Исследование механических характеристик электродвигателя параллельного возбуждения при различных способах параметрического регулирования скорости

Цель работы

Получить экспериментальные механические характеристики электродвигателя параллельного возбуждения во всех режимах работы и оценить показатели параметрического регулирования скорости.

Теоретические предпосылки

Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость n/M_э/ скорости n и электромагнитного момента М_э. Момент М_э отличается от момента М_в на валу двигателя на величину момента потерь холостого хода М_хх= 0, 03 М_н. которым ввиду малости можно пренебречь и считать что М_э=М_в=М.

Для двигателя параллельного возбуждения момент М пропорционален первой степени тока якоря I_я. Поэтому механическая характеристика может быть представлена зависимостью n/I_я/, которая называется электромеханической или скоростной.

Аналитическое выражение этих характеристик может быть получено из уравнения

баланса напряжений силовой цепи, которое в соответствии с рис 3 имеет вид:

U_я= Е + I_яR= K_e Ф n + I_я R. /9/

Найдя из выражения (9) скорость n после преобразования получим эголитическое выражение для указанных характеристик в виде:

(10)

и

Здесь: R=R_Я+R_доп – суммарное сопротивление силовой цепи,

К_Е и К_М – постоянные коэффициенты, зависящие от конструктивных данных электродвигателя.

Если U_Я=U_ЯН , Ф=Ф_Н и R=R_Я, то характеристики называют искусственными.

На рис 4 приведены естественная – I и искусственные механические характеристики для двигательного режима работы: 2 – реостатная, 3 – для работы двигателя при пониженном напряжении на якоре, 4 – для работы двигателя при ослабленном потоке возбуждения.

Диапазон: Д регулирования скорости называется отношение максимальной скорости n_мак/которая берется обычно по естественной характеристике при номинальной нагрузке на валу / к ее минимальному значению n_мин при котором обеспечивается устойчивая работа электропривода / она берется обычно по искусственной характеристике

(11)

При динамическом торможении якорь двигателя отключается от сети постоянного тока и подключается к динамическому /добавочному/

сопротивлению R_дин , а поток возбуждения остается не именным или усиливается.

Аналитические выражения механических характеристик электродвигателя для режима динамического торможения можно получить из /10/ и /11/. Если получит в них U_Я =0.

Тогда после преобразований, соответственно, получим:

(12)

и

(13)

Здесь: K_I и К_м – коэффициенты пропорциональности между скоростью n током I_Я и моментом М.

Из (12) и (13) следует, что динамические характеристики представляют собой прямые лини, проходящие через начало координат, а наклон их, при К_ЕФ_Н= Const, зависит от величины R. Знак минус свидетельствует о том, что ток I_Я протекает по сопротивлению R в обратном направлении. На рис 6 приведены электромеханические характеристик при динамическом торможении для различных значений R.

Программа работы

1 ознакомиться с электрооборудованием опытной установки, схемой испытания и методикой [3] снятия механических характеристик.

2 снять электромеханические характеристики опытным путем:

а) естественную:

б) реостатную для R_доб=0, 5R_Н; получить минимально возможную устойчивую скорость для работы двигателя на реостатной характеристике при номинальной нагрузке на валу. Оценить величину диапазона реостатного регулирования скорости при номинальной нагрузке на валу и при холостом ходе.

в) искусственную для Ф=0, 8Ф_Н /то есть для I_В=0, 8I_ВН/, определить величину диапазона регулирования скорости изменением потока Ф при номинальной нагрузке на валу двигателя.

г) динамическую для R_ДИН=0, 5R_H.

3 Произвести анализ и сделать обобщающие выводы в отношении влияния параметров на условия пуска, торможения и регулировочные свойства двигателя параллельного возбуждения.

Метод исследования и описание опытной установки

В настоящей работе предусматривается экспериментальный метод исследования механических характеристик с помощью нагрузочных машин согласно методике [3].

Схема опытной установки приведена на рис. 7 где цепи обозначенные сплошными линиями смонтированы, а штриховыми линиями предлагается собрать студентам.

Здесь: ИД- испытуемый электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения;

НМ_I, HM₂ – нагрузочные машины постоянного тока независимого возбуждения;

АД – асинхронный электродвигатель (гонник);

A₁, A₂, A₃ – автоматы максимального тока – А -31;

P₁, P₂, P₃ – пакетные выключатели ВП – 25;

П – переключатель на 3 положения ВП – 1 – 131;

R₃, R₄ – регулировочные реостаты (потенциометры);

R_П – пусковой реостат.

Методические указания по снятию механических характеристик

1 Предупреждения.

