· Подключить НУ к источнику питания, замкнув S 2.
· Совместить нуль лимба угломерного устройства с риской диска.
· Плавно увеличивая с помощью ЛАТра нагрузочный момент и наблюдая за углом нагрузки, вывести двигатель из синхронизма (что соответствует началу вращения риски диска). Зафиксировать соответствующие этому режиму угол θ и момент М и записать в строку 7 таблицы 9.2 (показания приборов при выполнении данного пункта не фиксируются).
· Плавно уменьшая с помощью ЛАТра нагрузочный момент, ввести двигатель в синхронный режим (риска диска неподвижна) и зафиксировать соответствующий этому режиму момент М. Записать показания всех приборов в строку 8 таблицы 9.2.
· Совместить нуль лимба угломерного устройства с риской диска, снизив выходное напряжение ЛАТра до нуля, зафиксировать угол θ и записать в соответствующую ячейку таблицы 9.2.
1.3 Исследование угловой и рабочих характеристик.
· Совместить нуль лимба угломерного устройства с риской диска.
· Плавно вращая рукоятку ЛАТра увеличивать момент нагрузки на валу двигателя в диапазоне от М= 0.1 М н до М =0.9 М вых (М вых – момент выхода из синхронизма). В пяти точках указанного диапазона провести измерения угла θ, линейного напряжения U л,линейных токов I A и I B, и мощностей P A и P B двигателя в синхронном режиме (риска сектора неподвижна). Данные наблюдений занести в строки 2-6 таблицы 9.2.
· Снизить выходное напряжение ЛАТра до нуля.
· Разомкнуть выключатели S 1 и S 2, выключить лампу-вспышку и генератор импульсов.
При оформлении отчета расчеты выполняются по результатам эксперимента с использованием следующих соотношений
θ[эл. град]= p ·θ[град]; 
,
где: θ [эл. град] – угол нагрузки, р – число пар полюсов машины, Р 1 – электрическая мощность, потребляемая двигателем, Р 2 – полезная мощность на валу, η – КПД двигателя, cosφ – коэффициент мощности, т – кратность момента, i – кратность тока, U и I – соответственно действующие значения напряжения и тока фазы двигателя, М н и I н – номинальные значения соответственно момента и тока. Результаты расчета поместить в таблицу 9.2.
2. Исследование характеристик трехфазного гистерезисного двигателя.
· Подключить к нагрузочному устройству с помощью ШР ЭМБ гистерезисный двигатель типа Г-506.
· Повторить п.п. 1.1-1.3. Данные измерений занести в таблицу 9.3, аналогичную по содержанию таблице 9.2.
Содержание отчета
1. Схема лабораторной установки.
2. Заполненные таблицы 9.1-9.3.
3. Графики угловых характеристик двигателей М (θ).
4. Семейство рабочих характеристик Р 1(Р 2), М (Р 2), I (Р 2), п (Р 2), η(Р 2), cosφ(Р 2), построенных по данным таблиц 9.2-9.3 и размещенных на одном рисунке для каждого двигателя. Следует помнить, что рабочие характеристики строятся для значений мощности Р 2 в диапазоне от 0 до Р 2н.
5. Расcчётные соотношения и результаты расчёта.
6. Выводы работе.
Лабораторная работа 10
Исследование исполнительного двигателя
постоянного тока
Цель работы – исследование электромеханических и регулировочных характеристик исполнительного двигателя постоянного тока (ИД) с полым печатным ротором.
Указания к выполнению работы
Перед выполнением работы следует изучить разделы «Двигатели постоянного тока» и «Исполнительные двигатели постоянного тока» по одному из учебников списка литературы, приведённого в конце настоящего пособия.
Описание лабораторной установки
 |
Схема установки, используемой в лабораторной работе для исследования характеристик ИД постоянного тока, приведена на рис.10.1.
Установка содержит испытуемую машину ИМ, нагрузочную машину НМ, регулируемые источники напряжения РИН1 и РИН2, цифровой Тахо-метр ТЦ-3М и блок добавочных сопротивлений R доб.
Испытуемой машиной является исполнительный двигатель постоянного тока с полым печатным ротором и возбуждением от постоянных магнитов ДПР-52-Н1-03. Технические характеристики двигателя сведены в таблицу 10.1.
Нагрузочная машина НМ, предназначенная для создания момента сопротивления на валу испытуемого двигателя, идентична испытуемому двигателю. Валы обеих машин жестко соединены между собой с помощью муфты.
Питание цепей якоря обеих машин осуществляется от регулируемых лабораторных источников постоянного напряжения типа Б5-8 (РИН1 и РИН2 на рис. 10.1). Напряжение на выходе источника может изменяться дискретно переключателем (с шагом 5 В) и плавно (от 0 до 5 В) ручкой, расположенными на лицевой панели прибора. Источники напряжения нереверсивные и для изменения направления вращения двигателя необходимо поменять местами проводники, подключенные к выходным гнёздам «+» и «–».
