Программа выполнения работы

1. Ознакомиться с номинальными данными испытуемого двигателя и принципиальной электричес­кой схемой испытаний (рис. 1).

2. Снять электромеханические характеристики двигателя п, М, I_а, P₁,P₂, = f(M) при U=U_H=const.

3. Снять механические характеристики двигателя n=f(M):

а) естественную (U=U_H=const.);

б) характеристику при пониженном напряжении U=0,5 U_н;

в) при шунтировании обмотки возбуждения и U=0,5 U_н;

4. Снять регулировочные характеристики двигателя при n=const.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема для исследования двигателя последовательного возбуждения

Экспериментальная часть

1. Номинальные данные машины:

Номинальное напряжение питания……………U_н=27В,

Номинальная мощность………………………….Р_н=20Вт,

Номинальный ток якоря………………………….I_ан =1А,

Номинальная частота вращения………………..5000 об/мин,

Возбуждение – последовательное.

Примечание: Пре­вышать номинальные величины более чем на 25% не допусти­мо.

1. Ознакомиться с номинальными данными испытуемого двигателя и принципиальной электричес­кой схемой испытаний (рис. 1).

Пуск двигателя и регулирование тока якоря производятся следующим образом.

Перед включением стенда регуля­тор нагрузки (блок ?) устанавливается в крайнее левое положение (против часовой стрелки). Переключатель SA2 устанавливается в правое положение.

Регулирование напряжения питания двигателя осуществляется с помощью переключателя SA3 (с помощью переключения отпаек вторичной обмотки трансформатора) в пределах от 12 до 24В (12, 18, 23, 28В) (см. схему рис.1).

Установить минимальное значение напряжение питания, установив переключатель SA3 в крайнее левое положение.

Включить напряжение питание стенда выключателем SA1.

Нажатием пусковой кнопки «В» (Вперед) подается напряжение на обмотку реле К3, реле срабатывает и своими замыкающими контактами К3.2, К3.3 включает в схему последовательную обмотку возбуждения ( «+» источника подключается к выводу «С2» обмотки возбуждения, а вывод «С1» обмотки возбуждения подключается к выводу якоря «Я2»,) и напряжение питания подается на двигатель. Якорь двигателя приходит во вращение.

Частота вращения фиксируется с помощью вольтметра (мин^-1), включенного в диагональ тахомоста, собранного на переменном резисторе R₁,сериесной обмотке в качестве балластного сопротивления и эдс якоря.

Для изменения направления вращения следует отключить питание двигателя нажатием кнопки «С» (Стоп), подождать до полной остановки двигателя и нажатием пусковой кнопки «Н» (Назад) включить напряжение питание на двигатель.

При нажатии копки «Н» подается напряжение на обмотку реле К4, реле срабатывает и своими контактами К4.2 и К4.3 включает в схему последовательную обмотку возбуждения( «+» источника подключается к выводу «С1» обмотки возбуждения, а вывод «С2» обмотки возбуждения подключается к выводу якоря «Я2»,) и напряжение питания подается на двигатель. Якорь двигателя приходит во вращение.

Таким образом, при включении реле К3 направление тока в обмотке возбуждения одно, а при включении реле К4 изменяется на противоположное. То есть, изменение направления вращения двигателя в данной схеме достигается изменением направления тока в обмотке возбуждения.

После вклю­чения увеличивают напряжение якоря до 18 В. Двигатель при этом разгоняется. Затем увеличивают на­грузку с помощью регулятора нагрузки ( током возбуждения электромагнитного тормоза) до тех пор, пока частота вращения двигателя не начнет снижаться. Далее продолжают увеличивать напряжение якоря двигателя до номинального. Двигатель раз­гоняется под нагрузкой.

При номинальном напряжении якоря двигателя с помощью регулятора нагруз­ки устанавливают номинальный ток двигателя. Частота вращения дви­гателя, соответствующая номинальному току и напряжению яко­ря, является номинальной. После установки номинального ре­жима ток якоря двигателя меняют лишь с помощью регулятора –электромагнитного тормоза. С уменьшением тока возбуждения электромагнитного тормоза уменьшаются момент на валу и ток якоря дви­гателя постоянного тока.

Следует помнить, что ток якоря двигателя при снятии раз­личных характеристик во избежание разноса можно снижать лишь до значений, при которых частота вращения его не превышает номинальную более чем на 30%.

2. Снять электромеханические характеристики двигателя п, М, I_а, P₁,P₂, = f(M) при U=U_H=const.

