Электромеханическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Механическая характеристика — двигатель — постоянный ток

Механическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением приведена на рис. 15.4. Запуск двигателя осуществляется пусковым реостатом /, который имеет несколько секций и позволяет изменять сопротивление ступенчато. [2]

Механические характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при различных значениях напряжения на якоре и потока возбуждения ( и соответственно тока возбуждения) показаны на рис. 27, а. Характеристики двигателя при других условиях называют искусственными. Частота вращения двигателя вниз от номинальной регулируется путем снижения напряжения на якоре ( первая зона регулирования, кривые 2, 3, 4), вверх от номинальной — путем регулирования тока и потока возбуждения. [3]

Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения , управляемого тиристор-ным выпрямителем, напоминают характеристики в системе Г — Д ( рис. 4.13), однако они отличаются рядом особенностей. [5]

Рассмотрим механические характеристики двигателей постоянного тока в зависимости от способа возбуждения. [6]

Какие механические характеристики двигателей постоянного тока называют искусственными. [7]

Почему механические характеристики двигателя постоянного тока независимого и параллельного возбуждения прямолинейны, а последовательного возбуждения — криволинейны. [8]

Особенностью механической характеристики двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением является нижний предел допустимой нагрузки. Этому соответствует нагрузка около 10 % номинального момента, ниже которой двигатель не должен быть нагружен по условиям его механической прочности. Ограничение скорости может диктоваться и конструкцией самой рабочей машины или технологическими особенностями ее использования. Это требование в некоторых случаях заставляет отказываться от применения двигателей с последовательным возбуждением. [10]

Построить механическую характеристику двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, для которого известны следующие каталожные данные: Рн 5 8 кет; пн 800 об / мин; UH 220 в; 1 34 а; гя 0 22 ом. [11]

На графике изображена механическая характеристика двигателя постоянного тока . Какая величина должна быть отложена по оси ординат. [12]

В отличие от механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, механические характеристики асинхронного двухфазного двигателя непрямолинейны. Однако в области невысоких скоростей ( примерно до 55 % синхронной скорости), являющейся рабочей областью для таких двигателей, механические характеристики достаточно точно аппроксимируются отрезками прямых. [13]

На рис. 3.9.3.4 представлены механические характеристики двигателя постоянного тока при двухзонном регулировании скорости. При регулировании потоком возбуждения с увеличением скорости жесткость механических характеристик уменьшается. Следует отметить, что в замкнутых системах регулирования скорости вид механических характеристик можно формировать в зависимости от поставленной задачи. При этом в некотором диапазоне изменения момента нагрузки можно создать практически абсолютно жесткую характеристику, а при определенном моменте практически абсолютно мягкую. [15]

15.Характеристики двигателя параллельного возбуждения.

Электродвигателем параллельного возбуждения называется двигатель постоянного тока, обмотка возбуждения которого включена параллельно обмотке якоря (рис. 1). При снятии характеристик к цепи якоря подводится номинальное напряжение Uн=const.

Рис. 1 — Схема двигателя параллельного возбуждения.

Ток, потребляемый двигателем из сети, определяется суммой I=Ia+Iв, ток возбуждения обычно равен Iв=(0,03. 0,04) Iн. Все характеристики двигателя снимаются при постоянных сопротивлениях в цепях возбуждения rв=const и якоря

Σr = const.

Скоростная характеристика.

Зависимость n=f (Ia) при Uн=const и Iв=const

Из уравнения ЭДС для электродвигателя

Имеем

.

Рис. 2 — Характеристики двигателя параллельного возбуждения.

Моментная характеристика – это зависимость М=f (Ia) при rв=const, U=Uн и Σr=const. В установившемся режиме работы двигателя согласно

.

имеем Mэм = M2+M0 = смIaФ. Если бы в процессе работы машины поток Ф не изменялся, то моментная характеристика представляла бы собой прямую (характеристика 4, рисунок 2). В действительности поток Ф с ростом тока Ia несколько уменьшается из-за размагничивающего действия реакции якоря, поэтому моментная характеристика слегка наклонена вниз (кривая 5). Характеристика полезного момента располагается ниже кривой электромагнитного момента на величину момента холостого хода (кривая 6).

Характеристика КПД η=f (Ia) снимается при U=Uн, rв=const, Σr=const и имеет типичный для электродвигателей вид (характеристика 7 на рис. 2). КПД быстро растет при увеличении нагрузки от холостого хода до 0,25Рн , достигает максимального значения при Р=(0,5. 0,75) Рн, а затем до Р=Рн остается почти неизменным. Обычно в двигателях малой мощности η=0,75. 0,85, а в двигателях средней и большой мощности η=0,85. 0,94.

