МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

3) З умови й (8.10), (8.12) для номінального режиму отримаємо

4)Підставляємо дані, одержані у п.п. 2,3, у рівняння п.1 і отримаємо одне рівняння з невідомим U*

Розв‟язуємо рівняння та знаходимо U*

U * 713 0,388 276 В.

Приклад 18.8. ДПС із незалежним збудженням має параметри:

Uн=440 В; nн=1108 об/хв; n0=1134 об/хв; Rщ=0,1 Ом; Rа=0,3 Ом. На скільки відсотків треба змінити магнітний потік Ф* від номінального, щоб при U*=0,8Uн; М*=2Мн; Rд=0,43 Ом швидкість обертання дорівнювала n*= 900 об/хв? Реакцію якоря не враховувати.

Розв‘язання:

1)Із (8.10) – (8.12) знаходимо постійні машини для номінального режиму

2) Визначаємо суму опорів зміненого режиму ΣR* відносно суми опорів номінального режиму ΣR

91

Помножимо отримане рівняння на х2, потім ділимо на 900 і одержимо квадратне рівняння

х2 1,008х 0,12 0 .

Знаходимо розв‟язки

За фізичним змістом розв‟язок, який значно відрізняється від 1, відкидаємо, отже,

х1 Ф* 0,87 .

Фн

Звідки маємо

Ф* 0,87 Фн (1 0,13)Фн Фн 0,13Фн .

Таким чином, новий магнітний потік зміненого режиму Ф* повинен бути зменшений на 13% від номінального Фн.

Приклад 18.9. ДПС із незалежним збудженням має параметри: n0=1134 об/хв; nн=1108 об/хв; Rа=0,3 Ом; Rщ=0,1 Ом. Знайти додатковий опір Rд, який треба ввімкнути у коло якоря, щоб n*=700 об/хв при зменшенні моменту навантаження у 3 рази. Реакцію якоря не враховувати.

Розв‘язання:

1) Запишемо параметри зміненого режиму

2) Підставляємо ці дані у рівняння МХ (8.10) для зміненого ре-

жиму

4) Тепер у отриманому рівнянні враховуємо, що за (8.10) – (8.12) для номінального режиму

5) Підставляємо в одержане рівняння відомі дані і розв‟язуємо його відносно невідомого опору Rд

92

700 1134 0,3 0,1 Rд 26; 0,3 0,1

Rд 0,4 26 434; 0,4

Rд 0,4 434 0,4 6,68; 26

Rд 6,68 0,4 6,28 6,3 Ом.

19. Приклади для самостійного розв‘язання

Приклад 19.1. Який струм споживає з мережі двигун постійного струму при номінальному навантаженні, якщо Uн=440 В, Рн=120 кВт,

=92% ?

Приклад 19.2. Генератор постійного струму має Uн=170 В, Ін = 765 А. Визначити корисну потужність генератора Рн та потужність привідного двигуна Рдв , якщо ККД генератора =91% .

Приклад 19.3. Генератор постійного струму з паралельним збудженням має 6 полюсів, петльову обмотку, опір якоря Rа=0,009 Ом, опір обмотки збудження R3=10 Ом, номінальну напругу Uн=170 В, потужність навантаження Рн=60 кВт, падіння напруги на щітках Uщ=2 В. Визначити ЕРС Е, струм якоря Ія та струм у паралельних гілках обмотки якоря Іап .

Приклад 19.4. Генератор постійного струму з паралельним збудженням має параметри: Uн=110 В, nн=3000 об/хв, Рн=3,5 кВт, Rа=0,38 Ом, R3=125 Ом, Uщ=2 В. Розрахувати частоту обертання вала машини n, якщо її використовують як двигун із паралельним збудженням при Uн=110 В, Рн=3 кВт. При розрахунку знехтувати реакцією якоря та втратами в машині.

Приклад 19.5. Двигун постійного струму з паралельним збудженням має такі параметри: напругу на клемах Uн=220 В; загальну кількість провідників у хвильовій обмотці якоря N=496; струм якоря Іа=50 А; опір обмотки якоря Rа=0,3 Ом; падіння напруги на щітках Uщ=2 В; магнітний потік Ф=0,865 10-2 Вб. Визначити частоту обертання двигуна n, якщо 2р=4.

