IвдА кФд (кФд)н

Рис.7 Характеристика холостого хода ДПТ.

Содержание отчета:

1. Схема лабораторной установки.

2. Программа работы.

3. Результаты испытаний.

4. Графики.

5. Краткие выводы о совпадении расчетных и экспериментальных характеристик, о влиянии параметров системы Г-Д на жесткости характеристик, рассчитанных по таблице 1.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Преимущество работы системы Генератор-Двигатель.

2. Для чего нужна ПОС.

3. Как изменится скоростная характеристика при увеличении сопротивления R4.

4. Как оценивается крутизна характеристик.

Протокол

к работе «Исследование системы генератор-двигатель».

Экспериментальные данные для построения скоростной и механической характеристики ДПТ.

При U=220B, Iвд=0,5А.

Таблица 1

Наименование параметра	Условное обозначение	Ед. измерения
Частота вращения	ω(BRG)	Рад/сек
Ток якоря	Iя (PA1)	А
Электромагнитный момент якоря	M	Нм

Экспериментальные данные для построения скоростной и механической характеристики в системе Г-Д без ПОС по току.

Таблица 2

ω,рад/с(BR6)	Iя, А(PA1)	М, Н∙м	Ег, В(PV2)	Iв, А(PA7)

Экспериментальные данные для построения скоростной характеристики с ПОС по току.

Таблица 3

Частота вращения, рад/с.	Ток якоря, А.	Момент, Н∙м	ЭДС генератора, В.	Ток возбуждения, А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

«ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ-ДВИГАТЕЛЬ»

Ι. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципа действия магнитного усилителя, характеристик и основных расчетных соотношений системы «магнитный усилитель-двигатель» (МУ-Д).

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

2.1 Изучение устройства и принципа действия магнитного усилителя.

2.2 Изучение схемы лабораторной установки.

2.3 Снятие механических характеристик двигателя постоянного тока в системе МУ-Д.

2.4 Расчет механических характеристик двигателя.

2.5 Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

3. ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРОСТЕЙШЕГО МАГНИТНОГО УСИЛИТЕЛЯ.

Магнитные усилители, как и усилители других типов, представляют собой устройства, которые при относительно малой мощности управления позволяют управлять большой мощностью нагрузки. Благодаря особой надежности, долговечности, простоте конструкции и эксплуатации магнитные усилители получили весьма широкое распространение в различных системах автоматики.

На рис.1 представлена схема простейшего магнитного усилителя. Это обычный дроссель с подмагничиванием его сердечника постоянным магнитным потоком. Его рабочая обмотка Wр, как правило, включается последовательно с нагрузкой, а обмотка управления Wу подсоединяется к источнику постоянного тока.

μ,

Гн/м

Н,А/м

Рис. 3 Зависимость магнитной проницаемости μ от напряженности Н.

Известны также схемы МУ и с параллельным подключением к ним нагрузки, но они по своим техническим показателям значительно уступают схемам с последовательным соединением.

Принцип действия МУ основан на изменении индуктивности катушки L при подмагничивании сердечника постоянным магнитным потоком созданным Iу. Ток в цепи нагрузки:

где Rн, Rр, Хн, Хр- активные и реактивные сопротивления нагрузки и рабочей обмотки соответственно, Ом.

Изменить ток в цепи при U~=const можно лишь путем изменения индуктивного сопротивления Хр:

Хр=2πfL,

где L- индуктивность рабочей обмотки, Гн.

При отсутствии в магнитопроводе воздушных зазоров:

где S, lcp- соответственно сечение и средняя длина магнитопровода, м²; м; μ- магнитная проницаемость материала магнитопровода, Гн /м.

Учитывая, что Wр, S и lcp величины постоянные, изменять значение L, а следовательно, и Хр можно лишь путем изменения магнитной проницаемости μ материала магнитопровода.

