WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Л.В. Ролдугин, Ю.Н. Зорин Исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения Методическое указания к лабораторной работе № 13 по курсу “Электротехника и электроника” Под редакцией А.Б. Красовского Издательство МГТУ 2001 2 Цель работы - осуществление пуска и изучение способов изменения направления вращения двигателя, технических данных, методов регулирования частоты вращения, основных свойств, а также характеристик двигателя.

1. Описание лабораторной установки Лабораторная установка, электрическая схема которой приведена на рис.1, содержит двигатель постоянного тока ДПТ, электромагнитный тормоз ЭТ, измеритель момента, три управляемых выпрямителя UD1... UD3, измерительные приборы, резисторы rп и rд, тахометр, коммутирующую аппаратуру: автоматические выключатели АВ5...АВ8, кнопки ПУСК и СТОП, контакторы К1...К3, реле времени РВ1 и РВ2, выключатели S1 и S20, перемычку П3.

Для пуска и выключения двигателя используются контакторы и реле времени (см.

далее разд.3, п.3). Катушку контактора К1 включают и выключают кнопками ПУСК и СТОП.

Электромагнитный тормоз ЭТ создает тормозной момент на валу двигателя.

Значение момента можно изменять регулятором R1 управляемого выпрямителя UD1.

Резисторы rп и rд ограничивают пусковой ток двигателя (см. далее разд.3, п.3).

38 0 В 220 В АВ7 АВ8 АВ5 АВ6 UD1 UD 2 UD3 R1 R2 R3.

1 СТОП ПУ СК S1 S2 0.1 K1 - + - + - + 0...2 2 0 В K1.3 S.2 1 K.4 PB1 1 Нм А V 4 2 К1.1 К1.2 PB 1 K2 П3 П K2.2 PB2 ДИ К2.1 r п S2 0.2 PB 2 K3 К3 r д А 5 Об м и н / Ш1 Ш2 Я1 Я2 ЭТ Я1 Я2 ДПТ Ш1 Ш2 Рис.1 Выключателем S1 предотвращается возможность пуска двигателя при включенном электромагнитном тормозе (см. далее разд.3, п.3). Выключателем S20 можно включить резистор rд в цепь якоря двигателя (см. далее разд.3, п.3).

Перед пуском двигателя выключатели S1 и S20 необходимо ВКЛЮЧИТЬ, а после пуска выключатель S1 перевести в положение ВЫКЛЮЧЕНО.

Регулятором R2 (выпрямителя UD2) можно изменять ток в цепи возбуждения двигателя. Напряжение на якоре двигателя регулируется с помощью выпрямителя UD(регулятор R3).

Измеритель момента, состоящий из индуктивного датчика ДИ, преобразователя П, измерительного прибора Н·м и механизма передачи изменения положения индуктора тормоза к ДИ, позволяет измерить момент, создаваемый тормозом (см. далее разд.3, п.8).

На стенде установлен также цифровой тахометр, с помощью которого измеряется частота вращения двигателя.

Большая часть электрической цепи лабораторной установки смонтирована. На рис.соответствующая ей часть схемы обведена штрихпунктирной линией.

Для проведения эксперимента обмотку якоря и обмотку возбуждения двигателя соединяют с одноименными гнездами стенда, а также устанавливают перемычку П3.

Для исключения аварийного режима работы стенда при пуске двигателя (после разрешения преподавателя) необходимо соблюдать представленную последовательность действий:

1) регулятор R1 повернуть до упора против часовой стрелки, чтобы напряжение на выходе выпрямителя UD1 после его включения было близко к нулю, включить АВ5;

2) включить АВ6 и с помощью регулятора R2 установить максимальный ток в обмотке возбуждения (пуск с недостаточным током возбуждения может привести к разносу двигателя);

3) включить выключателем АВ7 выпрямитель VDЗ и регулятором RЗ установить напряжение 220 В;

4) включить цепь управления выключателем АВ8. После этого можно осуществлять пуск двигателя нажатием на кнопку ПУСК.

2. Порядок выполнения работы 1. Изучить электрическую схему установки (см. рис.1), определить назначение всех ее элементов, найти их на лабораторном стенде (см. разд.1), записать технические данные исследуемого двигателя (см. паспорт на двигателе).

2. Изучить последовательность действий при пуске двигателя (см. разд.1), а также необходимые переключения в схеме для изменения направления вращения двигателя (см. далее разд.3, п.2).

