3.Работа№3.Испытаниедвигателяпостоянноготока

1. Цельработы

Изучитьпринципдействияиустройстводвигателяпостоянноготокапарал-лельноговозбуждения,ознакомитьсясосхемойеговключениявсетьирегулиро-ваниемчастотывращения.Проанализироватьосновныехарактеристикидвигателяспараллельнымвозбуждением.

2. Пояснениякработе

Двигательпостоянноготока,какилюбойэлектродвигатель,преобразуетэлектрическуюэнергию,потребляемуюизсети(источникаэлектропитания),вме-ханическуюэнергиювращениянавалуэлектродвигателя.Двигательпостоянноготокасэлектромагнитнымвозбуждениемтакже,какигенератор,состоитизэлек-тромагнитовпостоянноготокаиякоря,снабженногоколлекторомсощетками.

Напряжение,подводимоекякорюдвигателяуравновешиваетсяпротивоЭДСипадениемнапряжениявякореU=E_Я+I_ЯRЯ.

Поэтомутоквякоре I_Я=(U–E_Я)/R_Я.

ПротивоЭДСпропорциональнаскоростивращенияякоряnимагнитномупо-токуФ: E=c_ЕnФ,

гдеc_Е–конструктивнаяпостоянная.

Сопротивлениеякоряотносительномало,ноитокякоряневеликиз-затого,что в номинальном режимепротивоЭДСсоставляет примерно95%отнапряжения,приложенногокякорю.

Пускэлектродвигателейпостоянноготокапараллельноговозбужденияпро-изводитсяпутемподключенияихобмотокксетиприминимальномсопротивлениивцепипараллельнойобмоткивозбуждения,которомусоответствуетмаксимальнаясилатокавозбужденияI_В.Приэтомвдвигателесоздаетсямаксимальныйпусковоймомент.

Частотувращенияякорядвигателяnпринеизменноммоментенавалуможноизменитьпутемизмененийвэлектрическойсхемевключениядвигателя.Этосле-дуетизследующеговыражениядлядвигателяпостоянноготока:

n=(U–I_ЯRЯ)/c_ЕФ.

Изэтогосоотношениявидно,чторегулироватьчастотувращениядвигателяnможноизменениемвеличинынапряженияUисточникаэлектропитания,измене-ниемвеличинысопротивлениявцепиякоряR_Я,изменениемвеличинымагнитногопотокаФ.

Дляизменениявеличинымагнитногопотоканужноизменятьтоквозбужде-ния.ЭтодостигаетсявведениемрегулировочногореостатаR_Рвцепьобмоткивоз-буждения.Приувеличениивеличинырегулировочногореостатауменьшаетсятоквозбужденияи,следовательно,уменьшаетсямагнитныйпоток.Каквидноизпри-веденногосоотношения,приэтомувеличиваетсячастотавращенияякоря.Призна-чительномуменьшениимагнитногопотокачастотавращенияможетпревыситьдо-пустимуювеличинуидвигательпойдетвразнос.Поэтомуудвигателейспарал-лельнымвозбуждениемнельзядопускатьобрывцепиобмоткивозбуждениявовремяработыдвигателя.Вданнойработерегулировочныехарактеристикиснима-ютврежимехолостогоходадвигателя.

Дляостановкидвигателяснимаютнагрузку,еслиэтовозможнопотехноло-гическомупроцессу.ЗатемвцепипараллельнойобмоткивозбуждениявыводятреостатR_Р(уменьшаютсопротивление),чтоприводиткувеличениютокавозбуж-дения,возрастаниюмагнитногопотокаиснижениючастотывращения.Затемвво-дятпусковойреостати,наконец,отключаютдвигательотсети.

Чтобыизменитьнаправлениевращенияэлектродвигателяпостоянноготока,нужнолибоизменитьнаправлениетокавобмоткеякоря,оставляянеизменнымна-правлениетокавпараллельнойобмоткевозбуждения,либоизменитьнаправлениетокавобмоткевозбуждения,неменяянаправлениетокавобмоткеякоря.Обычноиз-затого,чтоприразмыканиицепивозбуждениявозникаетбольшаяЭДСсамо-индукции,изменяютнаправлениетокавобмоткеякоря.

При работе электродвигателяприизменении нагрузкинаеговалуизменяют-сяскоростьвращенияякоря,вращающиймомент,токякоря,коэффициентполез-ногодействияидругиевеличины.Орабочихсвойствахдвигателясудятпоегоме-ханическойхарактеристикеирабочимхарактеристикам.

Механическойхарактеристикойдвигателяназываютзависимостьчастотывращенияотмоментанавалу двигателяn=f(M)приU=const.Механическаяха-рактеристикаприR_Р=0,U=U_НОМиФ=Ф_{НОМназывается}естественной,впротив-номслучае–искусственной.Механическая характеристикадвигателяспараллель-нымвозбуждением–жесткая.Этозначит,чтоприизменениинагрузкиотнулядономинальнойнагрузкискоростьвращенияякоряуменьшаетсяотносительномало,пропорциональнопадениюнапряжениявцепиякоря.