Механическая характеристика представляет зависимость n=f (M) при U=Uн, Iв=const и Σr=const. Аналитическое выражение для механической характеристики можно получить из уравнения ЭДС электродвигателя

.

Определив ток Iа из выражения М = сеIaФ и подставив это значение тока в выражение выше, получим

.

Рис. 3 — Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения.

Следует помнить, что при обрыве цепи возбуждения Iв=0 обороты двигателя n→∞, т.е. двигатель идет «вразнос», поэтому его необходимо немедленно отключить от сети.

17.Характеристики двигателя смешанного возбуждения.

Принципиальная схема электродвигателя смешанного возбуждения приведена на рис. 1. В этом двигателе имеются две обмотки возбуждения – параллельная (шунтовая, ШО), подключенная параллельно цепи якоря, и последовательная (сериесная,СО), подключенная последовательно цепи якоря. Эти обмотки по магнитному потоку могут быть включены согласно или встречно.

Рис. 1 — Схема электродвигателя смешанного возбуждения.

При согласном включении обмоток возбуждения их МДС складываются и результирующий поток Ф примерно равен сумме потоков, создаваемых обеими обмотками. При встречном включении результирующий поток равен разности потоков параллельной и последовательной обмоток. В соответствии с этим, свойства и характеристики электродвигателя смешанного возбуждения зависят от способа включения обмоток и от соотношения их МДС.

Скоростная характеристика n=f (Ia) при U=Uн и Iв=const (здесь Iв — ток в параллельной обмотке).

С увеличением нагрузки результирующий магнитный поток при согласном включении обмоток возрастает, но в меньшей степени, чем у двигателя последовательного возбуждения, поэтому скоростная характеристика в этом случае оказывается более мягкой, чем у двигателя параллельного возбуждения, но более жесткой, чем у двигателя последовательного возбуждения.

Соотношение между МДС обмоток может меняться в широких пределах. Двигатели со слабой последовательной обмоткой имеют слабо падающую скоростную характеристику (кривая 1, рис. 2).

Рис. 2 — Скоростные характеристики двигателя смешанного возбуждения.

Чем больше доля последовательной обмотки в создании МДС, тем ближе скоростная характеристика приближается к характеристике двигателя последовательного возбуждения. На рис.2 линия 3 изображает одну из промежуточных характеристик двигателя смешанного возбуждения и для сравнения дана характеристика двигателя последовательного возбуждения (кривая 2).

При встречном включении последовательной обмотки с увеличением нагрузки результирующий магнитный поток уменьшается, что приводит к увеличению скорости двигателя (кривая 4). При такой скоростной характеристике работа двигателя может оказаться неустойчивой, т.к. поток последовательной обмотки может значительно уменьшить результирующий магнитный поток. Поэтому двигатели со встречным включением обмоток не применяются.

Механическая характеристика n=f (М) при U=Uн и Iв=const. двигателя смешанного возбуждения показана на рис.3 (линия 2).

Рис. 3 — Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения.

Она располагается между механическими характеристиками двигателей параллельного (кривая 1) и последовательного (кривая 3) возбуждения. Подбирая соответствующим образом МДС обеих обмоток, можно получить электродвигатель с характеристикой, близкой к характеристике двигателя параллельного или последовательного возбуждения.______

Механическая характеристика электродвигателя постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения

На рис. 6.2, а показана схема подсоединения к сети электродвигателя последовательного возбуждения. Обмотка возбуждения О В и обмотка якоря Я соединяются последовательно и через реостат Яр подсоединяются к сети. Вследствие этого поток возбуждения ф зависит от тока якоря, т. е. от нагрузки. Для этого вида двигателей при ненасыщенной магнитной системе магнитный поток можно считать пропорциональным току якоря /я, а вращающий момент будет вычисляться по формуле

Так как в уравнении (6.6) п и М переменные величины, то это уравнение является уравнением механической характеристики двигателя.

При малой нагрузке характеристика имеет большую крутизну, при больших нагрузках магнитная система насыщается и поток уже почти не зависит от нагрузки — характеристика превращается в почти прямолинейную, с малой крутизной (рис. 6.2, б).

