Лаб.раб

активную мощность Ро. Эта мощность расходуется на потери в магнитопроводе машины, на механические потери трения в подшипниках, вентиляционные потери трения о воздух и на нагревание обмоток статора при протекании по ним тока холостого хода. Все это – потери холостого хода, которые считают постоянными потерями и не зависящими от режима работы двигателя.

Важнейшей характеристикой электрического двигателя является механическая характеристика, под которой понимают зависимость частоты вращения n от вращающего момента М: n = f(М). При выборе двигателя к производственному механизму из множества двигателей с различными механическими характеристиками выбирают тот, механическая характеристика которого удовлетворяет требованиям механизма. Механическая характеристика, относящаяся к нормальным рабочим условиям двигателя (номинальное напряжение питания, номинальная частота сети, отсутствие в схеме каких либо добавочных сопротивлений), называется естественной механической характеристикой. При изменении рабочих условий (напряжения питания, частоты сети) механическая характеристика называется искусственной.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называют зависимости частоты вращения n, вращающего момента на валу двигателя М, потребляемого линейного тока I, скольжения s, коэффициента полезного действия η, коэффициента мощности cosϕ двигателя и потребляемой мощности Р1 от полезной мощности на валу двигателя Р2.

Изменение напряжения на зажимах статора приводит не только к изменению вращающего момента. С напряжением на зажимах статора связаны скорость вращения ротора n и мощность на валу двигателя Р2 = 0,105 Мn при постоянном вращающем моменте М.

Чем ниже напряжение, тем меньше скорость n и мощность Р2. Величина напряжения, подводимого к статору, оказывает влияние и на коэффициент полезного действия двигателя. Таким образом, с изменением напряжения на фазах двигателя изменяются и его рабочие характеристики.

Одним из основных недостатков асинхронного двигателя долгое время являлась сложность регулирования частоты вращения. Частота вращения асинхронного двигателя определяется формулой n = 60 f1(1-s) / p, из которой следует, что частоту вращения двигателя n можно регулировать путем изменения частоты сети f1, числа пар полюсов p (ступенчатое регулирование), изменением скольжения s за счет изменения сопротивления цепи ротора. В настоящее время основным способом регулирования частоты вращения асинхронных двигателей стало частотное регулирование, для чего используются преобразователи частоты, которые позволяют регулировать не только частоту вращения двигателя. В данной лабораторной работе электропитание двигателя осуществляется от преобразователя частоты.

5. Содержание отчета.

Отчет по работе должен содержать: а) наименование работы и цель работы;

71

б) схему эксперимента и таблицы полученных результатов; в) рабочие характеристики;

г) экспериментальные механические характеристики для всех опытов, построенные в одних координатных осях;

д) выводы по проделанной работе.

6. Контрольные вопросы

1.Каков принцип действия трехфазного асинхронного двигателя?

2.Что такое скольжение?

3.Как соединить звездой выводы обмоток трехфазного двигателя?

4.Как соединить треугольником выводы обмоток трехфазного двигателя?

5.Как изменить направление вращения асинхронного двигателя?

6.Какая зависимость называется механической характеристикой?

7.Какая мощность указывается в паспорте двигателя?

8.Какие существуют способы регулирования частоты трехфазного асинхронного двигателя? Как при этом изменяется частота вращения ротора?

9.Почему необходимо обязательно маркировать выводы статорных обмоток двигателя?

10.Почему при малой нагрузке двигатель имеет низкий КПД и низкий коэффициент мощности?

72

Работа № 12. ИСПЫТАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Цель работы

Изучить принцип действия и устройство двигателя постоянного тока, ознакомиться со схемой его включения в сеть и регулированием частоты вращения. Проанализировать основные характеристики двигателя с параллельным возбуждением.

2. Предварительное домашнее задание

2.1.Изучить тему «Двигатель постоянного тока», содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней.

2.2.Пользуясь схемами соединений (рис. 12.1, 12.2), начертить принципиальные схемы исследуемых установок с включенными измерительными приборами.

2.3.Ознакомиться с паспортными данными исследуемого двигателя постоянного тока (табл. 12.1).

			Номинальные значения		Таблица 12.1
Тип двига-
теля	Мощность	Напряжение	Ток	Частота вращения	К.П.Д.
ПЛ-062	Вт	В	А	об/мин	%
	90	220	0,76	1500	57,5

3. Порядок выполнения работы

3.1.Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль питания, модуль двигателя постоянного тока, модуль амперметров постоянного тока, модуль генератора постоянного тока, модуль вольтметров, модуль мультиметров).