В качестве материалов для магнитопроводов используются ферромагнитные материалы (электротехническая сталь и др.), в которых, как известно, μ не является величиной постоянной, а в значительной степени зависит от напряженности Н магнитного поля (см. рис.3). Таким образом, увеличивая Н с помощью дополнительной обмотки управления, можно изменять значение μ, что в конечном счете приводит к снижению Хр и возрастанию Iн. Однако, в приведенном магнитном усилителе переменный магнитный поток, созданный рабочей обмоткой, будет подводить к катушке управления переменную э.д.с., что может привести к возрастанию необходимой мощности управления и даже к потере управляемости усилителя.

Поэтому, как правило, выполняется на двух сердечниках, рабочая обмотка разделена на две равные части, каждая из которых намотана на свой сердечник, а обмотка управления охватывает оба сердечника. В катушке управления в таком случае не будут наводиться переменные э.д.с., если обеспечить встречное направление переменных потоков магнитного поля в сердечниках, охватываемых катушкой управления. Это легко выполняется соответствующим соединением обмоток или их намоткой (см. рис. 2).

Тогда, при положительном полу периоде тока в сердечнике Ι магнитные потоки, создаваемые катушками Wр и Wу, будут суммироваться, а в сердечнике ΙΙ- вычитаться. Таким образом, исключается влияние рабочих обмоток на цепь управления. Но данные магнитные усилители имеют низкий коэффициент усиления. Для его увеличения применяют положительные обратные связи (ПОС), которые подразделяются на внешние ПОС (рис. 4) и внутренние (рис.5). МУ с внутренней ПОС называют также усилителями с самонасыщением. В них обмотка обратной связи отсутствует, а ее роль выполняют рабочие обмотки. С помощью ПОС можно получить коэффициент усиления большим и тогда МУ будет работать в релейном режиме.

При выборе электрических аппаратов следует обращать внимание на их быстродействие, т.е. способность отрабатывать команду за заданный промежуток времени. МУ является инерционным электрическим аппаратом. Под инерционностью МУ понимается время изменения тока нагрузки до установившегося значения при изменении тока управления. В общем случае постоянная времени МУ определяется:

В обычных усилителях Т=0,1÷1,0 с.

Рис.4 МУ с внешней ПОС

Рис.5 МУ с внутренней ПОС

Рис.6 Характеристики магнитного усилителя:

1. при отсутствии тока смещения и обратной связи;

2. без внешней обратной связи с отрицательным смещением;

3. без внешней обратной связи с положительным смещением;

4. с внешней обратной связью, без смещения;

5. с внешней обратной связью, с отрицательным смещением;

6. с внешней обратной связью, с положительным смещением.

4. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА.

Данная лабораторная установка позволяет исследовать механические характеристики ДПТ в системе МУ-Д с обратными связями и без них (рис.7).

В установку входят:

- агрегат, состоящий из испытуемого двигателя постоянного тока М, нагрузочного генератора постоянного тока G, тахогенератора BR;

- магнитный усилитель;

- пускорегулирующая аппаратура;

- измерительные приборы.

Напряжение на обмотки возбуждения машин ОВM и ОВG, обмотки управления Wу и смещения Wсм подается от сети постоянного тока Uc=220В. Рабочие обмотки МУ Wр1 и Wр2 включены в сеть переменного тока Uc~=220В. Обмотки управления Wу1 и Wу2 использованы для создания обратных связей в системе МУ-Д.

5. ПРОИЗВЕСТИ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ В СИСТЕМЕ МУ-Д.

Данные привода:

1. Rэ=19 Ом. 5. Uдв.н=220 В.

2. Rя=3,4 Ом. 6. nн=1500 об/мин.

3. Iдв.н=4,35 А.

4. Rд.п=2,05

Сделать перерасчёт сопротивлений при 25 градусах.

Номинальная угловая скорость вращения:

Находим коэффициент ЭДС и электромагнитного момента при номинальном потоке возбуждения:

Определить номинальный момент:

Уравнение механической характеристики:

Расчет жесткости производится по формуле:

Построить для первой таблицы два графика : по расчетным и экспериментальным данным. Для остальных таблиц построить четыре характеристики на одном графике (только по экспериментальным данным).