Приклад 19.6. ЕРС в обмотці якоря генератора постійного струму з паралельним збудженням Е=127 В; напруга на клемах U=115 В; опір обмотки якоря Rа=0,2 Ом; опір обмотки збудження R3=71 Ом; падіння напруги на щітках Uщ=2 В. Визначити струм навантаження генератора Ін .

Приклад 19.7. Чотириполюсна машина постійного струму має параметри: ширину полюсної дуги в=0,103 м; довжину магнітопроводу l=0,248 м; максимальне значення магнітної індукції Вm=0,66 Тл; кількість елементарних пазів Zе=31; обмотка якоря – хвильова.

а) Визначити загальну кількість провідників в обмотці якоря N за умови, що при n=1500 об/хв в обмотці якоря наводиться ЕРС Е=209 В.

93

б) Знайти кроки обмотки якоря.

Приклад 19.8. Проста петльова обмотка чотириполюсного генератора постійного струму має загальну кількість провідників N=992. Частота обертання генератора n=1300 об/хв, на розімкнених клемах генератора напруга дорівнює U=860 В. Визначити магнітний потік Ф.

Приклад 19.9. Чотириполюсний двигун постійного струму послідовного збудження ввімкнений у мережу U=400 В; обмотка якоря петльова з N=336; магнітний потік машини Ф=4,5 10-2 Вб; споживаний струм Ін=412 А; ККД =091; опір якоря Rа=0,05 Ом; падіння напруги на щітках U=2 В. Визначити корисний момент двигуна Мн .

Приклад 19.10. Шестиполюсний генератор постійного струму має петльову обмотку якоря, N=277, Ф=4,4 10-2 Вб, n=1000 об/хв. Визначити напругу на розімкнутих клемах U0 .

Приклад 19.11. Двигун постійного струму послідовного збудження з U=500 В, n=400 об/хв; ККД =85%; М2=835 Н м. Визначити струм якоря

Іа .

Приклад 19.12. Двигун постійного струму з незалежним збудженням увімкнений у мережу U=110 В; номінальна частота nн=1000 об/хв; струм якоря Іа=25 А; опір обмотки якоря Rа=0,4 Ом. Визначити частоту обертів двигуна, якщо момент навантаження збільшити в два рази. При розв„язанні знехтувати реакцією якоря і падінням напруги на щітках.

Приклад 19.13. Двигун постійного струму з КО та незалежним збу-

б) Обчислити n* при U*=550 В; Rд=0,3 Ом; Ф*=1,1∙Фн; М*=1,3∙Мн. Побудувати МХ.

в) Розрахувати Ф* у відсотках до Фн, щоб n*=nн при U*=730 В; Rд*=0,2 Ом; М*=1,5∙Мн. Побудувати МХ.

Приклад 19.14. Двигун постійного струму з КО та незалежним збудженням має параметри: Uн=220 В; Ін=100 А; Rа=0,15 Ом; н=93%;

Uщ=1,5 В; n0=1800 об/хв.

а) Визначити nн, Мн. Побудувати природну МХ.

б) Обчислити Rд*, якщо U*=250 В; Ф*=0,9∙Фн; n*=0,8∙nн; М*=1,2∙Мн. Побудувати МХ.

в) Розрахувати U*, якщо Rд*=0,1 Ом; Ф*=1,1∙Фн; М*=1,5∙Мн; n*=0,9∙nн. Побудувати МХ.

г) Знайти Ф* у відсотках до Фн, якщо U*=200 В; Rд*=0,2 Ом; n*=nн; М*=0,9∙Мн. Побудувати МХ.

94

20.Лабораторні роботи

20.1.Дослідження двигуна постійного струму з паралельним

збудженням

Мета роботи: ознайомитися з будовою, принципом дії, основними характеристиками й методами випробувань електродвигунів постійного струму.

Основні теоретичні відомості

Машини постійного струму – генератори і двигуни – здебільшого є зворотними.

Генератор постійного струму (ГПС) являє собою електричну машину, що перетворює механічну енергію в електричну. Генератори застосовуються в установках, які перетворюють змінний струм у постійний для заряджання акумуляторних батарей, для живлення електролізних установок, у промисловості й на транспорті, де необхідне плавне регулювання швидкостей робочих машин.

ГПС складається з трьох основних частин:

-статора з магнітними полюсами (магнітна система);

-якоря з обмоткою, в якій при обертанні наводиться ЕРС;

-щітково-колекторного пристрою, за допомогою котрого одержують напругу постійного струму на затискачах генератора.

