2412 ЭИ

Исследованию групп рабочих, механических и электромеханических характеристик ДПТ независимого возбуждения посвящена настоящая лабораторная работа.

ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ

Лабораторную работу «Исследование двигателя постоянного тока независимого возбуждения» выполняют на универсальном лабораторном комплексе, изготовленном Уральским филиалом РНПО «РОСУЧПРИБОР» [3]. При выполнении лабораторной работы используют электромашинный агрегат, состоящий из машины постоянного тока, машины переменного тока и преобразователя угловых перемещений. Электромашинный агрегат установлен на рабочем столе лабораторного стенда. Другие функциональные блоки расположены на вертикальной панели стенда. Там же выполнена мнемосхема электрических соединений, нанесены названия и типы блоков, показаны выключатели электропитания, держатели с предохранителями, гнезда для присоединения других устройств, регулировочные рукоятки.

В работе МПТ М1 используют как двигатель с независимым возбуждением. Машину переменного тока G4 используют в качестве синхронного генератора. Ниже приведены паспортные данные используемых агрегатов.

Машина переменного тока (102.1)

Число фаз на статоре……………………………………………………………..…..3 Число фаз на роторе………………………………………………………………….3

В режиме синхронной машины

Номинальная активная мощность, Вт………………………………………..……50

Номинальное напряжение, В………………………………………………….….230

Схема соединений обмоток статора………………………………………….….…Y

Cosϕн…………………………………………………………………………..….…..1 Номинальный ток статора, А………………………………………………..…...0,13

Ток возбуждения холостого хода, А……………………………………….…….1,4

Номинальное напряжение возбуждения, В…………………………..……….…..20 Номинальный ток возбуждения, А…………………………………………..……1,5

Номинальная частота вращения, об/мин…………………………...…………...1500

Направление вращения………………………………………...…………….…любое

11

В режиме асинхронной машины

Частота тока, Гц…………………………………………………………………….50

Номинальная полезная активная мощность, Вт…………………………………..30

Номинальное напряжение, В………………………………………………..……127

Схема соединений обмоток статора……………………………………………..…Y

Схема соединений обмоток ротора………………………………………….…..…Y

Номинальный ток статора, А……………………………………………………..0,13 КПД, %............................................................................................................................60 Cosϕн………………………………………………………………………..….…..0,73

Номинальная частота вращения, об/мин…………………………………...…...1200

Перечень используемого оборудования приведен в таблице 1.

ПРОГРАММА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Подготовка к работе

1.1.Изучить устройство и принцип действия ДПТ независимого возбуждения.

1.2.Ознакомиться с лабораторным стендом и используемым оборудованием.

1.3.Подготовить необходимые таблицы для результатов измерений.

1.4.Снять рабочие, механические и электромеханические (скоростные) характеристики ДПТНВ.

2.Экспериментальная часть работы

По таблице 1 проверить компоновку лабораторной установки.

2.1.Собрать схему соединений лабораторной установки согласно рисунку 5.

2.2.Собрать схему соединений тепловой защиты машины переменного тока. Два гнезда «ТК» тепловой защиты «Машины переменного тока» (102.1) соединить с двумя гнездами «ТК» «Трехфазного источника питания» (201).

12

13

Рисунок 5 – Схема электрических соединений экспериментальной установки

2.3.Собрать схему заземления. Соединить гнезда защитного заземления (гнезда желтого цвета): 1) основания электромашинного агрегата, 2) «Машины переменного тока» (102.1 на электромашинном агрегате), 3) «Машины постоянного тока» (101.1 на электромашинном агрегате) и других устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1 (201).

2.4.Выполнить остальные соединения согласно электрической схеме на рисунке 5.

2.4.1.Обмотку возбуждения ДПТ (выводы Е1, Е2) через реостат А1(308.1) при-

соединить к нерегулируемому выходу «ВОЗБУЖДЕНИЕ» источника G2(206). В цепь обмотки возбуждения необходимо включить мультиметр Р2, настроенный на режим измерения тока. Для этого гнездо «+» источника G2 специальными шнурами присоединить ко входу «10А» мультиметра, а гнездо мультиметра «СОМ» соединить с гнездом Е1 обмотки возбуждения ДПТ, переключатель предела измерения установить на «10 А».

2.4.2. Выводы якорной цепи ДПТ (выводы А1, А2) подсоединить к регулируемому выходу «ЯКОРЬ» источника G2(206). Измерительные приборы амперметр А, вольтметр V встроены в блок (206).

2.4.3. Обмотку ротора машины переменного тока, используемой как генератор G4 (102.1 на электромашинном агрегате), через гнезда F1, F3 присоединить к выходу возбудителя G3 (209) − гнезда «+» и «–». Ток и напряжение возбудителя контролируются встроенными в блок (209) амперметром А и вольтметром V.