Из уравнения механической характеристики следует, что:

а) при уменьшении вращающего момента М до нуля частота вращения возрастает до бесконечности —двигатель идет «в разнос» (может произойти механическое повреждение якоря). Таким образом, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения нельзя включать в сеть без механической нагрузки на его валу;

б) при п = 0 величина вращающего момента будет значительная, пропорциональная квадрату напряжения сети. Таким образом, двигатель развивает значительный вращающий момент (2,2—3,5 МНом) при небольших значениях частоты вращения

в) при уменьшении величины М вначале п растет медленно, а затем — быстро.

Регулирование частоты вращения двигателя достигается:

а) путем включения в цепь двигателя регулировочного реостата (рис. 6,2). Способ регулирования не экономичный, так как через регулировочное сопротивление проходит ток нагрузки;

б) изменением величины напряжения на зажимах двигателя (рис. 6.2, в). При наличии компактного регулировочного устройства способ экономичен и позволяет регулировать частоту вращения в широких пределах.

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения применяется для привода тяговых установок (трамваи, троллейбусы, электровозы) и добычных комбайнов.

Кроме рассмотренных выше двигателей постоянного тока, применяются двигатели постоянного тока смешанного возбуждения. Они имеют две обмотки возбуждения: последовательную и параллельную.

Механическая характеристика этих двигателей имеет промежуточную форму между характеристиками двигателей последовательного и параллельного возбуждения, приближаясь к той или иной в зависимости от соотношений ампервитков обмоток.

Регулирование частоты вращения осуществляется введением в цепи двигателя дополнительного сопротивления, изменением величины магнитного потока возбуждения или величины напряжения, подаваемого на зажимы двигателя.

РАБОТА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Виктор Галахов 4 лет назад Просмотров:

1 РАБОТА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Оглавление 1. Цель работы Программа работы Основы теории двигателя. 4. Экспериментальное исследование Пуск и реверс двигателя Рабочие характеристики Скоростная (электромеханическая) характеристика Регулировочная характеристика (частота вращения n = const) Регулировочная характеристика (момент M = const) 5 5. Определение к.п.д. двигателя по методу отдельных потерь Содержание отчета Контрольные вопросы Рис Схема лабораторной установки для исследования двигателя с параллельным возбуждением.. 8 Рис Передняя (приборная) панель стенда Двигатель постоянного тока (ФОТО).. 9 Рис Общий вид стенда Двигатель постоянного тока с исследуемыми агрегатами (ФОТО)

2 1. Цель работы Ознакомиться с устройством и принципом действия двигателя с параллельным возбуждением, научится пускать двигатель и изменять направление вращения, оценить влияние нагрузки на характеристики двигателя, познакомиться со способами регулирования частоты вращения и структурой потерь мощности. 2. Программа работы 2.1. Познакомиться с устройством двигателя постоянного тока (ДПТ) Собрать на лабораторном стенде схему двигателя, осуществить пуск двигателя, изменить направление вращения Определить опытным путем номинальный ток возбуждения I вn двигателя, снять и построить рабочие характеристики двигателя P 1, M, I a, n, η = f(p 2 ) при I в = I вn и U = U N = const Снять и построить скоростную (электромеханическую) характеристику двигателя n = f(i a ): а) при I в = I вn и U = U N = const, б) при I в = 0,5I вn и U = U N = const, 2.5. Снять и построить регулировочную характеристику двигателя при постоянной частоте вращения I в = f(m) при n = const и U = U N = const Снять и построить регулировочную характеристику двигателя при постоянном моменте на валу n = f(u) при M c = const и I в = I вn = const Рассчитать коэффициент полезного действия двигателя для заданного значения тока якоря. 2

