэтому ее называют противо|супротив| – ЭДС.

(4.2)

Прилагаемое к|до| якорю напряжение уравновешивается этой противо -|супротив| ЭДС и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки якоря.

(4.3)

Из|с| уравнений (4.1), (4.2) (4.3) получаем уравнение частотной (скоростной) характеристики двигателя.

(4.4)

Из|с| уравнения видим, что частоту вращения двигателя можно регулировать следующими способами.

1. Изменением|сменой| сопротивления цепи якоря. Способ легко реализуется включением реостата последовательно в цепь|окружность| якоря. Однако этот способ во первых не экономичен|экономичный|, в результате|вследствие| потерь энергии в реостате, а кроме того снижает жесткость механических|механичных| характеристик (усиливается зависимость частоты вращения от момента нагрузки.

2. Изменением|сменой| магнитного потока возбуждения путем изменения|смены| напряжения на обмотке возбуждения. Однако при этом регулировочная характеристика является нелинейной, а кроме того при изменении|смене| потока возбуждения изменяется вращающий|обращает| момент на валу двигателя.

3. Изменением|сменой| напряжения подведенного к|до| якорю. Данный способ является наиболее рациональным, потому что|ибо| обеспечивает регулирование частоты вращения в широких пределах|границе| при сохранении|сохранности| практически|практично| неизменными вращающего|обращает| момента и |сохранности| жесткости механических|механичных| характеристик.

Двигатель постоянного тока обладает свойством саморегулирования – при изменении нагрузки автоматически устанавливается новое значение скорости, при которой двигатель работает устойчиво. Роль регулятора играет противо – ЭДС в обмотке якоря. В установившемся режиме вращающий электромагнитный момент двигателя равен статическому моменту нагрузки (М_Е = М_Н).

Ток, потребляемый двигателем, в соответствии с (4.1), определяется моментом на валу двигателя:

(4.5)

C ростом момента на валу уменьшается (см. 4.4) скорость вращения двигателя n и противо – ЭДС Е, а потребляемый ток будет возрастать, пока при новом значении скорости не восстановится равенство (4.3). При уменьшении момента на валу уменьшится ток I_Я , что, в соответствии с (4.3) приведет (при U_Я = const) к возрастанию Е за счет роста скорости.

Таким образом изменение момента нагрузки приводит к некоторому изменению скорости вращения двигателя, то есть механическая характеристика двигателя n = f(M_Н) является пологопадающей. Для обеспечения стабильной скорости вращения (жесткости механической характеристики) электропривод следует выполнять с системой стабилизации скорости (частоты) вращения.

Из основного уравнения двигателя (4.3) следует, что ток потребляемый двигателем во время пуска значительно превышает номинальный рабочий ток. В момент пуска в обмотке неподвижного якоря отсутствует противо-ЭДС и, следовательно, пусковой ток:

(4.6)

Активное сопротивление обмотки якоря мало и пусковой ток может превышать номинальный рабочий ток в 8 – 10 и более раз.

Прямой пуск путем подачи на якорь номинального напряжения применяется только для двигателей небольшой мощности (до 1 – 2 кВт). Разгон таких двигателей происходит быстро (в течение 0,1 – 0,3 с) и обмотка якоря не успевает значительно нагреться. При прямом пуске мощных двигателей большой пусковой ток приводит к повышенному износу щеток и коллектора и перегреву обмотки якоря. Кроме того большие токи при пуске мощных двигателей вредно отражаются на работе других потребителей, подключенных к сети.

Применяются следующие способы пуска мощных двигателей.

1. Постепенным повышением напряжения, подаваемого на якорь двигателя.

2. Включением в цепь якоря пускового реостата, сопротивление которого по мере разгона двигателя, постепенно уменьшается от начального значения до нуля. Сопротивление пускового реостата R_П выбирается таким чтобы начальный пусковой ток I_Н = U_Я / ( R_П + R_Я) превышал номинальный в 1.5 … 2 раза.

3. Включением в цепь якоря дросселя соответствующей индуктивности, что обеспечивает плавное нарастание тока в течение времени, определяемого индуктивностью дросселя.

При отключении двигателя его якорь еще некоторое время вращается по инерции. Ели необходимо обеспечить быструю и точную остановку двигателя применяют механическое или электрическое торможение. На электротранспорте довольно широко применяется генераторное торможение с возвратом электрической энергии в питающую сеть. В электроприводах технологического оборудования (в том числе сварочного) широко применяется динамическое торможение. Схема, поясняющая динамическое торможение, приведена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема динамического торможения двигателя

Если переключающий контакт К находится в положении 1 на якорь двигателя подано напряжение U_Я и двигатель вращается со скоростью, определяемой этим напряжением. При переключении контакта К в положение 2 якорь отключается от цепи питания и замыкается на резистор R_Т. Пока двигатель вращается по инерции в якоре индуктируется ЭДС и в цепи якоря и тормозного резистора протекает ток I_Т = Е_Я/(R_Я+R_Т), направление которого противоположно рабочему току I_Р. Этот ток создает момент торможения:

(4.7)

Интенсивность торможения определяется сопротивлением резистора R_Т

Тормозной резистор должен выбираться таким, чтобы тормозной ток в начале торможения не превышал допустимого значения. У двигателей малой мощности (до 120 – 180 Вт) обмотка якоря имеет достаточно большое сопротивление и в режиме торможения может замыкаться накоротко (R_Т=0).