2. Теоретический материал

Энергетическая диаграмма двигателя – это изображение преобразования в нём энергии. При работе двигателя, часть потребляемой им энергии из сети теряется бесполезно и рассеивается в виде тепла. Потерянную энергию в единицу времени называют потерями мощности (или потерями). В двигателе есть три основных вида потерь энергии: в механической системе, в электрических цепях, в магнитопроводе якоря.

Механические потери (Р_мех):

• потери на трение в подшипниках (Р_подш);

• потери на трение между щётками и коллектором (Р_щет);

• потери на трение о воздух и вентиляцию (Р_вент).

Р_мех = Р_подш + Р_щет + Р_вент . (9.1)

Электрические потери (Р_эл):

• потери в проводниках обмотки возбуждения в результате теплового действия протекающего в ней тока (Р_в);

• потери в проводниках обмотки якоря в результате теплового действия протекающего в ней тока (Р_я);

• потери в щётках и коллекторе в результате теплового действия протекающего в них тока (Р_щ).

Р_эл = Р_в + Р_я + Р_щ = R_вI²_в + R_яI²_я + R_щ I²_я , (9.2)

где R_в – сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

I_в – сила тока в обмотке возбуждения, А;

R_я – сопротивление обмотки якоря, Ом;

I_я – сила тока в обмотке якоря, А;

R_щ – сопротивление щёточных контактов, В.

Потери в магнитопроводе (Р_маг):

• потери в магнитопроводе якоря в результате теплового действия протекающих в нём вихревых токов (Р_вх);

• потери в магнитопроводе якоря в результате теплового действия гистерезиса (Р_г).

Р_маг = Р_вх + Р_г . (9.3)

Добавочные потери (Р_доб) возникают в двигателе в результате других не учтённых явлений.

Следовательно, суммарные потери (Р_) при работе двигателя равны:

Р_ = Р_мех + Р_эл + Р_маг + Р_доб . (6.4)

Таким образом, энергетическая диаграмма генератора имеет следующий вид (рис.9.1).

Вращающий момент на валу двигателя (М) равен моменту сопротивления механической нагрузки (М_сопр):

М = М_сопр . (9.5)

Момент, развиваемый на валу двигателя, равен:

М = kФI_я . (9.6)

Механическая мощность на валу двигателя равна:

Р_мх = М , (9.7)

где  – угловая скорость вращения вала двигателя, рад/с.

Электрическая мощность, потребляемая двигателем из сети, равна:

Р_эл = Р_мх + Р_. (9.8)

Коэффициент полезного действия двигателя равен:

. (9.9)

2. Содержание отчета

1. Наименование лабораторной работы.

2. Учебная цель лабораторной работы.

3. Конструктивная схема двигателя постоянного тока.

4. Структуру условных обозначений двигателей постоянного тока.

5. Технические характеристики двигателя постоянного тока.

6. Выводы.

4. Контрольные вопросы

1. В чём суть явления электромагнитной силы?

2. Сформулируйте закон Ампера.

3. Запишите математически и расшифруйте закон Ампера.

4. Какая электрическая машина называется двигателем постоянного тока?

5. Составьте и опишите конструктивную схему двигателя постоянного тока.

6. Какова роль дополнительных полюсов в электрической машине постоянного тока?

7. Назначение основных полюсов в электрической машине постоянного тока.

8. Каково назначение коллектора и щёточного механизма?

9. Где расположены щетки в машине постоянного тока?

10. Опишите принцип действия двигателя постоянного тока.

11. Сформулируйте правило «левой руки».

12. Как определить электродвижущую силу, которую развивает двигатель?

13. Что такое независимое возбуждение двигателя постоянного тока?

14. Что такое самовозбуждение двигателя постоянного тока?

15. Составьте энергетическую диаграмму двигателя постоянного тока с расшифровкой буквенных обозначений.

16. Запишите и расшифруйте уравнение механических потерь.

17. Запишите и расшифруйте уравнение электрических потерь.

18. Запишите и расшифруйте уравнение потерь в магнитопроводе якоря.

19. Какие ещё виды потерь возникают в генераторе постоянного тока?

20. Запишите и расшифруйте формулу механической мощности на валу двигателя постоянного тока.

21. Запишите и расшифруйте формулу электрической мощности, потребляемой двигателем постоянного тока из сети.

22. Как определить коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока?

Литература для самоподготовки

1. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник.– 3-е изд., перераб./ А.И. Вольдек.– Л.:Энергия, 1978. – 832 с.

2. Мезин Е.К. Судовые элекрические машины. Учебник. / Е.К. Мезин. – Л.: Судостроение, 1985. – 320 с.

3. Справочник судового электротехника. Т.2./Судовое электрооборудование //под.ред. Г.И. Китаева. – Л.: Судостроение, 1980. – 624 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

«Испытание двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением», часть 1

Цель работы: экспериментально определить положение геометрической нейтрали, изучить пуск, реверс двигателя постоянного тока и экспериментально получить скоростную характеристику.

Программа работы

• Уяснить цель работы.

• Выполнить задания для домашней подготовки.

• Выполнить экспериментальные исследования.

• Обработать результаты экспериментальных исследований, сделать вывод.

• Составить отчет.

• Ответить на контрольные вопросы.

• Защитить отчет.

1. Задание для домашней подготовки

   1. Во время домашней подготовки уяснить цель лабораторной работы, изучить теоретический материал по теме «Двигатели постоянного тока» [1, 2, 3]. Составить схему электрическую принципиальную исследуемой цепи, подготовить таблицы для записи показаний приборов, подготовиться к ответам на контрольные вопросы.

   2. Составьте схему электрическую принципиальную.

Описание схемы электрической принципиальной.

Экспериментальная установка состоит из: двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (М); нагрузочного реостата (R1), включенного последовательно в цепь обмотки возбуждения (ОВ); нагрузочного реостата (R2), который подключается в цепь якоря. Для измерения силы электрического тока в цепи обмотки возбуждения предусмотрен амперметр (рА1); для измерения силы электрического тока в якорной цепи предусмотрен амперметр (рА2). Для измерения напряжения на зажимах обмотки возбуждения предусмотрен вольтметр PV1. Для измерения напряжения на зажимах двигателя предусмотрен вольтметр PV2. Включение двигателя постоянного тока предусмотрено с помощью однополюсного выключателя (SA). Генератор постоянного тока (G) служит для нагрузки двигателя. Нагрузка осуществляется реостатами (R3, R4) путем замыкания однополюсных выключателей (S1, S2). Для измерения скорости вращения вала двигателя предусмотрено измерительный преобразователь BR и вольтметр (PV3). Схема электрическая принципиальная представлена на рисунке 10.1.

Рисунок 10.1 – Схема электрическая принципиальная экспериментальной установки.