Исследование двигателей постоянного тока

НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

 

Цель работы:

 

1. Ознакомиться с конструкцией электродвигателя постоянного тока и принципом его работы.

2. Изучить способ пуска, регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока.

3. Научиться снимать рабочие, механические и регулировочную характеристики двигателя.

 

Теоретическое введение

 

Двигатели постоянного тока нашли широкое применение в электроприводах, где требуется плавное регулирование скорости вращения в большом диапазоне.

При работе двигателя его якорь вращается в магнитном поле, в обмотке якоря при этом наводится ЭДС Е направленная против приложенного напряжения U:

 

, (1)

 

где: С_е – конструктивная постоянная данного двигателя; Ф – магнитный поток в воздушном зазоре, Вб; n –частота вращения.

 

В соответствии со вторым законом Кирхгофа

 

, (2)

 

где: R_а – сопротивление цепи якоря, Ом; I_а – ток якоря, А.

 

Из формулы (2) следует, что

, (3)

 

В первый момент пуска двигателя якорь неподвижен (n = 0), следовательно Е = 0 и начальный пусковой ток якоря определяется формулой . Так как сопротивление якорной цепи R_а относительно мало, то начальный пусковой ток получается очень большим, превышающий номинальный ток в 10 – 50 раз в двигателях среднем и большой мощности. Большой пусковой ток приводит к ряду нежелательных последствий. Для ограничения пускового тока при реостатном пуске на время пуска последовательно с обмоткой якоря включается пусковой реостат, сопротивление которого подбирают так, чтобы кратность пускового тока составляла 1,5 – 2 или плавно увеличивают напряжение на якоре. Из формулы (1) и (2) легко получить уравнение скоростной характеристики:

 

, (4)

 

У шунтового двигателя ток возбуждения I_В а, следовательно, магнитный поток, если не учитывать влияние реакции якоря, остается неизменным при любой нагрузке. Внутреннее падение напряжения I_а·R_a незначительно по сравнению с напряжением U сети (около 5% при номинальной нагрузке). Отсюда следует, что скорость вращения изменяется мало при изменениях нагрузки и двигатель имеет жесткие механические характеристики.

О рабочих свойствах двигателя судят по его рабочим характеристикам, которые представляют собой зависимости скорости вращения n, вращающего момента на валу М₂, потребляемой из сети мощности Р₁ и КПД от мощности на валу Р₂ при неизменном напряжении сети U и неизменном токе возбуждения I_В.

Из формулы (4) видно, что регулировать скорость вращения можно тремя способами:

1) изменением подводимого к цепи якоря напряжения U;

2) изменением сопротивления цепи якоря за счет введения дополнительного сопротивления R_доб;

3) изменением магнитного потока Ф путём введения дополнительного сопротивления в цепь обмотки возбуждения или изменения напряжения в ОВ.

Описание установки

Экспериментальная установка испытания двигателя методом непосредственной нагрузки включает: двигатель; нагрузочное устройство, в качестве которого может быть использован электромагнитный тормоз или вспомогательная машина, работающая в режиме генератора или торможения; датчик скорости; измерительные приборы и вспомогательные устройства: сопротивления; регулируемый источник питания. Данные по аппаратам, используемых в этой лабораторной работе приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1

Обозначение	Наименование	№ блока на стенде	Параметры
G1	Трехфазный источник питания	201.2	~400 В / 16 А
G2	Источник питания двигателя постоянного тока	206.1	- 0…250 В / 3 А (якорь) / - 200 В / 1 А (возбуждение)
G3	Возбудитель синхронной машины	209.2	-0…40 В / 3,5 А
G5	Преобразователь угловых перемещений		6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
G	Синхронный генератор	102.1	100 Вт / ~230 В / 1500 мин-
М	Двигатель постоянного тока	101.2	90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение)
А10	Активная нагрузка	306.1	220 В / 3´0…50 Вт;
A1 V1 V2	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра 0...1000 В / 0...10 А / 0…20 МОм
W	Ваттметр	507.2	150 В / 1 А.
Р3	Указатель частоты вращения	506.2	-2000…0…2000 мин-1
А13	Блок пускорегулировочных сопротивлений	323.2	R=2×0…100 Ом Uизм=660 (В)
А12	Блок датчиков тока и напряжения для компьютера	402.3	ДТ – 3шт. – 1/5/5; А/А/В. ДТ – 3шт. – В/В=100/1000/5.

 

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема

 

Рисунок 2.2 - Схема соединений

 

 

Описание электрической схемы соединений

Источник G1 - источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

Источник питания G2 двигателя постоянного тока используется для питания регулируемым напряжением якорной обмотки и нерегулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока М, работающей в режиме двигателя с независимым возбуждением.

Возбудитель G3 служит для питания обмотки возбуждения машины переменного тока G6, работающей в режиме синхронного генератора.

Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата.

Синхронный генератор G6 питает активную нагрузку А10, выступая в качестве нагрузочной машины.

Измеритель мощностей Р2 служит для измерения активной мощности синхронного генератора G6.

С помощью мультиметров блока Р1 контролируются интересующие напряжения и токи.

 

Указания по проведению экспериментов

 

1) Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.