1. Описание лабораторной установки

Работа выполняется на унифицированном лабораторном стенде «Электропривод», состоящем из четырех электрических машин:

1) двигатель постоянного тока независимого возбуждения М1 (исследуемый двигатель);

2) нагрузочная машина М2 – машина постоянного тока независимого возбуждения, механически связанная с двигателем М1;

3) нагрузочная машина М3 – машина постоянного тока независимого возбуждения;

4) трехфазная асинхронная машина М4 (в данном опыте асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором), механически соединенная с нагрузочной машиной М3.

Обмотка якоря нагрузочной машины М2 соединена электрически с обмоткой якоря нагрузочной машины М3 таким образом, данные машины образуют систему «генератор – двигатель».

Ток возбуждения нагрузочной машины М2 регулируется резистором R301. В течение всего опыта значение тока поддерживается постоянным, равным номинальному. Ток возбуждения нагрузочной машины М3 регулируется в пределах (0÷ 1,2 I_вн) резистором R302. Цепи якоря нагрузочных машин М2 и М3 замыкаются ключом SА1. Ток в этой цепи измеряют амперметром РА4, напряжение - вольтметрами PV1, PV2.

Возбуждение машин постоянного тока регулируется широтно-импульсными преобразователями ШИП–1, ШИП–2, ШИП–3, управляемыми с помощью переменных резисторов R300, R301, R302. Напряжение на якоре двигателя М1 регулируется широтно-импульсным преобразователем ШИП с помощью резистора R201. Питание асинхронного двигателя М4 осуществляется от инвертора, позволяющего изменять частоту (резистор R402) и амплитуду трёхфазного напряжения (резистор R401). Контроль скорости вращения машин М1 и М2 осуществляется измерителем ИС1, машин М3, М4 – измерителем ИС2.Для создания различных режимов работы исследуемого двигателя М1 меняют условия работы нагрузочной машины М2: то она используется как нагрузочный генератор для двигателя в его двигательном (основном) режиме работы, то как двигатель, при вращении якоря двигателя М1 со скоростью ω > ω₀, тем самым, переводя его в генераторный режим.

Прежде чем приступить к выполнению опытов, необходимо записать паспортные данные оборудования, используемого в лабораторной работе.

Паспортные данные двигателя постоянного тока м1- м3:

Стенд №1 Стенд №2

Тип двигателя:

Р_ном = 0,55 кВт R_я = 16,4 Ом Р_ном = 0,55 кВт R_я = 2,2 Ом

U_ном = 220 В  = 67,5% U_ном = 110 В  = 70%

U_в.ном = 220 В n_ном = 1500 об/мин U_в.ном = 220 В n_ном = 3000 об/мин

I_я.ном. = 3,32 А n_макс = 4300 об/мин I_я.ном. = 7,0 А

I_в.н. = 400 мA J_дв = 0,05 кг·м² I_в.н. = 450 мA J_дв = 0,05 кг·м²

Паспортные данные АД ДМТF 011-6:

Р_н = 1,4 кВт I₀ = А

n_н = 885 об/мин R₁ = 4,55 Ом

I_н = 5,3 А R₂’= 7,3 Ом

U_1Ф = 220 В X₁ = 6,2 Ом

 = 0,615 X₂’= 6,1 Ом

cos = 0,65 J_дв = 0,021 кг·м²

М_к = 39 Н·м m = 3

М_н = 15,4 Н·м f = 50 Гц

U_2ф = 116В I_2н = 9,1А

2. Краткие теоретические сведения

Электромеханическая характеристика ДПТ представляет собой зависимость скорости вращения ω от тока якоря I_я при номинальных токе возбуждения и напряжении якоря.

Уравнение электромеханической характеристики ω = f ( I_я) имеет вид

, рад/сек. (14)

Механическая характеристика двигателя постоянного тока представляет собой зависимость скорости вращения ω от момента М при неизменном токе возбуждения.

Уравнение механической характеристики ω = f (M) для угловой скорости вращения якоря, выраженной в рад/сек, имеет вид

, рад/сек (15)

здесь в системе СИ C_Е ≈ C_м = k = p∙N / (2∙∙a) – конструктивные коэффициенты; Ф – основной магнитный поток, Вб.

Таким образом, как это следует из (14) и (15), электромеханическая и механическая характеристики двигателя независимого возбуждения представляют собой прямые линии, а наклон их зависит от величины сопротивления якорной цепи R_я (рис. 2.1), и определяется коэффициентом жесткости характеристик . Поэтому когда в цепи якоря нет добавочных сопротивлений, характеристики двигателя являются наиболее жёсткими. Такие характеристики называют естественными. Если же в цепь якоря ввести добавочное сопротивление, то наклон электромеханической и механической характеристик увеличится. Такие характеристики называют искусственными или реостатными.

Рис. 2.1. Семейство механических и электромеханических характеристик ДНВ

Для двигателей постоянного тока независимого возбуждения возможны следующие режимы работы: а) двигательный; б) режим рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть; в) режим торможения противовключением; г) режим динамического торможения.

