4. Зміст звіту по лабораторній роботі

Звіт по лабораторній роботі обов’язково повинен включати: назву та мету роботи; схему лабораторної установки та паспортні данні електричних машин; експериментальні та розрахункові дані для побудови експериментальних характеристик; розрахунок теоретичних характеристик по паспортних даних для всіх досліджуваних режимів; графіки електромеханічних і механічних характеристик; висновки.

При розрахунку теоретичних характеристик можна використати формули, наведені в теоретичній частині. Для розрахунку експериментальної механічної та теоретичних характеристик при ослабленні магнітного потоку значення kФ визначають з формули (2) по одному з експериментальних значень I_я та ω.

Графіки експериментальних та теоретичних характеристик бажано зображати в одній системі координат.

У висновках потрібно вказати яким чином зміна того чи іншого параметру впливає на характеристики та наскільки експеримент відповідає теорії, назвати можливі причини невідповідності.

5. Контрольні питання

1. Який режим двигуна називають режимом короткого замикання?

2. Чим визначатиметься навантаження на валу виконавчого двигуна (рис.1.1) при повністю виведених пластинах водяного реостата R_в? Що потрібно зробити, щоб одержати режим ідеального холостого ходу?

3. Дати коротку характеристику способів регулювання швидкості двигунів постійного струму.

4. Як зміниться механічна характеристика двигуна в режимі динамічного гальмування при збільшені шунтувального опору?

5. В який режим перейде двигун при різкому зниженні напруги на якорі?

6. Зобразити в одних координатах природну механічну характеристику виконавчого двигуна та механічні характеристики навантажувальної машини для кількох робочих точок. В якому режимі працюватиме навантажувальна машина?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

ЕлектромеханічнІ властивостІ елеКтродвигуна змішаного збудження

Мета роботи: зняття експериментальних електромеханічних характеристик двигуна постійного струму змішаного збудження при різних схемах включення, розрахунок механічних характеристик по експериментальних даних, аналіз і порівняння експериментальних й теоретичних характеристик.

1. Основні теоретичні положення

Двигуни змішаного збудження відрізняються тим, що мають дві обмотки збудження: послідовну, яка називається серієсною, та паралельну або шунтову. Практично завжди ці обмотки вмикаються таким чином, щоб у руховому режимі роботи двигуна їх магніторушійні сили (МРС) додавались.

Електромеханічні та механічні характеристики двигуна зі змішаним збудженням описуються рівняннями (1) та (2), в яких магнітний потік є функцією струму якоря і залежить від навантаження

,

(1)

(2)

В цьому випадку в загальний опір кола якоря R_яΣ = R_я + R_с+ R_дод входить опір серієсної обмотки збудження R_с.

Залежність нелінійна і аналітично не описується. Тому електромеханічні та механічні характеристики також є нелінійними і для їх розрахунку і побудови можна скористатись приведеними на рис. 2.1 універсальними характеристиками у відносних одиницях и , які, як і для двигунів послідовного збудження, знімаються експериментально і наводяться в каталогах і довідниках, або універсальними навантажувальними характеристиками (рис. 2.2).

На відміну від двигунів з послідовним збудженням, двигуни зі змішаним збудженням можуть працювати в режимі ідеального не навантаженого ходу та в генераторному рекуперативному режимі (рис. 2.1), що зумовлено наявністю шунтової обмотки збудження.

Швидкість ідеального холостого ходу на природній характеристиці

(3)

для більшості двигунів змішаного збудження складає ω_0п = (1,3...1,6)ω_ном.

Р озглянемо метод універсальних навантажувальних характеристик, оскільки він дозволяє розраховувати за єдиним алгоритмом як природні, так і штучні характеристики для різних схем, в тому числі з комбінованим включенням опорів і обмоток двигуна. Згідно з цим методом всі схеми включення двигуна змішаного збудження можуть бути представлені єдиною узагальненою схемою (рис. 2.3), в якій коло якоря розділене на три ділянки: якоря r_я, послідовну r_п та шунтову r_ш. Причому серієсна обмотка збудження може включатись в будь-яку з цих ділянок, в залежності від бажаного режиму.

Враховуючи, що ЕРС двигуна E = kФω, і розв’язавши відносно ω систему рівнянь, що описують дану схему, можна записати рівняння електромеханічної характеристики у вигляді

,

(4)

де - коефіцієнт номінальної ЕРС; R_дв = R_я + R_с – внутрішній опір двигуна; - магнітний потік пари полюсів у відносних одиницях (в.о.); - коефіцієнт опору.

Якщо праву частину рівняння зв’язку між електромагнітним моментом двигуна і струмом якоря помножити і розділити на Ф_ном, то

.

