Работа № 1. Исследование механических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения при питании от сети.

1. Программа работы.

1. Подготовка к работе.

Рассчитать и построить механические характеристики:

1. Естественную.

2. Искусственную при заданном ослабленном магнитном потоке Ф.

3. Искусственную при заданном добавочном сопротивлении в цепи якоря R_п.

4. Динамического торможения при заданном сопротивлении R_ш.

5. Искусственную для схемы шунтирования якоря сопротивлением R_ш и последовательном сопротивлении R_п тех же, что и в п. 1.1.3 и 1.1.4.

1. Экспериментальные исследования.

   1. Осуществить пуск двигателя.

   2. Снять механические характеристики, перечисленные в п. 1.1.1  1.1.5.

3. . Составление отчёта.

Отчет должен включать:

1. Принципиальную электрическую схему установки.

2. Паспортные данные машин.

3. Расчёты теоретических характеристик и таблицы с результатами экспериментальных исследований.

4. Графики теоретических и экспериментальных характеристик.

5. Анализ полученных результатов и выводы, которые должны включать оценку свойств двигателя по следующим показателям:

• вид механической характеристики в зависимости от схемы включения двигателя и ее параметров;

• жёсткости естественной и искусственных механических характеристик;

• обоснование причин расхождения теоретических и экспериментальных характеристик.

2. Расчет характеристик.

Основной статической характеристикой двигателя является его механическая характеристика  = f (М), которая для двигателя постоянного тока имеет вид:

, (1.1)

где U - напряжение якорной цепи, R - ее полное сопротивление, Ф - магнитный поток, С_м - конструктивная постоянная двигателя;  и М - текущие значения скорости (рад/с) и момента (Нм).

В двигателях постоянного тока независимого возбуждения магнитный поток при отсутствии насыщения магнитной системы не зависит от нагрузки, т.е. С_мФ = соnst. U и R для различных схем включения двигателя могут отличаться, но при изменении нагрузки остаются постоянными, т.е. U = const и R = const. Поэтому в координатах  и М механическая характеристика (1.1) представляет собой прямую линию:

 = ₀ - _С , (1.2)

где _{0 =} - скорость идеального холостого хода (М = 0), которая соответствует точке пересечения характеристики с осью ; _С = - статическое падение скорости, обусловленное изменением нагрузки. Оно определяет наклон характеристики. Так как М является аргументом функции , то угол наклона характеристики зависит только от сомножителя . Если он постоянен, то падение скорости _С пропорционально нагрузке М. В этом случае теоретическая механическая характеристика строится по двум точкам: 1)  = ₀, М = 0; 2) при произвольном значении момента М (обычно номинальном) и значении , рассчитанном по (1.1) или (1.2) для этого значения момента.

В двигателях постоянного тока:

М = с_МФ I_Я . (1.3)

Ниже приводятся паспортные данные двигателей.

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения - 4П0100S1

Номинальная механическая мощность, кВт - 0.55

Номинальная скорость вращения, об/мин - 1000

Номинальное напряжение питания якоря, В - 220

Номинальный ток якоря, А - 3.5

Номинальный ток возбуждения, А - 0.58

Полное сопротивление якоря при 75 град. С, Ом - 13.7

Вентильный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов - CFM71S

Номинальный момент, Нм - 5

Номинальный фазный ток, А - 2.2

Номинальное напряжение питания при соединении обмоток звездой, В - 380

Номинальная скорость вращения, об/мин – 2000

Расчет естественной механической характеристики производится по паспортным данным двигателя и уравнениям (1.1) или (1.2). Для этого необходимо предварительно рассчитать R и с_МФ. При работе на естественной характеристике дополнительных сопротивлений в цепи якоря нет, поэтому R – это полное сопротивление якорной цепи двигателя. Величину с_МФ оценивают с помощью кривой намагничивания двигателя, показанной на рис. 1.1. Построение естественной механической характеристики (линия 1 на рис. 1.3) производится по двум точкам: 1) ₀, М = 0; 2) _Н, М_Н.

Расчет искусственной механической характеристики при ослабленном магнитном потоке двигателя Ф. В отличие от естественной характеристики магнитный поток двигателя Ф Ф_Н. Поэтому для определения ₀, _С и  необходимо найти новое значение С_МФ. Преподавателем задается значение тока возбуждения I_В I_ВН при котором должна сниматься характеристика и оценка С_МФ осуществляется с помощью кривой намагничивания двигателя. Построение искусственной характеристики (линия 2 на рис. 1.3) производится по двум точкам:

1) ₀ = , М = 0;

2) М = С_МФI_Н ,  = ₀ - .

Расчет искусственной механической характеристики при введении в цепь якоря добавочных сопротивлений ограничивается вычислением величины _С. Так как скорость идеального холостого хода от сопротивления якорной цепи не зависит и характеристика снимается при номинальном магнитном потоке, то ₀ будет такой же как на естественной характеристике. Статическое падение скорости _С = , где R = R_Д + R_П, и  = ₀ - _С рассчитываются для заданного значения R_П при М = М_Н. Искусственная механическая характеристика (линия 3 на рис. 1.3) строится по двум точкам: 1) М = 0,  = ₀; и 2) М = М_Н,  = ₀ - _С. При значительной величине сопротивления R_П скорость может стать отрицательной, что свидетельствует о переходе двигателя в режим торможения противовключением.

Расчёт механической характеристики в режиме динамического торможения ведут исходя из условия, что она проходит через начало координат, так как якорь отключен от сети и U = 0, т.е. при М = 0,  = ₀ = 0. Скорость во второй точке механической характеристики (линия 4 на рис. 1.3) определяется при М = М_Н по формуле  = - _С для сопротивления R = R_Д + R_Т.

Расчёт искусственной механической характеристики при шунтировании якоря сопротивлением R_Ш и последовательном сопротивлении R_П выполняют по формуле:

. (1.4)

Из (1.4) следует, что при такой схеме включения двигателя изменились обе составляющие выражения (1.2). Скорость идеального холостого хода рассчитывается по формуле: , а статическое падение скорости при М = М_Н – по формуле: . Величина скорости в этой точке равна: . Характеристика (линия 5 на рис. 1.3) строится по двум точкам: 1) M = 0, ; 2) М = М_Н, .