Методические указания. «исследование статических характеристик двигателя постоянного тока смешанного возбуждения»

Лабораторная работа

На тему:

«Исследование статических характеристик двигателя постоянного тока смешанного возбуждения»

Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ (ДПТсв)

Цель работы: Изучение электромеханических свойств ДПТсв.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДПТсв имеют две обмотки возбуждения: независимую и последовательную, рис 1. Это обуславливает наличие у ДПТсв качественно новых механических характеристик, обладающих свойствами присущими как двигателям независимого (ДПТнв), так и последовательного (ДПТпв) возбуждения /1/.

Физические процессы протекающие в этих двигателях те же, что и во всех других типах ДПТ, поэтому для расчета их характеристик используют известные математические выражения:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Где - напряжение источника питания якорной цепи двигателя, В;

- ток якоря и ток шунтовой обмотки возбуждения, соответственно,

А;

- сопротивление якорной цепи (включает в себя сопротивления обмотки якоря, последовательной обмотки возбуждения, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки; если в якорную цепь дополнительно включено добавочное сопротивление- то необходимо учеть и его), Ом;

М- электромагнитный момент двигателя, Нм;

ω – частота вращения якоря, рад/с;

E- ЭДС двигателя, В;

– магнитный поток двигателя, Вб;

– конструктивный коэффициент электрической машины, которой может быть рассчитан по каталожным данным на двигатель /1, 2/ (р-число пар полюсов, N и а – число эффективных проводников и параллельных ветвей якорной обмотки, соответственно), другой способ определения конструктивного коэффициента заключается в расчете произведения - по формуле (1) для номинального режима работы двигателя с последующим нахождением номинального магнитного потока по кривой намагничивания- и вычисления

(6)

Отличия в характеристиках ДПТсв связаны со способом формирования магнитного потока двигателя. Если намагничивающая сила- F и соответствующий ей магнитный поток –Ф у ДПТнв определяются током возбуждения независимой обмотки и не зависят от тока нагрузки, у ДПТпв F и Ф полностью определяются током якоря, то у ДПТсв F и Ф обусловлены совместным действием токов обеих обмоток возбуждения:

F=IвWн±IяWп, (7)

Где Wн, Wп- число витков независимой и последовательной обмотки на полюс, соответственно.

Сказанное выше справедливо при предположении о полной компенсации реакции якоря обмотками дополнительных полюсов.

В каждом случае необходимо представлять какое действие оказывает сериесная обмотка: подмагничивающее или размагничивающее и, в соответствии с этим, выбирать знак в выражении (7).

Магнитный поток определяется по кривой намагничивания- Ф(F), рис2. В справочной литературе величина магнитного потока, как правило, проводится на один полюс и для определения суммарного значения-Ф его следует умножить на число полюсов в машине. Если магнитный поток указан в Максвеллах, то его необходимо перевести в Веберы(система СИ), -

Вб=Мкс х 10^-8.

Методика расчетов естественных и искусственных характеристик используемая в настоящей лабораторной работе та же, что и для ДПТпв. Прежде всего необходимо задать 5-8 значений тока якоря из условия-

Рисунок 1. Схема включения ДПТсв Рисунок 2. Кривая намагничивания П-32

(генератор)

1, 5Iн< Iя< 1, 5Iн. Для каждого из выбранных значений необходимо рассчитать намагничивающую силу по формуле (7), по кривой намагничивания определить величину магнитного потока на полюс- Фпол и найти суммарный магнитный поток- Ф=2р*Фпол; далее, по формулам (1) и (3) вычислить ω и М. Результаты расчетов следует представить в табличной форме, табл 1.

Табл.1

При проведении экспериментальных исследований, когда Uя, Iя, Iв, n измеряются по приборам, КФ и М для каждого конкретного случая рассчитываются по формулам (1)и (3), результаты так же представляются в табличной форме, табл2.