3. Соединить обмотку якоря и обмотку возбуждения двигателя с одноименными гнездами стенда, установить перемычку П3.

4. Отчитаться перед преподавателем в выполнении пп.1,2,3, затем осуществить пуск двигателя при М = 0.

5. Провести опыт нагрузки для выяснения зависимостей частоты вращения двигателя n и тока якоря Iя, от момента на валу М, а также коэффициента полезного действия от мощности на валу Р2 при номинальных напряжении на зажимах якоря Uн и токе возбуждения Iвн. Результаты опыта занести в табл.1.

Методические указания:

а) установить номинальный ток возбуждения Iвн = 0,55 А и поддерживать его во время опыта постоянным;

б) установить номинальное напряжение на зажимах якоря Iн = 220В;

в) измерения провести при нагрузках (моментах), которые соответствуют следующим значениям тока якоря:

I = I ; I = 0.75 I ; I = 0.5 I ; I = 0.25 I ; I = I.

Я Н Я Н Я Н Я Н Я ХХ Здесь Iн - номинальный ток двигателя; Iхх - ток якоря при работе двигателя в режиме холостого хода (М = 0);

г) после получения экспериментальных данных двигатель не выключать, момент установить равным нулю.

Таблица Измерено Вычислено U = Uя, Iв = Iвн Iя, М, n, I, P1, P2, КПД В А А Н·м мин-1 А кВт кВт 6. Провести второй опыт нагрузки (U = Uн, Iв = Iвн) для определения характера изменения зависимостей n(М) и IЯ(М) при включенном в цепь якоря добавочном резисторе rд. Результаты опыта занести в табл.2.

Методические указания:

а) включить в цепь якоря резистор rд выключателем К3, переведя его в положение ВЫКЛЮЧЕНО;



б) ток возбуждения при проведении эксперимента поддерживать номинальным;

в) измерения проводить при значениях тока якоря Iя, указанных в п.в) методических указаний к п.5.

Таблица U = Uя, Iв = Iвн, Iя, М, n, В А А Н·м мин-7. Выполнить третий опыт нагрузки (Iв = Iвн, rд = 0) для определения характера изменения зависимостей n(М) и IЯ(М) при напряжении на зажимах якоря меньше номинального значения. Результаты опыта занести в табл.3.

Методические указания:

а) установить напряжение на якоре V = (130…150) В;

б) выключить резистор rд (выключатель S20 перевести в положение ВКЛЮЧЕНО);

в) ток возбуждения во время опыта поддерживать номинальным;

г) измерения провести при значениях тока якоря Iя, указанных в п.в) методических указаний к п.5.

Таблица U, Iв = Iвн, Iя, М, n, В А А Н·м мин-8. Провести четвертый опыт нагрузки (U = Uн, rд = 0 для определения характера изменения зависимостей n(М) и IЯ(М) при ослабленном магнитном потоке Ф. Результаты опыта занести в табл.4.

Методические указания:

а) установить ток возбуждения примерно Iв = 0,4 А (не меньше) и поддерживать его постоянным;

б) установить на зажимах якоря номинальное напряжение;

в) измерения провести при тех же значениях тока якоря Iя, что и в предыдущих опытах (см. пп.5-7).

После завершения эксперимента выключить двигатель (с помощью кнопки СТОП), а затем источник напряжения стенда. Результаты опытов (см. пп.5-8) показать преподавателю.

Таблица U = Uя, Iв, Iя, М, n, В А А Н·м мин-9. Вычислить по результатам табл.1 потребляемую мощность P1, мощность на валу P2, коэффициент полезного действия. Результаты занести в табл.1.

10. Построить по результатам табл.1-4 в общей системе координат механические характеристики n(М).

11. Построить по результатам табл.1-4 в общей системе координат зависимости IЯ(М).

3. Теоретические сведения * 1. Классификация двигателей по способу возбуждения Свойства двигателей постоянного тока существенно зависят от того, как изменяется их магнитный поток с изменением нагрузки на валу. Эта зависимость определяется схемой включения их обмоток возбуждения. Различают двигатели параллельного (шунтовые), последовательного (сериесные), смешанного (компаундные) возбуждений.

