Красовский А.Б, Васюков С.А., Мисеюк О.И., Трунин Ю.В. Исследование двигателя постоянного тока независимого возбуждения (2014) (1244970), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Номинальныезначения токов якоря I я.н и возбуждения I в.н — максимальныедлительно допустимые их значения, при которых двигатель не перегревается выше допустимой температуры.Номинальная мощность Pн — это мощность Р2 , развиваемаядвигателем на валу при работе с номинальным моментом M н иноминальной скоростью вращения н , т. е.P2н  Pн  M н н M н nн.9,55(5)Значение номинальной скорости н, с–1, связано с номинальной частотой вращения nн , об/мин, соотношениемн 8nн.30(6)Частота вращения nн или скорость н и КПД н соответствуютработе двигателя с токами I я.н и I в.н и напряжением U н без дополнительных резисторов в цепях двигателя (на рис.

3 rд = 0, rр = 0).Мощность, потребляемая двигателем из сети в номинальномрежиме, определяется какP1н  U н I я.н  U в I в.н ,(7)а номинальный КПДн P2н.P1н(8)Соотношения (5) — (8) справедливы и для любого режима работы ДПТ, отличного от номинального режима.1.4. Электромеханические и механические характеристики.Регулирование скорости двигателяПри анализе свойств ДПТ широко используют электромеханические (Iя) и механические (M ) характеристики. Если к обмоткам двигателя подведены номинальные напряжения (U = Uн,Uв = Uв.н) и отсутствуют дополнительные резисторы в его цепях(rд = 0, rр = 0), то двигатель имеет характеристики, называемыеестественными. На естественных характеристиках находятся точки, соответствующие номинальному режиму работы ДПТ.Если же U  U н , I в  I в.н , либо в цепи якоря rд  0, то механические характеристики, соответствующие этим условиям, называются искусственными.

На этих характеристиках двигатель работает при пуске, торможении, реверсе и регулировании скоростивращения.Преобразовав выражение (3) относительно скорости , получим уравнение электромеханической характеристики (Iя):I rU яя,kФ kФ(9)а с учетом формулы (1) — уравнение механической характеристики (M ):MrяU.kФ (kФ)2(10)9При экспериментальных исследованиях измерения и количественные сопоставления часто удобнее проводить, оперируя частотой вращения n, об/мин, вместо угловой скорости , с–1. Тогдауравнение электромеханической характеристики записывают ввиде n( I я ):nI rU яя,kЕ Ф kЕ Ф(11)а уравнение механической характеристики — в виде n(M ):nUMrя,k Е Ф k Е k M Ф2(12)причем конструктивные коэффициенты связаны выражениемkE kM = 0,105; kМ = 0,105k.

Из соотношений (9), (10) или (11),(12) видно, что при неизменных U, Ф, rя эти характеристики представляют собой прямые наклонные линии. Вследствие некотороговлияния тока якоря на результирующий поток двигателя (называемого реакцией якоря) эти характеристики несколько отличаютсяот прямых линий.Режим работы двигателя при M  0 называют идеальным холостым ходом. Соответствующая этому режиму скорость идеального холостого хода определяется из уравнения (10):0 U,kФ(13)а частота вращения идеального холостого хода — соответственноиз (12):n0 U.kЕ Ф(14)В качестве примера естественная механическая характеристикаn ( M ) показана на рис. 4 (характеристика 1).

Как видно, некоторому значению момента M 1 на этой характеристике соответствуетзначение частоты вращения n1  n0 .Из уравнений (9)–(12) следует, что частоту вращения или угловую скорость двигателя можно регулировать изменением:1) суммарного сопротивления цепи якоря;102) магнитного потока двигателя;3) напряжения источника питания, к которому подключен якорьдвигателя.Рис. 4. Естественная (1) и искусственные (2–4 )механические характеристикиДля реализации первого способа регулирования в цепь якорявключают дополнительный резистор с сопротивлением rд (см.рис. 3). Уравнения искусственных электромеханической и механической характеристик для этого режима можно получить из уравнений (9), (10) или (11), (12) с учетом того, что суммарное сопротивление якорной цепи увеличится и будет равно (rя  rд ).

Разнымзначениям rд соответствуют различные искусственные характеристики, одна из возможных механических характеристик n ( M ) приведена на рис. 4 (характеристика 2). В частности, на этой характеристике при некотором заданном моменте M 1 можно, например,получить частоту вращения n2  n1.Для реализации второго способа регулирования в лабораторнойустановке в цепь обмотки возбуждения ДПТ включен дополнительный регулировочный реостат rр как показано на рис. 3. Изменениемсопротивления этого реостата получают значения тока возбужденияI в  I в.н . Примерный вид усредненной зависимости магнитного потока Ф от тока возбуждения I в представлен на рис.

5.Как видно, на этой характеристике точка, соответствующаяноминальному значению тока возбуждения I в.н и магнитного потока Ф н , расположена в зоне наибольшей кривизны. Однако на11большей части указанной кривой взоне I в  I в.н между током I в и магнитным потоком Ф наблюдаетсяпрактически прямопропорциональная зависимость. Из соотношений(10), (12) следует, что при постоянной нагрузке (M = Mc = const) и , иn находятся в сложной зависимостиот магнитного потока. Анализ этихРис. 5.