Найти жёсткости и определить крутизну ( только по экспериментальным данным) для всех опытов.

6. ПРОГРАММА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

6.1. Перед началом проведения испытаний на установке уясните назначение аппаратов и приборов, расположенных на передней панели стенда. Изучить схему, понять назначение элементов схемы.

Для соблюдения техники безопасности перед включением стенда необходимо выставить такие положения коммутационной аппаратуры:

а) автоматические выключатели FM1 и FM2- в положение «Выкл.»;

б) переключатели Q1 и Q2- в положение 2;

Q3 и Q5- в положение «Выкл»;

Q4- в положение 1;

Q6- в положение «Вкл»;

Q7- в положение «Вкл».

в) ручки реостатов R1, R2, R8, R5- в крайнем левом положении; R3, R4, R7- в крайнем правом положении.

6.2. Исследование механических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения в системе «магнитный усилитель-двигатель».

6.2.1. Снятие механической характеристики в разомкнутой системе: ω=f(Ia) при Iвд=const. Вначале включить FM2, затем FM1, Q3. Установить ток в обмотке управления Iу1=0,35 (верхняя шкала), ток в обмотке возбуждения двигателя Iвд= Iвд_max, а в обмотке возбуждения генератора Iвг= Iвг_min. Изменять ток якоря двигателя в пределах от Iа_min=1,4 А до Iа_max=3 А. Измерять частоту вращения ω, напряжение на якоре двигателя Uа, ток якоря Iа.

Полученные данные занести в табл.1

Примечание.

1. Ток в обмотке смещения МУ Iсм=0,2 А.

2. Так как нагрузкой двигателя является генератор постоянного тока, работающий на активное сопротивление R1, то ток якоря двигателя регулируется R1.

После проведения испытаний выключить FM1 и FM2, пускорегулирующую аппаратуру привести в исходное состояние.

6.2.2. Снятие механической характеристики с обратной связью по напряжению.

Переключатели Q4 в положение 1; Q7, Q4-в положение «Вкл».

Дальнейшие испытания проводить аналогично п. 6.2.1. Данные занести в табл. 2 .

6.2.3. Снятие механической характеристики в замкнутой системе с отрицательной обратной связью по току.

ВНИМАНИЕ. Положение переключателей Q4, Q7 менять при выключенных FM1 и FM2.

Переключатель Q4 поставить в положение 3, а переключатель Q7 выключить.

Дальнейшие испытания проводить аналогично п. 6.2.1. Данные занести в табл. 3.

6.2.4. Снятие механической характеристики с обратной положительной связью по току в замкнутой системе.

Переключатель Q4 поставить в положение 2.

Дальнейшие испытания проводить аналогично п. 6.2.1. Данные занести в табл. 4.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА:

1. Титульный лист

2. Схема исследуемой установки.

3. Протокол экспериментальных измерений.

4. Расчет механических характеристик.

5. Графики механических характеристик.

6. Выводы по лабораторной работе.

Контрольные вопросы:

1. Принцип работы магнитного пускателя.

2. Для чего используется обратная связь по напряжению.

3. Как изменится рабочая точка характеристики при уменьшении сопротивления R3.

4. Какие материалы используются для магнитопроводов.

Протокол

к работе «Исследование системы магнитный усилитель-двигатель».

Снятие механической характеристики в разомкнутой системе.

Таблица 1

Iа, мА (PA2)
М, Н·м
ω, рад/c (BR)
U, B (PV2)

Снятие механической характеристики с обратной связью по напряжению.

Таблица 2

Iа, мА (PA2)
М, Н·м
ω, рад/c (BR)
U, B (PV2)

Снятие механической характеристики в замкнутой системе с отрицательной обратной связью по току.