3.2.Перевести мультиметр в режим измерения сопротивления, включить модуль питания (автоматический выключатель QF) и мультиметр. Измерить сопро-

тивления обмотки якоря RЯ и сопротивление обмотки возбуждения RВ двигателя. Результаты измерений занести в табл. 12.2. Выключить автоматический выключатель QF модуля питания.

Таблица 12.2

RЯ, Ом	RВ, Ом

3.3. Собрать электрическую цепь (рис. 12.1). Переключатель SА2 модуля двигателя установить в позицию «0» (Rр = 0), переключатель SA3 в позицию «1», используя сопротивление RД в качестве пускового. После проверки преподавателем собранной цепи провести пробный пуск двигателя, для этого включить автоматический выключатель QF модуля питания и выключатель SA1 модуля двигателя постоянного тока. При пуске обратить внимание на величину пускового тока. После пуска двигателя перевести переключатель SA3 в позицию «0». Выключить двигатель (выключатель SA1). Установить переключатель SA3 в позицию «1».

73

Рис. 12.1

3.4. Снять регулировочную характеристику при холостом ходе двигателя. Для этого запустить двигатель. После пуска двигателя перевести переключа-

тель SA3 в позицию «0». Измерить фототахометром частоту вращения двигателя. Затем постепенно уменьшать ток возбуждения IВ с помощью переключателя SA2, не допуская значительного повышения скорости относительно исходной. При каждом измерении тока возбуждения IВ измерять фототахометром частоту вращения двигателя n. Результаты измерений записать в табл. 12.3. По полученным данным построить регулировочную характеристику n = f(IВ). Отключить электропитание. Объяснить, почему при изменении величины тока возбуждения IВ изменяется частота вращения двигателя n.

Таблица 12.3

IВ, A

n, об/мин

3.5. Снять естественную механическую и рабочие характеристики двигателя. Для этого собрать схему нагрузочного генератора (рис. 12.2). После проверки схемы преподавателем пустить в ход двигатель (первый отсчет). Затем, пользуясь

74

нагрузочным генератором, изменять тормозной момент МТ, изменяя величину сопротивления нагрузки генератора с помощью переключателя SA3 модуля генератора. При каждом положении переключателя SA3 модуля генератора измерять напряжение якоря двигателя U, ток якоря генератора IГ и двигателя IЯ, ток возбуждения двигателя IВ и частоту вращения якоря двигателя n. Результаты измерений записать в табл. 12.4.

Таблица 12.4

Измерено

Вычислено

Генератор

Двигатель

IГ,

U,

IЯ,

IВ,

n,

I,

P1,

К =

КМ=9,52К

М=КМ IЯ,

P2=0,105Мn,

P2

A

B

A

A

об/мин

A

Вт

е

е

Нм

Вт

η=

,

P1

U − I яRя

=

%

n

Вычислить величину тока I, потребляемого из сети, потребляемую двигателем мощность P1, тормозной момент на валу двигателя МТ, мощность на валу P2 и коэффициент полезного действия η двигателя. По полученным данным построить естественную механическую и рабочие характеристики двигателя.

3.6. Снять искусственную (реостатную) механическую характеристику. Для этого установить тумблер SA3 в позицию «1» или «2» по указанию преподавателя. После пуска двигателя с помощью нагрузочного генератора изменять тормозной момент. Результаты измерений занести в табл. 12.5.

Таблица 12.5

		Измерено					Вычислено
	Генератор		Двигатель
	IГ,	U,		IЯ,	n,		U − I яRя		КМ=9,52К	М=КМ IЯ,
	A	B		A	об/мин	Ке=			е	Нм
							n

3. Методические указания

Двигатель постоянного тока, как и любой электродвигатель, преобразует электрическую энергию, потребляемую из сети (источника электропитания), в механическую энергию вращения на валу электродвигателя. Двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением так же, как и генератор, состоит из электромагнитов постоянного тока и якоря, снабженного коллектором со щетками.

Напряжение U, подводимое к якорю двигателя, уравновешивается противоэдс EЯ и падением напряжения в якоре IЯ RЯ :

U = EЯ + IЯ RЯ.

Поэтому ток в якоре IЯ = (U – EЯ)/ RЯ.

Противоэдс EЯ пропорциональна скорости вращения якоря n и магнитному потоку Ф:

EЯ = cе n Ф,

75

где cе – конструктивная постоянная.

Сопротивление якоря RЯ относительно мало, но и ток якоря невелик из-за того, что в номинальном режиме противоэдс составляет примерно 95 % от напряжения, приложенного к якорю.