(5)

Врахувавши це, матимемо рівняння механічної характеристики у вигляді

.

(6)

Значення швидкості холостого ходу для усіх можливих схем включення можна знайти по формулі

.

(7)

Алгоритм розрахунку теоретичних електромеханічних і механічних характеристик по паспортних даних методом універсальних навантажувальних характеристик наступний:

1. Визначити значення опорів ділянок узагальненої схеми (рис. 2.3) та коефіцієнта опору.

2. Задатись довільними значеннями струму якоря I_я та визначити відповідні їм значення струму в послідовній обмотці збудження I_с.

3. Визначити у в.о. значення струму в послідовній обмотці , та сумарної МРС , де для швидкохідних двигунів ; .

4. По графіках (рис. 2.2) визначити значення .

5. По рівнянню (2.4) розрахувати значення кутової швидкості ω.

6. По рівнянню (2.5) визначити значення моменту двигуна М.

Побудувати графіки електромеханічної та механічної характеристик.

Значення опорів ділянок узагальненої схеми (рис. 2.3), коефіцієнта опору та струму в послідовній обмотці збудження залежать від конкретної схеми включення двигуна, яка визначається тим, в яку ділянку увімкнута серієсна обмотка, та наявності зовнішніх резисторів. Розглянемо можливі схеми включення двигуна на схемі лабораторної установки (рис. 2.4).

Для роботи двигуна на природній 1 або реостатній 2 характеристиці (рис. 2.5) необхідно з’єднати клеми 2 і 3. При цьому r_я = R_я + R_с; r_ш = ∞; r_п = 0 – для природної характеристики (вимикач Q2 увімкнутий); r_п = R_п – для реостатної характеристики (Q2 вимкнутий); k_r = 1;

I_с = I_я.

Режим шунтування якоря (характеристика 5 на рис. 2.5) одержимо, якщо замкнути клеми 1, 2 та 3. В цьому випадку

r_я = R_я; r_п = R_с + R_п; r_ш = R_ш; ; .

Для роботи двигуна з паралельним включенням обмоток (характеристика 6 на рис. 2.5) потрібно замкнути клему 1 з клемою 3, а клему 2 з клемою 4. Тоді r_я = R_я; r_п = R_п; r_ш = R_ш + R_с; ;

.

Я кщо з’єднати між собою клеми 1 і 4 та клеми 2 і 3, то одержимо режим шунтування двигуна (характеристика 7 на рис 2.5). При цьому r_я = R_я + R_с; r_п = R_п; r_ш = R_ш; ; .

Природна характеристика 1 (рис. 2.5) в області малих навантажень нелінійна, що обумовлено залежністю магнітного потоку послідовної обмотки збудження від струму якоря, і її крутизна зменшується з ростом струму якоря і магнітного потоку. При подальшому збільшенні навантаження магнітна система двигуна насичується і магнітний потік стає практично незмінним. Крутизна характеристики на цій ділянці не змінюється і характеристика стає лінійною. Такий же характер матимуть і реостатні характеристики 2, але крутизна буде більшою ніж у природної характеристики. Всі ці характеристики перетинаються в точці ідеального холостого ходу.

При шунтуванні якоря нелінійні ділянки та точка перетину характеристик, що відповідають різним значенням додаткового послідовного опору, зміщуються в 2-й квадрант, швидкість холостого ходу зменшується і в рушійному режимі характеристики будуть близькими до лінійних (характеристика 5).

В режимі рекуперативного гальмування (характеристика ) струм в послідовній обмотці змінює свій напрям і її магнітний потік стає від’ємним. Це призводить до зменшення сумарного магнітного потоку і різкому росту крутизни характеристики аж до повного розмагнічування машини, коли ω → ∞. Механічна характеристика в цьому режимі матиме деякий максимум, а потім асимптотично наближатиметься до осі ординат при ω → ∞. В результаті двигун матиме незначну гальмівну спроможність при досить високих швидкостях. Аналогічною буде картина і при динамічному гальмуванні з шунтуванням всього двигуна. Тому в цих гальмівних режимах послідовну обмотку збудження відключають або роблять короткозамкненою і двигун стає ідентичним двигуну з незалежним збудженням, маючи лінійні характеристики 3 і 4. При цьому Ф = Ф_ш. Характеристики в цьому випадку можуть бути розраховані по формулах (1.2), (1.3) та (1.15), де kФ = kФ_ш, і побудовані по двох точках (наприклад, при I_я = 0 та I_я = -I_ном). Значення kФ_ш знаходять з формули (2.3), або використовуючи універсальну навантажувальну характеристику при I_я = 0 (рис. 2.2).