В первый момент пуска якорь двигателя неподвижен Ω=0 и эдс якоря Е_а=СФΩ = 0.

Так как сопротивление якорной цепи R мало, то ток якоря I_2П (пусковой ток) в начальный момент будет большим:

I_2П = = .

Для ограничения тока при пуске последовательно с якорем включают пусковой резистор R2, который перед включением двигателя в сеть должен быть полностью введён. Включается автомат QF1, рубильник Q1. Q2 замкнут. По мере возрастания частоты вращения якоря растёт эдс, ток уменьшается, и пусковой резистор постепенно выводится с такой скоростью, чтобы не было слишком больших бросков тока. По окончании пуска резистор R2 должен быть полностью выведен.

Регулировочный резистор R1 в цепи возбуждения при пуске должен быть выведен, чтобы магнитный поток был максимальным. В этом случае электромагнитный вращающий момент М=СФI₂ создаётся при относительно небольшом пусковом токе в обмотке якоря. Кроме того, при малом магнитном потоке частота вращения двигателя по окончании пуска может оказаться недопустимо большой:

Ω = .

Изменение направления вращения двигателя параллельного возбуждения осуществляется изменением направления тока либо в обмотке якоря, либо в обмотке возбуждения, так как при этом меняется знак вращающего момента.

Направление вращения двигателя при проведении всех опытов должно совпадать с направлением стрелки на корпусе двигателя.

Снятие рабочих и электромеханических характеристик

Рабочие характеристики представляют собой зависимости частоты вращения Ώ, тока якоря I₂, момента на валу М и кпд h от мощности на валу Р₂

W, I ₂, М, h = ƒ(Р₂) при U = U_H и I₁ = I_1H = const,

а электромеханические характеристики - зависимость частоты вращения W от тока якоря I₂

W = ƒ(I₂) при U = U_H и I₁ = I_1H = const.

Параллельное возбуждение.

Снятие рабочих и электромеханических характеристик производится в следующем последовательности. Включается рубильник Q2 и, установив максимальное значение резистора R2, двигатель пускается на холостом ходу. В процессе разгона двигателя пусковой резистор уменьшается до нуля. Резистором R1 устанавливается ток возбуждения, соответствующий нагретому состоянию обмотки I_1H . Величина тока возбуждения сообщается преподавателем и в течение всех опытов, где нет регулирования частоты вращения двигателя этим током, поддерживается постоянной. Точка холостого хода записывается первой в табл.2.1. Включается нагрузочное устройство и двигатель нагружается до тока якоря, равного 1,2I_2Н. В процессе опыта снимается 5-6 точек.

Показания приборов заносятся в таблицу 2.1. Момент на валу двигателя определяется с помощью тарировочной кривой М = ƒ(I₃) по величине тока нагрузочного устройства I₃.

Расчёты производятся по следующим формулам:

мощность, потребляемая из сети: Р₁ = U₁(I₁ + I₂) , вт;

мощность на валу: Р₂ = МW вт, где W = pn/30 c^-1;

коэффициент полезного действия: h = Р₂/ Р₁.

Смешанное возбуждение

Перед снятием характеристики двигателя смешанного возбуждения необходимо проверить включение обмоток последовательного и параллельного возбуждения. Для этого при включённом рубильнике Q2 осуществляется пуск двигателя параллельного возбуждения. С помощью нагрузочного устройства двигатель нагружается до номинального тока и замечается величина частоты вращения вала двигателя. Отключается Q2 и снова замечается величина частоты вращения двигателя.

Уменьшение частоты вращения двигателя указывает на согласное включение обмоток возбуждения. Увеличение скорости указывает на то, что обмотки возбуждения включены встречно. В этом случае необходимо поменять местами провода на клеммах С1- С2.

Обмотки возбуждения при снятие характеристик должны быть включены согласно.

Изменение направления вращения двигателя смешанного возбуждения осуществляется только изменением направления тока в обмотке якоря.

Для снятия рабочих и электромеханических характеристик при смешанном возбуждении рубильник Q2 отключается. Методика снятия характеристик аналогичная методике снятия рабочих характеристик двигателя параллельного возбуждения. Данные для 5-6 точек эксперимента заносятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Данные опыта по снятию рабочих и электромеханических характеристик

Частота вращения n определяется вспомогательным тарированным тахогенератором.