Пуск электродвигателей постоянного тока параллельного возбуждения производится путем подключения их обмоток к сети при минимальном сопротивлении

вцепи параллельной обмотки возбуждения, которому соответствует максималь-

ная сила тока возбуждения IВ. При этом в двигателе создается максимальный пусковой момент. Для ограничения величины пускового тока при пуске двигателя

вцепь якоря последовательно включают пусковой реостат, который после пуска двигателя исключают из цепи.

Частоту вращения якоря двигателя n можно изменить путем изменений в электрической схеме включения двигателя. Это следует из следующего выражения для двигателя постоянного тока:

n = (U – IЯ RЯ) / cеФ.

Из этого соотношения видно, что регулировать частоту вращения двигателя n можно изменением величины напряжения U источника электропитания, изменением величины сопротивления в цепи якоря RЯ, изменением величины магнитного потока Ф.

Для изменения величины магнитного потока нужно изменять ток возбуждения. Это достигается введением регулировочного реостата RР в цепь обмотки возбуждения (рис. 12.1). При увеличении величины регулировочного реостата уменьшается ток возбуждения и, следовательно, уменьшается магнитный поток. Как видно из приведенного соотношения, при этом увеличивается частота вращения якоря. При значительном уменьшении магнитного потока частота вращения может превысить допустимую величину и двигатель пойдет вразнос. Поэтому у двигателей с параллельным возбуждением нельзя допускать обрыв цепи обмотки возбуждения во время работы двигателя. В данной работе регулировочные характеристики снимают в режиме холостого хода двигателя.

Для остановки двигателя снимают нагрузку, если это возможно по технологическому процессу. Затем в цепи параллельной обмотки возбуждения выводят рео-

стат RР (уменьшают сопротивление), что приводит к увеличению тока возбуждения, возрастанию магнитного потока и снижению частоты вращения. Затем вводят пусковой реостат и, наконец, отключают двигатель от сети.

Чтобы изменить направление вращения электродвигателя постоянного тока, нужно либо изменить направление тока в обмотке якоря, оставляя неизменным направление тока в параллельной обмотке возбуждения, либо изменить направление тока в обмотке возбуждения, не меняя направление тока в обмотке якоря. Обычно из-за того, что при размыкании цепи возбуждения возникает большая электродвижущая сила самоиндукции, изменяют направление тока в обмотке якоря.

При работе электродвигателя при изменении нагрузки на его валу изменяются скорость вращения якоря, вращающий момент, ток якоря, коэффициент полезного

76

действия и другие величины. О рабочих свойствах двигателя судят по его механической характеристике и рабочим характеристикам.

Механической характеристикой двигателя называют зависимость частоты вращения от момента на валу двигателя n = f(M) при U = const. Механическая

характеристика при RР = 0, U = UНОМ и Ф = ФНОМ называется естественной, в противном случае – искусственной. Механическая характеристика двигателя с парал-

лельным возбуждением – жесткая. Это значит, что при изменении момента сопротивления на валу двигателя от нуля до номинального скорость вращения якоря уменьшается незначительно, пропорционально падению напряжения в цепи якоря.

Рабочие характеристики представляют зависимости скорости вращения n, вращающего момента на валу M, потребляемой мощности P1 , потребляемого двигателем тока I, коэффициента полезного действия η от полезной мощности (n, M, P1, η) = f(P2) при постоянном напряжении U = const и постоянном токе возбуждения IВ = IВН = const.

Если пренебречь реакцией якоря, то магнитный поток двигателя с параллельным возбуждением при неизменном напряжении питания – постоянная величина Ф=const. Поэтому изменение скорости вращения двигателя обязано только падению напряжения в якоре IЯRЯ. Поскольку при изменении нагрузки в пределах от холостого хода до номинальной нагрузки падение напряжения IЯRЯ увеличивается незначительно по сравнению с приложенным напряжением, то и скорость вращения двигателя с параллельным возбуждением n уменьшается тоже незначительно. Номинальное изменение скорости вращения двигателя параллельного возбуждения определяется формулой

nН =(n0 –nН)/nН ,

где n0 – скорость вращения при холостом ходе, nН – номинальная скорость вращения.

Коэффициент полезного действия двигателя быстро растет при увеличении нагрузки до Р2 = 0,5РН и достигает наибольшего значения при нагрузке, когда сумма потерь холостого хода в стали и в цепи возбуждения (постоянные потери) равна потерям в цепи якоря (переменные потери). Такое равенство может наступить, например, при Р2 = 0,75РН.