Таблица 3

Iа, мА (PA2)
М, Н·м
ω, рад/c (BR)
U, B (PV2)

Снятие механической характеристики в замкнутой системе с положительной обратной связью по току.

Таблица 4

Iа, мА (PA2)
М, Н·м
ω, рад/c (BR)
U, B (PV2)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

«ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАПУСКА МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ»

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Ознакомление с методами пуска двигателей постоянного тока,

2. Графическое определение пусковых сопротивлений.

3. Расчет переходных процессов при запуске МПТ и определении необходимых выдержек времени.

4. Экспериментальное определение пусковой диаграммы.

5. Сравнение результатов эксперимента и расчета.

1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1.1. Основные теоретические положения

Известно, что ручной или автоматический запуск машин постоян­ного тока (МПТ) можно производить только с токоограничивающим соп­ротивлением. В ряде случаев, для специальных МПТ, предусматриваете; и прямой запуск без пусковых сопротивлений, но для машин общего назначения обязательна установка пусковых сопротивлений, которые по мере разгона МПТ отключаются. В противном случае токи в цепи якоря будут в 10 4- 30 раз больше номинальных и МПТ или питающая сеть будут выведены из строя.

Системы автоматического запуска МПТ могут быть построены по трём алгоритмам:

Запуск в функции тока.

Запуск в функции времени.

Запуск в функции частоты вращения.

Данные способы запуска вытекают из рассмотрения пусковой диаграммы, построенной или рассчитанной для заданных колебаний тока.

На рис.1 представлена пусковая диаграмма двухступенчатого пуска МПТ на холостом ходу, построенная при значениях пусковых токов:

• пусковой максимальный ток I1 = 0,9 (Imax) = 2,25 Iн

• максимально допустимый ток Imax = 2,5 Iн

• пусковой минимальный ток (ток переключения) I2 = 1,4 Iн

В рассматриваемой лабораторной работе уменьшение сопротивления пускового резистора при ускорении двигателя осуществляется в функ­ции времени, т.е. шунтирование ступеней пускового резистора должно происходить через определенные промежутки времени при ступенчатом запуске двигателя постоянного тока.

Для пуска двигателей постоянного тока в функции времени наибол­ее часто применяются электромагнитные реле. Выдержка времени у них достигается тем, что после снятия напряжения магнитный поток в катушке спадает постепенно, т.к. электромагнитная постоянная времени катушки при притянутом якоре сравнительно велика. Такие реле могут иметь контакты, работающие с выдержкой времени лишь при от­ключении реле. А включение таких реле происходит почти мгновенно, |Т.к. при не притянутом якоре реле индуктивность катушки весьма незначительна (в магнитной цепи имеется значительный воздушный зазор) и нарастание тока в катушке происходит быстро.

Достоинством схем управления, работающих в функции времени, является исключение продолжительной работы на реостатных позициях. Простота и надежность в работе, так же, как и возможность примене­ния однотипных реле времени, привели к широкому применению электро­приводов, управляемых в функции времени,

1.2. Графическое определение пусковых сопротивлений

При запуске МПТ средней мощности на основе опыта проектирования схем установлено, что количество ступеней не целесообразно делать больше двух. В исследуемой лабораторной работе количество ступеней пуска также принимаем равным 2. Колебания пускового тока, для МПТ независимого возбуждения и пускового момента зададим следующее:

Определение пусковых сопротивлений произведем на основе пост­роения пусковой диаграммы в относительных единицах.

Из теории МПТ независимого возбуждения известно, что скорость и механическая характеристики машины - прямые линии, а, следовательно, для построения любой реостатной или естественной характеристики необходимо знать две точки. Построение проще вести в относительных единицах:

- относительная скорость,

- относительный ток,

- относительное сопротивление якорной цепи,

- номинальное сопротивление якорной цепи.

