2.2.Расчетная и графическая часть
2.2.1. Заполнение третьей строчки таблицы 2 производиться по формуле
,
где
мощность, отдаваемая генератором в
ламповую нагрузку.
2.2.2. По результатам замеров, выполненных в пункте 2.1.2 (табл. 1, рис. 2, а) построить в произвольно выбранном масштабе характеристику холостого хода генератора при и .
2.2.3. По результатам замеров и расчетов,
выполненных в пунктах 2.1.3 и 2.2.1 (табл. 2
, рис. 2,б) построить в произвольно
выбранном масштабе внешнюю характеристику
генератора
при
,
,
а также зависимость
при
,
.
2.2.4. По результатам замеров, выполненных в пункте 2.1.4 (табл. 3, рис. 2,в) построить в произвольно выбранном масштабе регулировочную характеристику генератора при и .
Контрольные вопросы
1. Объясните устройство генератора постоянного тока с независимым возбуждением.
2 .Объясните принцип действия генератора постоянного тока.
3. Поясните вид характеристики холостого хода генератора с независимым возбуждением.
4. Поясните вид внешней характеристики генератора с независимым возбуждением.
5. Поясните вид регулировочной характеристики генератора с независимым возбуждением.
Лабораторная работа № 14 Исследование электродвигателя постоянного тока
Цель работы. Ознакомление с устройством, принципом действия, снятие и построение рабочих и механических характеристик электродвигателя постоянного тока.
1.Основные теоретические положения
Электродвигатель постоянного тока – электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую. Электродвигатели постоянного тока в конструктивном отношении не отличаются от генераторов постоянного тока.
Принцип действия электродвигателя постоянного тока основан на взаимодействии тока, протекающего в обмотке якоря и магнитного поля, создаваемого полюсами электромагнитов. При использовании машины постоянного тока в качестве электродвигателя и обмотка возбуждения и обмотка якоря питаются энергией постоянного тока (рис. 1, а).
В результате чего в полюсах электромагнитов
создается постоянное магнитное поле
(
),
а в проводниках обмотки якоря протекают
токи (рис. 1, б). В результате взаимодействия
этих токов с магнитным полем полюсов
(
)
возникают механические силы
,
под действием которых якорь будет
вращаться.
Реверс двигателя может быть произведен изменением полярности питания либо обмотки якоря либо обмотки возбуждения. При одновременном изменении полярности питания обмотки якоря и обмотки возбуждения, двигатель будет вращаться в том же направлении.
Коллектор электродвигателя постоянного тока предназначен для изменения направления тока в проводниках обмотки якоря в момент прохождения проводником нейтральной линии. Как только проводник в своем движении пересекает нейтральную линию, коллекторная пластина соединенная с этим проводником, выходит из соприкосновения со щеткой одной полярности и подходит под щетку другой полярности.
Вращающаяся обмотка якоря электродвигателя пересекает магнитное поле и поэтому в ней наводится индуктированная ЭДС
,
где ЭДС индуктируемая в обмотке якоря;
конструктивная постоянная двигателя (машины), зависит от конструкции машины;
угловая скорость вращения якоря.
Индуктированная ЭДС направлена против приложенного напряжения и поэтому получила название противоэлектродвижущая сила якоря (противо-ЭДС якоря).
Напряжение
приложенное
к обмотке якоря должно уравновешивать
противо-ЭДС
и падение напряжения в обмотке якоря
поэтому основное уравнение двигателя:
,
где
ток в обмотке якоря;
сопротивление обмотки якоря.
Из основного уравнения двигателя ток
в обмотке якоря
двигателя постоянного тока:
.
При работе двигателя в номинальном
режиме противо – ЭДС якоря
меньше напряжения
на
(3-5)%. В момент пуска двигателя
,
следовательно
и пусковой ток якоря
будет в десятки раз больше номинального
тока двигателя, что может привести к
повреждению коллектора и обмотки якоря.
