3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ТОРМОЗНЫЕ РЕЖИМЫ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы: Экспериментальное получение и анализ электромеханических и механических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения в тормозных режимах.

3.1. Теоретическая часть.

Для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением возможны следующие режимы работы:

а)	двигательный;
б)	режим рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть;
в)	режим торможения противовключением;
г)	режим динамического торможения.

Рекуперативное торможение наступает при частоте вращения якоря, превышающей частоту вращения идеального холостого хода. В этом случае ЭДС якоря E становится больше напряжения сети, и ток якоря

	изменяет направление по отношению к току в двигательном режиме:
	Ia =	E −U		(3.1)
		Ra

В связи с изменением направления тока якоря меняет своё направление электромагнитный момент двигателя и становится тормозящим. Характеристики электродвигателя в этом режиме, являясь продолжением характеристик в двигательном режиме, располагаются во втором квадранте осей координат.

Торможение противовключением происходит в том случае, когда обмотки электродвигателя включены для одного направления вращения якоря, а под действием каких-либо внешних причин якорь вращается в противоположную сторону. В этом случае момент двигателя становится тормозящим.

Поскольку в режиме торможения противовключением вращение якоря происходит в сторону, противоположную по сравнению с направлением вращения в двигательном режиме, то ЭДС якоря изменяет своё направление и действует согласно с приложенным к цепи якоря напряжением:

	Ia =	E +U	(3.2)
		Ra

Таким образом, ток якоря в режиме торможения противовключением больше, чем в двигательном режиме и его необходимо ограничивать. С этой целью в режиме противовключения в цепь якоря вводятся добавочные сопротивления.

При использовании данного режима для останова двигателя в момент, когда его скорость станет равной нулю, цепь якоря необходимо отключить от сети, иначе произойдёт реверс.

Характеристики двигателя в режиме противовключения располагаются в четвёртом квадранте и являются продолжением характеристик в двигательном режиме.

Динамическое торможение двигателя осуществляется отключением обмотки якоря от сети и замыканием её на некоторое сопротивление Rт. Обмотка возбуждения при этом остаётся подключенной к сети. Якорь продолжает вращаться за счёт сил инерции, двигатель переходит в генераторный режим, но энергия, вырабатываемая при этом, преобразуется

втепловую, рассеиваемую на Ra и Rт.

Врежиме динамического торможения ЭДС якоря не изменяет своего направления по сравнению с двигательным режимом, но, так как напряжение сети равно нулю, то ток якоря, изменив своё направление, действует согласно с ЭДС. В этом режиме ток якоря

	Ia = −	E	(3.3)
		RΣ

где RΣ = Ra + Rт; тормозной момент

− M т =	(kΦ)2 ω	.	(3.4)
	RΣ

Из последнего следует, что торможение якоря в этом режиме происходит до полного останова.

Характеристики двигателя в режиме динамического торможения выходят из начала координат и располагаются во втором квадранте.

Перечисленные характеристики возможно получить с помощью системы машин рис 3.1. В данной системе машины M2 и M3 включены в режиме «генератор – двигатель», асинхронный двигатель M4 является гонным для машины M3, машина M1 создаёт нагрузку для исследуемой

машины M2. Возбуждение машин постоянного тока регулируется широтно-импульсными преобразователями ШИП–1, ШИП–2, ШИП–3, управляемыми с помощью переменных резисторов R300, R301, R302. Напряжение на якоре двигателя M1 регулируется широтно-импульсным преобразователем ШИП с помощью резистора R201. Питание асинхронного двигателя M4 осуществляется от инвертора, позволяющего изменять частоту (резистор R402) и амплитуду трёхфазного напряжения (резистор R401). Контроль частоты вращения машин M1, M2 осуществляется тахометром BR1 (ИС1), машин M3, M4 – тахометром BR2

(ИС2).

3.2. Порядок выполнения работы.

ВНИМАНИЕ! ПЕРЕД ВКЛЮЧЕНИЕМ ПИТАНИЯ СТЕНДА ВСЕ ТУМБЛЕРЫ ДОЛЖНЫ НАХОДИТЬСЯ В ОТКЛЮЧЕННОМ СОСТОЯНИИ (НИЖНЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ); ДВИЖОК РЕЗИСТОРА R201 ДОЛЖЕН НАХОДИТЬСЯ ПРИМЕРНО В СРЕДНЕМ ПОЛОЖЕНИИ; ДВИЖКИ ОСТАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕННЫХ РЕЗИСТОРОВ ДОЛЖНЫ НАХОДИТЬСЯ В КРАЙНЕМ ЛЕВОМ ПОЛОЖЕНИИ.

1.Собрать схему рис 3.1. Включить питание стенда, после загрузки включить ШИП–1, ШИП–2 и ШИП–3 тумблерами SA300, SA301, SA302. Установить токи возбуждения машин M1 – M3 резисторами R300 – R302

200 мА.

