17

Лабораторная работа № 1 (laep1) Исследование статических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения (по системе "Генератор-двигатель")

Цель работы: Изучение и сравнительные исследования статических характеристик электропривода постоянного тока с двигателем независимого возбуждения с источником постоянного напряжения питания и по системе "Генератор-двигатель".

1. Основные сведения

Независимо от способа возбуждения машин постоянного тока их поведение можно описать одинаковыми основными уравнениями. Аналитические выражения для характеристик двигателей постоян­ного тока могут быть получены из уравнения равновесия э.д.с. цепи якоря с использованием формул для э.д.с. обмотки якоря и электромагнитного момента, развиваемого двигателем.

Уравнение равновесия э.д.с. в цепи якоря имеет вид

U=Е+I_яR_я, В, (1)

где U – напряжение на зажимах двигателя, В;

I_я – ток в цепи якоря, А;

R_я – сопротивление якорной цепи двигателя, Ом.

Э.д.с. Е, наводимая в обмотке якоря, пропорциональна ско­рости его вращения  [c^-1] и магнитному потоку двигателя Ф [Вб], т. е.

, В (2)

Коэффициент с двигателя, зависящий от его конструктивных параметров определяется по формуле:

,

где р – число пар главных полюсов;

N – число проводников якоря;

 – число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Из (2) следует, что скорость двигателя постоянного тока прямо пропорциональна э.д.с. якоря и обратно пропорциональна величине магнитного потока:

, рад/с. (3)

Подставляя значение э.д.с. из (2) в (1), получим выражение

U=сФ+I_яR_я,

решая которое относительно , можно найти зависимость скорости вращения от тока якоря. Результатом будет аналитическое выражение электромеханической характеристики:

. (4)

Электромагнитный момент двигателя постоянного тока

, Нм. (5)

Момент на валу двигателя отличается от электромагнитного момента из-за наличия механических потерь и потерь в стали. При двигательном режиме момент на валу будет всегда меньше электромагнитного, а при генераторном режиме больше электромагнит­ного. Так как разность моментов составляет 2–5% номинального момента, можно считать момент на валу двигателя равным электро­магнитному. Знак вращающего момента зависит от направления тока якоря и магнитного потока. Поэтому для изменения направле­ния вращения (реверсирования) двигателя постоянного тока, осу­ществляемого изменением направления развиваемого двигателем момента, меняют направление магнитного потока или тока якоря.

Заменяя в выражении электромеханической характеристики ток якоря I_я, его значением в соответствии с (5), получим уравнение механической характеристики

. (6)

Внутреннее сопротивление электродвигателей постоянного тока в общем случае складывается из сопротивления обмотки якоря r_я, переходного сопротивления щеток r_щ, сопротивления последователь­ной обмотки r_п (у двигателей последовательного и смешанного воз­буждения), сопротивления компенсационной обмотки r_к.о и сопро­тивления обмотки дополнительных полюсов r_п.д. Суммарное сопро­тивление указанных элементов R_я = r_я + r_щ + r_п + r_к.о + r_д.п на­зывают полным сопротивлением якорной цепи.

Отсутствие в каталогах данных о величинах указанных сопро­тивлений заставляет применять приближенные способы их опреде­ления. Внутреннее сопротивление обмотки якоря двигателя при­ближенно можно определить по потерям в якоре. Если известен к. п. д. двигателя _н, то, принимая, что при номинальной нагрузке половину всех потерь составляют потери в меди якоря, т. е.

, (7)

получим

, (8)

Так как в каталогах величина к. п. д. указы­вается для нагретого дви­гателя, то и сопротивле­ние, найденное по этим формулам, соответствует нагретой обмотке.

Намагничивающая си­ла и мощность обмоток возбуждения не зависят от типа двигателя при неиз­менной его номинальной мощности. Но сопротив­ления обмоток возбужде­ния у двигателей независимого и последовательного возбуждения различны.

В двигателях последовательного возбуждения обмотка возбу­ждения обтекается током якоря, поэтому она во избежание перегрева и большого падения напряжения на ней выполняется проводом зна­чительного сечения с малым числом витков и сопротивлением, которое можно принять примерно равным 0,5 сопротивления об­мотки якоря.

Мощность обмотки возбуждения двигателя независимого возбу­ждения составляет примерно 1,5–5% номинальной мощности.