Исследование характеристик двигателя постоянного тока в системе «управляемый преобразователь – двигатель» (УП-Д). Методические указания к лабораторной

708

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электрооборудования

А.Н. Шпиганович, С.В. Довженко

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СИСТЕМЕ

«УПРАВЛЯЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ – ДВИГАТЕЛЬ» (УП-Д)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторной работе по дисциплине «Электротехника»

Липецк Липецкий государственный технический университет

2012

1

УДК 621.31 (07)

Ш 835

Рецензент – Ю.П. Никифоров, канд. техн. наук, доцент

Шпиганович, А.Н.

Ш 835 Исследование характеристик двигателя постоянного тока в системе

«управляемый преобразователь – двигатель» (УП-Д) [Текст]: методиче-

ские указания к лабораторной работе по дисциплине «Электротехни-

ка» / А.Н. Шпиганович, С.В. Довженко - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. –

12 с.

Предназначены для студентов 2 и 3 курса неэлектротехнических направле-

ний очной, очно-заочной и заочной форм обучения, изучающих дисциплину

«Электротехника».

Табл. 1. Ил. 6. Библиогр.: 3 назв.

©Шпиганович А.Н., Довженко С.В., 2012

©ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный

технический университет», 2012

2

Лабораторная работа № 1

Исследование характеристик двигателя постоянного тока в системе

«управляемый преобразователь – двигатель» (УП-Д)

Цель работы – экспериментальное изучение электромеханических и механических характеристик двигателя постоянного тока в разомкнутой и замкнутой системах УП-Д с отрицательной обратной связью по скорости.

1.Оборудование и приборы

Влабораторной работе исследуются характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Якорь двигателя получает питание от управляемого преобразователя UZ (УП) (рис. 1). В качестве УП использован трехфазный мостовой тиристорный преобразователь, конвертирующий нерегулируемое напряжение сети переменного тока в регулируемое напряжение постоянного тока, подаваемое на якорь двигателя М.

Скорость вращения якоря двигателя М изменяется вольтметром pn, подключенным к тахогенератору BR. Механической нагрузкой двигателя служит электромагнитный тормоз YB. Величину момента на валу двигателя можно изменять, регулируя движком реостата RT ток в обмотке LYB тормоза. Обмотки возбуждения двигателя LM и тахогенератора LBR получают питание от сети постоянного тока.

Напряжение управления Uy на входе системы изменяется потенциометром

Ry, величина напряжения обратной связи по скорости U = регулируется потенциометром R . При перемещении движка R в точку 1 (рис. 1) степень обратной связи по скорости равна нулю и схема работает как разомкнутая. При установке движка Rв точку 2 обратная связь по скорости максимальна.

3

RT

Рис. 1. Схема для исследования характеристик системы «управляемый преобразователь – двигатель»

2. Порядок выполнения работы

2.1. Записать паспортные данные преобразователя, двигателя постоянного тока и электроизмерительных приборов.

2.2. Ознакомиться со схемой установки (рис. 1) и выполнить необходимые соединения.

2.3. Проверить положение ручек потенциометров Ry, R . Они должны находиться в крайнем положении против часовой стрелки (Uy=0, =0).

2.4. Ввести полностью реостат RT электромагнитного тормоза, что соот-

ветствует крайнему нижнему положению движков реостатов на стенде.

2.5. Включить автоматический выключатель QF2 цепей постоянного тока и тумблер «СИФУ» питания цепей управления преобразователя (на рис. 1 не по-

казан).

2.6. Включить автоматический выключатель QF1 питания преобразователя.

2.7. Плавным поворотом ручки потенциометра Ry по часовой стрелке уве-

личить напряжение на якоре двигателя до 70-90 В, произведя тем самым пуск двигателя.

4

2.8. Увеличивая нагрузку на валу двигателя с помощью движков реостата

RT (перемещать вверх) электромагнитного тормоза, снять экспериментально электромеханическую и механическую характеристики привода в разомкнутой системе для двух значений напряжения на якоре: Uя1=70-90 В и Uя2=110-130 В.