В лабораторной работе при снятии характеристик двигатель нагружают генератором постоянного тока с независимым возбуждением.

5. Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать: а) наименование работы и цель работы;

б) паспортные данные исследуемого двигателя постоянного тока; в) схемы включения двигателя и нагрузочного генератора; г) таблицы с результатами испытания двигателя;

д) графики регулировочной, механических и рабочих характеристик испытуе-

77

мого двигателя; е) выводы о рабочих и регулировочных свойствах двигателя с параллельным

возбуждением.

6. Контрольные вопросы

1.Какие существуют способы возбуждения двигателей постоянного тока?

2.Как можно определить выводы параллельной обмотки возбуждения у двигателя постоянного тока?

3.Как осуществляется пуск двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением?

4.Какие существуют способы регулирования скорости вращения якоря двигателя с параллельным возбуждением?

5.Почему при уменьшении тока возбуждения частота вращения якоря возрас-

тает?

6.Как можно изменить направление вращения якоря у двигателя постоянного

тока?

7.Почему у двигателя при увеличении нагрузки на валу возрастает ток якоря?

8.По каким признакам можно судить о непригодности двигателя постоянного тока для дальнейшей эксплуатации?

78

Работа № 13. ИСПЫТАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. Цель работы

Ознакомиться с устройством, принципом действия, основными характеристиками и методами испытаний генераторов постоянного тока с параллельным возбуждением.

2. Предварительное домашнее задание

2.1. Изучить тему «Генераторы постоянного тока», содержание данной лабораторной работы и быть готовым ответить на все контрольные вопросы к ней.

2.2. Пользуясь схемами соединений (рис. 13.1), начертить принципиальные схемы исследуемых установок с включенными измерительными приборами.

3. Порядок выполнения работы

3.1.Ознакомиться с лабораторной установкой (модуль генератора постоянного тока, модуль двигателя постоянного тока, модуль измерительный, модуль мультиметров).

3.2.Перевести мультиметр в режим измерения сопротивления, и измерить значения сопротивлений обмоток якоря и возбуждения.

3.3.Собрать схему для снятия характеристики холостого хода генератора с независимым возбуждением (рис. 13.1). Переключатель SA2 модуля генератора установить в положение «6», переключатель SA3 – в позицию «0». Переключатель SA3 модуля двигателя постоянного тока установить в положение «1». Представить схему для проверки преподавателю.

3.4.Снять характеристику холостого хода генератора с независимым возбуж-

дением ЕЯ = f(IВ) при IЯ = 0 (разомкнутой внешней цепи генератора). Для этого включить электропитание стенда и запустить двигатель постоянного тока (переключатель SA1 модуля двигателя постоянного тока). После пуска двигателя переключатель SA3 модуля двигателя постоянного тока установить в положение «0».

При токе возбуждения IВ = 0 измерить величину эдс ЕОСТ, создаваемую магнитным потоком остаточной магнитной индукции. Включить электропитание обмотки возбуждения генератора (переключатель SA1 модуля генератора). Изменяя

спомощью переключателя SA2 модуля генератора величину тока возбуждения

генератора IВ снять восходящую ветвь характеристики холостого хода. Уменьшая ток возбуждения, снять нисходящую ветвь характеристики. Результаты измерений занести в табл. 13.1. Выключить электропитание генератора, двигателя и стенда. Переключатель SA3 модуля двигателя постоянного тока установить в положение «1».

Таблица 13.1

IВ, А

ЕЯ ВОЗР , В

ЕЯ УБЫВ, В

79

Рис. 13.1

3.5. Снять внешнюю характеристику генератора с параллельным возбуждением U = f(I). Для этого собрать схему (рис. 13.2). Установить нагрузочный реостат генератора в позицию «0». Полностью вывести регулировочный реостат RР в цепи обмотки возбуждения (позиция «0» переключателя SA3). Представить схему для проверки преподавателю.

Включить электропитание стенда и запустить двигатель постоянного тока (переключатель SA1 модуля двигателя постоянного тока). После пуска двигателя переключатель SA3 модуля двигателя постоянного тока установить в положение «0». Убедиться, что генератор возбуждается. Если генератор не возбуждается, необходимо выключить электропитание и поменять местами подключение выводов обмотки возбуждения (выводы Ш1 и Ш2). После этого снова включить приводной двигатель. Изменяя с помощью переключателя SA3 ток нагрузки генератора от нуля, снять внешнюю характеристику генератора с параллельным возбуждением U = f(I). Результаты измерений занести в табл. 13.3. По полученным данным построить внешнюю характеристику.

Таблица 13.3

U, В

I, А

80