Волченсков В.И. Исследование двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением (2011)

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаВ.И. ВолченсковИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙПОСТОЯННОГО ТОКАС ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМИздательство МГТУ им. Н.Э. БауманаМосковский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаВ.И. ВолченсковИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙПОСТОЯННОГО ТОКАС ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕММетодические указания к выполнению домашнего заданияпо курсу «Электротехника и электроника»МоскваИздательство МГТУ им.

Н.Э. Баумана2011УДК 621.3ББК 31.2В67В67Волченсков В.И.Исследование двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением : метод. указания к выполнению домашнего задания по курсу «Электротехника и электроника» /В.И. Волченсков. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. –26, [2] с.: ил.Рассмотрены основные методы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока и методы его торможения, приведены соответствующие схемы включения, формулы, необходимыедля расчета исследуемых характеристик двигателей, выпускаемыхв настоящее время промышленностью.Для студентов факультетов РК, МТ, Э, СМ, ФН МГТУим.

Н.Э. Баумана, изучающих дисциплину «Электротехника иэлектроника».Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК ФН.УДК 621.3ББК 31.2© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 20112ВВЕДЕНИЕДвигатели постоянного тока широко используются в электроприводах. Они обладают рядом особенностей по сравнению с другими электрическими машинами. При выполнении данного домашнего задания студенты знакомятся практически со всеми основными вопросами, связанными с анализом работы двигателейпостоянного тока, рассчитывают естественную механическую характеристику, рассматривают пуск, торможение и регулированиечастоты вращения двигателя постоянного тока (ДПТ).Полный объем домашнего задания по расчету основных характеристик ДПТ включает следующие пункты.1.

Расчет естественной механической характеристики n(M ) иэлектромеханической характеристики n(Iя) .2. Расчет искусственных механических характеристик n(M )при разных способах регулирования n:– изменении напряжения источника питания U;– введении в цепь ротора добавочного сопротивления Rя.доб;– изменении потока возбуждения Ф.3. Расчет искусственных механических характеристик n(M )при разных способах электрического торможения (генераторное,динамическое, противовключением).4.

Расчет семейства пусковых механических характеристикn(M ), обеспечивающих пуск ДПТ при трехступенчатом разгоне.5. Расчет рабочих характеристик.Исходные данные вариантов домашнего задания приведены втабл. 1 и 2. Методика расчета всех пунктов домашнего заданиярассмотрена ниже.По усмотрению преподавателя для отдельных специальностеймогут выполняться не все пункты задания.Номер варианта исходных данных соответствует порядковому номеру, под которым студент числится в журнале у старостыгруппы.31. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯДля двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением (см.

табл. 1, 2) выполнить следующие расчеты и построения.1. Нарисовать электрическую схему включения ДПТ с параллельным возбуждением.2. Рассчитать и построить на одном графике естественные механическую n(M) и электромеханическую n(Iя) характеристики.Определить частоту вращения nD при заданном моменте сопротивления MD = Mнt на валу двигателя.3. Рассчитать и построить на одном графике естественную иискусственные характеристики n(M) при разных способах регулирования частоты вращения n ДПТ.

Определить для каждого случаячастоту вращения nD при заданном моменте сопротивления MD == Mнt на валу двигателя:а) при регулировании изменением напряжения сети (U == Uq1);б) при реостатном регулировании (Rя.доб = Rяq2);в) при изменении потока возбуждения (Ф = Фq1).4. Рассчитать и построить на одном графике естественную иискусственные характеристики n(M ) при разных способах торможения ДПТ:а) при генераторном торможении, начиная с режимаnт = nнh1 и Mт = –Mнt ;б) при динамическом торможении, начиная с режимаnт = nD и Mт = –Mнt ;в) при торможении противовключением, начиная с режимаnт = –nнh2 и Mт = Mнt (при реостатном торможении);nт = nD и Mт = –Mнt (при торможении с изменением полярностинапряжения на обмотке якоря).5.

