Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Псковский государственный университет».

Электромеханический факультет

Кафедра электропривода

и систем автоматизации

«Методические указание к лабораторным работам по

автоматизированному электроприводу»

Псков

Содержание

1. Лабораторная работа №1 «Исследование системы генератор-

двигатель»

2. Лабораторная работа №2 «Исследование системы магнитный

усилитель двигатель»

3. Лабораторная работа №3 «Исследование автоматического за-

пуска машины постоянного тока функции времени»

4. Лабораторная работа №4 «Исследование схем запуска асинхро-

нного двигателя с помощью пускателей»

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОР - ДВИГАТЕЛЬ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение и исследование системы генератор-двигатель.

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Изучение устройства и свойств системы генератор - двигатель.

2. Расчет механических характеристик двигателя постоянного тока, работающего в системе Г- Д и естественной характеристики при питании ДПТ от сети.

3. Ознакомление с принципиальной электрической схемой испытательного стенда.

4. Снятие механических характеристик ДПТ.

5. Анализ результатов эксперимента и расчета.

3.Сведения из теории основ электропривода

Широкое применение системы генератор - двигатель обусловлено возможностью плавного регулирования частоты вращения ДПТ в широком диапазоне. Теоретически можно легко получить механическую характеристику со сколь угодно малой частотой вращения идеального холостого хода. Принципиальная схема включения ДПТ независимого

возбуждения по системе Г-Д приведена на рисунке 1.

Здесь генератор с постоянной скоростью приводится во вращение асинхронным двигателем АД; питание цепей возбуждения Г и Д осуществляется от независимого источника постоянного тока.

Якорь двигателя Д присоединяется к якорю генератора.

Рис. 1 Система генератор – двигатель.

ЭДС генератора определяется по формуле

Составим уравнение равновесия ЭДС для рисунка 1.

,

где и– ЭДС двигателя и ток якорной цепи машины М;

и - соответственно сопротивление якоря генератора и двигателя;

- конструктивный коэффициент Д и Г.

Отсюда угловая скорость двигателя:

Эта же формула является уравнением скоростной характеристики системы Г-Д.

Так как ,

- механическая характеристика системы Г-Д.

Механические характеристики двигателя при неизменном потоке двигателя и изменения потока генератора (без учета реакции якоря) представляют собой семейство линейных характеристик, наклон которых остается постоянным и определяется общим сопротивлением якорной цепи. Скорость идеального холостого хода определяется по формуле:

и может приобретать любое значение

Отрицательное значение ЭДС генератора легко может быть получено при реверсировании тока возбуждения изменением полярности напряжения на обмотках возбуждения генератора. Механические характеристики системы Г-Д представлены на рисунке 2.

Рис. 2 Механические характеристики системы Г-Д.

Преимущества системы Г-Д следующие:

1. Управление процессами пуска, регулирования частоты вращения, торможения и реверса облегчает и удешевляет аппаратуру управления.

2. Отсутствуют громоздкие пусковые реостаты и соответствующие потери при пуске и торможении.

3. Обеспечена возможность плавного регулирования частоты вращения в значительных пределах: 1 : 30.

Недостатки:

1. Высокая установленная мощность, превышающая мощность двигателя в 3 раза.

2. Высокая стоимость машинного оборудования.

3. Низкий к.п.д. вследствие трехкратного преобразования энергии.

4. Механические характеристики становятся более мягкими, чем естественная характеристика двигателя, т.к. перепад скорости

,

и соответственно малый диапазон регулирования D_max 1 : 10.

Для стабилизации частоты вращения, для повышения жесткости механических характеристик и увеличения диапазона регулирования двигателя используют обратные связи в системе Г-Д. Обычно для этих целей применяются дополнительные обмотки возбуждения генератора. Как правило, ими создаются обратные связи по напряжению, по току или комбинированные обратные связи. Система Г-Д с обратными связями, стабилизирующими скорость представлена на рисунке 3.

Рис. 3 Система Г-Д с обратными связями, стабилизирующими скорость.

В схеме рисунке 3 генератор имеет три обмотки управления:

• OBГ – управляющая обмотка;

• О2 – обмотка обратной связи по напряжению (жесткая отрицательная);

• О3 – обмотка обратной связи по току (положительная обратная связь).

Обмотки О2 и О3 необходимы для увеличения жесткости скорости.

В данной работе исследуется только ПОС по току.

4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

   1. Расчет и построение естественной механической характеристики ДПТ при питании от сети (параметры для расчёта смотри пункт 5 ).

Номинальная угловая скорость вращения:

рад/с

Сделать перерасчёт сопротивлений при 25 градусах.