Характер рабочих характеристик двигателя параллельного возбуждения (рис.2.3) можно объяснить следующим образом. Если бы частота вращения двигателя параллельного возбуждения была постоянной, то, как следует из формулы Р₂ = МW, зависимость М = ƒ (Р₂) представляла бы собой прямую линию. Но так как скорость с увеличением нагрузки обычно немного падает, то кривая М = ƒ (Р₂) несколько отгибается кверху.

Если в выражении электромагнитного момента М_Э = М + М_Х пренебречь моментом холостого хода М_Х и под-

ставить развёрнутое выражение электромагнитного момента М_Э в формулу полезной мощности, то Р₂ = С_МФI₂W. Так как с увеличением полезной мощности скорость немного падает и магнитный поток несколько уменьшается вследствие реакции якоря, то кривая I₂ = ƒ(Р₂) отгибается к оси ординат в большей степени, чем кривая М = ƒ(Р₂).

Характер изменения кпд двигателя в зависимости от нагрузки типичен для всех электрических машин. При увеличении нагрузки от холостого хода до 0,25 номинальной нагрузки кпд резко возрастает. При половинной нагрузке достигает значения, близкого к максимальному. Затем в пределах изменения нагрузки от 0,5 до номинальной остаётся постоянным. При дальнейшим повышение нагрузки кпд начинает уменьшаться. Такое изменение кпд объясняется тем, что соотношение постоянных и переменных потерь в электрических машинах при изменении нагрузки меняется.

В машинах постоянного тока потери в стали, механические и потери в параллельной обмотке возбуждения изменяются с нагрузкой мало - это постоянные потери.

Потери в щёточном контакте пропорциональны первой степени тока, потери в меди обмоток, обтекаемых током нагрузки пропорциональны квадрату тока - это переменные потери.

кпд достигает максимального значения при равенстве постоянных и переменных потерь.

Кривая зависимости частоты вращения якоря от полезной мощности на валу W = ƒ(P₂) близка к скоростной характеристики W = ƒ (I₂) (рис.2.4, кривая 1). При токе якоря равном нулю, I₂=0, Ω= = Ω₀ –скорость идеального холостого хода. Для двигателей параллельного и смешанного возбуждения она является одной и той же величиной.

При изменении нагрузки на валу меняется ток в якоре двигателя, что ведёт к изменению скорости. Как видно из формулы W = , на скорость вращения двигателя параллельного возбуждения влияют две причины: а) падание напряжения в цепи якоря R_аI₂; б) реакция якоря, которая несколько уменьшает основной магнитный поток.

С увеличением нагрузки растёт ток и увеличивается падение напряжения в цепи якоря, что приводит к уменьшению частоты вращения двигателя. Но с увеличением тока растёт также реакция якоря, немного уменьшающая магнитный поток. Благодаря действию реакции якоря скорость двигателя стремиться возрасти. Обычно преобладает падение напряжения в цепи якоря. Поэтому скоростная характеристика двигателя параллельного возбуждения имеет вид почти прямой, немного наклонённой к оси абсцисс.

У двигателя смешанного возбуждения суммарный магнитный поток при согласном включении обмоток будет большим, чем у двигателя параллельного возбуждения на величину магнитного потока последовательной обмотки. Поэтому скоростная характеристика будет иметь больший наклон к оси абсцисс, чем скоростная характеристика двигателя параллельного возбуждения (рис.2.4,кривая 2).

Зависимость момента на валу от тока якоря называется моментной характеристикой

М = ƒ(I₂) при U₁ = U_H = const и I₁= const.

Примерный вид моментных характеристик для двигателей параллельного и смешанного возбуждения представлен на рис. 2.4 (кривые 3,4).

Для двигателя параллельного возбуждения, если пренебречь реакцией якоря, можно считать магнитный поток постоянным Ф = const. Как видно из уравнения М = СФI₂ моментная характеристика представляет прямую линию (рис.2.4, прямая 3).

Для двигателя смешанного возбуждения результирующий магнитный поток зависит от тока якоря I₂. При согласном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения магнитный поток увеличивается. Поэтому при одном и том же токе I₂ момент двигателя смешанного возбуждения будет большим, и его характеристика проходит выше характеристики двигателя параллельного возбуждения (рис.2.4,кривая 4).