Рассчитать и построить на одном графике естественную исемейство реостатных пусковых характеристик n(M ), обеспечивающих трехступенчатый пуск ДПТ до выхода его в рабочий режим (при MD = Mнt).6. Рассчитать и построить на одном графике рабочие характеристики ДПТ с параллельным возбуждением n, Iя, M, P1, КПД = f (P2)при работе двигателя на естественной характеристике n(M ).4Таблица 1НомерР Втварианта н,1234567891011121314151617181920212223242526272829303703706006007507506306301000100016001600240024001900190032003200350025004200420032003200530053004500450071007100Uн, Вnн,об/минКПДRя, ОмRдоб.п.,ОмRвозб,ОмВариантиз табл. 21102201102201102201102201102201102201102201102201102201102201102201102201102201102201102201500150015001600150015001000160016001500160010001600160016001600160016001000100015001500160016001500150010001000150015000,660,6750,720,7250,700,710,6850,6850,740,750,710,7050,7650,770,760,7650,820,8250,8050,800,8350,8450,820,8250,8550,8650,8250,8350,860,8652,107,741,0834,380,5632,480,743,130,3781,660,3461,380,1850,740,2691,080,120,5180,1450,590,0810,3260,0960,3850,2160,8330,0840,3380,0380,151,2975,170,6592,620,5652,130,743,3360,3781,450,2241,000,1480,4860,220,9150,0890,3230,1010,430,0560,2080,0730,3640,1750,600,0560,2210,0250,09219272015359584,3303803038030354,520254,5202502165021646,417746,417749,418149,418149,217749,2177абвгдежзиабвгдежзиабвгдежзиабв5Окончание табл.

1НомерР Втварианта н,3132333435560056008500850011000Uн, Вnн,об/минКПДRя, ОмRдоб.п.,ОмRвозб,ОмВариантиз табл. 2110220110220220100010001600100015000,8350,840,8650,8750,8850,065 0,040,26 0,1830,025 0,0180,125 0,080,083 0,05334,013134,713742,0гдежзТаблица 2Параметрtq1q2h1h2Вариантабвгдежзи0,60,83,51,30,80,80,8521,250,50,50,741,20,60,70,752,51,150,40,90,921,10,30,80,8531,050,250,40,651,50,70,30,5561,40,350,70,831,350,452.

РАСЧЕТ НОМИНАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ПОСТРОЕНИЕЕСТЕСТВЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИn(M )Рассмотрим основные теоретические положения, необходимые для успешного выполнения домашнего задания.В качестве исходных данных в табл. 1 и 2 приводятся взятыеиз справочника величины:Uн – номинальное напряжение двигателя, В;Pн – номинальная мощность двигателя, кВт;nн – номинальная частота вращения ротора, об/мин;ηн – КПД при номинальной нагрузке;Rя – сопротивление обмотки якоря, Ом;Rдоб.п – сопротивление обмотки дополнительных полюсов, Ом;Rвозб – сопротивление обмотки возбуждения, Ом.Полезной мощностью P2 ДПТ является механическая, определяемая через механические параметры так: P2 = MΩ = M(2π / 60)n == 0,105Mn.6Используя номинальные данные P2н и nн, вычисляем номинальный вращающий момент двигателя Mн = 9,55P2н / nн, где P2н == Рн – номинальная мощность, Вт; nн – номинальная частота,об/мин; Mн – номинальный момент, Н·м.Номинальная электрическая мощность, потребляемая из сетидвигателем P1н = P2н / ηн.

Номинальный ток обмотки якоря Iя.н == Uн / (Rя + Rдоб.п). Номинальный ток возбуждения Iв.н = Uн / Rвозб.Рис. 1. Электрическая схемаДПТ с параллельным возбуждениемУравнение электрического состояния силовой цепи двигателя(рис. 1)U = E + Iя(Rя + Rдоб.п), где Е = СЕ Фn.Уравнение электромеханической характеристики n(Iя)n = U / (С Е Ф ) – Iя(Rя + Rдоп.п) / (СЕ Ф) = n0 – Δn .Учитывая, что M = CМФIя, получаем уравнение механическойхарактеристики n(M)n = U/(СЕ Ф) – M(Rя + Rдоб.п)/(СЕ СМ Ф2) = n0 – Δn.Полученные выражения для характеристик n(Iя) и n(M) имеютлинейный характер при допущении, что магнитная цепь двигателяне насыщена.При проведении расчетов часто требуется знать постоянныекоэффициенты СЕ Ф и СМ Ф.

Определяем их по значениям дляноминального режима:СЕ Ф = Ен / nн и С М Ф = Мн / Iя.н.Для построения естественной механической n(M) и электромеханической n(Iя) характеристик необходимо знать координатыдвух точек:n = n0 при M = 0 и Iя = 0 (режим холостого хода);n = nн при M = Мн и Iя = Iя.н (номинальный режим).7Частота вращения в режиме холостого хода n0 = U/(СЕФ).Далее на одном графике в общейсистеме координат строим обе зависимости n(M) и n(Iя) (рис. 2).По заданию требуется определитьчастоту вращения ДПТ, соответствующую заданному моменту нагрузки на валу двигателя МD = Mнt.