Так как характеристика является линейной, то она строится по двум точкам:

Определить номинальный момент:

, ,,- см. данные двигателя постоянного тока в конце методички.

Построить механические характеристики по расчетным и экспериментальным данным на одном графике. Рассчитать жёсткость по экспериментальным данным и оценить крутизну характеристик.

2. Расчет и построение механических характеристик и жесткостей ДПТ в системе Г-Д

Уравнение характеристик:

- первая точка

- вторая точка

и берём из первого опыта

Расчет жесткости производится по формуле:

Г-Д с ПОС по току в данной работе необходимо снять экспериментально, расчет её производить не надо.

Все механические характеристики построить на одном графике.

4. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА.

Данная лабораторная установка позволяет исследовать механические характеристики МПТ при реостатном пуске; в системе Г-Д без ОС; в системе Г-Д с ОС.

В установку входят следующие агрегаты:

• асинхронный двигатель 2ПН100М, который питается от сети переменного тока U=380 В,

• МПТ НВ (генератор Г1) U=220 В,

• МПТ НВ (двигатель М1) U=220 В,

• МПТ НВ (нагрузочная машина Г2),

• тахогенератор.

Данные ДПТ 2ПН100М	Iян = 4,35А
	nн = 1500 об/мин
	Rян = 3,4 Ом ОМ
	U = 220 В

Данные ГПТ 1ТА424	Rгн =11,76 Ом
	nн = 1500 об/мин
	Eгн = 220 В Iгн = 2,85 А

Возбуждение подается на все машины постоянного тока от сети постоянного тока U=220 В.

Работа схемы при снятии механических характеристик в системе Г-Д без ОС.

Рис.4 Снятие скоростных характеристик в системе Г-Д.

При включении тумблера FM1 подается переменное напряжение 380 В. Асинхронный двигатель начнет вращать вал генератора. Возбуждение генератора осуществляется от сети постоянного тока U=220 В. Изменение возбуждения производится путем вращения реостата R 5. Якорь генератора непосредственно связан с якорем ДПТ НВ (см. рис. 4).

4. ПРОГРАММА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Перед началом проведения испытаний на установке уяснить 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) автоматический выключатель FM1 «выкл.»,

б) тумблеры: PM2 – в положении «включен», Q1, Q2 в положение «I»,

в) реостаты: R1, R5, R6 в крайнем левом положении, R4, R3, R2 в крайних правых положениях.

1. Снятие скоростной характеристики при реостатном пуске.

Схема включения представлена на рисунке 5.

Рис. 5 Снятие скоростной характеристики при реостатном пуске.

Для снятия скоростной характеристики включается FM2, загорается лампочка НG2. Реостатом R6, вращая его слева направо постепенно с задержкой времени на 1-2 сек., запустить двигатель и вывести его на естественную характеристику. При этом реостат R6 окажется в крайнем правом положении. См. упрощенную схему на рис. 4. Вращая маховик реостата R2 справа налево по амперметру РА1 и по вольтметру ВР6, показывающему значение частоты вращения ДПТ в рад/с, снять скоростную характеристику. Результаты эксперимента свести в таблицу 1 (5-6 точек). Остановка двигателя производится R6 переводом маховика так же, как и при запуске, постепенно в крайнее левое положение.

2. Снятие скоростных характеристик без ОС по току в системе Г-Д.

Схема включения представлена на рисунке 4. Исходное состояние коммутационной аппаратуры аналогично п.6.1.

Тумблер Q1 перевести в положение «2», включить тумблер FM2, затем включить тумблер FM1 и нажать кнопку SQ, произойдет запуск АД. Для запуска МПТ вращать маховик реостата R5 слева направо. Снять скоростные характеристики (аналогично п.6.1) при следующих значениях:

Первая характеристика Е_г = 150 В = const; I = 0,5 А = const;

Вторая характеристика Е_г = 80 В = const; I = 0,5 А = const;

Третья характеристика Е_г = 150 В = const; I = 0,3 А = const.

После снятия характеристик R5 возвратить в крайнее левое положение. Результаты свести в таблицу 1.

Примечание.

Электромагнитный момент ДПТ определяется по следующим выражениям

где для номинального токаI определена в п.4.1., а для I ≠ I по рисунку 7.

6.3 Снятие скоростной характеристики с положительной обратной связью по току (ПОС) . Схема представлена на рисунке 4.

Тумблер Q2 перевести в положение «2». Вывести реостат R1 в крайнее правое положение, запустить двигатель и снять скоростную характеристику.

По ним построить зависимость . Результаты свести в таблицу 3.