Результаты измерений занести в табл. Загрузить двигатель, установив движки реостата RT в крайнее нижнее положение.

Таблица

2.9. Потенциометром Ry повысить напряжение на якоре двигателя до 120-

140 В. Повторить действия по пункту 2.8.

2.10. Ввести отрицательную обратную связь по скорости, плавно поворачивая ручку потенциометра Rпо часовой стрелке до тех пор, пока напряжение на двигателе не снизится до 70-90 В, и снять указанные характеристики в замкнутой системе привода при двух значениях напряжения на якоре аналогично пункту 2.8.

5

2.11. Плавным поворотом ручки потенциометра Ry по часовой стрелке вновь увеличить напряжение на якоре двигателя до 120-140 В. Повторить действия по пункту 2.8.

2.12. Повернув потенциометры Ry, затем Rв крайнее положение против часовой стрелки, остановить двигатель. Выключить автоматические выключатели QF1, QF2, затем тумблер «СИФУ».

3. Обработка результатов измерений и содержание отчета

3.1. Цель работы.

3.2. Краткий перечень оборудования и приборов.

3.3. Экспериментальные механические характеристики в замкнутой и разомкнутой системах привода, построенные на одном рисунке.

3.4. Анализ влияния напряжения Uy и коэффициента на вид характеристик (жесткость и другие параметры).

4.Основные теоретические сведения

4.1.Электромеханические свойства двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения. Схема включения электродвигателя представлена на рис. 2. Для цепи якоря по второму закону Кирхгофа можно составить уравнение

где U – напряжение цепи якоря; Rя – сопротивление обмотки якоря; Rд – дополнительное сопротивление; Е – эдс обмотки якоря.

6

Уравнение (4) показывает, что регулирование скорости вращения якоря можно осуществлять тремя способами.

- Изменением напряжения на якоре:

0 U Uном ; Ф = Фном ; Rд = 0.

При этом изменяется только скорость идеального холостого хода 0. - Изменением магнитного потока:

0,7 Фном Ф Фном , U = Uном , Rд =0.

Характеристики располагаются выше естественной и имеют больший наклон (меньшую жесткость).

- Изменением величины дополнительного сопротивления в цепи якоря RД при U = Uном и Ф = Фном (реостатное регулирование). Такой способ в электроприводах промышленных установок не используется из-за неэкономичности.

4.2. Система «Управляемый преобразователь – двигатель» (УП-Д). В электроприводе, требующем плавного изменения скорости, двигатель постоянного тока питается от управляемого тиристорного преобразователя. Система электропривода может быть замкнутой и разомкнутой. На рис. 4 представлена схема системы УП-Д.

Рис. 4. Принципиальная схема системы УП-Д

8

Она включает следующие элементы: Ry - потенциометр управления, с ко-

торого снимается напряжение управления; UZ - тиристорный преобразователь;

LM - обмотка возбуждения электродвигателя; М - якорь электродвигателя с об-

моткой, коллектором и щетками; BR - якорь тахогенератора, выходное напря-

жение которого UBR прямо пропорционально скорости вращения якоря ; LBR - обмотка возбуждения тахогенератора; R - потенциометр обратной связи.

Якорь электродвигателя подключен на выходное напряжение Ud преобра-

зователя. Выходное напряжение преобразователя Ud можно считать прямо про-

порциональным входному U , то есть

Ud=KnU ,

где Кn- коэффициент усиления преобразователя.

В разомкнутой системе электропривода нет обратных связей и входное напряжение преобразователя равно напряжению управления:

Ud=KnU =KnUy.

Поэтому уравнение механической характеристики электродвигателя в

разомкнутой системе приобретает вид

где Rя - суммарное сопротивление якорной цепи.

Механические характеристики при различных углах управления тиристо-

рами показаны на рис. 5. В замкнутых системах электропривода существуют обратные связи по скорости, току якоря и другим величинам.

9