Электромеханические характеристики двигателя снимаются при номинальном напряжении двигателя. Ток якоря двигателя увеличивают до 1,25 номинального значения, а затем уменьшают до минимального значения, при котором I_а = 0,3 I_н. В указанном диапазоне снимаются значения измеряемых вели­чин через приблизительно равные интервалы значений тока яко­ря (5—6 точек). Результаты измерений заносятся в табл. 1. Методика определения расчетных величин этой таблицы указа­на ниже. 3. Снять механические характеристики двигателя n=f(M):

а) естественную (U=U_H=const.);

б) характеристику при пониженном напряжении U=0,5 U_н;

в) при шунтировании обмотки возбуждения и U=0,5 U_н;

Механические характеристики двигателя снимаются так же, как и в предыдущем пункте путем изменения момента на­ грузки на валу и тока якоря двигателя регулятором тока возбуждения электромагнитного тормоза. Они снимаются для трех различных случаев:

а) естественная механическая характеристика снята в пре­дыдущем пункте и строится по данным табл. 1;

б) характеристика при пониженном напряжении снимается аналогично. Разница лишь в том, что напряжение двигателя в процессе разгона увеличивают от нуля до 0,5 U_H. Результаты измерений заносятся в таблицу, аналогич­ную табл. 1.

в)характеристики n = f(M) при шунтировании обмотки возбуждения снимаются для двух значений коэффициентов шунтирования: k_ш = 0,9 и k_ш=0,7 при замкнутом ключе SA4.

Коэффициент шунтирования равен отношению тока возбуж­дения к току якоря:

.

Ток через обмотку возбуждения равен разности тока якоря

. (2)

Характеристики снимаются так же, как и другие механичес­кие характеристики. Для каждого коэффициента шунтирования снимается 5—6 точек при неизменном напряжении, равном по­ловине номинального. Результаты измерений заносятся в табл. 2.

По согласованию с преподавателем вместо механических мо­гут быть построены токоскоростные характеристики. В этом слу­чае расчетных данных, кроме i_f и k_Ш, не требуется.

№ изм.	Опыт			Расчет					Примечание
	U B	I А	n об/мин	Р1 Вт	Вт	Р2 Вт	M, Нм
									U=UН = const

Таблица1

4. Регулировочные характеристики двигателя снимаются при поддержании неизменной частоты вращения и переменном мо­менте нагрузки на его валу. Нагрузка на валу и ток двигателя по-прежнему изменяются с помощью регулятора тока возбуждения электромагнитного тормоза.

Опыт проводят так: при номинальном напряжении нагружают двигатель до I=1,25 I_н, фиксируют величину частоты вращения, а затем уменьшают нагрузку, одновременно уменьшая напряже­ние до тех пор, пока частота вращения не снизится до исходно­го значения. Результаты измерений заносятся в табл. 3.

Таблица 2

№ изм	Опыт				Расчет						Приме-чание
	U, В	I, А	Р1, ^Вт	Р2, Вт	Р1 Вт	Вт	P2 Вт	М, нм	if	kш

Таблица 3

№ изм	Расчет			Опыт					Примеча- ние
	U, B	I, A	n об/мин	P1 Вт	, Вт	Р2, Вт	Р, Нм
									U= 0,5 UН = const

Обработка и анализ опытных данных

Электромеханические характеристики

Расчетные величины для их построения в соответствии с табл. 1. определяют следующим образом.

Подведенная к двигателю полная электрическая мощность

. (3)

Сумма потерь ,

где Рмех + Рст — механические потери и потери в стали, опре­деляются по рис. 2 в функции тока двигателя и частоты вращения. При отсутствии на гра­фиках требуемой величины частоты вращения ее экстра­полируют;

— электрические потери в щеточном контакте, причем =1—2 В и не зависит от величины тока двигателя;

0,01 UI — добавочные потери, составляющие 1% от под­водимой мощности;

I²(R_a + R_f) — потери в меди якоря и последовательной об­мотки возбуждения, причем в сопротивление якоря включается сопротивление дополнитель­ных полюсов (если они предусмотрены)

Полезная мощность на валу двигателя (мощность нагруз­ки)

, (5)

КПД двигателя

(6)

Полезный момент на валу двигателя

, (7)

где Р₂ — полезная мощность, Вт;

п — частота вращения, об/мин.

Электромагнитный момент двигателя в установившемся ре­жиме работы

М=М₀+М₂. (8)

Момент холостого хода, определяемый в соответствии с ме­ханическими потерями, потерями в стали (см. рис. 2) и током холостого хода I₀. В качестве I₀ можно взять минимальную ве­личину тока, для которого определены значения частоты вращения на рис. 2.

Все электромеханические характеристики строятся на одном графике. Примерный вид их представлен на рис. 3.

А. Зависимость I = f(M).

Для двигателя последовательного возбуждения при ненасыщенной магнитной цепи магнитный поток пропорционален току якоря

Ф = kI.

Тогда в соответствии с формулой (4)

M = kcI². (9)

Следовательно, зависимость I = f(M) близка к параболе

(10)

С увеличением тока за счет насыщения магнитной цепи эта зависимость проходит выше математической параболы.

Р и с. 2. Механические потери и потери в стали двигателя последовательного возбуждения

Б. Зависимость n = f(M).

