Целью работы является приобретение практических навыков в проведении опытов, получению данных и построении механических и скоростных характеристик электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения для различных режимов работы, а так же
экспериментальное подтверждение теоретических сведений о скоростных и механических характеристиках двигателей постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения.
Скоростная характеристика ДПТ имеет зависимость частоты вращения n от тока в обмотке якоря Iя при неизменном токе возбуждения и номинальном подведённом напряжении.
Уравнение скоростной характеристики n=f(Iя) имеет вид
. (2.1) |
Механическая характеристика электродвигателя постоянного тока представляет собой зависимость частоты вращения от момента М при неизменном токе возбуждения и номинальном подведённом напряжении.
Уравнение механической характеристики n=f(M) имеет вид:
. (2.2) |
Здесь Ce=p*N/(60a); Cм=p*N/(2pa) ‑ постоянные коэффициенты;
Ф ‑ основной магнитный поток, Вб.
Следовательно, как это следует из (2.1) и (2.2), скоростная и механическая характеристики электродвигателя независимого возбуждения являются прямыми линиями, наклон которых зависит от величины Rя (рис. 2.1). Поэтому когда в цепи якоря нет добавочных сопротивлений, характеристики двигателя являются наиболее жёсткими. Такие характеристики называют естественными. Если же в цепь якоря ввести дополнительное сопротивление, то наклон скоростной и механической характеристик увеличится. Такие характеристики называют искусственными или реостатными.
Для двигателей постоянного тока независимого возбуждения допустимы следующие режимы работы: а) двигательный; б) режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть; в) режим торможения противовключением; г) режим динамического торможения.
Генераторное торможение наступает при частоте вращения якоря которая больше частототы вращения идеального режима ХХ В этом случае ЭДС якоря Ея становится выше напряжения сети U и ток якоря изменяет направление по отношению к току в двигательном режиме:
.
В связи с изменением направления тока якоря изменяет своё направление электромагнитный момент электродвигателя и становится тормозящим. Характеристики электродвигателя в этом режиме, являясь продолжением характеристик в двигательном режиме, становятся во втором квадранте осей координат (рис. 2.1).
Торможение противовключением соверщается 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.
Потому как в режиме торможения противовключением вращение якоря совершается в сторону которая противоположна по сравнению с вращением в двигательном режиме, то ЭДС якоря изменяет своё направление и действует в соответствии с приложенным к цепи якоря напряжением:
.
Рис. 2.1
Следовательно, ток якоря в режиме торможения противовключением выше чем в двигательном режиме и его необходимо ограничивать. С этой целью в режиме противовключения в цепь якоря вносят добавочное сопротивление.
При применении этого режима для остановки двигателя в момент, когда его скорость станет нулевой, цепь якоря нужно отключить от сети, в противном случае произойдёт реверс.
Характеристики электродвигателя в режиме противовключения находятся в четвёртом квадранте и являются продолжением характеристик в двигательном режиме (рис. 2.1).
Динамическое торможение электродвигателяпроисходит при отключении обмотки якоря от сети и замыкании её на некоторое сопротивление Rт. Обмотка возбуждения при этом остаётся подключенной к сети. Якорь продолжает вращаться за счёт сил инерции, двигатель переходит в режим генератора, но энергия которая вырабатывается при этом, преобразуется в тепловую, выделяемую на Rт и Rя.
В режиме динамического торможения ЭДС якоря не изменяет своего направления по сравнению с двигательным режимом, но потому как напряжение сети равно U=0, то ток якоря, изменив своё направление, действует согласно с ЭДС. В этом режиме ток якоря равен
,
где Rå = Rя + Rт;
.
Из последнего выражения следует, что торможение якоря в этом режиме происходит до полной остановки.
Характеристики электродвигателя в режиме динамического торможения выходят из начала координат и располагаются во втором квадранте (рис. 2.1.).
Перечисленные характеристики пожалуй можно получить с помощью системы машин (рис. 2.2). В данной системе машины М2 и М3 включены в режиме «генератор-двигатель», асинхронный двигатель М4 является гонным для машины М3, исследуемый двигатель М1 является гонным для машины М2. 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 М1 регулируется широтно-импульсным преобразователем ШИП с помощью резистора R201. Питание асинхронного двигателя М4 осуществляется от инвертора, позволяющего изменять частоту (резистор R402) и амплитуду трёхфазного напряжения (резистор R401). Контроль частоты вращения машин М1, М2 осуществляется измерителем ИС1, машин М3, М4 ‑ измерителем ИС2.
Описание лабораторно-практического исследования
1.Снять скоростные характеристики ω=f(Iя) ДПТ М1 при Iв = const = 400 mA для Uя=100, 50, 25 В.
2. Выполнить п.2.3.1 при ослабленном магнитном потоке Iв=300, 200 mA.
3. Снять реостатные характеристики М1 при Uя=100 В.
4. Снять зависимость ω = f(Iя) в трёх квадрантах (генераторное торможение, двигательный режим, режим противовключения).
Uя=50 В, Iв=200 mA.
5. Снять характеристику динамического торможения.
6. По результатам измерений предыдущих пунктов построить соответствующие механические характеристики ω=f(M).