Методичка элетротехника 2013

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

По данным табл. 5.3 строят регулировочную характеристику ГПТ в относительных (см. рис. 5.4) или в абсолютных единицах.

Вид регулировочной характеристики ГПТ связан с видом внешней характеристики (см. рис. 5.3): чем сильнее снижалось напряжение с ростом нагрузки, тем в большей степени необходимо увеличивать ток возбуждения Iв, чтобы за счет увеличения магнитного потока Ф, и, следовательно, повышения ЭДС Ея добиться постоянства напряжения U генератора.

5.4.ПРОГРАММА РАБОТЫ

1.Запишите номинальные данные генератора.

2.Соберите электрическую цепь генератора в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.1.

3.Под руководством преподавателя произведите пуск двигателя переменного тока.

4.Проверьте выполнение условий самовозбуждения генератора. Если они не выполнены, то добейтесь их выполнения.

5.Снимите характеристику холостого хода генератора, как указано в п. 5.3. Результаты измерений запишите в табл. 5.1.

6.Постройте характеристику холостого хода, как показано на

рис. 5.2.

73

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

7.Снимите внешнюю характеристику ГПТ, как указано в п. 5.3. Результаты измерений запишите в табл. 5.2.

8.Постройте внешнюю характеристику (см. рис. 5.3). Определи-

те изменение напряжения u.

9.Снимите регулировочную характеристику ГПТ, как указано в п. 5.3. Значение регулируемого напряжения выберите по итогам снятия внешней характеристики или по указанию преподавателя. Результаты измерения токов I и Iв занесите в табл. 5.3.

10.Постройте регулировочную характеристику, как показано на

рис. 5.4.

11.Запишите технические данные измерительных приборов.

12.Выполните анализ полученных результатов: отметьте соответствие полученных и теоретических характеристик; дайте оценку

полученным значениям изменения напряжения u и ЭДС Еост, индуцированной остаточным магнитным потоком.

5.5.Контрольные вопросы

1.Какие основные части ГПТ изображены на схеме?

2.От каких величин зависит ЭДС генератора?

3.Назовите условия самовозбуждения ГПТ. Как проверить их выполнение?

4.Что собой представляют характеристики холостого хода, внешняя, регулировочная и как их снимают?

5.Как изменяют ток нагрузки и ток возбуждения при снятии характеристик ГПТ?

74

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Работа 6 ИСПЫТАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

6.1. ВВЕДЕНИЕ

Цель работы — ознакомление с устройством, принципом действия, способами пуска двигателя постоянного тока (ДПТ), а также приобретение практических навыков в сборке электрических цепей, опытном определении основных эксплуатационных характеристик ДПТ и обработке экспериментальных данных.

Работа ДПТ в установившемся режиме определяется уравнением напряжения

где U — напряжение на зажимах двигателя; Eя — ЭДС якоря; Iя — ток якоря; Rя — сопротивление якоря; Rc — сопротивление последовательной обмотки возбуждения в ДПТ смешанного возбуждения; М — вращающий электромагнитный момент; М0 – момент холостого хода; M2 — полезный момент на валу двигателя.

Вращающий электромагнитный момент ДПТ определяется равенством

где см — постоянная, зависящая от конструкции ДПТ; Ф — результирующий магнитный поток двигателя.

В работе проводят испытания ДПТ смешанного возбуждения, схема включения которого изображена на рис. 6.1. Паспортные данные ДПТ смешанного возбуждения приведены в табличках, прикрепленных к приборным стойкам лабораторных стендов.

Тормозной момент на валу (нагрузку двигателя) создают электромагнитным тормозом (ЭМТ), схема включения которого показана

75

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

на рис. 6.1. Тормозной момент изменяют, изменяя ток в его обмотке возбуждения ОВ. Для измерения тормозного (полезного) момента М2 служит микроамперметр РА3. Полному отклонению стрелки прибора (150 мкА) соответствует момент М2 = З0 Н м.

