Описание лабораторной установки

Установка для проведения исследования процесса нагрева и ох­лаждения ЭД (см. рисунок 2) состоит из испытуемого двигателя Ml типа

АИР80А4УЗ ( = 1,1 кВт; Uн - 380/220 В; I_Н = 2,2/4,7 А; nн = 1390 об/мин; = 0,75; cosφ= 0,81; масса 11 кг, класс изоля­ции В, допустимая температура превышения 80 град) и нагрузочной машины постоянного тока М2 типа П-22 (Р_н = 1 кВт; Iян - 5,9 А; Uн = 220 В; nн = 1500 об/мин; Rя = 4,3 Ом; = 76,7 % ; Rш = 712 Ом). Для управления, контроля нагрузки и защиты ЭД применяются следующие аппараты и приборы:

- для подключения стенда к сети переменного тока;

- для подключения стенда к сети постоянного тока;

КМ - для включения ИД в работу;

SA - переключатель режима работы нагрузочной машины;

PA1, PA2, PA3 - амперметры контроля тока соответственно ИД, якорной цепи, обмотки возбуждения нагрузочной машины;

Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема установки

PW - ваттметр контроля мощности, потребляемой из сети испы­туемым двигателем;

PV1, PV2 - вольтметры контроля величины напряжения соответ­ственно переменного и постоянного тока;

HL1, HL2 - сигнальные лампы соответственно переменного и постоянного тока;

, - соответственно датчик и указатель температуры обмотки ИД.

В процессе работы ИД нагружен машиной М2, которая работает в динамическом режиме торможения на сопротивление . В резуль­тате потерь в двигателе он нагревается. Температура его обмоток контролируется датчиком, представляющим собой полупроводниковый прибор, сигнал которого через усилитель подается на указатель температуры - микроамперметр.

При отключении ИД от сети нагрузочная машина М2 переключается из динамического торможения в двигательный режим с помощью пе­реключателя SА, который в этом случае отключает якорь М2 от и включает его в сеть постоянного тока. В результате теперь М2 из тормоза становится двигателем и вращает ИД. Поэтому теплоот­дача ИД остается такой же, как и при его работе.

Методика проведения опыта и обработка его результатов.

1. Ознакомиться с оборудованием и приборами стенда и записать их паспортные данные, значение температуры воздуха в лаборатории определить номинальный ток обмотки возбуждения.

2. Рассчитать по формулам (2) и (8) и построить теоретические кривые нагрева и охлаждения по номинальным данным испытуемого двигателя.

3. Установить переключатель SA в положение I, выключателем QF1 подать на стенд напряжение переменного тока, а выключателем QF2. - напряжение постоянного тока, кнопкой SB2. включить дви­гатель в работу и засечь время начала работы и показания указа­теля Рt температуры двигателя. Установить номинальный ток обмотки возбуждения реостатом Rlм2, а реостатом Rдm заданную нагруз­ку НЦ по ваттметру в соответствии с вариантом, приведенным в таблицу 1. При этом ток обмотки якоря нагрузочной машины не должен превышать 1,2 Iн. Записать показания всех приборов. Через каж­дые 5 делений указателя температуры засекать время и записывать его в таблицу 2. Нагрев двигателя проводить до температуры, не пре­вышающей С. При малых нагрузках опыт можно останавливать, если получено 6...7 экспериментальных точек. Б процессе экспери­мента необходимо все время вести наблюдение за показаниями при­боров и в случае отклонения в них необходимо реостатом Rдm вос­становить нагрузку ИД до заданной.

