Рабочие характеристики. Рабочие характеристики двигателя представляют зависимости подводимой мощности, тока якоря, вращающего момента

Рабочие характеристики двигателя представляют зависимости подводимой мощности, тока якоря, вращающего момента, частоты вращения и КПД от полезной мощностина валу: Р₁, I, M, n, h = f (P₂) при постоянном напряжении на зажимах двигателя U = U_н = пост.

Снятие рабочих характеристик двигателя при нормальной схеме (рис. 3.2.) производится следующим образом:

· Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

· Установите сопротивление реостата А13, равными 0 Ом.

· Установите в каждой фазе активной нагрузки А10 суммарную ее величину 100 %.

· Включите выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и измерителя мощностей Р2.

· Активизируйте мультиметры блока Р1.

· Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

· Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

· Вращая регулировочную рукоятку источника G2, разгоните двигатель до частоты вращения n, например, равной 2200 мин^-1.

· Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3.

· Вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, изменяйте ток якоря Iя двигателя в диапазоне 0…0,6 А и заносите значения тока якоря I_я двигателя постоянного тока, напряжения U_я якорной обмотки двигателя и частоты вращения n в таблицу 3.1.

· По завершении эксперимента сначала у возбудителя G3, а затем у источника G2 поверните регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Отключите источник G1 нажатием на кнопку – гриб.

Таблица 3.1. Рабочие характеристики

Опытные данные	Расчетные данные
Iя, А	Uя, В	n, об/мин	Р1, Вт	Р2, Вт	М, н.м	М2, н.м	h, %

При электромеханическом преобразовании энергии в двигателе возникают потери: в стали якоря ‑ на гистерезис и вихревые токи, пропорциональные индукции в квадрате и частоте перемагничивания в степени 1.4.-1.7; в обмотках и щеточном контакте, пропорциональные квадратам токов и сопротивлениям; механические – в подшипниках, при трении щеток о коллектор, вентиляционные. Потери в стали и механические не зависят от тока нагрузки и определяются в режиме холостого хода. Электрические потери в цепи якоря зависят от квадрата тока нагрузки.

По опытным данным табл. 3.1 и сопротивлению обмотки возбуждения двигателя R_f определяются расчетные значения:

- потребляемой двигателем электрической мощности, с учетом того, что обмотка возбуждения состоит из двух катушек с сопротивлениями R_f, соединенных параллельно, и через каждое протекает ток 0.5I_я

, Вт;

- электромагнитного момента двигателя

, H ^. м;

- полезной мощности двигателя

, Вт,

где Р₀ – потери в стали, добавочные и механические в двигателе (могут быть приняты ~ 19 Вт);

- момент на валу двигателя , H ^. м,

при этом М₂ = М – М₀, где М₀ – момент холостого хода;

- коэффициента полезного действия двигателя

, %.

Снятие рабочих характеристик при шунтировании обмотки возбуждения (рис. 3.3) проводится также как и ранее, но при изменении нагрузки дополнительно записывается ток обмотки возбуждения i_В. Предварительно устанавливается сопротивление шунтирующего реостата R_А11 порядка 1000 Ом. Оно должно быть подобрано так, чтобы по нему протекал ток I_Ш, равный примерно 0,25i_в. Формируется таблица 3.2.

Таблица 3.2. Рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения при шунтировании обмотки возбуждения

Опытные данные	Расчетные данные
Iя, А	Uя, В	iВ, А	Р׳2, Вт	n, об/мин	Р1, Вт	Р2, Вт	М, н.м	h, %

При расчете потребляемой двигателем электрической мощности следует учесть, что обмотка возбуждения состоит из двух катушек с сопротивлениями R_f, соединенных параллельно, и через каждое протекает ток 0.5i_B, а через шунтовое сопротивление R_А11 протекает ток I_Ш = I_я – i_В.

, Вт.

Полезная мощность двигателя на валу

, Вт.

Применяются схемы и с шунтированием обмотки якоря. При шунтирования обмотки якоря шунт будет включен почти на номинальное напряжение.

По опытным и расчетным данным строятся на одном рисунке рабочие характеристики Р₁, I_я, М, n, h = f (Р₂). Примерный вид рабочих характеристик показан на рис. 3.4.

Из соотношения следует, что при U = пост. частота вращения двигателя последовательного возбуждениязависит от: падения напряжения в якорной цепи; реакции якоря; изменения потока возбуждения при изменении нагрузкина валу двигателя. Влияние на частоту вращения первых двух факторов противоположно и до некоторой степени компенсируется. Основное значение имеет изменение потока возбуждения при изменении нагрузки двигателя, так как обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря.

Для двигателя с ненасыщенной магнитной системой Ф ~ I_a и формулу для частоты вращения можно представить в виде

.

Очевидно, что скоростная характеристика двигателя с ненасыщенной магнитной системой с ростом нагрузки имеет вид гиперболы.

При шунтировании обмотки возбуждения и при том же значении тока якоря, что и при нормальной схеме включения, магнитный поток будет меньше, а частота вращения двигателя больше, и, следовательно, зависимость n = f (Р₂) расположится выше, чем при нормальной схеме включения. При шунтировании обмотки якоря, наоборот, магнитный поток будет больше, а частота вращения двигателя меньше, и, следовательно, зависимость n = f (Р₂) пройдет ниже, чем при нормальной схеме включения.

При небольших токах, когда магнитная система машины ненасыщена, поток пропорционален току (Ф ~ I_a) и уравнение для электромагнитного момента принимает вид

,

т. е. кривая момента двигателя с ростом нагрузки имеет параболический характер.

При шунтировании обмотки возбуждения (и при одном и том же значении тока якоря) вследствие уменьшения магнитного потока вращающий момент будет меньше, и моментная характеристика расположится ниже, а при шунтировании обмотки якоря из-за увеличения магнитного потока момент будет больше и моментная характеристика расположится выше, чем при нормальной схеме включения.

При увеличении нагрузки и тока двигателя магнитная система машины насыщается, рост потока замедляется и скоростная характеристика отклоняется от гиперболы вверх, а моментная характеристика отклоняется от параболы вниз.

При постоянном напряжении подводимая к двигателю мощность P₁ = U_н ^. I_я изменяется пропорционально току I_я, потребляемому из сети. При нормальной схеме включения и при шунтировании обмотки возбуждения ток, потребляемый из сети, равен току якоря, а при шунтировании обмотки якоря он больше тока якоря на величину тока в шунтирующем обмотку якоря реостате. Поэтому кривые P₁ = f (P₂) по своему характеру при всех схемах включения аналогичны кривым I_а = f (P₂) и почти совпадают при нормальной схеме включения и при шунтировании обмотки возбуждения (на рис. 3.4 показаны одной кривой). Подводимая мощность Р₁ при шунтировании обмотки якоря будет больше на величину потерь в шунтирующем реостате, чем при нормальной схеме включения.

Криваяh = f (P₂) имеет характер, типичный для всех электрических машин. Наибольшего значения КПД достигает при такой нагрузке, при которой постоянные потери (потери холостого хода и потери на возбуждение) равны переменным потерям, зависящим от квадрата тока якоря. КПД при нормальной схеме включения и при шунтировании обмотки возбуждения имеет почти одинаковые значения (на рис. 3.4 показана одна кривая) и при шунтировании обмотки якоря значительно уменьшается из-за больших потерь в шунтирующем обмотку реостате.