3 3. Основы теории двигателя 4. Экспериментальное исследование Работа выполняется на установке, которая состоит из исследуемого двигателя М1 и тормозного устройства М2 (рис.2.1.). В качестве тормозного устройства используется двигатель постоянного тока параллельного возбуждения, работающий в режиме электромагнитного тормоза. Величина тормозного момента регулируется реостатом (на рис. 2.1 реостат обзначен символом RR нг ), включенным последовательно с якорем и определяется из выражения: M т = 1,285I a.т, Н м, (2.1) где I a.т ток в обмотке якоря электромагнитного тормоза (амперметр РА3). Перед началом работы необходимо записать паспортные данные исследуемого двигателя М1 и электромагнитного тормоза М Пуск и реверс двигателя Собирают схему испытаний (рис.2.1), пускают двигатель М1 и отмечают направление вращения якоря. Останавливают двигатель и изменяют направление вращения. Перед испытаниями двигателя направление вращения его должно соответствовать указанному стрелкой на подшипниковом щите Рабочие характеристики Рассчитывают номинальный момент двигателя М1 по формуле M N = P 2N /Ω N = 1000 /148,7 = 6,725 Н м, (2.2) где P 2N = 1000 Вт — номинальная мощность двигателя (на валу); Ω N — номинальная угловая скорость вращения якоря двигателя, которая связана с номинальной частотой вращения якоря n N = 1420 об/мин соотношеним Ω N = n N 2π/60 =1420 2π/60 =148,7 рад/с. (2.3) Пользуясь выражением (2.1) определяют величину тока тормозного устройства I a.т соответствующего номинальному моменту I a.т = M N /1,285 = 6,725/1,285 = 5,23 A. Пускают двигатель М1 и, после разбега, реостатом RR нг в цепи якоря тормозного двигателя М2 устанавливают номинальный момент на валу двигателя. Реостатом в цепи возбуждения испытуемого двигателя RR в устанавливают номинальную частоту вращения якоря n N =1420 об/мин. Соответствующий этому режиму ток возбуждения I вn является номинальным. Постепенно уменьшая величину тормозного момента до нуля (холостой ход) 3

4 снимают рабочие характеристики. Полученные данные записывают в табл Напряжение на зажимах обмотки якоря U N = 110 В в процессе опыта поддерживается неизменным реостатом RR р.д. Номинальное значение тока возбуждения I вn поддерживается реостатом RR в. Измерение Расчет Таблица 2.1 I a I в = I вn n I a.т Ω M P 1 P 2 η A A об/мин A рад/c Н м Вт Вт % Угловую скорость Ω вращения якоря определяют по соотношению Ω = n 2π/60. Значения подводимой к двигателю электрической мощности P 1, мощности на валу P 2 и к.п.д. η рассчитывают по формулам: P 1 = U N (I a + I в ); P 2 = M Ω; η = 100 P 2 /P 1. Метод определения к.п.д. по отношению полезной мощности P 2 к подводимой мощности P 1 называется методом непосредственного определения. На практике имеет широкое распространение определение к.п.д. по методу отдельных потерь (см. разд. 5). По полученным данным строят рабочие характеристики двигателя P 1, M, I a, n, η = f(p 2 ) при I в = I вn и U = U N = const Скоростная (электромеханическая) характеристика Зависимость n = f(i a ) при I в = I вn и U = U N = const устанавливается по данным табл. 2.1 и приводится в табл Для получения характеристики при I в = 0,5I вn реостатом RR в в цепи возбуждения двигателя устанавливают соответствующее значения тока. Регулируя нагрузку на валу двигателя тормозным устройством снимают зависимость n = f(i a ). В процессе опыта величина тока якоря не должна превысить значения I аn = 12,2 A. Таблица 2.2 I а n A об/ мин I в = I вn I в = 0,5I вn 4.4. Регулировочная характеристика (частота вращения n = const) Для получения регулировочной характеристики I в = f(m) при U = const и n = const на холостом ходу, регулируя ток I в реостатом RR в, устанавливают 4

5 заданную преподавателем частоту вращения n. Тормозным устройством увеличивают момент двигателя и одновременно с этим регулируют ток возбуждения I в таким образом, чтобы частота вращения оставалась постоянной. Полученные данные заносят в табл. 2.3 и по ним строят графическую зависимость I в = f(m). Измерение Расчет Таблица 2.3 n = const I в I а I a.т М I в об/мин А А А Н м А В табл. 2.3 I в = I в.х — I в, где I в.х ток возбуждения при отсутствии нагрузки на валу исследуемого двигателя, то есть при I a.т = 0. Значение момента М рассчитывают пользуясь выражением (2.1). По данным опыта строят графическую зависимость I в = f(m). В процессе опыта необходимо следить, чтобы ток якоря не превысил номинального значения I а I аn = 12, 2 A Регулировочная характеристика (момент M = const) Для получения регулировочной характеристики n = f(u) при M c = const и I в = I вn устанавливают на валу двигателя тормозной момент 0,75 M N (I a.т = 0,75 M N /1,285 = 0,75 6,725/1,285 3,9 A). Постепенно снижают регулировочным реостатом RR р.д напряжение на якоре двигателя ступенями по 10 В, одновременно с этим сохраняя постоянство тормозного момента. Опыт проводят до тех пор, пока удается поддержать постоянным тормозной момент, то есть I a.т 3,9 А. Данные опыта заносят в табл Таблица 2.4 Измерение Расчет U n I в =const I а I a.т =const М P 2 B об/мин А А А Н м Вт 5. Определение к.п.д. двигателя по методу отдельных потерь Метод отдельных потерь широко используется на практике. Предлагается определить значение к. п. д. двигателя по методу отдельных потерь для одного значения тока якоря I а примерно равного номинальному значению, I аn = 12,2 А. Это значение тока якоря I а берется из табл Рассчитанное по методу отдельных потерь значение к.п.д. следует сравнить со значением к. п. д., найденным методом непосредственного определения при снятии рабочих характеристик (см. табл. 2.1). 5

