8. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы: Овладение навыками экспериментального определения динамических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Исследование влияния параметров двигателя постоянного тока независимого возбуждения на его динамические свойства.

8.1. Теоретическая часть.

Для якорной цепи двигателя постоянного тока с независимым возбуждением можно записать уравнение

U = iRa + kΦω + La	di	,	(8.1)
	dt

где: U – напряжение на якоре; i – ток цепи якоря;

k – конструкционный коэффициент двигателя; Ф – магнитный поток;

ω – угловая скорость двигателя; La – индуктивность якорной цепи.

Решая (8.1) совместно с уравнением движения электропривода

	M = Mс + J	dω	,	(8.2)
		dt

можно получить линейное дифференциальное уравнение второго порядка

относительно ω:

d 2ω	+	1 dω		+	ω −ω	c = 0 ,
dt2		T	dt		T T
		э			э м

где: Tэ – электромагнитная постоянная времени якорной цепи:

Tэ = La ;

Ra

(8.3)

(8.4)

Tм – электромеханическая постоянная времени:

Tм =	JRa	=	J	=	Jω0	;	(8.5)
	(kФ)2		β		M К.З

J – момент инерции электропривода;

β – модуль жёсткости статической механической характеристики; ω0 – скорость идеального холостого хода;

MК.З – момент короткого замыкания;

ωс – установившееся значение угловой скорости при моменте нагрузки Mс.

Решение (8.3) имеет вид

ω = Aep1t + Bep2t +ωс ,

(8.6)

где: p1, p2 – корни характеристического уравнения

p2 +

1

p +

1

= 0 ;

(8.7)

Tэ

TэTм

1

T

p

= −

1 1

−4

э

;

2T

1,2

T

э

м

A, B – постоянные интегрирования, определяемые начальными условиями.

При условии Tм > 4Tэ корни характеристического уравнения (8.7) являются вещественными отрицательными, и (8.6) с учётом постоянных интегрирования (для случая пуска двигателя из неподвижного состояния, ω(0) = 0; ε(0) = M / J) принимает вид

		p	2			p t			p			p	t
					e	1			1		e	2
	p	− p					− p		− p					(8.8)
ω =ωс 1+				2						2			.
	1						1

В данном случае переходный процесс изменения скорости носит апериодический характер.

При Tм < 4Tэ корни характеристического уравнения являются комплексно сопряжёнными числами с отрицательной вещественной частью:

p1,2 = −α ± jΩ ,

(8.9)

где:

α =

1

;

2T

э

1

.

Ω =

4 Tэ −1

2Tэ

Tм

Выражение для угловой скорости в данном случае принимает вид

1

−αt

ω =ωс 1

−

e

sin(Ωt +ψ )

;

(8.10)

1−

Tм

4Tэ

.

где

ψ = arctg

4 Tэ −1

Tм

Переходный процесс в данном случае носит колебательный характер.

8.2. 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 8.1. Включить питание стенда, после загрузки включить ШИП–1 тумблером SA300. Установить ток возбуждения машины M1 (R300, PA1) 400 мА. Установить регулятор Ki примерно в среднее положение.

2.Включить SA700. Установить R201 примерно в среднее положение, включить SA100, затем SA200. Кнопкой SB704 подключить якорь M1 к ШИП. Вращая R201, установить величину напряжения на якоре машины M1 равной нулю (PV10). Уменьшить ток возбуждения машины до нуля (R300, PA1). Осторожно вращая R201 против часовой стрелки, установить ток в цепи якоря M1 равным примерно 2 А (PA10). Не изменяя положения R201, отключить якорь M1 от ШИП (SB703).

		ШИП	~ U2		SA700
			~ U1			SB704
					SB703	K5
					+
		K5.1	SA300	HL300	R300	K5.1
	ДТ	V	ШИП-1		–
		PV10
SA100		A PA10

					ОВМ1	A	PA1
SA101	CPU
			R911	R912	M1
							M2
					BR1
		Ki
			K10.1	K8.1
		-1
			PS1
	+15 В
	R200
	R201	SA200
	R202
	–15 В

Рис. 8.1.

3.Запустив осциллограф в режиме ждущей развёртки, нажать SB704

иполучить осциллограмму изменения тока. Отключить якорь M1 от ШИП

(SB703).

4.Снять перемычку, шунтирующую R911.

5.Повторить п. 3.

6.Снять перемычку, шунтирующую R912.

7.Повторить п. 3.

8.Зашунтировать R911 и R912 перемычками. Установить ток возбуждения M1 400 мА (R300, PA1). Подключить якорь M1 к ШИП (SB704). Вращая R201 против часовой стрелки, установить напряжение на якоре M1 30 – 40 В (PV10). Отключить M1 от ШИП (SB703).

9.После полного останова двигателя запустить осциллограф в режиме ждущей развёртки, нажать SB704 и получить осциллограмму изменения тока. Отключить якорь M1 от ШИП (SB703).

10.Снять перемычку, шунтирующую R911.

11.Повторить п. 9.

12.Снять перемычку, шунтирующую R912.

13.Повторить п. 9.

14.Выключить SA200, SA100. Отключить SA700. Уменьшить ток возбуждения машины M1 до нуля (R300, PA1). Отключить ШИП1 (SA300). Отключить питание стенда.

8.3. Обработка результатов измерений.

1.По полученным осциллограммам изменения тока в якорной цепи графическим способом определить электромагнитную и электромеханическую постоянные времени при отсутствии и наличии добавочных резисторов в якорной цепи.

2.Рассчитать электромагнитную и электромеханическую постоянные времени аналитическим способом по формулам (8.4), (8.5).

Сопротивление Rа и индуктивность Lа измерить тестером, момент инерции J принять по результатам выполнения лабораторной работы № 1.

3.Сравнить полученные результаты.

8.4. Контрольные вопросы

1.От каких параметров зависят электромагнитная постоянная времени цепи якоря и электромеханическая постоянная времени двигателя постоянного тока независимого возбуждения?

2.Как определить постоянную времени переходного процесса по его графику?

3.Как изменятся электромагнитная постоянная времени цепи якоря

иэлектромеханическая постоянная времени двигателя постоянного тока независимого возбуждения при нагреве обмотки якоря?

4.Какой характер будут носить переходные процессы в двигателе

постоянного тока независимого возбуждения при: а) Tм > 4; б) Tм < 4 ?

Tэ Tэ

5. Если для двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Tм = 4 , то как изменится это соотношение при включении в цепь якоря: а)

Tэ

добавочного сопротивления; б) добавочной индуктивности?

6. Почему пуск двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется при полном магнитном потоке?

8.5. Требования к содержанию отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен содержать: название лабораторной работы; цель лабораторной работы; чертёж исследуемой схемы; графики полученных осциллограмм; рассчитанные значения постоянных времени, полученные графическим и аналитическим способами; вывод по работе.