Нерухома станина 1 виробляється з литої сталі. До внутрішньої поверхні станини прикріплюються осердя електромагнітів 2. На них намотані обмотки 3 із мідного проводу (обмотка збудження). Для втримання котушок наявні полюсні наконечники 4 спеціальної форми. Вони ж забезпечу-

геометрична нейтраль

Рис. 20.1. Будова машини постійного струму ють необхідний розподіл магнітного поля. Котушки називаються обмот-

95

кою збудження, живляться постійним струмом, створюють магнітний потік, лінії якого пронизують якір.

Якір 5 – сталеве осердя з пластин. Уздовж якоря розташовані пази з обмоткою, що ізольована від сталі. Колектор 6, як і якір, насаджений на вал двигуна. Складається з набору мідних пластин, ізольованих одна від одної й від вала. Кожна з пластин шляхом паяння під‟єднується до певної точки обмотки якоря. З пластинами колектора за допомогою щіткотримача контактують спеціальні щітки, котрі мають виводи, з яких і знімається напруга генератора.

Принцип дії генератора постійного струму

На обмотку збудження подається постійна напруга, і якір приводиться в обертання. Зовнішній ланцюг відключається від затискачів якоря.

У провідниках якоря, що перетинають лінії магнітної індукції, наводиться ЕРС

де В – магнітна індукція поля;

l – довжина провідника, який знаходиться у магнітному полі; V – швидкість обертання якоря.

За правилом правої руки можна показати, що напрямок ЕРС у провідниках, що лежать під N полюсом, має один знак, а під S полюсом – інший. В активних провідниках, котрі переходять геометричну нейтраль, ця ЕРС - Е = 0. Якщо на нейтралях установити щітки, то між ними будуть провідники з однаково направленими ЕРС, сума яких максимальна.

Незважаючи на те, що при обертанні якоря все нові й нові стрижні і пластини колектора будуть займати місце під щітками, направлення ЕРС у цих провідниках, а також величина та направлення результуючої ЕРС не зміняться. Щітка, до якої спрямовані сумарні ЕРС провідників, що знаходяться під суміжними полюсами, позначається знаком (+), а інша – (–).

Способи збудження машин ПС

Ланцюг збудження і ланцюг якоря в машинах ПС можуть бути включені щодо навантаження по-різному (рис. 20.2):

96

ОЗ1

а) незалежне збудження – обмотка збудження (ОЗ) живиться від стороннього джерела. В машинах малої потужності може застосовуватися постійний магніт;

б) паралельне збудження – ОЗ підключається паралельно до якоря, має велику кількість витків із тонкого дроту і порівняно з якорем значний опір;

в) послідовне збудження – ОЗ уключається послідовно з якорем. Через неї проходять ті ж струми, що через якірні. Опір незначний (великий перетин дроту);

г) змішане збудження – на полюсах дві обмотки: одна послідовна, а інша – паралельна.

Незалежне збудження застосовується рідко, оскільки необхідно мати стороннє джерело живлення.

Принцип дії двигуна постійного струму

Машина ПС може працювати також і в якості двигуна, зокрема перетворювати електричну енергію в механічну.

Якщо до машини постійного струму підвести ззовні напругу, то в обмотці якоря буде проходити струм Ія, а в обмотці збудження струм Із. Завдяки колектору струми, що проходять у провідниках якірної обмотки, розташованих під північним полюсом, рухатимуться в один бік, а під південним – в інший. За правилом лівої руки в результаті взаємодії магнітного потоку Ф із провідниками зі струмом на ротор будуть діяти електромагнітні сили, при цьому якір двигуна почне обертатися.

Ці сили створять електромагнітний обертовий момент

М=К Ф Ія, (20.2)

де К – постійний коефіцієнт; Ф – магнітний потік.

Момент буде переборювати момент опору, доданий до вала.

При обертанні якоря стрижні перетинають лінії магнітної індукції, тому в обмотках якоря індукується ЕРС

97

Користуючись правилом правої руки, можна показати, що ЕРС якірної обмотки направлена проти струму, що проходить у ній. Це означає, що Е спрямована проти направлення U, тому отримала назву протиелектрорушійної сили. Враховуючи, що U і Е протилежні,

При номінальній роботі двигуна Iя Rя мале, і протидіюча ЕРС становить

90-95% від U.

Завдання з роботи

1.Ознайомитися з будовою і конструкцією досліджуваного електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням.

2.Зняти та побудувати робочі, механічні й частотні характеристики електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням.

