Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электромеханические системы. Учебно-методическое пособие
.pdf
массогабаритными показателями. Поэтому в двигателях большой мощности
применяют пуск двигателя путем понижения напряжения.
Характеристики двигателей постоянного тока параллельного и
независимого возбуждения
Основными характеристиками, по которым оцениваются рабочие
свойства двигателя, являются:
1) скоростная характеристика (электромеханическая) n = f(Ia) –
зависимость скорости вращения якоря от тока якоря;
2) моментная характеристика Mэм = f (Ia) – зависимость
электромагнитного момента от тока якоря;
3) механическая характеристика n = f(Mэм) – зависимость скорости
вращения якоря от электромагнитного момента.
При снятии характеристик нагрузочный момент изменяют от
нуля до 1,1–1,2Мном.
Номинальный момент Мном, Н∙м, определяют следующим образом:
где ω
– номинальная угловая частота вращения якоря, рад/с,
ном
определяется:
Электродвижущая сила двигателя определяется так:
Тогда скорость вращения якоря двигателя (об/мин):
Подставив значение Еа из (3.1), получим выражение скоростной
характеристики:
71
(3. 3)
т. е. скорость вращения якоря двигателя прямо пропорциональна
напряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку возбуждения.
Если к валу машины не будет приложен нагрузочный момент
(М2 = 0), то двигатель будет работать на холостом ходу, при этом
ток в якоре Ia = I0, а скорость n = n0. Ток I0 (ток холостого хода)
создает электромагнитный момент М0, необходимый для преодоления
существующего в самом двигателе тормозного момента, обусловленного
силами трения и магнитными потерями. Этот ток относительно мал и
составляет 2–5% от номинального.
Работа двигателя при М = 0 и Iа = 0 называется идеальным холостым
ходом. Согласно (5.20) скорость при идеальном холостом ходе, об/мин, равна:
Изменение скорости вращения двигателя при переходе от номинальной
нагрузки к холостому ходу, выраженное в процентах,
называют номинальным изменением скорости вращения якоря:
В двигателях параллельного и независимого возбуждения изменение
скорости при переходе от холостого хода к номинальной
нагрузке мало и составляет 2–5%. Такие слабо падающие скоростные и
механические характеристики называются жесткими.
Скоростную характеристику двигателя n = f(Ia) снимают при
Iв = Iв ном = const и U = Uном = const. Номинальный ток возбуждения
Iвном устанавливают так, чтобы обеспечить номинальную скорость
n
при Iа = Iа ном и номинальном подведенном напряжении Uном.
ном
Скоростные характеристики показаны на рис. 3.2. Их анализ
проведем, исходя из уравнения (3.3).
72
Рисунок 3.2 - Скоростные характеристики двигателя постоянного тока
параллельного и независимого возбуждения
При U = Uном = const на скорость якоря будут оказывать влияние два
фактора: падение напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие
реакции якоря, уменьшающее поток. Поток двигателя при нагрузке:
где Ф0 – поток, созданный током возбуждения;
∆Ф – уменьшение потока из-за размагничивающего действия
поперечной реакции якоря.
Тогда при возрастании тока якоря падение напряжения
Iа • ∑rа будет стремиться уменьшить скорость, а ∆Ф – увеличить.
Вид скоростной характеристики зависит от того, какой из этих
факторов будет действовать сильнее. При более сильном влиянии
падения напряжения характеристика имеет падающий характер
(сплошная линия на рис. 3.2), а если будет преобладать действие
реакции якоря, то она может иметь возрастающий характер (штриховые
линии).
Нормальная работа двигателя возможна только при падающей
характеристике.
Моментную характеристику двигателя Mэм = f(Ia) снимают при
Iв = const.
Зависимость электромагнитного момента от тока якоря описывается
уравнением:
73
(3.4)
Если бы при Iв = const поток Ф оставался постоянным, то момент был бы
пропорционален току якоря Ia и моментная характеристика представляла бы
прямую линию, выходящую из начала координат (штриховая прямая на рис.
3.3).
