Работа № 3. Исследование механических характеристик двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

1. Программа работы.

1. Подготовка к работе. Рассчитать для всех значений тока I_В, указанных

в таблице 1 для естественной электромеханической характеристики, приведенной в п.2.1, следующие характеристики :

1. Переходную и естественную механическую характеристики.

2. Искусственные механические характеристики для двух заданных

значений добавочных сопротивлений в цепи якоря R_П1 и R_П2 .

3. Искусственные механические характеристики для сложной схемы

включения при шунтировании якоря ИМ сопротивлением R_Ш и последовательном сопротивлении R_П1, заданном в п. 1.1.2.

4. Механические характеристики при динамическом торможении с

самовозбуждением для двух заданных значений добавочных сопротивлений в цепи якоря R_Т1 и R_Т2 .

1.2. Работа в лаборатории.

1. Ознакомление с устройством лабораторной установки, расположением

и назначением оборудования.

1.2.2. Подготовка к работе.

3. Снятие механических характеристик, указанных в п.п. 1.1.1 ÷ 1.1.4.

2. Составление отчета.

2. Данные машин и сопротивлений.

2.1. Испытуемая машина (ИМ): Двигатель постоянного тока

последовательного возбуждения, тип : ДП100LУХЛ4.

Р_Н = 0,55 кВт (S1); U_Н = 220 В; I_Н = 3,7 А; n_Н = 1000 об/мин;

R_Я + R_ДП = 12,0 Ом; R_ПОВ = 4,8 Ом.

Естественная электромеханическая характеристика двигателя: Таблица 1

nе	об/мин	2650	2100	1750	1470	1250	1100	980	890	800	760	710
IВ	А	1	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0

2. Нагрузочная машина (НМ): Вентильный двигатель, тип: CFM 71S.

М_Н = 5,0 Нм; U_Н = 380 В; f_Н = 100 Гц; I_Н = 2,2 А; n_Н = 2000 об/мин.

2.3. Приводной преобразователь: MOVIDRIVE MDX61В0040 - 5A3.

U_с = 3x380 В, f _Н = 50 Гц; P_Н = 6,6 кВт; I_Н = 9,5 А; к_м = 2,27Нм/А.

2.4. Механические потери (момент холостого хода М_ХХ): Таблица 2

	рад/с	5	10	20	40	60	80	100	120	140
МХХ	Нм	0,25	0,37	0,40	0,45	0,48	0,51	0,53	0,54	0,55

2.5. Добавочные сопротивления в цепи якоря ИМ: Таблица 3

Положение переключателя S1	1	2	3	4	5	6	7	8
Величина сопротивления RП	66,0	36,0	45,0	51,0	15,0	21,0	30,0	0

Таблица 4

Положение переключателя S2	1	2	3	4
Величина сопротивления RШ, Ом	Выкл	70,0	30,0	40,0

3. Расчет характеристик.

В электрических машинах с последовательным соединением обмоток якоря и возбуждения ток якоря I_Я является одновременно и током возбуждения I_В. Так как магнитный поток Ф нелинейно зависит от I_В, то уравнение механической характеристики  = f (М), выражение которой для всех двигателей постоянного тока имеет вид:

, (3.1)

представляет собой сложную нелинейную зависимость  от M. Поэтому все механические характеристики рассчитывают методом переходной характеристики (рис. 3.1), определяемой выражением:

= f (I_B). (3.2)

Для расчета переходной характеристики используется электромеханическая характеристика n_e = f (I_В), которая для двигателей последовательного возбуждения приводится в каталогах (п.2.1, Таблица 1):

, (3.3)

где R_Д = R_Я + R_ДП + R_В. В паспортных данных величины этих сопротивлений указаны при 15⁰С. Их необходимо привести к 75⁰С, умножив на коэффициент 1,24 (см. работу № 1). Нужно также пересчитать скорость n_е в об/мин на _e в рад/с: _e = n_e /30. Расчёт следует проводить, последовательно задаваясь значениями тока I_В, указанными в Таблице 1.

Для построения естественной механической характеристики(кривая 1 на рис.3.2) необходимо кроме того рассчитать момент двигателя М_е, задаваясь значениямиI_Я= I_В:

М_е=·I_Я. (3.4)

Все искусственные механические характеристики рассчитываются с помощью переходной характеристики двигателя, используя выражение:

. (3.5)

Величина R зависит от схемы включения двигателя. Для всех схем включения двигателя, у которых I_Я = I_В, момент двигателя на искусственных характеристиках М_и при равных I_В тот же, что и на естественной: М_и = М_е.

Для расчета искусственных механических характеристик с добавочными сопротивлениями в цепи якоря (кривая 2 на рис.3.2) необходимо в (3.5) подставлять заданные значения R_П1 и R_П2: R = R_Д + R_П1.

Расчёт характеристик для режима динамического торможения с самовозбуждением (кривая 4 на рис.3.2) выполняется с учетом того, что

Е_и = – I_Я R, где R = R_Д + R_Т – полное сопротивление замкнутой цепи якоря двигателя, R_Т – заданные значения R_Т1 и R_Т2 тормозного сопротивления. Результаты расчетов представить в виде Таблицы 5:

Таблица 5

Исходные данные		Переходная характеристика			Момент	Искусственная характеристика с RП			Динамическое торможение с RТ
IВ = IЯ	е	IЯRД	Ее = UН - IЯRД	(Е/)е	Ме = IЯ(Е/)е	IЯ R	ЕИ = UН - IЯR	И = ЕИ /(Е/)е	ЕТ = - IЯR	Т =ЕТ/(Е/)е
А	рад/с	В	В	Вс	Нм	В	В	рад/с	В	рад/с

Расчёт характеристик в схеме с шунтированием якоря сопротивлением R_Ш и последовательным сопротивлением R_П (кривая 3 на рис.3.2) связан с особым способом вычисления Е_и. Процедура расчёта представлена в Таблице 6. Задаваясь значениями тока возбуждения I_В, необходимо: 1) определить падения напряжений в последовательном и параллельном контурах; 2) рассчитать токи в указанных контурах и в цепи якоря; 3) рассчитать Е_и. Далее определяют соответственно _и и М_и. Необходимо обратить внимание на то, что в этой схеме токи якоря и возбуждения не равны. Ток возбуждения равен сумме токов якоря и шунтирующей цепи. Благодаря этому, ток возбуждения всегда больше нуля, даже при I_Я = 0, следовательно, могут быть получены не только скорость идеального холостого хода, но и режим рекуперативного торможения (I_Я  0). В двигателях последовательного возбуждения это возможно только для данной схемы включения.

Таблица 6

Исходные данные			Расчетные величины
IВIЯ	(Е/)е	Ме	IВ (RВ+RП)	UШ =UН-IВ (RВ+RП)	IШ =UШ/RШ	IЯ=IВ-IШ	IЯRД	ЕИ=UШ-IЯRД	И= ЕИ /(Е/)е	МИ= Ме(IЯ/IВ)
А	Вс	Нм	В	В	А	А	В	В	рад/с	Нм