2.4.4.Выводы статорной обмотки U1, V1, W1 генератора G4 соединить с активной нагрузкой А2 (306.1). Гнезда U2, V2, W2 соединить вместе (соединение Y).

2.4.5.Для измерения линейного напряжения синхронного генератора G4 использовать вольтметр в блоке «Измеритель напряжения и частот» (504), одно гнездо вольтметра подключить к гнезду U1, другое – к гнезду V1 генератора G4.

2.4.6.Для измерения тока фазы статора подключить мультиметр Р3, настроенный на режим измерения переменного тока. Для этого гнездо U1 специальными шнурами присоединить ко входу «10А» мультиметра, а гнездо «СОМ» соединить с блоком активной нагрузки А2 (306.1), переключатель предела измерения установить на «10 А».

Вход питания источника G2 (206) присоединен с помощью электрического шнура к розетке «220 В ~» трехфазного источника G1 (201). Вход питания блока возбудителя G3 (209) присоединен с помощью электрического шнура к розетке «220 В ~» трехфазного источника G1 (201).

Частота вращения ДПТ Ml контролируется с помощью указателя Р1 (506.1), соединенного с выходом преобразователя угловых перемещений G5 (104).

Ток возбуждения Iв ДПТ измеряется мультиметром Р2 (501), напряжение U контро-

лируется вольтметром V, встроенным в блок (206), ток якоря Iа двигателя Ml измеряется встроенным амперметром А источника G2 (206).

Показать выполненную схему соединений преподавателю.

Занести в отчет паспортные данные машин и измерительных приборов.

14

3.Проведение экспериментов

3.1.Снять и построить рабочие характеристики ДПТНВ.

Рабочие характеристики представляют собой зависимости частоты вращения п, тока Iа в обмотке якоря, полезного момента М2, подведенной мощности Р1, коэффициента полезного действия η от полезной мощности двигателя Р2 при неизменных значениях напряжения питания U (U = const) и тока в обмотке возбуждения IВ (IВ = const) (рисунок 5). Для снятия рабочих характеристик выполнить следующие операции.

3.1.1.Переключатели режима работы источника G2(206) и возбудителя G3 перевести в положение «РУЧН.».

3.1.2.Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 повернуть против часовой стрелки до упора.

3.1.3.Повернуть регулировочную рукоятку реостата А1 против часовой стрел-

ки до упора.

3.1.4.Установить регулировочные рукоятки активной нагрузки А2 в положение

«100 %».

3.1.5.Включить источник G1 (201). О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

3.1.6.Включитьвыключатель «СЕТЬ» инажатькнопку«ВКЛ» источникаG2 (206).

3.1.7.Произвести пуск двигателя постоянного тока М1, вращая регулировочную рукоятку источника G2 (206); установить напряжение якоря U двигателя Ml (101.1), равным 210 В, контролируя его по вольтметру V(встроен в блок (206)). Вал машины при этом должен начать вращение, о чем можно судить по характерному звуку и показаниям «Указателя частоты вращения»(506.1).

3.1.8.Включитьвыключатель«СЕТЬ» инажатькнопку«ВКЛ» возбудителяG3 (209).

3.1.9.Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3 (209), довести напряжение возбуждения до 20 В, т. е. возбудить генератор до заданного значения. Это первая точка рабочих характеристик. Уменьшая нагрузку регулировочными рукоятками блока

активной нагрузки А2 на 10÷20 % (напряжение генератора поддерживать на заданном значении), снять показания приборов и занести их в таблицу 2.

3.1.10. По завершении опыта вернуть систему в исходное состояние. Установить регулировочные рукоятки активной нагрузки А2 в положение «100 %». Регулировочную рукоятку возбудителя G3 повернуть против часовой стрелки до упора. ДТП не останавливать.

15

3.2. Снять естественную электромеханическую (скоростную) характеристику n = f(Ia)

при U = const, Iв = const.

3.2.1.Установить напряжение якоря U двигателя M1 (101.1) равным 200 220

Ви поддерживать его неизменным в процессе опыта. Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3 (209) с интервалом два деления шкалы вольтметра в блоке возбудителя, изменять ток якоря Iа двигателя Ml и занести показания амперметра А источника

G2 (206) и указателя числа оборотов n Р1 в таблицу 3 (5 6 показаний).

3.2.2. По завершении опыта повернуть регулировочную рукоятку возбудителя G3 против часовой стрелки до упора. ДПТнеостанавливать.

3.3. Снять электромеханическую (скоростную) характеристику n = f(Ia) при ослабле-

нии поля при U=const, Iв =const.

Для этого в цепь обмотки возбуждения ввести незначительное сопротивление А1. Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3 (209) с интервалом два деления

шкалы вольтметра в блоке возбудителя, изменять ток якоря Iа двигателя M1; занести показания амперметра А источника G2 (206) и указателя числа оборотов Р1 в таблицу 3 (5 6 показаний).

3.4.Снять электромеханическую (скоростную) характеристику вида n = f(U).