Одна точка у всех характеристик будет одна и та же. Это ско­рость холостого в хода в относительных единицах =1, Вторую точку найдем для скоростной характеристики при номинальном токеi= I по величине сопротивления якорной цепи численное значение которого равно изменению скорости Z=Δ;

По данным МПТ строится естественная скоростная характеристика в относительных единицах =f(i) по двум точкам. Затем стро­ится сама пусковая диаграмма (рис.3, 4), для чего соединяют прямой линией точки с координатами (i₁; 0) и (0; 1) и получают первую скоростную характеристику с полным пусковым сопротивлением.

Рис. 3. Пусковая диаграмма, в которой необходимо заменить значения i₁ и i₂.

Рис.4. пусковая диаграмма запуска ДПТ в 2 ступени.

Из точек (i₁; 0) и (i₂; 0) восстанавливают перпендикуляры к оси токов i. В месте пересечения полученной первой скоростной характеристики и перпендикуляра в точке (i₂; 0) получим точку (i₂; ₁). Эта точка говорит о том, что пусковой ток достиг минимальной величины и надо включать первую ступень сопротивления R₁ , после чего ток опять должен возрасти до значения i₁ . На графике из точки (i₂; ₁) проводят линию, параллельную оси тока до пере­сечения с перпендикуляром в точке (i₁; 0). Получили начальную точку (i₁; ₁ ) для второй реостатной скоростной характеристики, для построения которой соединяем точки (0;1) и (i₁; ₁ ). В результате построения пусковой диаграммы может произойти случай, показанный на рис.3, т.е. точка А не выходит на естественную характеристику. В этом случае необходимо изменить ток i₁ и заново построить пусковую диаграмму. Токи i₁ и i₂ берутся обычно в таких пределах:

В результате изменения подучим пусковую диаграмму, указанную на рис.4. Расчет добавочных сопротивлений производится для номи­нального тока. В результате построения имеем:

2. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА

Испытательный стенд предназначен для получения, обработки и последовательного расчета основных параметров системы запуска машины постоянного тока независимого возбуждения в функции времени .

Питание стенда осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц и U= 220 + 5 % и постоянного тока U = 220 + 5 % .

Испытательный стенд работает в двух режимах: а) режим наладки, позволяющий предварительно измерить и выставить значения сопротивоения резисторов, а также необходимые выдержки времени у времязадающих реле; б) режим запуска машины постоянного тока, позволяющий проводить наблюдение переходных процессов, делать необходимые измерения для последующих расчетов во время разгона двигателя, как до естественной характеристики, так и до двух искусственных.

а) работа установки в режиме «Наладка»

Положение переключателя Q₁ в положении "Наладка". При этом контакты Q_1.1; Q_1.4; Q_1.5 замкнуты, а контакты Q_1.2 и Q_1.3 разомкнуты. Положение переключателей Q₂ и Q₃ безразлично. В этом случае цепи питания обмоток возбуждения опытной машины М и нагру­зочной G обесточены. Таким образом, якорь двигателя М отключен от сети. Замыкаясь, контакты Q_1.1 подключают к питающей сити цепь пусковых: резисторов R₂ и R₁ и измерительных приборов PA1 и РА2 через дополнительный резистор R₄. Размыкаясь, контакты Q_1.3 делают подключение к сети обмоток контакторов ускорения KT1 и КТ2 независимыми друг от друга, что позволяет проделать наладку каждой ступени в отдельности. Одновременно контакты Q_1.5 подключают секундомер к питающей сети переменного тока частотой 50 Гц.

б) работа установки в режиме запуска машины постоянного тока

Переключатель Q₁ ставится в положение "Запуск". При этом его контакты Q_1.2 и Q_1.3 замкнуты, а контакты Q_1.1; Q_1.4; Q_1.5 разомк­нуты. Таким образом, R₄ отключено от цепи резисторов ускорения. Реостат R₃ позволяет регулировать ток возбуждения нагрузочной машины, работающей в генераторном режиме. Запуск двигателя производить кнопкой SQ, остановку - кнопкой SR.