Рабочиехарактеристикипредставляютзависимостискоростивращенияn,вращающегомоментанавалуM,потребляемоймощностиP_1,потребляемогодви-гателемтокаI,коэффициентаполезногодействияотполезноймощности(n,M,P₁,) =f(P₂)припостоянномнапряженииU = constипостоянномтокевоз-бужденияI_В=I_ВН=const.

Еслипренебречьреакциейякоря,томагнитныйпотокдвигателяспарал-

лельнымвозбуждениемпринеизменномнапряжениипитания–постояннаявели-чинаФ=const.ПоэтомуизменениескоростивращениядвигателяобязанотолькопадениюнапряжениявякореI_ЯRЯ.ПосколькуприизменениинагрузкивпределахотхолостогоходадономинальнойнагрузкипадениенапряженияI_ЯR_{Яувеличива}-етсянезначительнопосравнениюсприложеннымнапряжением,тоискоростьвращениядвигателяспараллельнымвозбуждениемnуменьшаетсянезначительно.Номинальноеизменениескоростивращениядвигателяпараллельноговозбужденияопределяетсяформулой

Δn_Н=(n0–nН)/n_Н,где n_0–скоростьвращенияприхолостомходе,n_Н–номинальнаяскоростьвращения.

КоэффициентполезногодействиядвигателябыстрорастетприувеличениинагрузкидоР₂₌0.5Р_Нидостигаетнаибольшегозначенияпринагрузке,когдасуммапотерьхолостогоходавсталиивцепивозбуждения(постоянныепотери)равнапотерямвцепиякоря,связаннымисвыделениемтепла(переменныепотери).Такоеравенствоможетнаступить,например,приР₂₌0.75Р_Н.

Влабораторнойработеприснятиихарактеристикдвигательнагружаютгене-

раторомпостоянноготокаснезависимымвозбуждением.

3. Порядоквыполненияработы

   1. Ознакомитьсяслабораторнойустановкой(компьютер,модульввода,модульпитания,модульдвигателяпостоянноготока,модульгенераторапостоян-ноготока,модульмультиметров)ипаспортнымиданнымииспытуемогодвигателя.Записатьпаспортныеданныедвигателявтабл.1.

Таблица1

Типдвига-теля	Номинальныезначения
	Мощность	Напряжение	Ток	Частотавращения	К.П.Д.	Вращающиймомент
––––	кВт	В	А	об/мин	%	Нм

2. Перевестимультиметрврежимизмерениясопротивления,включитьмодульпитания(выключательQF1)иизмеритьсопротивленияобмоткиякоряR_ЯиобмоткивозбужденияR_{ОВдвигателя}.Результатыизмеренийзанестивтабл.2.

Таблица2

3. RЯ,Ом
   RОВ,Ом

   Всоответствиисосхемойпорис.1нарисоватьэлектрическуюсхемуэкспериментальнойустановки.

4. Включитькомпьютер,открытьпрограммуDelta

Рrofi.Выбрать«Электромеханика–Работа№3.Испытаниедвигателя постоянноготока».Запуститьпрограммувработу,нажатиемкнопки«Пуск» иликомандойглавногоменю«Управление–Пуск».

Рис.1

5. Собратьисследуемуюустановку(рис.1).ПереключательSА2модулядвигателяпостоянноготокаустановитьвпозицию«0»(регулировочныйреостатвыведенRр=0).ПереключательSA3модулядвигателяпостоянноготокаустановитьвпозицию«1»,используядобавочноесопротивлениеRдвкачествепусковогосо-противления.ПослепускадвигателяперевестипереключательSA3впозицию«0»

6. Послепроверкипреподавателемсобраннойцепипровестипробныйпускдвигателянахолостомходу,атакжеубедитьсяввозможностирегулированиячастотывращенияякорядвигателяизменениемвеличинымагнитногопотокапу-темрегулированиявеличинытокавозбуждения.Дляэтоговключитьмодульпита-ния(выключательQF1)иподатьпитаниенадвигательпостоянноготока(выклю-чательSA1модулядвигателяпостоянноготока).ПослепускадвигателяперевестипереключательSA3модулядвигателяпостоянноготокавпозицию«0».Обратитьвниманиенанаправлениевращенияякоря.Измеритьфототахометромчастотувращенияякорядвигателя.ИзменитьвеличинурегулировочногореостатаRрпере-ключателемSA2модулядвигателяпостоянноготокаисноваизмеритьфототахо-метромчастотувращенияякорядвигателя.Выключитьпитаниедвигателя(выклю-чательSA1)иустановитьпереключательSA3впозицию«1».Объяснитьизменениечастотывращенияякорядвигателя.Изменитьнаправлениетокавобмоткеякоря(изменитьподключениевыводовобмоткиякоря).Включитьпитаниедвигателяиобратитьвниманиенанаправлениевращенияякоря.Выключитьпитаниедвигателя(выключательSA1модулядвигателяпостоянноготока),установитьпереключательSA3впозицию«1»,вернутьсякисходномуподключениюобмоткиякоря.Объяс-нитьизменениечастотывращенияякорядвигателя.

