Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Отчет по лабораторной работе №2

по дисциплине:

Электрический привод

Исполнители:
студенты гр. 5А06			Арефьев А.В., Сергеев А.С.,
			Зайцев С.А.
Руководитель:
Ст. преподаватель			Семенов С.М.

Томск – 2023

Цель работы: Исследования электромеханических и механических характеристик при различных режимах работы и способах регулирования скорости электропривода с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения.

Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема для снятия характеристик в двигательном режиме

Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема для снятия характеристик в тормозном режиме

Рисунок 3 – Схема тепловой защиты машины переменного тока

Перечень аппаратуры схемы тепловой защиты (рис. 3) приведен в таблице 2.

Описание лабораторного стенда

Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:

• трехсоставной лабораторный стол со встроенным контейнером для хранения съемных функциональных блоков, проводников и методических материалов, рамами для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков, выкатной полкой для клавиатуры компьютера и подставкой для системного блока последнего;

• электрические машины (выполненные в виде электромашинного агрегата), трансформаторы и элементы электрических цепей;

• источники питания;

• измерительные преобразователи и приборы.

Питание комплекса осуществляется от трехфазной электрической сети напряжением ~ 380В с нейтральным и защитным проводниками.

• Потребляемая мощность Вт, не более 500;

• Габариты (длина / ширина / высота), мм 27509001600;

• Масса, кг, не более 250.

Назначение и описание функциональных блоков лабораторной установки (рис. 1, рис. 2)

Трехфазный источник питания.

Предназначен для питания комплекта трехфазным переменным напряжением. Включается вручную. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного включения.

Источник питания машины постоянного тока.

Предназначен для питания обмоток якоря и возбуждения постоянным током. Включается вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Якорное напряжение регулируется вручную или дистанционно. Напряжение возбуждения нерегулируемое.

Возбудитель машины переменного тока.

Предназначен для питания обмотки возбуждения синхронной машины. Включается вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Напряжение возбуждения регулируется вручную или дистанционно / автоматически. Выходные цепи изолированы от входных.

Активная нагрузка.

Предназначена для моделирования однофазных и трехфазных потребителей активной энергии. Регулируется вручную.

Блок мультиметров.

Предназначен для измерения токов, напряжений, омических сопротивлений. Цифровой с жидкокристаллическим дисплеем.

Указатель частоты вращения.

Предназначен для отображения частоты вращения электрических машин в электромашинном агрегате в аналоговой форме.

Преобразователь угловых перемещений.

Предназначен для преобразования скорости вращения электрических машин в сигнал цифрового вида.

Реостат.

Предназначен для ограничения пускового тока в цепи якоря двигателя постоянного тока.

Реостат возбуждения машины постоянного тока.

Предназначен для ручного регулирования тока возбуждения машины постоянного тока.

Преобразователь частоты.

Предназначен для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя. Выходные частота и напряжение регулируются согласованно вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ).

Исследуемая машина постоянного тока (двигатель постоянного тока с независимым возбуждением):

90 Вт;	57,2 %;
220 В;	0,73;
0,56 А;	= 86 Ом;
1500 об/мин;	= 1,15 кОм.
0,2 А;

Нагрузочная машина переменного тока (асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором):

30 Вт;	0,73;
127 В;	= 0,18 о.е.;
0,35 А;	= 0,087 о.е.;
1250 об/мин;	= 0,15 о.е.;
36 %;	= 0,15 о.е.

Исследуемая и нагрузочная машины жестко соединены между собой и представлены в виде электромашинного агрегата, дополненного маховиком и преобразователем угловых перемещений.

Таблица 1 – Обозначение и параметры исследуемой аппаратуры
Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
RA	Активная нагрузка	306.1	3  0…50 Вт; 220/380 В
RR	Реостат	323.1	200 Ом; 0,8 А
RB	Реостат возбуждения машины постоянного тока	308.2	0…2000 Ом; 0,1…0,5 А
GA	Трехфазный источник питания	201.2	400 В ~; 16 А
GB	Источник питания двигателя постоянного тока	206.1	0…250 В  3 А (якорь) 200 В ; 1 А
GG	Возбудитель машины переменного тока	209.2	0…40 В ; 3,5 А
D2	Машина переменного тока	102.1	50 Вт; 230 В ~; 1500 мин1
D1	Машина постоянного тока	101.1	90 Вт; 220 В 0,76 А
IB	Указатель частоты вращения	506.2	2000…0…2000 мин1
BM	Блок мультиметров	508.2	0...1000 В ; 0...20 А
FC	Преобразователь частоты	217	0...100 Гц; 3220 В; 3 А.

Таблица 2

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
D	Машина переменного тока	02.1	100 Вт /~ 230 В /1500 мин1
GA	Трехфазный источник питания	01.2	~ 400 В / 16 А

Опыт №1. Снятие естественной характеристики двигателя

Естественная характеристика двигателя снимается при номинальных параметрах двигателя. Полученные данные сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Экспериментальные значения

I1, A	0,2	0,3	0,35	0,38
U1, В	132	108	90	70
n, мин–1	1000	700	500	350
, с–1	104,67	73,27	52,33	36,63
М1,	0,23	0,36	0,45	0,47

Пример расчета:

По данным таблицы 3 строим зависимости ω=f(I) и ω=f(M) (Рис. 4., Рис. 5.).

Опыт №2. Снятие характеристик электропривода изменением напряжения питания U₁ якоря двигателя.

Характеристики снимаются при напряжении якоря U=140 В. Полученные данные сведены в таблицу 4.

Таблица 4. Экспериментальные значения

I1, A	0,19	0,2	0,21	0,22
U1, В	30,6	30	25	21
n, мин–1	200	150	100	50
, с–1	20,93	15,70	10,47	5,23
М1,	0,17	0,22	0,23	0,28

Пример расчета:

По данным таблицы 4 строим зависимости ω=f(I) и ω=f(M) (Рис. 4., Рис. 5.).