Из формулы (7) следует, что частота вращения обратно про­порциональна току якоря. Заменив в (7) величину тока че­рез момент, получаем

. (11)

Отсюда видно, что при неизменном напряжении питания дви­гателя последовательного возбуждения частота вращения его в первом приближении находится в гиперболической зависимос­ти от момента. При уменьшении момента до нуля частота вра­щения увеличивается до бесконечности (разнос двигателя). На зависимость n = f(M) также сказывается насыщение магнитной цепи при больших нагрузках

Рис. 3. Электромеханические характеристики двигателя последовательного возбуждения

.

В. Характеристика P₁=UI~I.

При неизменном напряжении питания двигателя

P₁=UI~I.

Следовательно, указанная характеристика в другом масш­табе повторяет зависимость (10)

(12)

Г. Характеристика P₂ = f(M).

Полезная мощность на валу определяется произведением полезного момента и частоты вращения

. (13)

Подставив в (13) значение частоты вращения согласно (11), полу­чим зависимость, аналогичную (10) и (12)

Р₂ ~Мn~M _,

_. (14)

Д. Характеристика

Эта зависимость имеет вид, типичный для всех электричес­ких машин и пояснена выше.

Механические характеристики

Механические характеристики строятся на одном графике по данным табл. 1 и 2. Примерный вид характеристики пред­ставлен на рис. 4.

Естественная механическая характеристика построена на рис. 3 и пояснена выше. Для сравнения с другими механичес­кими характеристиками она строится вторично.

Характеристика n = f(M) при напряжении ниже номиналь­ного будет иметь тот же вид, что и естественная, но будет рас­полагаться ниже последней, поскольку частота вращения про­порциональна напряжению якоря. Это видно из формулы (11).

Механические характеристики при шунтировании обмотки возбуждения строятся по данным табл. 2. За счет ответвления части якорного тока через сопротивление, шунтирующее обмот­ку возбуждения (см. рис. 1), уменьшается ток возбуждения. Ослабление поля двигателя приводит к увеличению частоты вращения.

Этот способ регулирования является экономичным, так как падение напряжения на обмотке возбуждения и, следователь­но, шунте мало. Однако при уменьшении потока увеличивается Ток якоря, который может превысить номинальный и вызвать перегрев обмотки якоря. Одновременное увеличение тока яко­ря и частоты вращения ухудшает условия коммутации. Регу­лирование частоты вращения осуществляют при постоянной мощности, т. е. при переменном полезном моменте

(15)

С уменьшением коэффициента шунтирования, определяемым (10), механические характеристики располагаются выше.

Рис. 4. Механические характеристики двигателя

последовательного возбуждения при шунтировании

обмотки возбуждения: 1. k _ш=1; 2. k _ш = 0,9; k _ш=0,75.

Регулировочные характеристики

Регулировочные характеристики при поддержании неизмен­ной частоты вращения за счет регулировки напряжения дви­гателя при переменном моменте на валу строятся на одном графике по данным табл. 3. Они представлены на рис. 5.

А. Характеристика I=f(U).

Пренебрегая падением напряжения в якоре и насыщением магнитной цепи, из формулы (7) можно получить

I~U, при n=const. (16)

Таким образом, ток в ненасыщенной машине при неизмен­ной частоте вращения пропорционален напряжению. С увели­чением нагрузки на валу, увеличением напряжения и потока сталь машины насыщается и ток возрастает быстрее.

Р и с. 5. Регулировочные характеристики двигателя последовательного возбуждения при неизменной частоте вращения

Б. Характеристика M=f(U).

Учитывая зависимости (9) и (16), имеем

М ~ U². (17)

Момент двигателя M = f(U) при n = const изменяется по па­раболическому закону.

В. Характеристика P₂=f(U).

В определенном масштабе повторяет зависимость M = f(U). Считая в первом приближении, что М_о = 0 и М = М₂ при неиз­менной частоте вращения, получим:

Р₂=М ~U². (18)

Г. Характеристика ). Поддержание неизменной частоты вращения при переменной механической нагрузке путем регулировки напряжения двига­теля осуществляется при неизменном КПД

(19).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните принцип работы двигателя последовательного возбужде­ния.

2. В чем конструктивное отличие последовательной и параллельной об­моток возбуждения?

3. Перечислите обмотки, включенные последовательно в якорной цепи двигателя, поясните их назначение.

4. Как отразилось на механической характеристике последовательное включение обмотки возбуждения по сравнению с параллельным или неза­висимым включением?

5. Где целесообразно использовать двигатель последовательного возбуж­дения и почему?

6.Почему недопустимо пускать двигатель последовательного возбуж­дения без нагрузки?

7.Как по паспортным данным двигателя рассчитать его номинальный момент?

8.Поясните режим короткого замыкания двигателя.

9.Как влияет на механические характеристики шунтирование обмотки возбуждения?

10.Почему практически не используют шунтирование обмотки якоря. Как оно влияет на механические характеристики?

11. Перечислите способы регулирования скорости двигателя последова­тельного возбуждения.

12. Проведите анализ зависимости частоты вращения двигателя от момен­та на валу.

13. Поясните электромеханические характеристики двигателя.

14. Поясните механические характеристики двигателя.

15. Поясните регулировочные характеристики двигателя.

Лабораторнаяработа№5