6.2. ПУСК И ИЗМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ДПТ

Из уравнения (6.1) следует, что ток якоря

В момент пуска двигателя n = 0 и Ея = 0, следовательно, пусковой ток при прямом включении двигателя в сеть постоянного тока определяется равенством

Для современных ДПТ при номинальной частоте вращения nном и номинальной нагрузке (полезном номинальном моменте на валу

76

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

M2ном) ЭДС якоря составляет 95...97 % от номинального напряжения Uном двигателя, т. е. Ея = (0,95...0,97)Uном. Следовательно,

Iяном(Rя + Rс) = (0,05...0,03)Uном (см. уравнение (6.1)). Поэтому при прямом включении двигателя пусковой ток Iяпуск может в 20...30 раз превысить номинальное значение тока Iяном. Одним из способов ограничения пускового тока является включение пускового реостата последовательно с якорем. В лабораторных стендах в качестве пускового реостата используют реостат R2 (см. рис. 6.1). Тогда пусковой ток якоря

При пуске желательно иметь возможно больший вращающий момент. Из уравнения (6.3) следует, что при определенном значении пускового тока наибольший момент можно получить при наибольшем значении магнитного потока Ф, т. е. при максимальном значении тока возбуждения. Для этого при пуске сопротивление реостата R1 в цепи возбуждения должно быть равно нулю.

Пуск в ход осуществляют в следующей последовательности:

-сопротивление реостата R2 в цепи якоря устанавливают максимально возможным, а сопротивление R1 — равным нулю;

-включают автоматический выключатель QF2 и подают напряжение на стенд;

-включают контактор КМ2 и подают напряжение на двигатель. По мере увеличения частоты вращения якоря уменьшают сопротивление реостата R2 до такого значения, при котором напряжение на зажимах ДПТ будет равно номинальному Uном.

Изменение направления вращения ДПТ производят либо изменением направления тока якоря, либо изменением направления тока Iв в обмотке возбуждения, что соответствует изменению полярности главных полюсов. При испытаниях ДПТ смешанного возбуждения в последнем случае необходимо также изменить направление тока и в последовательной обмотке возбуждения.

77

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

6.3. СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

Характеристика холостого хода — это зависимость частоты враще-

ния n двигателя от тока возбуждения Iв при неизменном напряжении и отсутствии полезной нагрузки, т. е. n0 = f(Iв) при U = const и М2 = 0.

В режиме холостого хода ток якоря Iя0 = (0,08...0,1)Iяном, а вращающий момент М = М0, (см. уравнение (6.2)).

Из (6.1) с учетом того, что Ея = сЕnФ, может быть получено выражение для частоты вращения

Из равенства (6.5) следует, что частота вращения обратно пропорциональна магнитному потоку Ф. Вид характеристики холостого хода показан на рис. 6.2.

Для снятия характеристики холостого хода производят пуск двигателя и устанавливают напряжение на двигателе, равное номинальному значению (U = Uном). Затем изменяют ток возбуждения Iв от наибольшего значения до некоторого наименьшего, при котором частота вращения до-

зоне изменения Iв следует получить 5…6 опытных точек через примерно равные интервалы тока Iв. Ток Iв желательно изменять только в одном направлении для исключения влияния гистерезиса. При каждом значении тока возбуждения Iв измеряют ток якоря Iя0 и частоту вращения n0. Во время опыта следует поддерживать U = Uном = const и в каждой точке ожидать установившегося значения частоты враще-

78

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ния, т. е. не производить измерений в неустановившихся режимах. Результаты измерений записывают в табл. 6.1.

Мощность Р0 энергии, потребляемой двигателем в режиме холостого хода, и ток I0 холостого хода рассчитывают по формулам

P0 = U(Iя0 + Iв) и I0 = Iя0 + Iв.

По результатам опыта строят характеристику холостого хода n0 = f(Iв) и зависимости тока якоря Iя0 и мощности P0 от тока возбуж-

Рабочие характеристики ДПТ – зависимости частоты вращения n, полезного момента М2 на валу, тока якоря Iя и коэффициента полезного действия от полезной мощности P2 при неизменных значениях напряжения на якоре и тока возбуждения двигателя, т. е. n, М2, Iя, = f(P2) при U = const и Iв = const. Вид характеристик показан на рис. 6.3.