Таблица 1 - Нагрузка испытуемого электродвигателя, кВт

Бригада	Группа
	41а	41б	42а	42б	43а	43б
1	1,7	1,1	1,4	1,7	1,2	1,4
2	1,5	0,9	1,2	1,3	1,1	1,2
3	1,3	1,6	1,0	1,5	0,9	1,6

Таблица 2 - Экспериментальные данные нагрева и охлаждения ЭД

	Нагрев	Охлаждение
Температура, °С
Время, с	0	0

4. Сняв последние показания нагрева ИД, поставить переключа­тель SA в положение 2, переключившем самым М2 из динамического в двигательный режим, выключить KM: (т.е. отключить ИД от сети), засечь время начала охлаждения ИД. В этом случае АД продолжает вращаться примерно с той же скоростью, что и под нагрузкой, при помощи нагрузочной машины. Через каждые 5 целений указателя тем­пературы записывать время охлаждения и температуру двигателя в таблицу 2. Опыт закончить тогда, когда температура двигателя будет отличаться не более чем на 10 °С от температуры в начале нагрева.

5. По экспериментальным данным построить кривые нагрева и ох­лаждения, совместив их с графиком, полученным расчетным путем для номинальных данных ЭД. Графическим способом определить τ_у, как это показано на рисунке 3, а также T_н и Т₀тремя способами.

Рисунок 3 – Графический способ определения τ_у

Рисунок 4 – Определение Тн методом трех точек

Методом трех точек определяют постоянную времени нагрева (охлаждения), как это показано на рисунке 4, с использованием формулы

= , (11)

При известной постоянную нагрева можно определить более простыми способами.

На рисунке 5 показан способ определения методом касательной, а на рисунке 6 определяют, используя свойства экспоненты (при t =1 температура превышения двигателя =0,632 ).

Рисунок 5 - Определение методом касательной

Рисунок 6 - Определение при известной

По найденным значениям тремя способами находят ее среднее значение и принимают его за расчетное:

, (12)

Найденное значение сравнить с Т_н, полученной по выра­жению (7).

Все рассмотренные методы определения Тн приемлемы для опре­деления по кривой охлаждения.

6. Рассчитать и построить теоретические кривые нагрева и ох­лаждения ЭД для заданной нагрузки. Так как заданная нагрузка отли­чается от номинальной, то потери в двигателе и, следовательно, его нагрев будут отличаться от тех, что были получены при номинальной нагрузке. Так как потери в двигателе учитываются его КПД, то не­обходимо определить его значение в соответствии заданной нагрузке по следующей формуле:

= , (13)

где х= - коэффициент загрузки ЭД;

α - коэффициент потерь (α = 0,5...0,7);

- КПД ЭД при номинальной нагрузке.

Тогда потери в ЭД будут составлять

=Δ = * , (14)

а установившаяся температура превышения

= /A, (15)

При этом С, А, и останутся неизменными, так как они не зависят от величины нагрузки ЭД. По расчетным данным построить кривые нагрева и охлаждения, совместив их на одном графике с предыдущими, сделать сравнение с экспериментальными кривыми и дать заключение.

7. По формуле (10) определить, на какую длительную нагрузку можно загрузить испытуемый двигатель при температуре воздуха в лаборатории, а также при кратковременной и повторно-кратковремен­ной нагрузке, согласно данным таблицы 3, а также с учетом температу­ры в лаборатории.

Таблица 3 - Продолжительность нагрузки ЭД при S2 и S3 режимах работы

Бригада	Группа
	41а		41б		42а		42б		43а		43б
	мин	ПВ %	мин	ПВ %	мин	ПВ %	мин	ПВ %	мин	ПВ %	мин	ПВ %
1	8	69	27	53	43	41	58	29	73	21	87	15
2	9	61	31	49	47	37	64	27	78	19	92	12
3	19	57	39	45	53	33	67	23	83	17	96	9

Мощность нагрузки при кратковременном режиме работы S2 оп­ределить по формуле

= , (16)

где - продолжительность кратковременной работы.

Мощность нагрузки при повторно-кратковременном режиме работы S3 определить по формуле

= / , (17)

где , - соответственно мощность нагрузки ЭД при S2 и S3 режимах;

- относительная продолжительность включения (ПВ, %/100);

- коэффициент ухудшения охлаждения двигателя (принять =1);

α- коэффициент потерь.