В данной работе изучается двигатель параллельного возбуждения, который часто включают по схеме, представленной на рис.2. Как видно из рис.2, его обмотку возбуждения Ш1 - Ш2 включают в сеть постоянного напряжения параллельно обмотке якоря Я1 - Я2. Важной особенностью двигателя параллельного возбуждения является то, что его ток возбуждения не зависит от механической нагрузки двигателя:

U IВ =.

rВ Если не учитывать некоторого изменения магнитного потока Ф вследствие реакции якоря, то при Iв = соnst можно считать Ф= const.

На практике, например в электроприводах прокатных станов, используют и другую схему включения двигателя параллельного возбуждения: обмотку возбуждения и обмотку якоря двигателя питают от разных источников постоянного напряжения. Это делают для того, чтобы иметь возможность независимо регулировать напряжение на зажимах якоря. При такой схеме включения двигателя ток возбуждения Iя также не зависит от момента на валу двигателя.

Особенность включения двигателя на лабораторном стенде (см. рис.1) - источник напряжения цепи возбуждения является регулируемым.

* Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. М., 1985.

+ U - I I я E r я Я1 ЯI в Ш Ш 1 Рис.2. Устройство и принцип действия двигателей постоянного тока Устройство машин постоянного тока (генераторов и двигателей) в упрощенном виде показано на рис.3. К стальному корпусу 1 статора машины прикреплены главные и дополнительные 4 полюса. На главных полюсах расположена обмотка возбуждения 8, на дополнительных - обмотка дополнительных полюсов 5. Обмотка возбуждения создает магнитный поток Ф машины.

На валу 10 двигателя закреплен цилиндрический магнитопровод 6, в пазах которого расположена обмотка якоря 7. Секции обмотки якоря присоединены к коллектору 9. К нему же прижимаются пружинами неподвижные щетки 8. Закрепленный на валу двигателя коллектор состоит из ряда изолированных от него и друг от друга медных пластин. С помощью коллектора, и щеток осуществляется соединение обмотки якоря с внешней электрической цепью. У двигателей они, кроме того, служат для преобразования постоянного по направлению тока внешней цепи в изменяющийся по направлению ток в проводниках обмотки якоря.

Дополнительные полюса с расположенной на них обмоткой уменьшают искрение между щетками и коллектором машины. Обмотку дополнительных полюсов соединяют последовательно с обмоткой якоря и на электрических схемах часто не изображают.

Ф n Рис.Для уменьшения потерь мощности магнитопровод якоря выполнен из отдельных стальных листов. Все обмотки изготовлены из изолированного провода.

Кроме двигателей, имеющих два главных полюса, существуют машины постоянного тока с четырьмя и бльшим количеством главных полюсов. При этом соответственно увеличивается количество дополнительных полюсов и комплектов щеток.

Если двигатель включен в сеть постоянного напряжения, то при взаимодействии магнитного поля, созданного обмоткой возбуждения, и тока в проводниках якоря возникает вращающий момент, действующий на якорь:

M = kM Ф I, (1) Я (2) E = ke Ф n, где КМ - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров машины; Ф - магнитный поток одного полюса; IЯ - ток якоря.





Если момент двигателя при n = 0 превышает тормозящий момент, которым нагружен двигатель, то якорь начнет вращаться. При увеличении частоты вращения n возрастает индуцируемая в якоре ЭДС. Это приводит к уменьшению тока якоря:

U U - E - keФ n I = =, (3) Я rЯ rЯ где rЯ - сопротивление якоря.

Следствием уменьшения тока IЯ является уменьшение момента двигателя. При равенстве моментов двигателя и нагрузки частота вращения перестает изменяться.

Направление момента двигателя и, следовательно, направление вращения якоря зависят от направления магнитного потока и тока в проводниках обмотки якоря. Чтобы изменить направление вращения двигателя, следует изменить направление тока якоря либо тока возбуждения.

3. Пуск двигателей Из формулы (3) следует, что в первое мгновение после включения двигателя в сеть постоянного напряжения, т.е. когда n = 0 и E = keФ n = 0, U I =.

Я rЯ Так как сопротивление rЯ невелико, то ток якоря может в 10…30 раз превышать номинальный ток двигателя, что недопустимо, поскольку приведет к сильному искрению и разрушению коллектора. Кроме того, при таком токе возникает недопустимо большой момент двигателя, а при частых пусках возможен перегрев обмотки якоря.