7. Снятьрегулировочнуюхарактеристикуприхолостомходе(М=0).

Дляэтогопуститьвходдвигатель.УстановитьпереключателемSA2наибольшийтоквозбужденияI_Виизмеритьчастотувращенияn(первыйотсчет).Затемпосте-пенноуменьшатьтоквозбужденияспомощьюпереключателяSA2модулядвигате-ляпостоянноготока,недопускаязначительногоповышенияскоростиотноситель-ноисходной.Результатыизмеренийзаписатьвтабл.3.Выключитьэлектропита-ние.Пополученнымданнымпостроитьрегулировочнуюхарактеристикуn=f(I_В).

Таблица3

IВ,A
n,об/мин

6. Снятьестественнуюмеханическуюхарактеристикуирабочиехаракте-ристикидвигателя.Включитьэлектропитаниестенда(выключателиQF1иSA2),пуститьвходдвигатель(выключателиSA1модулядвигателяпостоянноготока).ИзмеритьнапряжениепитаниядвигателяпостоянноготокаUмультиметром,токякоряI_Я,токвозбужденияI_Вичастотувращенияегоякоряn.Результатыизмере-нийзаписатьвтабл.4

Затем,подавпитаниенамодульгенераторапостоянноготока(выключательSA1модулягенераторапостоянноготока),изменятьспомощьюпереключателяSA3тормозноймомент,создаваемыйгенератором,измерятьвеличины,указанныевтабл.2.3.4.Недопускатьпревышениетокаякорядвигателяболее0,8А.Выклю-читьпитаниегенератора,двигателяистенда.

Таблица4

Измерено					Вычислено
Генератор	Двигатель
IГ,A	U,B	IЯ,A	IВ,A	n, об/мин	I, A	P1, Вт	Ке= UIяRяn	Км=9,52Ке	М=КмIя,Нм	P2=0,105Мn, Вт	=P2, P1 %

ВычислитьвеличинутокаI₁,потребляемогоизсети,потребляемуюмощ-ностьP₁,моментнавалудвигателяМ,мощностьнавалуP_2икоэффициентполез-ногодействия.

Пополученнымданнымпостроитьестественнуюмеханическуюn=f(M)ира-бочиехарактеристикидвигателяI₁₌f(P₂),=f(P₂),P_1=f(P2),n=f(P₂₎

6. Снятьискусственную(реостатную)механическуюхарактеристику.Для

этогопоуказаниюпреподавателяустановитьпереключательSA3модулядвигателяпостоянноготокавпозицию«1»или«2».Приснятиихарактеристикиоставить еговуказаннойпозиции.Включитьэлектропитаниестенда.Послепускадвигателяспомощьюнагрузочногогенератораизменятьтормозноймомент(проводитьанало-гичноп.3.6).Припроведенииопытаследить,чтобытокякорядвигателянепревы-шал0,8А.Результатызанестивтабл. 5.Порезультатамизмеренийпостроитьрео-статнуюмеханическуюхарактеристику.

Таблица5

Измерено					Вычислено
Генератор	Двигатель
IГ,A	U,B	IЯ,A	n, об/мин	К=UIяRя е n		Км=9,52Ке	М=КмIя,Нм

4. Содержаниеотчета

Отчетпоработедолженсодержать:

а)наименованиеработыицельработы;

б)паспортныеданныеисследуемогодвигателяпостоянноготока;в)схемывключениядвигателяинагрузочногогенератора;

г)таблицысрезультатамииспытаниядвигателя;

д)графикирегулировочной,механическихирабочиххарактеристикиспы-туемогодвигателя;

е)выводыорабочихирегулировочныхсвойствахдвигателяспараллельнымвозбуждением.

4. Контрольныевопросы

1. Какиесуществуютспособывозбуждениядвигателейпостоянноготока?

2. Какможноопределитьвыводыпараллельнойобмоткивозбужденияудвига-теляпостоянноготока?

3. Какосуществляетсяпускдвигателяпостоянноготокаспараллельнымвоз-буждением?

4. Какиесуществуютспособырегулированияскоростивращенияякорядвига-теляспараллельнымвозбуждением?

5. Почемуприуменьшениитокавозбуждениячастотавращенияякорявозрас-тает?

6. Какможноизменитьнаправлениевращенияякоряудвигателяпостоянноготока?

7. Почемуудвигателяприувеличениинагрузкинавалувозрастаеттокякоря?

8. Покакимпризнакамможносудитьонепригодностидвигателяпостоянноготокадлядальнейшейэксплуатации?