2.Включить релейно-контакторную часть стенда тумблером SA700. Включить SA1. Кнопкой SB700 подключить M4 к инвертору. Установить резистором R402 частоту инвертора 25 Гц, затем резистором R401 напряжение 110 В. Установить R201 примерно в среднее положение, включить SA100, затем SA200. Кнопкой SB704 подключить якорь M1 к ШИП. Вращая R201, установить величину тока в цепи якорей машин M2, M3 равной нулю (PA4).

		ШИП			~ U2
					~ U1
								+
				K5.1	SA300	HL300		R300
			V		ШИП-1			–
			PV10
	SA100	A PA10					A	PA1
					ОВМ1
	SA101	CPU
		R911	R912	M1
+15 В						BR1
R200		K10.1	K8.1					PV1 V
R201	SA200
R202
–15 В

					БУ	Инвертор	~ U2	SB700
							SA700		SB701	K1
	~ U1		~ U1
+					+		K1
	SA301	HL301	SA302	HL302
R301					R302			K1.1	SB704
	ШИП-2		ШИП-3				SB703			K5
–					–
							V PV3
									K5.1
		PA4
		A				A PA5
M2	ОВМ2	A PA2 PA3	A	ОВМ3	M3
						BR2

PV2	V
SA1
	K9.1	K9.2
		R900-R902
	K11.1	K11.2
		R903-R905

Рис. 3.1.

3. Снять трёхквадрантную скоростную характеристику машины M2. Вращая R201 в сторону, соответствующую увеличению скорости агрегата M1 – M2, установить ток якоря машины M1 или M2 равным 3 А (не более!). После этого, вращая R201 в противоположную сторону, снять 5 – 6 точек характеристики в режиме рекуперативного торможения, до точки, соответствующей режиму идеального холостого хода M2 (Ia2–3 = 0). Продолжая вращать R201 в ту же сторону, снять 4 – 5 точек характеристики в двигательном режиме, до точки, соответствующей режиму короткого замыкания M2 (ω1 = 0). Затем, вращая R201 в ту же сторону, добиться реверса машин M1, M2 и снять 3 – 4 точки характеристики в режиме противовключения. ВНИМАНИЕ! При снятии

характеристики не допускать увеличения токов якорей машин М1 –

М3 и статора M4 более 3 А! Результаты измерений занести в таблицу

(табл. 3.1)

Табл. 3.1

	Ua1, В	Ia1, А	Ua2–3, В	Ia2–3, А	ω1, с–1	M, Н м
	(PV10)	(PA10)	(PV1)	(PA4)	(ИС1)

4.Уменьшить ток якоря машины M1 до нуля (R201, PA10). Отключить якорь M1 от ШИП ( SB703). Выключить SA200, затем SA100. Уменьшить напряжение на выходе инвертора до нуля (R401, PV3), затем уменьшить до нуля частоту (R402). Отключить M4 от инвертора (SB701). Уменьшить ток возбуждения M3 до нуля (R302, PA3). Выключить ШИП–3 (SA302).

5.Снять скоростную характеристику машины M2 в режиме динамического торможения. Токи возбуждения машин M1, M2 должны

быть равны 200 мА. Включить SA100, SA200. Подключить якорь M1 к ШИП (SB704). Вращая R201, разогнать M1 до скорости 40 – 50 с–1 (знак скорости должен соответствовать знаку скорости в двигательном режиме

(п. 2)). ВНИМАНИЕ! При снятии характеристики не допускать увеличения токов якорей машин М1 – М3 более 3 А! Вращая R201 в

противоположную сторону, снять 5 – 6 точек характеристики (до полного останова машин M1, M2). Результаты измерений занести в таблицу (табл.

3.1).

6. Отключить якорь M1 от ШИП (SB703). Выключить SA200, затем SA100. Отключить SA700. Уменьшить токи возбуждения M1 и M2 до нуля

(R300, PA1, R301, PA2). Выключить ШИП–1 и ШИП–2 (SA300, SA301).

Отключить питание стенда.

3.3. Обработка результатов измерений.

1. Рассчитать электромагнитный момент двигателя M2 по выражению

M = kΦIа ,

учитывая, что характеристики снимались при ослабленном потоке машины.

2. Построить графики электромеханических и механических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения при различных режимах работы.

3.4. Контрольные вопросы

1.В каких квадрантах осей координат располагаются характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения?

2.Как осуществить каждый из тормозных режимов двигателя постоянного тока независимого возбуждения?

3.Какими достоинствами и недостатками обладает каждый из тормозных режимов двигателя постоянного тока независимого возбуждения?

4.Для чего при торможении противовключением в цепь якоря вводят добавочные резисторы?

5.Для чего при динамическом торможении якорь двигателя постоянного тока замыкается на резистор? Как изменится процесс торможения при увеличении / уменьшении сопротивления этого резистора?

6.В каких режимах работают двигатели стенда при работе M2 в режиме рекуперативного торможения?

7.В каких режимах работы M2 машина M3 работает генератором, а

вкаких – двигателем?

3.5. Требования к содержанию отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен содержать: название лабораторной работы; цель лабораторной работы; чертёж исследуемой схемы; таблицы с результатами измерений; графики электромеханических и механических характеристик двигателя при различных режимах его работы; вывод по работе.