3.4.1.Вращая регулировочную рукоятку источника G2, изменять напряжение

U двигателя M1, при этом, ток якоря Ia поддерживать неизменным, равным 0,3 А, путем вращения регулировочной рукоятки возбудителя G3. Занести показания вольтметра источника G2 и указателя Р1 в таблицу 4.

Таблица 4

U, В

n, об/мин

Ia = const ≈0,3 А

3.4.2. Закончив измерения, повернуть регулировочную рукоятку возбудителя G3 против часовой стрелки до упора.

3.5. Снять электромеханическую (скоростную) регулировочную характеристику вида

n = f(Iв) при U = Uн = const.

Регулировочная характеристика n = f(Iв) позволяет исследовать регулирование час-

тоты вращения двигателя путем изменения тока возбуждения при неизменных напряже-

16

нии питания и нагрузке. Поддерживая напряжение на двигателе постоянным, реостатом в цепи возбуждения уменьшать ток возбуждения и измерять частоту вращения до

n= 1,2nн (снять 4 5 точек).

3.5.1.Включить мультиметр Р2 в режим DC для измерения постоянных токов и

напряжения.

3.5.2.Повернуть регулировочную рукоятку источника G2 по часовой стрелке и установить напряжение U двигателя М1, например, равным 220 В.

3.5.3.Вращая регулировочную рукоятку реостата А1, изменять ток возбужде-

ния Iв двигателя М1 и снимать его значения по мультиметру Р2. Ток якоря Ia поддерживать неизменным, например равным 0,3 А, путем вращения регулировочной рукоятки возбудителя G3. Занести показания мультиметра P2 и указателя Р1 в таблицу 5. По результатам опыта построить график n = f(Iв).

Таблица 5

Iв, А

n, об/мин

Ia = const ≈0,3 А

3.5.4. По завершении эксперимента сначала у возбудителя G3, а затем у источника G2 повернуть регулировочные рукоятки против часовой стрелки до упора, нажать кнопку «ОТКЛ» и отключить выключатель «СЕТЬ». Отключить источник G1 нажатием на кнопку «ГРИБ» с последующим отключением ключа-выключателя.

4. Обработка результатов эксперимента

Скоростные характеристики вида n = f(Ia), n = f(Iв), n = f(U) строят непосредственно по опытным данным. Для построения механической характеристики n = f(М) необходимо рассчитать ряд значений момента, соответствующих измерениям тока якоря Ia.

Вычисления произвести по следующим формулам:

1.Подведённую к двигателю мощность P1д = UIа , Вт.

2.Полезная мощность генератора P2r = √3Ur Ir, Вт.

3.Полезная мощность двигателя P2д = P1r = P2r/ηr, Вт.

4.Коэффициент полезного действия двигателя ηд = P2д ⁄ P1д, о. е.

5.Полезный момент (момент на валу) М2 = 9,55 P2д /n, Н м.

6.Момент холостого хода М0 = 9,55 P0 /n ≈ const, Н м.

7.Мощность холостого хода двигателя можно принять P0=(0,02 0,05)P2н, Вт.

8.Электромагнитный момент, развиваемый двигателем, М= М2 + М0 , Н м.

По данным таблицы 2 построить рабочие характеристики исследуемого ДПТНВ согласно рисунку 6, а).

Сделать выводы по работе.

17

M, H·м

д)

Рисунок 6 – Типовые характеристики ДПТНВ:

а– рабочие, б – механическая, в – скоростная вида n = f(Iв),

г– скоростная вида n = f(Ia), д – скоростная вида n = f(U)

18

Содержание отчета

1.Титульный лист установленного образца.

2.Название и цель работы.

3.Схема лабораторной установки.

4.Расчетная часть с графиками и пояснениями.

5.Результаты экспериментов (таблицы и графики). Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Поясните принцип действия ДПТ независимого возбуждения.

2.Устройство двигателя постоянного тока.

3.Назовите способы возбуждения ДПТ.

4.Дайте понятие механической характеристики ДПТ.

5.Назовите виды регулировочных характеристик ДПТ.

6.Назовите виды рабочих характеристик двигателя.

7.Перечислите основные способы регулирования частоты вращения ДПТ.

8.Чем определяется момент ДПТ при холостом ходе?

9.Почему характеристика тока якоря Ia = f(Р2) не выходит из начала координат?

10.Что понимается под жесткостью механической характеристики?

Библиографический список

1.Кацман М. М. Электрические машины : учеб. для студ. образовательных учреждений сред. проф. образования. – М.: ИЦ «Академия», 2007. – 496 с.

2.Копылов И. П. Электрические машины : учеб. для вузов / И. П. Копылов. – 2-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, Логос, 2000. – 607 с.

3.Сенигов П. Н., Галишников Ю. П. Руководство по выполнению базовых экспериментов «Электрические машины». – Челябинск : Изд. ЮУрГУ, 2001. – 161 с.

19

20