Исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

1. Цель работы

Ознакомление с устройством двигателя постоянного тока (ДПТ), принципом действия и экспериментальное исследование характеристик, а также методами испытания его.

2. Теоретические сведения

Машины (двигатель, генератор) постоянного тока делятся по способу возбуждения на параллельное, последовательное, смешанное и независимое.

Принцип действия ДПТ основан на взаимодействии тока, протекающего в обмотке якоря, и магнитного поля, создаваемого главными полюсами. Это приводит к возникновению электромагнитного момента, который можно определить из выражения:

М_ЭМ = k_М ∙ I_Я ∙ Ф

I_Я – ток в якоре двигателя; Ф – полезный магнитный поток;

K_М – постоянная, зависящая от конструкции двигателя.

При вращении обмотки якоря в магнитном поле в ней индуцируется э.д.с., по величине равная

Е = С_Е ∙ n ∙ Ф,

где С_Е – постоянный коэффициент, n – скорость вращения якоря двигателя.

Эта э.д.с действует против приложенного к якорю напряжения и называется противо-э.д.с.; таким образом, приложенное напряжение уравновешивается противо-э.д.с., а также падением напряжения на якоре

U = E + I_Я r_Я

Для проверки эксплуатационных свойств ДПТ параллельного возбуждения производят его пуск и опытное исследование характеристик (холостого хода, рабочих и регулировочной характеристик).

3. Методика измерений

3.1. Пуск ДПТ параллельного возбуждения

Поскольку в момент пуска ДПТ скорость вращения якоря равна нулю (n=0), то и индуцируемая в обмотке якоря э.д.с. Е = 0. Если включить двигатель непосредственно в сеть без добавочного сопротивления, то возникает очень большой пусковой ток в якоре, определяемый как

Поскольку обычно r_я мало, то пусковой ток I_яп может достичь значений I_яп=(10 ÷ 20)∙I_Н, что недопустимо с точки зрения возникновения ударных нагрузок на валу и явления искрений в щеточном механизме. Для уменьшения пускового тока последовательно с якорем включают пусковой реостат, сопротивление которого должно ограничить ток в якоре в момент пуска до значений I_яп=(1,3 ÷ 1,7)∙I_Н .

С возрастанием скорости ДПТ пусковой реостат в цепи якоря постепенно выводится, так как возрастает противо-э.д.с., а следовательно, уменьшается ток якоря.

При пуске ДПТ регулировочный реостат в цепи возбуждения должен быть выведен (установить в максимальное значение), чтобы в обмотке возбуждения был максимальный ток, а, следовательно, магнитный поток и пусковой момент.

3.2. Характеристика холостого хода ДПТ параллельного возбуждения

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость n=f(I_B) при U = const (задается преподавателем). Снятие характеристики холостого хода производится при отключенном нагрузочном генераторе, т.е. I_НГ = 0. Изменяя ток возбуждения двигателя при помощи реостата R_В, поддерживают U=const при помощи реостата R_П и получают интересующую характеристику.

3.3. Рабочие характеристики

Исследование рабочих характеристик М = f(I_я), n = f(I_я), η = f(I_я), Р₂=f(I_я) осуществляется при условиях I_B = const и U = const. Для создания нагрузки используют генератор независимого возбуждения. Для вычисления указанных зависимостей рекомендуются следующие выражения:

- мощность, подводимая к двигателю [Вт]

- полезная мощность на валу двигателя [Вт]

где Р_1Г – полезная мощность генератора, полученная от двигателя;

Р_2Г – полезная мощность, отдаваемая генератором;

η_Г – к.п.д. генератора;

U_Г – напряжение на зажимах генератора;

I_НГ – ток нагрузочного генератора.

Исходя из энергетического баланса следует, что

_2Д = Р_1Д ∙ η_Д , Р_1Д ∙ η_Д = ,

где η_Д – к.п.д. исследуемого двигателя.

Поскольку агрегат двигатель-генератор собран из электрических машин одного типа, то можно считать, η_Г = η_Д = η . В силу этого для коэффициента полезного действия имеем

η = .

Полезный момент на валу двигателя определяется как

М = [Нм]

3.4. Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика ДПТ представляет собой зависимость I_B=f(I_Я) при n = const, U = const.

Изменяя нагрузку генератора с помощью нагрузочного реостата R_H, реостатом возбуждения R_B в цепи двигателя поддерживают постоянной скорость вращения якоря.

4. Программа выполнения работы

4.1. Ознакомиться с конструкцией и паспортными данными двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, записать паспортные данные оборудования и приборов.

4.2. Изучить схему лабораторной установки

4.3. Осуществить пуск двигателя

4.4. Снять характеристики холостого хода n = f(I_B) при U = const. Данные эксперимента занести в таблицу по форме 10.

4.5. Снять рабочие характеристики М = f(I_я), n = f(I_я), η = f(I_я), Р₂=f(I_я) , при и U= const I_B = const. Данные эксперимента занести в таблицу по форме 11.

4.6. Снять регулировочные характеристики I_B=f(I_Я) при n=const, U= const Данные эксперимента занести в таблицу по форме 12.

рис.10

28

форма 10

№ п/п	U	n	Iв	Iя
	В	Об/мин	А	А

Форма 11

№ п/п	Измерено							Вычислено
	Iяд	Iвд	Uд	n	Iнг	Iвг	Uг	M2	P1д	P2д	η
	А	А	В	об/мин	А	А	В	Нм	Вт	Вт	%

Форма 12

№ п/п	U	Iв	Iя	n
	В	А	А	об/мин

5. Содержание отчета

5.1. Цель и содержание работы

5.2. Перечень приборов и оборудования

5.3. Принципиальная схема установки

5.4. Таблицы экспериментальных данных

5.5. Основные расчетные формулы с числовым примером

5.6. Экспериментальные зависимости рабочих, регулировочных и холостого хода характеристик.

5.7. Выводы по работе

5.8. Дата выполнения. Подпись.

6. Контрольные вопросы

6.1. Пояснить конструктивные особенности ДПТ.

6.2. В чем заключается принцип действия ДПТ?

6.3. Почему при пуске ДПТ возникает большой пусковой ток?

6.4. Как изменить направление вращения ДПТ?

6.5. Для чего реостат в цепи возбуждения ДПТ во время пуска должен быть выведен?

6.6. Каковы способы регулирования скорости ДПТ, их оценка и вид механических характеристик при регулировании?