Таблица 10.1.
| Тип двигателя | ДПР-52-Н1-03 |
| Номинальное напряжение U ян,В | |
| Номинальная скорость п н,об/мин | |
| Номинальный ток якоря I я н,А | 0,26 |
| Пусковой момент М п,Н·м | 0,056 |
| Номинальный момент М н,Н·м | 0,011 |
| Сопротивление якоря R я,Ом | 21,5 |
| Номинальная мощность Р 2н, Вт | 5,37 |
Контроль напряжения и тока якоря испытуемой машины осуществляется вольтметром V и амперметром A, которые подключены к соответствующим клеммам на корпусе лабораторной установки.
Для получения искусственных характеристик последовательно с якорем включён резистор 
Ом с отводами. Изменение величины сопротивления осуществляется путём коммутации отводов резистора переключателем S. Значение включённого добавочного сопротивления соответствует обозначению положения переключателя («0 Ом», «10 Ом», «20 Ом» и «30 Ом»).
Цифровой автоматический тахометр ТЦ-3М предназначен для измерения скорости вращения вала испытуемой машины. Тахометр имеет диапазон измерения скорости вращения 0-150 об/с с выводом результата на цифровой индикатор в десятичной системе счисления.
Конструктивно цифровой тахометр состоит из фотоэлектрического датчика и электронного частотомера.
Работа фотоэлектрического датчика основана на преобразовании модуляции светового потока в электрические импульсы, частота следования которых пропорциональна скорости вращения. Сфокусированный световой поток от источника света ИС направляется на поверхность укрепленного на валу испытуемой машины непрозрачного диска с прорезью. На другой стороне диска расположен фотоприемник ФП, электрическая проводимость которого изменяется в зависимости от величины падающего на него светового потока. Модуляция света прорезью вращающегося диска вызывает модуляцию тока в цепи ФП. Полученные колебания тока с помощью формирователя Ф усиливаются и формируются в прямоугольные импульсы, которые подаются на вход электронного частотомера. Он подсчитывает число импульсов за фиксированный промежуток времени и регистрирует на цифровом индикаторе скорость вращения в оборотах в секунду.
Программа работы
1 Снятие электромеханических характеристик ИД.
2 Снятие регулировочных характеристик ИД.
Краткие пояснения
Измерение вращающего момента микромощных машин вызывает значительные затруднения, поэтому в работе исследуются электромеханические характеристики двигателя, т.е. зависимость скорости вращения от тока якоря
, (10.1)
где: 
(10.2)
– конструктивная постоянная ЭДС [В×мин/об], равная отношению номинального напряжения на якоре 
[В] к скорости холостого хода 
[об/мин].
Для двигателя с независимым магнитоэлектрическим возбуждением существует линейная зависимость между током якоря и вращающим моментом в Нм:
, (10.3)
где: 
(10.4)
– конструктивная постоянная момента [В×с/рад].
Выражение (10.3) позволяет определить механическую мощность, развиваемую двигателем в Вт
, (10.5)
а также КПД
, (10.6)
где 
– мощность, потребляемая от источника питания в Вт.
Из выражения (10.1) при постоянном значении тока якоря и нулевом добавочном сопротивлении получается уравнение регулировочной характеристики двигателя
(10.7)
т.е. зависимость скорости вращения якоря от величины напряжения.
Методика выполнения работы
1. Снятие электромеханических характеристик ИД
· Ознакомится с лабораторной установкой.
· Установить одинаковые направления вращения испытуемой и нагрузочной машин. Для определения направления вращения ротора испытуемой машины следует включить питание только источника РИН1 и, установив переключателем и ручкой регулятора небольшое напряжение, при котором диск вращается медленно, заметить направление вращения вала. Затем нужно отключить питание источника РИН1 и, включив питание РИН2, определить направление вращения нагрузочной машины. Если направления не совпадают, то следует изменить направление вращения нагрузочной машины путём переключения штырей вилки разъёма в выходных гнёздах источника питания РИН2.
1.1. Снятие естественной электромеханической характеристики производится в следующем порядке:
· Убедившись, что переключатель S находится в положении, соответствующем нулевому добавочному сопротивлению, включить питание источника РИН1 и установить по вольтметру V напряжение на якоре испытуемой машины, равное номинальному.
· Перевести переключатель выходного напряжения источника РИН2 в крайнее положение против часовой стрелки и включить питание.
· Плавно и дискретно увеличивая напряжение* на якоре нагрузочной машины, создать режим, при котором ток якоря испытуемой машины, измеренный амперметром А, равен нулю. Этот режим работы испытуемой машины называется режимом идеального холостого хода.