Запрещается: подавать напряжение на якорь ИД и НМ при отсутствии возбуждения; отключать во время работы схемы обмотки возбуждения ИД и НМ; подавать на НМ сразу полное напряжение; запускать ИД без добавочного пускового сопротивления R_П в цепи якоря; превышать скорость агрегата ИД – НМ₁ более чем в 1, 3 U_Н, превышать длительно значение тока электрических машин более чем в 1, 2 I_H; включать выключатель Р при согласном направлении Е₁ и Е₂.

2 Порядок включения опытной установки.

При снятии электромеханических характеристик для двигательного режима работы необходимо соблюдать следующую последовательность операций:

а) привести схему в исходное состояние, при этом необходимо все выключатели поставить в положение 0; пусковой реостат R_П должен быть полностью введен; потенциометры R₃ и R₄ должны находиться, соответственно, в конечном и нулевом положениях; Р – разомкнут.

б) Проверить, при необходимости, поверочным вольтметром V₂ наличие напряжения в сети постоянного и переменного тока.

в) Включением выключателя Р₂ подать на потенциометр R₃ и установкой его движка в соответствующее положение, пользуясь контрольным вольтметром V₂ , добиться номинального возбуждения ИД.

г) Поворотом рукоятки реостата R_П подключить ИД к сети постоянного тока и, постепенно уменьшая пусковое сопротивление, вывести электродвигатель на естественную характеристику. Поверочным вольтметром V₂ убедиться в отсутствии напряжения на якоре НМ.

д) Включением Р₁ подать напряжение на обмотку возбуждения НМ, при этом должна загореться сигнальная лампа ЛС1. Поверочным вольтметром V₂ убедиться в наличии напряжения на якоре НМ, заметить величину и полярность Е₁.

е) Включением Р₃ запустить агрегат постоянной скорости АД – НМ₂, убедиться в его вращении и поверочным вольтметром проверить отсутствие напряжения на якоре НМ₂.

ж) Установкой переключателя П и потенциометра R₄ в соответствующее положение, возбудить НМ₂ и, пользуясь поверочным вольтметром V₂, добиться, перемещением R₄, равенства по величине и противоположности по знаку Е₂ по отношению к Е₁. Рубильник Р разомкнут, поэтому обе машины работают в генераторном режиме.

з) Выключателем Р замкнуть силовую цепь НМ₁ – НМ₂ и убедиться в отсутствии тока I. После этого приступить к снятию электромеханических характеристик, начиная с рекуперативного режима работы с последующим переходом в двигательный, измеряя для каждого установившегося состояния равновесия скорость n и ток I_Я по амперметру А_I. Данные занести в таблицу и построить по ним электромеханические характеристики для случаев, указанных в программе работы.

Для снятия механических характеристик в режиме динамического торможения:

а) Привести опытную установку в исходное состояние, отключить от сети постоянного тока якоря ИД и подключить его к динамическому сопротивлению R_ДИН.

б) Включением Р₁ и Р₂ возбудить, соответственно, НМ и ИД (теперь ИД подготовлен для работы генератором) и включением Р замкнуть силовую цепь нагрузочных машин.

в) Запустить агрегат постоянной скорости АД – НМ₂, установить в соответствующее положение П и, перемещением движка R₄, увеличивать постепенно возбуждение НМ₂, напряжение на якоре НМ и ее скорость, а следовательно и скорость ИД.

г) Для каждого установившегося состояния равновесия измерить скорость n и ток якоря I_Я. Данные занести в таблицу и построить по ним динамическую характеристику.

Аналогичным образом снимается кривая момента потерь, только при отключенном ИД. Электромеханическую характеристику ИД для всех случаев, можно было бы получить алгебраическим суммированием снятых зависимостей n/I/ с кривой тока потерь холостого хода I/n_XX/ при одной и той же скорости n= Const Однако, в настоящей период в работе лучше изменять непосредственно ток якоря I_Я ИД, а не ток I силовой цепи нагрузочных машин. Поэтому снятие кривой потерь не требуется.

Контрольные вопросы

1 Дать определение снимаемых характеристик, объяснить их конфигурацию и рассказать о показателях параметрического регулирования скорости (диапазоне, плавности, стабильности, направлении регулирования, экономичности и д.р.)

2 Рассказать о последовательности операций при снятии электромеханических характеристик.

3 Оценить режимы работы машин в процессе снятия характеристик.

4 Рассказать о возможных неисправностях в схеме и запрещениях при выполнении работы.

5 Проделать теоретический анализ в отношении влияния параметров U, R, Ф на работу двигателя. Уметь рассчитать снимаемые характеристики.