Перед тем, как приступить к снятию рабочих характеристик, необходимо определить номинальный ток возбуждения Iвном. Для это-

го осуществляют пуск ДПТ в режиме холостого хода при максимальном токе возбуждения и устанавливают с помощью реостата R2 номинальное напряжение Uном на зажимах двигателя. Затем включают ЭМТ, предварительно убедившись в том, что ток в его обмотке возбуждения и, следовательно, тормозной момент М2 на валу ДПТ, будут

79

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

равны нулю. После этого постепенно увеличивают тормозной момент на валу ДПТ до М2 = М2ном, поддерживая при этом номинальное напряжение на зажимах ДПТ. Затем уменьшают ток возбуждения Iв ДПТ до тех пор, пока ток якоря Iя и частота вращения n не примут номинальных значений при U = Uном. Это значение тока возбуждения и будет соответствовать Iвном.

Рис. 6.3. Рабочие характеристики двигателя

Значение полезного номинального вращающего момента М2ном определяют по формуле М2ном = 9,55(Р2ном / nном), где Р2ном — полезная номинальная мощность ДПТ, Вт; nном — номинальная частота вращения, об./мин. Значение М2ном получают в ньютонометрах. Далее приступают к снятию рабочих характеристик.

При номинальной нагрузке измеряют М2ном, Uном, Iяном, nном, Iвном и затем, поддерживая постоянным напряжение U=Uном с помощью реостата R2 и ток возбуждения Iв = Iвном с помощью реостата R1, постепенно уменьшают тормозной момент от М2 = М2ном до М2 = 0 примерно через равные интервалы, чтобы получить 5…6 точек для построения характеристик. При каждом значении момента М2 измеряют все величины, указанные в табл. 6.2.

Результаты измерений записывают в табл. 6.2.

80

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 6.2

Рабочие характеристики ДПТ смешанного возбуждения

U = Uном = const; Iв = Iвном = A = const

Расчетные величины в табл. 6.2 определяют по формулам:

Р1 = U(Iя + Iв); Р2 = 0,105M2n,

где P1 — мощность электрической энергии, подводимой к двигателю;— КПД двигателя.

По данным табл. 6.2 строят рабочие характеристики двигателя в относительных (или абсолютных) единицах, характер которых показан на рис. 6.3.

6.4. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомьтесь с паспортными данными двигателя постоянного

тока.

2.Соберите электрическую цепь ДПТ согласно схеме (см. рис. 6.1).

3.После проверки цепи преподавателем проведите пробный пуск двигателя. Проверьте правильность отклонений стрелок измерительных приборов, проведите опыт изменения направления вращения двигателя, проверьте возможность регулирования частоты вращения

инагрузки ДПТ.

4.Снимите характеристику холостого хода, как указано в п. 6.2. Результаты измерений и вычислений запишите в табл. 6.1.

81

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рассчитайте мощность Р0 энергии, потребляемой ДПТ в режиме холостого хода, и постройте характеристики двигателя для режима холостого хода, вид которых показан на рис. 6.2. .

5. Снимите рабочие характеристики ДПТ, как указано в п. 6.3. Результаты измерений запишите в табл. 6.2. Рассчитайте мощности

P1 и Р2, КПД и относительные значения M2*, n*, Iя* и Р2* и постройте рабочие характеристики ДПТ в абсолютных или в относительных единицах. Вид характеристик в относительных единицах показан на рис. 6.3.

6.Проведите анализ полученных результатов. В отчете отметьте соответствие вида полученных характеристик двигателя теоретическим характеристикам. Объясните причину повышения тока якоря Iя0.и мощности P0 при уменьшении тока возбуждения в режиме холостого хода. По рабочим характеристикам дайте оценку изменения частоты вращения при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной, укажите

иоцените значение номинального КПД, укажите и оцените значения тока возбуждения и тока холостого хода, в процентах от номинального тока двигателя. Сравните значения тока двигателя, частоты вращения и КПД, измеренные в опыте при номинальном моменте М2ном, с указанными в паспорте двигателя.

6.5.Контрольные вопросы

1.Какие основные части ДПТ изображаются на схемах? Покажите их.

2.Как осуществляют пуск ДПТ?

3.Как изменить направление вращения ДПТ?

4.Какую характеристику называют характеристикой холостого хода?

5.Какие характеристики называют рабочими характеристиками двигателя?

6.Какой реостат предназначен для регулирования напряжения на двигателе?

7.Какой реостат служит для изменения тока возбуждения?

8.Как снимают характеристику холостого хода, рабочие характеристики?

82