Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические машины. Учебное пособие для СПО.pdf
п
'
а
ща
ап
.max
RR
UЕU
I
+
∆−−
=
∑
( )
н
а
ап
7,14,1 I
R
U
I −==
∑
и т.д. В конце операции пуска R
жим работы.
На рис. 7.5 показана пусковая диаграмма для двигателя с трехступенча-
тым пусковым реостатом.
(7.20)
= 0, и двигатель входит в установившийся ре-
п
Рис. 7.5. Пусковая диаграмма двигателя постоянного тока
Пуск при пониженном напряжении цепи якоря производится при условии
наличия отдельного источника питания постоянного тока с регулятором напряжения (управляемый выпрямитель). Обмотка возбуждения в этом случае должна питаться от другого источника с напряжением, обеспечивающим максимальный ток возбуждения I
в.max
.
Начальное напряжение при пуске подается исходя из условия:
. (7.21)
По мере увеличения скорости вращения якоря двигателя напряжение по-
вышается. В конце операции пуска U
= Uн.
а
При всех способах пуска ток возбуждения устанавливается максималь-
ным для получения наибольшего пускового момента в соответствии с выражением (7.3) и уравнением:
121
аэм
Ф IсМ ⋅=
( )
а
If=Ω
М
Iа 0 Ф
)
Ф
(I
)
М
= Мст + М
эм.п.
. (7.22)
дин
Увеличение пускового момента обеспечивает ограничение пускового то-
ка, что облегчает пуск машины.
7.6. Моментные и скоростные характеристики двигателя
постоянного тока с независимым возбуждением
Моментной характеристикой двигателя постоянного тока называется зави-
симость электромагнитного момента от тока якоря М
= f (Iа). Как уже отмечалось
эм
(см. п. 7.2), моментная характеристика описывается следующим уравнением:
. (7.23)
На рис. 7.6 приведены моментные характеристики двигателя постоянного
тока с независимым возбуждением. Как видно из уравнения (7.23), моментная
характеристика имеет линейную зависимость, а наклон ее зависит от значения
магнитного потока Ф: чем меньше магнитный поток, тем больше наклон моментной характеристики.
эм
Рис. 7.6. Моментные характеристики двигателя
max (Iв.max
min
в.min
постоянного тока с независимым возбуждением
Скоростной характеристикой двигателя постоянного тока называется за-
висимость скорости вращения якоря от тока якоря
. Решая уравнение
(7.2) совместно с (7.3) относительно скорости вращения, получают уравнение
скоростной характеристики:
122
Ф
щаа
c
URIU ∆−−
=Ω
∑
а∑
R
Ф
)Ф(
Ф
щ
2
аэм
с
U
c
RМ
c
U
∆
−
⋅
−=Ω
∑
I
Ω 0
1 2 3
4
. (7.24)
а
Рис. 7.7. Скоростные характеристики двигателя
постоянного тока с независимым возбуждением:
1 — Ф
3 — Ф
(I
min
в.min
max (Iв.max
), Rд = 0; 2 — Ф
), Rд = 0; 4 — Ф
(I
min
в.min
max (Iв.max
), Rд > 0;
), Rд > 0
На рис. 7.7 приведены скоростные характеристики двигателя постоянного
тока независимого возбуждения. Как видно из уравнения (7.24), скоростная характеристика имеет линейный вид и зависит от магнитного потока Ф и сопро-
тивления якорной цепи
.
7.7. Регулирование скорости вращения якоря
и механические характеристики двигателя постоянного
тока с независимым возбуждением
Подставляя уравнение (7.16) в (7.24), получаем выражение, описывающее
механическую характеристику двигателя постоянного тока:
. (7.25)
Возможны три способа регулирования скорости двигателя постоянного тока:
– включением добавочного сопротивления в цепь якоря;
– изменением магнитного потока (тока возбуждения);
123
Ф
)Ф(
)(
Ф
щ
2
даэм
с
U
c
RRМ
c
U
∆
−
+
−=Ω
∑
Ω
1
2
М
Ω
Ω
– изменением напряжения, подводимого к якорю (только для двигателей
с независимым возбуждением).