Рекуперативное торможение наступает при скорости вращения якоря, превышающей скорость идеального х.х. ω₀. В этом случае ЭДС якоря Е_я становится больше напряжения сети U, поэтому ток якоря изменяет направление по отношению к току в двигательном режиме

, А. (16)

В

Рис.2.1

связи с изменением направления тока якоря меняется и направление электромагнитного момента M = k·Ф·I_я, который меняет свой знак и становится тормозящим. Характеристики двигателя в этом режиме, являются продолжением характеристик в двигательном режиме и располагаются во втором квадранте системы координат (рис. 2.1).

Т

а)

Рис. 2.2

б)

орможение противовключениемпроисходит в том случае, когда двигатель включен для одного направления вращения якоря, а под действием каких–либо внешних причин якорь вращается в противоположном направлении. При этом момент двигателя противодействует движению.

П

Рис. 2.2

а)

б)

риактивном моменте сопротивления в режиме торможения противовключением вращение якоря происходит в противоположном направлении, по сравнению с вращением в двигательном режиме. При этом ЭДС якоря изменяет свой знак E = kФω, и действует уже согласно с приложенным к якорю напряжением:

, А. (17)

Таким образом, ток якоря в режиме торможения противовключением больше чем в двигательном режиме и его необходимо ограничивать. Для этого в режиме противовключения в цепь якоря вводят добавочное сопротивление R_д.

При использовании этого режима при реактивном моменте сопротивления меняют полярность, приложенного к якорю напряжения, вводят добавочное сопротивление R_д в цепь якоря для ограничения данного тока.

В тот момент, когда скорость вращения якоря станет равной нулю для останова якоря необходимо отключить его от сети, иначе произойдёт реверс.

Характеристики двигателя в режиме торможения противовключением проходят в зависимости от момента сопротивления: при активном – из 1-го в 4-й квадрант, являясь продолжением характеристик двигательного режима, при реактивном – из 1-го во 2-й квадрант (рис. 2.2 а, б).

Рис. 2.2

а) б)

Подъем

Спуск

Динамическое торможение двигателя наступает при отключении обмотки якоря от сети и замыкании её на некоторое сопротивление R_д. Обмотка возбуждения при этом остаётся подключенной к сети. Якорь продолжает вращаться за счёт сил инерции, двигатель переходит в генераторный режим, но энергия, вырабатываемая при этом, преобразуется в тепловую, выделяемую на сопротивлениях якорной цепи R_д и R_я.

В режиме динамического торможения ЭДС якоря не изменяет своего направления по сравнению с двигательным режимом, но так как напряжение сети равно 0, ток якоря, изменив своё направление, начинает действовать согласно с ЭДС. В этом режиме значение тока якоря определяется по формуле

, А. (18)

где R_я = R_я + R_д, Ом;

тормозной момент

Н·м. (19)

Из уравнения (18) следует, что торможение якоря в этом режиме происходит до полной остановки.

Характеристики двигателя в режиме динамического торможения выходят из начала координат и располагаются во втором квадранте (рис. 2.1).

Из уравнения (15) механической характеристики двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения видно, что скорость двигателя можно регулировать тремя основными способами: изменением сопротивления в цепи якоря R_я; уменьшением потока возбуждения Ф и изменением подводимого к якорю напряжения U.

Регулирование скорости уменьшением потока возбуждения может осуществляться введением в цепь возбуждения сопротивления или уменьшением напряжения возбуждения.

Для регулирования скорости изменением подводимого к якорю напряжения U, в данной работе используется система «генератор – двигатель», уравнение механической характеристики, которой имеет вид:

, рад/сек, (20)

где R_Д и R_Г – сопротивления якорных цепей соответственно двигателя и генератора.

Все вышеперечисленные характеристики, возможно получить выполнив данную лабораторную работу.

Электромеханическую характеристику строят непосредственно по опытным данным. Для построения механической характеристики ω = f(M) необходимо предварительно рассчитать ряд значений момента, соответствующих измеренным значениям и занести их в табл. 2.1.

Момент рассчитывается

M = k·Ф·I_я, Н·м (21)

Данное выражение применимо для определения электромагнитного момента, который больше момента на валу на величину момента х.х. М₀ (3  4 %). Коэффициент ЭДС k·Ф можно определить, используя номинальные значение момента и тока якоря

k·Ф = M_Н /I_ЯН, В·с. (22)

Номинальное значение момента

Н·м, (23)

3. Программа работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой и записать ее технические данные.

2. Снять электромеханические характеристики ω=f(I_Я) ДПТ М1 при I_в = I_вн для U_Я = 100В, 75В, 50В.

3. Выполнить п.2.3.2 при ослабленном магнитном потоке I_в = 300 mA.

4. Снять реостатные характеристики М1 при U_я = 100В.

5. Снять зависимость ω=f(I_я) в трёх квадрантах (двигательный режим, рекуперативное торможение, торможение противовключением). U_я = 50 В, I_в = 200 mA.

6. Снять характеристику динамического торможения.

7. По результатам измерений построить соответствующие характеристики двигателя для всех режимов его работы.