6 Согласно методу отдельных потерь определяют: потери на возбуждение; потери магнитные и механические; электрические потери в обмотках, обтекаемых током якоря; электрические потери в щетках и добавочные потери. Коэффициент полезного действия по методу отдельных потерь рассчитывают по формуле: η = 100(1- Σp/P 1 ), (2.4) где Σр сумма отдельных потерь мощности, которые в двигателе преобразуются в тепло. Сумма потерь Σp = p в + p мг + p мх + p эл.об + p эл.щ + p д, (2.5) где p в электрические потери в обмотке возбуждения; p мг магнитные потери в сердечнике якоря; p мх механические потери на трение; p эл.об электрические потери в обмотке якоря, обмотке добавочных полюсов и др.; p эл.щ электрические потери в щетках; p д добавочные потери. Величина мощности P 1, подводимой к двигателю, P 1 = U N (I a + I в ). Электрические потери в обмотке возбуждения p в = U N I в. Магнитные и механические потери: 2 pмг + pмх = U N I a. I a.х R, х a(75) где I a.х ток в обмотке якоря двигателя при холостом ходе (значение тока берется из табл. 2.1 при I a.т = 0 А); R a(75) сопротивление цепи обмотки якоря при температуре 75 С (без учета сопротивления щеточного контакта), 1 R a(75) 1,2R a. Электрические потери в обмотках якорной цепи p 2 эл.об = I a Ra(75). Электрические потери в щетках p эл.щ 2 U щ I а = 2 (0,3 1) I а. Добавочные потери p д 0,01U N I a. К.п.д. определяют по формуле (2.4) и результаты расчета помещают в табл. 2.5 Определение к.п.д. по методу непосредственного определения (данные табл. 2.1) отдельных потерь то же — Таблица 2.5 I а P 1 P 2 p в p мг + p мх p эл.об p эл.щ p д Σp η А Вт Вт Вт Вт Вт Вт Вт Вт % сопротивление обмотки якоря Ra = 1,1 Ом; сопротивление параллельной обмотки возбуждения R в = 210 Ом 6

7 6. Содержание отчета Отчет должен содержать программу работы, паспортные данные исследуемого двигателя и тормозного устройства, схему испытаний, таблицы с результатами измерений и расчетов, графические зависимости и расчет коэффициента полезного действия по методу отдельных потерь для одного значения тока якоря. 7. Контрольные вопросы 1. Из каких элементов состоит магнитная система двигателя? 2. В каком соотношении находятся токи якоря и возбуждения двигателя? 3. Как пустить в ход двигатель параллельного возбуждения? 4. Почему не изменится направление вращения, если изменить полярность питающего напряжения? 5. Почему при увеличении нагрузки на валу увеличивается потребляемый якорем двигателя ток и уменьшается частота вращения? 6. Почему меняется наклон скоростных (электромеханических) характеристик при изменении тока возбуждения? 7. Какие Вы знаете способы регулирования частоты вращения двигателя? 8. Как будут меняться ток якоря и частота вращения двигателя, если менять величину сопротивления в цепи возбуждения при постоянстве тормозного момента? 9. Как будут изменяться ток якоря и частота вращения двигателя, если менять величину сопротивления в цепи якоря при постоянстве тормозного момента? 10. Как будут изменяться ток якоря и частота вращения при постоянстве тормозного момента, если изменить положение щеток? 11. Назовите потери мощности в двигателе. Какие потери зависят от нагрузки на валу, какие не зависят? 12. Где используются двигатели постоянного тока параллельного возбуждения? 7

8 8 Рис Схема лабораторной установки для исследования двигателя с параллельным возбуждением

9 9 Рис Передняя (приборная) панель стенда Двигатель постоянного тока

10 10 Рис Общий вид стенда Двигатель постоянного тока с исследуемыми агрегатами