Рисунок 3.3 - Моментная характеристика двигателя постоянного тока
независимого возбуждения
Действительная характеристика из-за уменьшения потока вследствие
размагничивающего действия реакции якоря пойдет ниже и
будет отклоняться от линейной зависимости (сплошная линия на
рис. 3.3). Однако расхождение между этими характеристиками невелико и во
многих практических расчетах может не учитываться.
Механическую характеристику двигателя n = f (Mэм) снимают
при Iв = const и U = Uном = const.
Выразим ток Iа из выражения (3.4):
(3. 5)
Подставив (3.5) в (3.3), получим аналитическое выражение
механической характеристики:
74
Вид механической характеристики двигателя параллельного и
независимого возбуждения такой же, как и у скоростной характеристики (рис.
3.4). Если принять пропорциональную зависимость
между моментом и током якоря, то при одних и тех же значениях U и Iв
скоростная характеристика в другом масштабе будет являться и
механической характеристикой.
Рисунок 3.4 - Рабочие характеристики двигателя постоянного тока
параллельного и независимого возбуждения
Рабочие характеристики двигателя М, P1, Iа, n, η = f(P
) снимают при Iв
2
= const и U = Uном = const.
С увеличением нагрузки на валу двигателя Р
растет момент
2
двигателя М, а скорость вращения n немного падает. Увеличение
нагрузки приводит к росту мощности P1, забираемой из сети, и росту тока
якоря Iа. При холостом ходе (Р
= 0) КПД = 0, затем с увеличением Р2 сначала
2
КПД быстро растет, но в связи с большим
ростом потерь в цепи якоря при больших нагрузках снова начинает
уменьшаться.
Направление вращения якоря зависит от направлений магнитного потока
возбуждения Ф и тока в обмотке якоря. Поэтому, изменив направление какой-
либо из указанных величин, можно изменить направление вращения якоря.
Устойчивость двигателя
75
Под устойчивой работой двигателя понимается его способность
вернуться в исходную точку равновесия после кратковременного действия
возмущающих сил, нарушивших это равновесие. Оценку устойчивости
производят из совместного рассмотрения механических характеристик
двигателя и производственного механизма.
Работа двигателя может быть устойчивой и неустойчивой. Неустойчивая
работа будет наблюдаться при возрастающих механических характеристиках
двигателя. На рис. 3.5 показана такая характеристика двигателя (прямая 1).
Там же дана механическая характеристика для механизма, приводимого во
вращение двигателем (прямая 2). Для него принята зависимость Мс = М2 =
const, являющаяся типичной для целого ряда механизмов (подъемные краны,
механизмы подачи для металлорежущих станков и т. д.). Пересечение этих
прямых является точкой равновесия моментов М = Мс
(точка а) и соответствует установившемуся режиму работы.
Рисунок 3.5 - Определение устойчивости работы двигателя совместно
с механизмом
Предположим, что в результате действия каких-либо возмущающих сил
скорость увеличится на Δn. Тогда момент двигателя
увеличится до М
М
– Mc > 0. Под действием избыточного момента
1
и возникнет положительный динамический момент, так как
1
двигателя скорость n начнет нарастать, разность М – Мс еще больше
увеличится, что приведет к дальнейшему возрастанию скорости, и т. д. Если в
результате возмущения скорость уменьшится, то М – Мс < 0 и скорость будет
непрерывно уменьшаться. Отсюда следует, что точка а является точкой
76
неустойчивого равновесия и, следовательно, нормальная работа двигателя с
возрастающей механической характеристикой невозможна.
Аналогичным путем можно показать, что при падающей механической
характеристике работа будет проходить устойчиво, так
как всякое отклонение скорости на ±Δn вызывает появление избыточного
момента, направленного на восстановление равновесия. В
общем виде критерием устойчивой работы является неравенство:
Иногда при проектировании двигателей в целях уменьшения
его размеров и массы принимают повышенные значения линейной
нагрузки А и индукции в воздушном зазоре ВΔ. В таких двигателях
сильно проявляется размагничивающее действие реакции якоря, и
получить у них падающую механическую характеристику не удается. Тогда
предусматривают специальную обмотку возбуждения
(стабилизирующую обмотку), располагаемую на полюсах и включаемую
последовательно с якорем. Она имеет всего несколько витков и
предназначается для компенсации размагничивающего действия реакции
якоря. При наличии такой обмотки ток машины
практически не будет изменяться с ростом тока якоря – он будет
стабилизирован. Механическая характеристика такой машины будет
падающей.