Опыт №3. Снятие характеристик электропривода введением добавочных сопротивлений R_Д1, R_Д2 в якорную цепь двигателя.

Опыт снимается при введении добавочных сопротивления в цепь якоря номиналом R_Д1=100 Ом ; R_Д2=100 Ом. Полученные данные сведены в таблицу 5.

Таблица 5. Экспериментальные значения

I1, A	0,22	0,24	0,25	0,27
U1, В	87	73	64	58
n, мин–1	650	500	400	300
, с–1	68,03	52,33	41,87	31,40
М1,	0,02	0,03	0,03	0,04

Пример расчета:

По данным таблицы 5 строим зависимости ω=f(I) и ω=f(M)(Рис. 4., Рис. 5.).

Опыт №4. Снятие характеристик электропривода изменением магнитного потока Ф обмотки возбуждения двигателя.

Характеристики снимаются при уменьшении потока обмотки возбуждения двигателя. Полученные данные сведены в таблицу 6.

Таблица 6. Экспериментальные значения

I1, A	0,23	0,26	0,28	0,29
U1, В	70	55	45	42
n, мин–1	500	300	250	200
, с–1	52,33	31,40	26,17	20,93
М1,	0,24	0,32	0,29	0,32

Пример расчета:

По данным таблицы 6 строим зависимости ω=f(I) и ω=f(M)( Рис. 4., Рис. 5.).

Опыт №5. Снятие характеристик электропривода при шунтировании якоря двигателя.

Характеристики снимаются при введении шунтирующего сопротивления в цепь якоря двигателя. Полученные данные сведены в таблицу 7.

Таблица 7. Экспериментальные значения

I1, A	0,231	0,24	0,26	0,27	0,28	0,3
U1, В	77	72	63	55	52	43
n, мин–1	600	500	400	350	300	200
, с–1	62,8	52,3	41,9	36,6	31,4	20,9
М1,	0,23	0,26	0,29	0,28	0,30	0,34

Пример расчета:

По данным таблицы 7 строим зависимости ω=f(I) и ω=f(M) (Рис. 4., Рис. 5.).

Опыт №6. Исследование режима торможения противовключением при работе двигателя на реостатной характеристике.

Характеристики снимаются при противовключении исследуемого двигателя постоянного тока. Полученные данные сведены в таблицу 8.

Таблица 8. Экспериментальные значения

I1, A	0,2	0,29	0,32	0,36	0,4
U1, В	46	-3	-26	-38	-62
n, мин–1	300	-200	-400	-500	-700
, с–1	31,40	-20,93	-41,87	-52,33	-73,27
М1,	0,21	0,30	0,36	0,42	0,48

Пример расчета:

По данным таблицы 8 строим зависимости ω=f(I) и ω=f(M)(Рис. 4., Рис. 5.).

Опыт №7. Исследование режима динамического торможения двигателя.

Характеристики снимаются в режиме динамического торможения двигателя. Полученные данные сведены в таблицу 9.

Таблица 9. Экспериментальные значения

I1, A	-0,1	-0,2	-0,23	-0,27	-0,3
U1, В	55	104	121	139	153
n, мин–1	900	1300	1400	1550	1650
, с–1	94,20	136,07	146,53	162,23	172,70
М1,	-0,07	-0,17	-0,21	-0,26	-0,30

Пример расчета:

По данным таблицы 9 строим зависимости ω=f(I) и ω=f(M)( Рис. 4., Рис. 5.).

Рисунок 4 – Электромеханическая характеристика ω=f(I)

1 – Естественная характеристика, 2 – изменение U, 3 – изменение добавочных R, 4 – изменение Ф, 5 – шунтирование, 6 – противовключение, 7 – динамическое торможение.

Рисунок 5 – Механическая характеристика ω=f(M)

1 – Естественная характеристика, 2 – изменение U, 3 – изменение добавочных R, 4 – изменение Ф, 5 – шунтирование, 6 – противовключение, 7 – динамическое торможение.

Выводы:

Сергеев А.С.

1. Естественная характеристика.

Естественные механическая и электромеханическая характеристики двигателя снимаются при номинальных параметрах электрической машины. Снятые характеристики убывают по гиперболе, что совпадает с теоретическими характеристиками.

Скорости холостого хода ω₀ ДПТ ПВ не имеет из-за того, что обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно. При уменьшении нагрузки на валу частота вращения резко увеличивается, и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для двигателя значений и двигатель может уйти в разнос.

Характерные точки для характеристик:

Номинальный режим работы I(M) =I_н(M_н); ω= ω_н.

Режим короткого замыкания, (пусковой) лежит далеко за пределами номинальных нагрузок.

Естественная электромеханическая и механические характеристики описываются уравнениями:

(1)

(2)

2. Регулирование скорости изменением напряжения питания.

При регулировании скорости вращения изменением напряжения характеристики подобны естественной, но располагаются ниже и имеют одинаковую жесткость, зависимости остаются параллельными (см. первое слагаемое вышеприведенные формулы). Фиктивная скорость холостого хода становится меньше. Данный способ характеризуется большим диапазоном и плавностью регулирования скорости.

3. Рекуперативное торможение.

Особенность механической и электромеханической характеристик состоит в том, что при небольших токах и моментах, соответствующих малым моментам нагрузки, его скорость принимает большие значения, при этом зависимость не пересекает вертикальную ось. Для ДПТ ПВ невозможен режим рекуперативного торможения. Таким образом, в основной схеме включения не существует режима холостого хода, поэтому, отсутствуют участки характеристики во втором квадранте.