Во избежание этого: 1) На время пуска в
цепь якоря последовательно включают
пусковой реостат
,
где
номинальный
ток якоря; 2) На время пуска на обмотку
якоря подают пониженное напряжение,
которое по мере разгона двигателя
постепенно увеличивают до номинального.
В зависимости от способа включения обмотки возбуждения различают электродвигатели постоянного тока с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. У двигателей с параллельным возбуждением обмотка рассчитана на полное напряжение питающей сети и включается параллельно цепи якоря (рис. 2, а).
Двигатель с последовательным возбуждением имеет обмотку возбуждения, которая включается последовательно с якорем, поэтому эта обмотка рассчитана на полный ток якоря (рис. 2,б). Двигатели со смешанным возбуждением имеют две обмотки, одна включается параллельно, другая – последовательно с якорем (рис. 2, в). Если у двигателя с параллельным возбуждением обмотка возбуждения питается от источника постоянного тока несвязанного с цепью якоря то такой двигатель можно назвать двигателем с независимым возбуждением.
Рабочие характеристики двигателей
постоянного тока представляют собой
зависимости частоты вращения
,
момента
,
тока якоря
и
КПД
от полезной мощности
на валу электродвигателя, т. е.
,
,
,
при неизменном напряжении на его зажимах.
Рабочие характеристики электродвигателя постоянного тока с параллельным или независимым возбуждением представлены на рис. 3, а. Из этих характеристик видно, что частота вращения электродвигателей с параллельным возбуждением с увеличением нагрузки несколько уменьшается.
Зависимость
полезного вращающегося момента
на валу двигателя от нагрузки
представляет собой почти прямую линию,
так как вращающий момент этого двигателя
пропорционален нагрузке на валу:
.
Искривление указанной зависимости
объясняется некоторым снижением частоты
вращения
с увеличением нагрузки.
При
ток, потребляемый двигателем равен току
холостого хода. При увеличении мощности,
развиваемой двигателем, ток якоря
увеличивается приблизительно по той
же зависимости, что и момент нагрузки
на валу, так как при условии
ток якоря пропорционален моменту
нагрузки.
КПД электродвигателя
определяют как отношение полезной
мощности на валу к мощности потребляемой
из сети:
,
где
полезная
мощность на валу; (
)
– мощность, потребляемая двигателем
из питающей сети. КПД с увеличением
мощности быстро нарастает и достигает
максимального значения при условии,
что переменные потери мощности в
двигателе оказываются равными постоянным
потерям мощности в нем.
Вращающий момент
развиваемый
двигателем определяется уравнением :
,
где конструктивная постоянная двигателя;
магнитный поток полюсов, создаваемый
обмоткой возбуждения;
ток в обмотке якоря.
Таким образом ток в обмотке якоря пропорционален моменту сопротивления на валу двигателя (нагрузке).
Зависимость угловой скорости вращения якоря от вращающегося момента двигателя называется механической характеристикой двигателя. Естественные механические характеристики двигателей параллельного (1), последовательного (2) и смешанного возбуждения (3) приведены на рис. 3, б.
Аналитическое выражение механической характеристики двигателя параллельного или независимого возбуждения:
,
где угловая скорость вращения якоря;
напряжение на обмотке якоря;
конструктивная постоянная машины;
магнитный поток полюсов, создаваемый обмоткой возбуждения;
вращающий момент двигателя;
сопротивление
обмотки якоря;
добавочное
сопротивление, включаемое последовательно
с обмоткой якоря;
сопротивление цепи якоря.
Из уравнения механической характеристики
следует, что скорость двигателя можно
регулировать тремя способами: 1) Изменением
сопротивления
(
при увеличении сопротивления
скорость
уменьшается); 2) Изменением напряжения
на
обмотке якоря (при уменьшении напряжения
скорость уменьшается); 3) Изменением
магнитного потока
,
путем регулирования тока в обмотке
возбуждения
(при
уменьшении тока
скорость увеличивается), этот способ
применяется для увеличения скорости
выше номинальной.