Программа работы
1. Изучить схему для экспериментального исследования
электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения (далее
ДПТНВ), состав и назначение модулей, используемых в работе.
2. Собрать схему для экспериментального исследования ДПТНВ.
Провести пробное включение.
3. Снять естественную механическую характеристику.
4. Снять искусственную механическую характеристику при введении
сопротивления в цепь якоря.
5. Снять искусственную механическую характеристику при
пониженном напряжении якорной цепи.
6. Снять рабочие характеристики ДПТНВ.
77
7. Снять регулировочные характеристики двигателя при изменении
напряжения, подводимого к зажимам двигателя.
8. Снять регулировочные характеристики двигателя посредством
ослабления магнитного потока.
9. Провести обработку экспериментальных данных, составить отчет и
сделать заключение по работе.
Описание работы
В лабораторной работе используются следующие модули:
– модуль питания стенда (МПС);
– модуль питания (МП);
– модуль тиристорного преобразователя (ТП);
– силовой модуль (СМ);
– модуль добавочных сопротивлений №1 (МДС1);
– модуль добавочных сопротивлений №2 (МДС2);
– модуль ввода/вывода (МВВ).
Перед проведением лабораторной работы необходимо привести
модули в исходное состояние:
– переключатель SA1 модуля ЛАТР установить в нижнее положение,
ручку автотрансформатора установить в крайнее левое положение;
– переключатель SA1 модуля МДС1 установить в положение «»;
– переключатели SA1, SA2 модуля МДС2 установить в положение «0».
Исследуемая машина постоянного тока входит в состав
электромашинного агрегата, включающего в себя собственно исследуемую
машину постоянного тока М2, нагрузочную машину – машину переменного
тока – М1 и импульсный датчик скорости М3.
Для проведения работы на персональном компьютере должно быть
загружено программное обеспечение Labdrive и соответствующая
лабораторная работа.
78
Описание программного обеспечения Labdrive приведено в
Приложении 2.
Схема для исследования двигателя постоянного тока независимого
возбуждения представлена на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6 – Схема для исследования двигателя независимого
возбуждения
Якорная цепь через добавочное сопротивление RP1 модуля МДС2
двигателя постоянного тока подключается к регулируемому источнику
постоянного тока модуля ЛАТР. Обмотка возбуждения через добавочное
сопротивление RP2 модуля МДС2 подключается к нерегулируемому
источнику постоянного тока МП.
Выходы ДТ, ДН и ПЧН модуля СМ подключаются к входам А1, А2 и
А3 соответственно модуля ввода/вывода.
Асинхронный двигатель подключается через добавочные
сопротивления (модуль МДС1) непосредственно к сети модуля питания МП.
79
n, об/мин
IЯ, А
М, Нм
ЯМ
IФCM
0
Н
М
U
ФC
3.1 Естественная механическая характеристика ДПТНВ
Естественная механическая характеристика двигателя постоянного
тока независимого возбуждения представляет собой зависимость скорости от
момента нагрузки при постоянном значении напряжения на зажимах
двигателя и отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря:
n = f(МН) при UЯ=const, iВ=const и RДЯ=0.
Опыт проводится в следующей последовательности:
– включить автоматы QF1 и QF2 модулей МПС и МП соответственно;
– переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в верхнее положение;
– ручкой автотрансформатора установить номинальное напряжение
UЯ = U
= 220 В, произвести первое измерение;
Н
– переключателем SA1 модуля МДС1 вводить сопротивления, тем
самым нагружая ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,5А или ток
статора не достигнет IС = IН.
Данные опыта занести в таблицу 3.1.
Таблица 3.1
После проведения опыта установить все переключатели модулей в
исходное состояние. Ручку автотрансформатора вывести против часовой
стрелки, переключатель SA1 модуля ЛАТР перевести в нижнее положение,
отключить QF1, QF2.
Момент на валу двигателя в Нм определяется:
где UН – номинальное напряжение ДПТ (Приложение 3);
,
,
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]