ДПТсв обладают следующими электромеханическими свойствами: они могут работать в режиме холостого хода -ω о=Uн/КФо, где Фо определяется по кривой намагничивания при Fо=IвWн;

Табл.2

-электромеханические и механические характеристики ДПТсв нелинейны, так как является нелинейной зависимость Ф=f(F). Причем, при согласном соединении обмоток возбуждения жесткость характеристик с увеличением нагрузки возрастает, что приводит к увеличению перегрузочной способности ДПТсв по сравнению с ДПТнв, а при встречном –уменьшается;

-при раскручивании якоря ДПТсв посторонним источником механической мощности свыше ω о электрическая машина переходит в генераторный режим с рекуперацией энергии в сеть. Он сопровождается изменением направления Iя и, следовательно, сериесная обмотка автоматически начинает оказывать размагничивающее действие, вследствие чего увеличение ω сопровождается увеличением Iя, асимптотически стремящегося к току смещения- Iсм=IвWн/Wп- это такой ток якоря, который полностью размагничивает машину, рис3. Механическая характеристика ДПТсв в генераторном режиме достигает своего максимума и, затем, при ω → ∞, М→ 0, рис 4. Такой вид характеристики объясняется разнонаправленным действием тока якоря и магнитного потока в формуле для электромагнитного момента (3): по мере ↑ ω → ↑ Iя и ↓ Ф. Поскольку интенсивность их изменения различна, то существует такая ω = ω кр., при которой М=Мmax /2/.

Естественные характеристики двигателя представлены на рис. 3, 4.

В каталогах можно встретить и естественные универсальные характеристики двигателей - это зависимости ω *(I*) и M*(I*) представленные в относительных единицах:

(8)

см. рис. 5. Задавшись рядом значений – I*, по графику легко найти соответствующие значения ω * и М*. Затем, используя номинальные параметры двигателя - , , по формулам (8) перечитывают относительные величины в именованные.

Рис.3 Естественная Рис.4 Естественная механическая

Электромеханическая характеристика ДПТсв

Характеристика ДПТсв

Рис.5 Естественные универсальные

Характеристики ДПТсв

Регулирование ω двигателя может быть выполнено по тем же принципам, что и для ДПТнв:

-изменением сопротивления в якорной цепи, рис.6;

-изменением напряжения к якорю двигателя, рис.7;

-изменением тока возбуждения шунтовой обмотки, рис.8.

Рис.6 Механические характеристики при

Rя.доб=var

Рис.7 Механические характеристики при

Uя=var

Рис.8 Механические характеристики

При Iв=var

Для ДПТсв характерны все те же тормозные режимы и возможны те же способы воздействия на них, что и дл ДПТнв. Однако, из-за наличия сериесной обмотки их проявление будет несколько иным. Так, если в двигательном режиме сериесная обмотка была включена согласно, то в режиме противовключения на активную нагрузку она также будет формировать более жесткую механическую характеристику, а в генераторном, наоборот, более мягкую (для усиления генераторного режима ее шунтируют), рис.9.

Сериесная обмотка по разному влияет на механические характеристики режима динамического торможения во II и IV квадрантах, рис.10.

Для устранения ее влияния в ряде случаев обмотку закорачивают.

Энергетическая эффективность работы двигателя определется через КПД-η дв /3/:

Рис.9 Механические характеристики 2-ух режимов: противовключения и генераторного(рекуперативного)

Рис.10 Механические характеристики режима динамического торможения

(9)

Причем

Р1=Uя(Iя+Iв), Р2=Р1- , (10)

Где

∆ Рconst=∆ Pв+∆ Рс+∆ Рмех= , (11)

∆ Рvar(дв)=

∆ Рvar(эп)= ∆ Рvar(дв+Rя.доб)= [ + Rя.доб]=M(ω 0-ω). (12)

В формулах 9-12 использованы обозначения:

Р1 и Р2- входная и выходная мощность электрической машины, Вт;

, - потери мощности в электрической машине:

Суммарные, «постоянные» и «переменные», соответственно, Вт;

составляющие «постоянных» потерь: потери в шунтово обмотке возбуждении, в стали механические, соответственно, Вт.

Расчет зависимости η (Р2) при работе двигателя на произвольной рабочей характеристике проводится по снятым экспериментальным данным.

Сначала, из опыта холостого хода по формуле (11) определяются , затем, в соответствии с проведенными измерениями на нагруженном двигателе, по формулам (11) и (12) определяются и далее, по формулам (10) и (9) рассчитывается к.п.д двигателя (электропривод.)