После включения добавочного сопротивления R
в цепь якоря скорость
д
вращения изменяется только в сторону уменьшения, так как:
(7.26)
,
и связана с потерями мощности в регулировочном реостате и понижением КПД
двигателя.
На рис. 7.8 приведены механические характеристики двигателя постоянного тока при регулировании скорости вращения путем ввода в цепь якоря добавочного сопротивления.
1
2
с
Рис. 7.8. Механическая характеристика двигателя постоянного тока
при регулировании скорости вращения путем ввода
в цепь якоря добавочного сопротивления:
1 — Rд = 0; 2 — Rд > 0
Согласно уравнению (7.25) регулирование скорости изменением магнитного потока (тока возбуждения) возможно как в сторону повышения, так
и в сторону понижения ее. Кроме того, уменьшение магнитного потока Ф приводит к увеличению тока якоря I
(формула (7.16)), а он ограничен условиями
а
коммутации и нагрева.
124
Ω
Ω
Ω
1
2
М
Ω1 Ω
При размыкании (обрыве) цепи возбуждения в работающем двигателе
I
= 0, Ф = Ф
в
= (0,02 – 0,03)·Фн, вращающий момент, создаваемый в двигателе:
ост
М
= с·Ф
ост
. (7.27)
ост·Iа
Если М
противления, то двигатель пойдет «вразнос» (
> Мс независимо от того, реактивный или активный момент со-
ост
→ ∞). Если М
< Мс, а мо-
ост
мент сопротивления реактивный, двигатель остановится и перейдет в режим
короткого замыкания. Ток в якоре достигнет значения (формула (7.17)). Если
< Мс, а момент сопротивления активный, то двигатель пойдет «вразнос»
М
ост
→ ∞).
(
На рис. 7.9 приведены механические характеристики двигателя постоянного тока при регулировании скорости вращения якоря изменением магнитного
потока (тока возбуждения).
Согласно уравнению (7.25) регулирование скорости изменением напряжения якоря возможно как в сторону повышения, так и в сторону ее понижения. Кроме того, увеличение напряжения якоря приводит к увеличению тока
якоря I
, а он ограничен условиями коммутации и нагрева. Однако в этом слу-
а
чае необходим отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением, а двигатель должен быть с независимым возбуждением.
2
с
Рис. 7.9. Механические характеристики двигателя постоянного тока
при регулировании скорости вращения якоря изменением
магнитного потока (тока возбуждения):
1 — Ф
min
(I
); 2 — Ф
в.min
max (Iв.max
)
125
Ω
0
1 2 Мс Ω1 Ω2 3
Ω
Таким образом, при регулировании скорости изменением напряжения
якоря используют два отдельных источника постоянного тока.
На рис. 7.10 приведены механические характеристики двигателя постоянного тока при регулировании скорости вращения изменением напряжения якоря.
3
Рис. 7.10. Механические характеристики двигателя постоянного тока
при регулировании скорости вращения изменением напряжения якоря:
1 — Uа = Uн; 2 — Uа = 0,75Uн; 3 — Uа = 0,5U
н
Для изменения направления вращения двигателя (реверсирование) необходимо изменить направление тока в якоре или в обмотке возбуждения. Изменение направления токов осуществляется переключением полярности на обмотке якоря или обмотке возбуждения. При изменении полярности на зажимах
изменится направление тока и направления вращения якоря. Одновременное
изменение направления токов в обмотках якоря и возбуждения к изменению
направления вращения якоря не приведет.
7.8. Регулировочные и рабочие характеристики
двигателя постоянного тока
Регулировочные свойства двигателя постоянного тока оцениваются регулировочными характеристиками, представляющими зависимость скорости
вращения якоря от тока возбуждения Ω = f(I
126
) при U = const и Мс = 0 и зависи-
в
( )
212
,,,, РfРIМ =ηΩ
Ω
0
Ωн I
мость скорости вращения якоря от напряжения, приложенного к его зажимам
Ω = f(U) при I
= const и Мс = 0. Регулировочные характеристики описывают-
в.н.
ся выражением (7.24).
На рис. 7.11 представлена регулировочная характеристика двигателя по-
стоянного тока Ω = f(I
), на рис. 7.12 — регулировочная характеристика Ω = f(U).
