ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы:

1. Ознакомиться с конструкцией электродвигателя постоянного тока и принципом его работы.

2. Изучить способ пуска, регулирования скорости вращения шунтового двигателя.

3. Научиться снимать рабочие, механические и регулировочную характеристики двигателя.

Теоретическое введение

Двигатели постоянного тока нашли широкое применение в электроприводах, где требуется плавное регулирование скорости вращения в большом диапазоне.

При работе двигателя его якорь вращается в магнитном поле, в обмотке якоря при этом наводится ЭДС Е направленная против приложенного напряжения U:

, (1)

где: С_е – конструктивная постоянная данного двигателя; Ф – магнитный поток в воздушном зазоре, Вб; n – частота вращения.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа

, (2)

где: R_а – сопротивление цепи якоря, Ом; I_а – ток якоря, А.

Из формулы (2) следует, что

, (3)

В первый момент пуска двигателя якорь неподвижен (n = 0), следовательно Е = 0 и начальный пусковой ток якоря определяется формулой . Так как сопротивление якорной цепи R_а относительно мало, то начальный пусковой ток получается очень большим, превышающий номинальный ток в 10 – 50 раз в двигателях среднем и большой мощности. Большой пусковой ток приводит к ряду нежелательных последствий. Для ограничения пускового тока при реостатном пуске на время пуска последовательно с обмоткой якоря включается пусковой реостат, сопротивление которого подбирают так, чтобы кратность пускового тока составляла 1,5 – 2. Из форму (1) и (2) легко получит уравнение скоростной характеристики:

, (4)

У шунтового двигателя ток возбуждения I_В а, следовательно, магнитный поток, если не учитывать влияние реакции якоря, остается неизменным при любой нагрузке. Внутреннее падение напряжения I_а·R_a незначительно по сравнению с напряжением U сети (около 5% при номинальной нагрузке). Отсюда следует, что скорость вращения изменяется мало при изменениях нагрузки и двигатель имеет жесткие механические характеристики.

О рабочих свойствах двигателя судят по его рабочим характеристикам, которые представляют собой зависимости скорости вращения n, вращающего момента на валу М₂, потребляемой из сети мощности Р₁ и КПД от мощности на валу Р₂ при неизменном напряжении сети U и неизменном токе возбуждения I_В.

Из формулы (4) видно, что регулировать скорость вращения можно тремя способами:

1) изменением подводимого к цепи якоря напряжения U;

2) изменением сопротивления цепи якоря за счет введения дополнительного сопротивления R_доб;

3) изменением магнитного потока Ф путём введения дополнительного сопротивления в цепь обмотки возбуждения.

Об особенности регулирования скорости двигателя этим способом судят по его регулировочной характеристике, представляющей зависимость частоты вращения n от тока возбуждения I_В при неизменном напряжении на якоре.

Опытная установка

Для исследования свойств электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения, служит установка, состоящая из двух машин постоянного тока, соединенных механически друг с другом с помощью муфты. Машина M₁ используется в качестве исследуемого двигателя, и установлена на раме неподвижно. В ее цепях предусмотрены пускорегулирующий R₁ и регулировочный r₁ реостаты, а также необходимая измерительная аппаратура. Машина М₂ служит нагрузочным генератором независимого возбуждения, работающим на нагрузочный реостат R₂. В цепи возбуждения установлен реостат r₂. Электроизмерительные приборы, находящиеся в ее цепи, позволяют производить необходимые измерения. Машина М₂ установлена на раме на стояковых подшипниках и соединена при помощи рычага и тяги с динамометром, что позволяет измерять нагрузочный момент М₂.

С машиной M₁ соединен тахогенератор BR выводы которого выведены на прибор Рn, для измерения скорости вращения n.

Методика выполнения работы

1. Ввести полностью пускорегулирующий реостат R₁ в цепи якоря двигателя, реостат R₁ в цепи якоря генератора и реостат r₂ в цепи возбуждения генератора (движки реостатов в верхнем положении).

Реостат r₁ в цепи возбуждения двигателя полностью вывести (движок в нижнем положении). Выключить автомат QF₂, QF₃, переключатель SВ цепи амперметра рА₁ установить в положение "+", переключатель SA в положение 2. Собрать схему и предъявить её для проверки преподавателю (рис. 1.9).

2. Снять рабочие и естественные механическую и скоростную характеристики двигателя.

2.1) запустить двигатель, включив автомат QF₁, и по мере увеличения оборотов двигателя плавно вывести пускорегулирующий реостат R₁;

2.2) корректором установит стрелку динамометра на 0 (корректор находится с обратной стороны динамометра);

2.3) включить автоматы QF₂ и QF₃ постепенно перемещая движок реостата r₂ установить показания динамометра 1 кг. Движок реостата r₂ перемешать только в одном направлении, чтобы избежать влияния гистерезиса;

2.4) нагружать двигатель соответственно до 2, 3, 4 кг и т. д сначала реостатом r₂, а далее выводом реостата R₂ до максимального тока якоря двигателя. Данные записать в табл. 6.

3. Отключить автоматы QF₃, QF₂, и сопротивления R₁, R₂, r₂, полностью ввести.

4. Снять реостатную механическую и скоростную характеристики двигателя (R₁ = max);

Рис. 1.9.

4.1) корректором установить стрелку динамометра на 0;.

4.2) включить автоматы QF₂ и QF₃ и, постепенно перемещая движок реостата r₂, установить показания динамометра 1 кг. Движок реостата r₂ перемещать только в одном направлении, чтобы избежать влияния гистерезиса;

4.3) нагружать двигатель соответственно до 2, 3, 4 кг и т. д сначала реостатом r₂, а далее выводом реостата R₂ до максимального тока якоря двигателя. Данные записать в табл. 1.7.

5. Отключить автоматы QF₃, QF₂, сопротивления R₂, r₂, ввести.

6. Исследовать влияние тока возбуждения на частоту вращения сняв регулировочную характеристику;

Таблица 1.6

Таблица 1.7

6.1) для этого ввести реостат r₁ в цепь обмотки возбуждения М₁ и, через каждые 100 об/мин записывать данные тока возбуждения I_B и частоты вращения n в табл. 1.8, при этом R₁ выведено из цепи якоря;

6.2) отключить автомат QF₁, разобрать схему сопротивления R₁ и r₁ вернуть в исходное положение.

Таблица 1.8