3.Скласти короткі висновки щодо роботи.

Методичні вказівки щодо виконання роботи

1. Ознайомитися на лабораторному стенді з приладами, апаратами й електродвигуном, що досліджується. Записати у звіт із лабораторної роботи технічні паспортні дані електродвигуна:

2. На робочій панелі стенда “Двигун постійного струму” відповідно до принципової схеми рис. 6.2 зібрати електричне коло для знімання характеристик електродвигуна постійного струму паралельного збудження. В якості навантаження на валу досліджуваного електродвигуна використовується електромагнітне гальмо, гальмівний момент якого змінюється при зміні струму в його обмотках збудження за допомогою регульованого джерела постійної напруги. Керування гальмом виконується рукояткою “Момент навантаження електродвигунів”, яка розташована на панелі “ Навантажувальні пристрої”.

Вимірювання моменту на валу й частоти обертання якоря електродвигуна слід здійснювати вимірювальними приладами, розміщеними на приладній панелі.

Перед пуском досліджуваного електродвигуна необхідно переконатися у тому, що:

98

а) опір пускового реостата повністю введений (ручка пускового реостата знаходиться в крайньому лівому положенні – коло якоря двигуна розімкнено);

б) опір реостата в колі обмотки збудження електродвигуна повністю виведений (ручка реостата “Регулювання збудження” знаходиться в крайньому правому положенні);

в) напруга, яка підводиться до кола обмотки збудження електромагнітного гальма, дорівнює нулю (ручка “Момент навантаження електродвигунів” знаходиться в крайньому лівому положенні);

U1

П1

П2

V

RП

M A A

RЗ

ОЗ

ОЗГ

Рис. 20.3. Схема лабораторної установки

г) значення напруги живлення електродвигуна рівне номінальному значенню Uном = 220 В. Установлення напруги живлення здійснюється кнопками “ ↑” та “↓” на панелі “Навантажувальні пристрої” при попередньо натиснутій кнопці “Ввімкн.”;

д) кнопкою “Агрегат №2” на панелі “Навантажувальні пристрої” ввімкнено напругу живлення електричної мережі вимірювання моменту й частоти обертання якоря електродвигуна.

3. Провести пуск електродвигуна плавним переключенням пускового реостата з положення “1” у положення “7” із витримкою часу в кожному проміжному положенні 1 – 1,5 с. Після закінчення процесу пуску, коли частота обертання якоря двигуна стане постійною, пусковий реостат повніс-

99

тю повинен бути введеним (ручка пускового реостата має знаходитися у крайньому правому положенні “7” ).

4.Зняти механічну n = f (M), частотну n= f (Iя) й робочі характерис-

тики електродвигуна М = f (Р2), n = f (Р2), Ія = f (Р2) і η = f (Р2) при U=Uном= const та Із = Із ном, задля цього:

а) здійснити завантаження електродвигуна за допомогою електромагнітного гальма; зміна моменту електромагнітного гальма повинна виконуватися плавно. На початку досліду встановлюється струм збудження, при якому за номінальною напругою живлення і номінальним струмом, що споживається двигуном, частота обертання якоря рівна номінальній. Таке значення струму збудження дорівнює номінальному значенню; у процесі проведення досліду цей струм необхідно підтримувати незмінним

Iз=0,38 А;

б) перші точки характеристик знімаються при холостому ході електродвигуна, тобто при зменшеному до нуля моменті електромагнітного гальма;

в) поступово навантажуючи електродвигун до значення струму, що дорівнює І = 1,2Іном, виконати реєстрацію показань усіх вимірювальних приладів для 6-7 точок (уключаючи точку номінального режиму). Результати спостережень занести у таблицю 20.1, підтримуючи при цьому

U1=220 В, Із=0,38 А;

Таблиця 20.1

г) вимкнути двигун пусковим реостатом, поступово вводячи опір Rn із положення „7” у положення „1” (коло якоря розімкнене). Звернути увагу на те, що струм якоря Ія не залежить від величини опору реостата Rn.

5.Обробка результатів вимірювань:

а) за результатами вимірювань п.4 побудувати механічну n = f (M) та частотну n= f (Iя) характеристики електродвигуна;

б) за результатами вимірювань і обчислень п.4 побудувати в одній координатній площині робочі характеристики двигуна, тобто залежності моменту М, частоти обертання якоря n, струму якоря Ія та ККД η від корисної потужності Р2 на валу електродвигуна при постійному номінальному

100