в
вн
Рис. 7.11. Регулировочная характеристика двигателя
постоянного тока Ω = f(I
Регулировочная характеристика Ω = f(I
ния I
нитной цепи двигателя и при I
скорость увеличивается в соответствии с кривой намагничивания маг-
в
= 0 скорость вращения стремится к бесконечно-
в
сти — двигатель идет «вразнос».
Характеристика Ω = f(U) линейная, так как связана только с напряжением, подводимым к якорю.
Рабочие характеристики представляют собой зависимость
при постоянном напряжении в сети и неизменном токе
возбуждения в двигателе.
На рис. 7.13 представлены рабочие характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
) при Uа = const и Мс = 0
в
) нелинейная. По мере уменьше-
в
Рабочая характеристика Ω = f(Р
ния напряжения в якоре. С увеличением Р
) жесткая за счет незначительного паде-
2
растет момент на валу М2. Но так
2
как скорость Ω несколько уменьшается, то момент М
мощности Р
.
2
127
растет несколько быстрее
2
Ω
М2 I P1 η 0
P2
P2H η Ω
М2 I P1
Ω
U
н
Рис. 7.12. Регулировочная характеристика двигателя постоянного тока:
Ω = f(U) при I
= const и Мс = 0
в.н.
Рис. 7.13. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока
с независимым возбуждением
Увеличение Р
и мощности Р
КПД резко повышается с увеличением Р
, потребляемой из сети.
1
и М2 сопровождается увеличением тока якоря двигателя Iа
2
, но затем, при большой нагруз-
2
ке, уменьшается в связи с ростом электрических потерь в цепи якоря.
128
Номинальный
Номинальная
8. Лабораторная работа «Испытания двигателя
постоянного тока с независимым возбуждением»
8.1. Цель работы
1. Ознакомиться с конструкцией двигателя постоянного тока с независи-
мым возбуждением.
2. Изучить способы пуска двигателя постоянного тока (в данной работе
используется способ пуска двигателя постоянного тока при пониженном
напряжении в цепи якоря).
3. Освоить способы регулирования скорости вращения якоря двигателя.
4. Освоить способ испытания двигателя постоянного тока методом непо-
средственной нагрузки.
8.2. Объект и средства испытания
Объект испытания — двигатель постоянного тока с независимым воз-
буждением (табл. 8.1–8.3).
Таблица 8.1
Паспортные данные двигателя постоянного тока
с независимым возбуждением
Номинальная
Номинальное
скорость
Тип дви-
мощность
напряжение
ток якоря Iан,
вращения
гателя
Р
, кВт
2н
Uн, В
А
якоря п
об/мин
Д-12-У2 2,5 220 14,6 1 140
,
н
П-31 1,5 220 8,6 1 500
Средства испытания:
– испытательный стенд;
– трех- и однофазный автотрансформаторы (ЛАТР);
– выпрямители переменного тока;
– электромагнитный тормоз.
129
в.н
U
Ток возбуж-
щ
U∆
номинальный
в.н
минимальный
Д-12-У2
1,3
220
0,7
0,55
2,0
П-31
2,2
220
0,45
0,35
2,0
Обозначение
начало
конец
Обмотка добавочных полюсов
В1
В2
Двухсекционная добавочного полюса,
Компенсационная, двухсекционная, при-
1С1
1С2
На испытательный стенд напряжение подается автоматическим выключателем трехфазного переменного тока напряжением 220 В и выключателем постоянного тока напряжением 110 В.
Таблица 8.2
Дополнительные данные двигателей постоянного тока
Тип
двигателя
Суммарное
сопротивление
цепи якоря
, Ом
R
а∑
Номинальное
напряжение
цепи возбуж-
дения
, В
дения, А
I
Буквенные и цифровые обозначения выводов
обмоток машин постоянного тока
Изображение
Название обмотки
на схемах
Потери напря-
жения на
щетках
в.min
I
В
Таблица 8.3
выводов
,
Обмотка якоря
присоединенная к якорю с обеих сторон
с четырьмя выводами
Компенсационная обмотка
соединенная к якорю с обеих сторон
с четырьмя выводами
130
А1 А2
1В1
2В1
1В2
2В2
С1 С2
2С1 2С2