Зависимость потокауравнений показывает, что в некотоФ от тока возбуждения I вром диапазоне значений магнитногопотока Ф его уменьшение приводитк увеличению скорости или частоты вращения. Именно этот диапазон значений магнитного потока используют при их регулировании. При регулировании  или n данным методом выбираютrд  0.Каждому значению магнитного потока соответствует своя искусственная механическая характеристика, одна из них представлена на рис.

4 (характеристика 3). В частности, можно установитьтакие значения I в и соответственно Ф, чтобы при некотором значении момента M 1 получить заданную частоту вращения двигателя n3  n1.Для регулирования  или n ДПТ изменением напряжения на зажимах якоря используют регулируемый источник напряжения U .Каждому значению U соответствует отдельная электромеханическая и механическая характеристики.

Причем, если внутреннее сопротивление регулируемого источника напряжения достаточно мало, можно считать, что каждая из искусственных электромеханических и механических характеристик параллельна соответствующиместественным характеристикам. Одна из таких механических характеристик n ( M ) представлена на рис. 4 (характеристика 4). В частности, можно установить такое значение напряжения U , при котором для момента M 1 получим частоту вращения двигателя n4  n1.1.5.

Зависимость тока якоря от момента на валу двигателяПоскольку у двигателя независимого возбуждения на ток I в невлияет нагрузка на валу и без учета реакции якоря магнитный12поток также не зависит от нагрузки, то, согласно выражению (1),между током якоря I я и моментомM существует линейная зависимость (рис. 6, прямая 1). Поскольку с изменением дополнительногосопротивления в цепи якоря rд инапряжения на якоре U магнитный поток Ф практически не изменяется, то и соотношение междуI я и M остается без изменения. Рис. 6. Зависимость тока якоря I яПоэтому на рис.

6 характеристики от момента M на валу двигателяM ( I я ) при различных значенияхrд и U совпадают с характеристикой 1. Меньшему значению токавозбуждения I в (магнитного потока Ф) соответствует прямая 2 нарис. 6.Следует отметить, что в реальных условиях при работе двигателей без нагрузки (Мс = 0) в обмотке якоря существует небольшой по значению ток Iя, обусловленный наличием механическихпотерь (трение) и потерь в магнитопроводе якоря двигателя.1.6. Коэффициент полезного действиядвигателей постоянного токаКПД  — важнейшая энергетическая характеристика ДПТ.В общем виде зависимость ( P2 ) выглядит следующим образом:( P2 ) P2P2,P1 P2  Pя  Pв  Pст  Pмех(15)где  Pя — потери мощности в обмотке якоря, Pя  I я2 rя ;  Pв —потери мощности в обмотке возбуждения, Pв  I в2 rв ;  Pст — потери мощности в магнитопроводе якоря;  Pмех — механическиепотери.

Потери  Pв не зависят, а потери  Pст и  Pмех мало зависят от нагрузки двигателя.Таким образом, зависимость ( P2 ) нелинейна и достаточносложна, поскольку с изменением мощности P2 в выражении (15)13Рис. 7. Зависимость КПД от мощности на валу P2изменяются и потери мощности  Pя .Зависимость ( P2 ) получают на основе расчетных или опытных данных(рис.

7).Двигатели проектируют обычнотаким образом, чтобы максимальноезначение  было при мощности, близкой к номинальной. Из рассмотрениязависимости ( P2 ) видно, что эксплуатация двигателей при малых нагрузкахнежелательна вследствие малых значений .2. ЗАДАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ2.1. Описание лабораторного стендаПри выполнении работы используется универсальный стенд«Электрические машины», а также персональный компьютер спрограммой исследования характеристик электрических машинActiveServo.Электрическая схема подключения обмоток двигателя к источнику питания и измерительным приборам приведена на рис. 8, а лицевая панель стенда с выполненными соединениями — на рис. 9.Обмотка возбуждения Е1–Е2 (см. рис.

8) подключена к нерегулируемому источнику питания 210 В (18 на рис. 9) через регулировочный реостат R2 (21 на рис. 9). Ток возбуждения контролируется амперметром А2 (6 на рис. 9). Обмотка якоря А1–А2 (см. рис. 8) подключена к регулируемому источнику 0–250 В (19 на рис. 9) черезпусковой реостат R1 (20 на рис. 9). С якорем последовательновключены обмотка добавочных полюсов В1–В2 и компенсационнаяобмотка С1–С2, предназначенные для компенсации реакции якоря иулучшения коммутации ДПТ.

Напряжение на двигателе и ток якоряконтролируются вольтметром V1 (4 на рис. 9) и амперметром А1(5 на рис. 9). Эти же параметры, измеренные блоком управления,передаются по шине данных в персональный компьютер.14Рис. 8. Электрическая схема подключения обмоток ДПТПеред началом работы валы двигателя 10 (см. рис. 9) и нагрузочного устройства 11 должны быть соединены резиновой муфтойи накрыты защитной крышкой 12. Вращающиеся ручки 7 и 8 реостатов должны быть выведены в нулевое положение (до упорапротив хода часовой стрелки).Для начала работы включите источник питания поворотом переключателя 1, при этом загораются три индикаторные лампы вфазах трехфазной сети. Убедитесь, что ручка плавной регулировкиисточника 17 находится в нулевом положении (до упора противхода часовой стрелки).15Рис.

Характеристики

Список файлов книги