Чтобы уменьшить пусковой ток в цепи якоря, включают пусковой резистор, сопротивление которого по мере увеличения частоты вращения двигателя уменьшают до нуля. Если пуск двигателя автоматизирован, то пусковой резистор выполняют из нескольких ступеней, которые выключают последовательно по мере увеличения частоты вращения.

В лабораторной установке (см. рис.1) пуск двигателя осуществляется автоматически в функции времени. Пусковой ток ограничивается резисторами rп и rд.

На рис.1 показано исходное состояние контактов: выключателей - когда они выключены; кнопок - при отсутствии на них воздействия; контакторов и реле времени - при отсутствии в их катушках тока. При воздействии на кнопку ПУСК (при включенных АВ5...АВ8, S1, S20) катушка контактора К1 оказывается включенной в сеть. Контактор срабатывает и его контакты замыкаются. Контактами К1.1 и К1.обмотка якоря подключается к источнику UD3, контактом К1.3 шунтируются кнопка ПУСК, контакты S1.1 и S20.1 выключателей S1 и S20. Поэтому воздействие на кнопку ПУСК можно прекратить, выключатель S1 перевести в положение ВЫКЛЮЧЕНО (выключатель S20 переводят в положение ВЫКЛЮЧЕНО при получении резистивной механической характеристики).

Так как после указанных переключений контакты К2.1 и К3 остаются разомкнутыми, в цепь якоря двигателя оказываются включенными резисторы rп и rд.

Таким образом, пусковой ток якоря U I =.

ЯП rЯ + rП + rД По мере разгона двигателя в обмотке якоря возрастает ЭДС, а как следует из формулы (3), это приводит к уменьшению тока якоря IЯ. Поэтому по мере увеличения частоты вращения двигателя сопротивление в цепи якоря уменьшают. В лабораторной установке это происходит следующим образом.

При срабатывании контактора К1 катушка реле времени РВ1 также включена в сеть. Реле времени срабатывает и замыкает свой контакт, но с некоторой задержкой.

Эта задержка необходима для того, чтобы частота вращения якоря достигла некоторого значения. После замыкания контакта РВ1 срабатывает контактор К2, который контактом К2.1 шунтирует резистор rп, а контактом К2.2 включает в сеть катушку реле времени РВ2. Таким образом, разгон двигателя продолжается только при включенном в цепь якоря резисторе rд. Спустя некоторое время после срабатывания реле времени РВ2 замыкается его контакт в цепи катушки контактора К3, который срабатывает (контакт S20.2 замкнут, так как выключатель S20 включен) и шунтирует резистор rд. Разгон двигателя продолжается.

Чтобы при сравнительно небольшом пусковом токе получить большой пусковой момент, пуск двигателя осуществляют с наибольшим магнитным потоком.

Следовательно, ток возбуждения при пуске должен быть максимально допустимым, т.е.

номинальным.

4. Технические данные двигателей В паспорте двигателя и справочной литературе на двигатели постоянного тока указаны следующие технические данные: номинальные напряжение Uи, мощность Pн, частота вращения nн, ток Iн, КПД.

Под номинальным Uн понимают напряжение, на которое рассчитаны обмотка якоря и коллектор, а также в большинстве случаев и параллельная обмотка возбуждения. С учетом номинального напряжения выбирают электроизоляционные материалы двигателя.

Номинальный ток Iн – максимально допустимый ток (потребляемый из сети), при котором двигатель нагревается до наибольшей допустимой температуры, работая в том режиме (длительном, повторно-кратковременном, кратковременном), на который рассчитан:

I = I + I, Н ЯН ВН где Iян — ток якоря при номинальной нагрузке; Iвн – ток обмотки возбуждения при номинальном напряжении.

Следует отметить, что ток возбуждения Iвн двигателя параллельного возбуждения сравнительно мал, поэтому при номинальной нагрузке обычно принимают I = I.

ЯН Н Номинальная мощность Рн - это мощность, развиваемая двигателем на валу при работе с номинальной нагрузкой (моментом) и при номинальной частоте вращения nн.

Частота вращения nн, и КПД соответствуют работе двигателя с током Iн, напряжением Uн без дополнительных резисторов в цепях двигателя.

В общем случае мощность на валу P2, момент М и частота вращения n связаны соотношением:

M n P2 =.

Потребляемая двигателем из сети мощность Р1, величины P2, КПД, U, I связаны соотношениями:

P =, PP1 = UI, где I = I + I.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.