· Снять показания тахометра и, пересчитав их в число оборотов в минуту, занести результат в строку 1 таблицы 10.2.
· Дискретно и плавно понижая до нуля напряжение питания НМ и уменьшая тем самым её вращающий момент, снять показания амперметра и тахометра в 3¼4 точках и занести результаты в таблицу 10.2.
· Изменить направление вращения НМ на встречное.
· Постепенно повышая напряжение питания якоря НМ и наблюдая за вращением диска, установить режим, при котором ротор ИМ будет не-подвижным. Этот режим называется «коротким замыканием» или ре-жимом пуска. Снять показания амперметра и занести их в соответствующую ячейку таблицы 10.2.
· Дискретно и плавно понижая до нуля напряжение питания НМ и уменьшая тем самым её вращающий момент, снять показания ампер-метра и тахометра в 3¼4 точках и занести результаты в таблицу 10.2.
1.2. Искусственные электромеханические характеристики снимаются с добавочным сопротивлением при номинальном напряжении питания якоря, а также при пониженном напряжении питания без добавочного сопротивления и с добавочным сопротивлением. Значения напряжения и величины добавочного сопротивления указывает преподаватель.
Снятие искусственных электромеханических характеристик производится в следующем порядке:
· Установить согласное направление вращения ИМ и НМ.
· Установить заданное напряжение питания якоря и перевести переключатель S в положение, соответствующее значению добавочного сопротивления указанному преподавателем.
· Повторить алгоритм п. 1.1 с занесением результатов эксперимента в таблицу по форме 10.2.
Таблица 10.2
| № п/п | Режим работы | Результаты измерений U я=____ В R доб=___ Ом | Результаты вычислений | ||||
| I я А | п об/мин | М р Н·м | Р 1 | Р 2 | η % | ||
| Вт | |||||||
| 1. | Холостой ход | ||||||
| 2. | |||||||
| ¼ | ¼ | ¼ | ¼ | ¼ | ¼ | ¼ | ¼ |
| n | Короткое замыкание |
Используя выражения (10.1)¼(10.6) произвести расчёт моментов, мощностей и КПД в таблицах по форме таблицы 10.2 для естественной и трёх искусственных характеристик.
2. Снятие регулировочных характеристик ИД.
· Убедившись, что добавочное сопротивление равно нулю, включить питание обоих источников и установить по вольтметру V напряжение на якоре ИМ равным 5 В.
· Дискретной и плавной регулировкой напряжения питания НМ и, если требуется, изменением направления её вращения по амперметру А скорректировать ток якоря I я до нулевого значения и, измерив скорость вращения, занести результат в таблицу 10.3.
· Повторить измерение скорости, устанавливая напряжения якоря равным 10, 15, 20, 25 и 27 В и корректируя каждый раз значение тока якоря.
· Повторить опыт по предыдущим пунктам для двух других значений тока якоря, заданных преподавателем. Данные измерений занести в таблицу 10.3.
При оформлении отчета вычислить значения скорости вращения, Пользуясь выражением (10.7).
Таблица 10.3
| № п/п | Результаты измерений | Результаты вычислений | |||||
| U я В | I я = 0А | I я =___ А | I я =__ А | I я = 0А | I я =__ А | I я =__ А | |
| n | n р | ||||||
| об/мин | |||||||
| 1. | |||||||
| 2. | |||||||
| 3. | |||||||
| 4. | |||||||
| 5. | |||||||
| 6. |
Содержание отчета
1. Схема лабораторной установки.
2. Четыре заполненные таблицы по форме 10.2 и таблица 10.3.
3. Графики рабочих характеристик п (Р 2), М э(Р 2), I я(Р 2) и η(Р 2), построенные по данным таблицы 10.2 на одном рисунке. Следует помнить, что рабочие характеристики строятся для значений мощности Р 2 в диапазоне от 0 до Р 2н.
4. Семейство расчётных и экспериментальных электромеханических характеристик, построенных по таблицам формы 10.2 на одном рисунке.
5. Семейство расчетных и экспериментальных регулировочных характеристик, построенных по данным таблицы 10.3 на одном рисунке.
6. Расчетные формулы.
8. Выводы по работе.
Литература
1. Электротехника: учебник для вузов/А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – 10-е (9-е) изд., стер.– М.: Издательский центр «Академия», 2007 (2005). – 544 с.
2. Электротехника и электроника: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/М.А. Жаворонков, А.В. Кузин. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 400 с.
3. Электротехника/Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 528 с.
4. Общая электротехника: Учеб. пособие для вузов/Под ред. А.Т. Блажкина. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 592 с.
5. Усольцев А.А. Общая электротехника/Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО – de.ifmo.ru
