laboratornyi-praktikum-elektroprivod

2

УДК 62–83:681.5(076.5)

Зюбровский Л.Г., Платонов В.В., Черепов В.А.

Лабораторный практикум по дисциплине "Электрический привод" /Юж.- Рос. гос. техн. ун-т.– Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2000.– 45 с.

Определены цели и программы лабораторных работ, даны методические указания по их выполнению и список рекомендуемой литературы.

Предназначены для студентов всех специальностей и форм обучения по направлению "Электротехника, электромеханика и электротехнологии".

©Южно-Российский государственный технический университет, 2000

©Зюбровский Л.Г., Платонов В.В., Черепов В.А., 2000

3

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Лабораторная работа № 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Лабораторная работа № 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Лабораторная работа № 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ . . . . .26

Лабораторная работа № 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОР–ДВИГАТЕЛЬ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Основными способами описания функционирования электропривода в ста-

зика", "Теоретические основы электротехники", "Электрические машины", рассматриваются механические характеристики электропривода, независимой координатой которых является электромагнитный момент М, развиваемый электродвигателем:

В выражениях (1) и (3) момент на валу МВ и электромагнитный момент М электродвигателя связаны соотношением

где ∆M – потери момента, обусловленные наличием трения в подшипниках, вентиляционными потерями и потерями в стали, причем знак минус соответствует двигательному, а знак плюс – генераторному режимам работы электродвигателя.

Различают естественные и искусственные характеристики электродвигателя [1–4]. Естественная характеристика соответствует номинальным параметрам питающего электродвигатель напряжения, основной схеме его включения и отсутствию добавочных электротехнических элементов в цепях электродвигателя. Общий вид естественных механических характеристик электродвигателей различных типов приведен на рис. 1, а электромеханических – в [2–4]. Искусственные характеристики служат для регулирования координат электропривода: скорости, момента, тока якоря и т.д., и формирования различных режимов его работы; их получают путем изменения параметров питающего электродвигатель напряжения (по модулю, полярности, частоте и т.п.) и (или) схемы его включения.

ловой скорости. Крутизна β характеристики является величиной, обратной жесткости β = ∆ω∆М . Различают аб-

солютно жесткие характеристики с β = 0 , жесткие характеристики с β ≤ 0,1 и мягкие характеристики, имеющие β > 0,1. Абсолютно жесткую характеристику имеет синхронный двигатель (рис. 1, характеристика 1). Жесткими являются естественная характеристика электродвигателя постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением (характеристика 2) и рабочий участок механической характеристики асинхронного двигателя (характеристика 3). Мягкую характеристику имеет, например, двигатель постоянного тока последовательного возбуждения при работе с моментами, меньшими номинального (характеристика 4). Жесткость механической характеристики может быть постоянной во всем диапазоне изменения момента (в этом случае говорят, что двигатель имеет линейную характеристику) или же переменной (двигатель имеет нелинейную характеристику). На рис. 1 для характеристик 1 и 2 β = const , для характеристик 3

и 4 β = var .

Электрические машины постоянного и переменного тока могут работать как в двигательном, так и в тормозных режимах.

Работая в двигательном режиме, машина преобразует электрическую энергию, подводимую из сети, в механическую на валу, за исключением потерь в двигателе. Механические характеристики этого режима для различного направления вращения приведены на рис. 1 и располагаются в I и III квадрантах координатной плоскости ω − M .

6

Работа в тормозных режимах сопровождается преобразованием подводимой к валу двигателя механической энергии (или запасенной кинетической энергии) в электрическую на зажимах двигателя. Различают три основных тормозных режима: противовключение, рекуперативное и динамическое торможение.

Противовключением называется такой режим работы машины, когда она, будучи включенной для одного направления вращения, под действием момента инерции или момента нагрузки вращается в обратном направлении. Следует заметить, что такое торможение связано с протеканием по цепи якоря (двигателей постоянного тока) или ротора (асинхронных двигателей) токов, значительно (в 10 и более раз) превосходящих номинальное значение. С целью ограничения тока в цепь якоря или ротора включают ограничивающие сопротивления. В этом режиме машина потребляет электрическую энергию из сети и механическую энергию, подводимую к её валу, расходуя их на нагрев обмоток и дополнительно включенных сопротивлений. Механические характеристики этого режима работы для различных направлений вращения располагаются во II и IV квадрантах, являясь продолжением характеристик двигательного режима при изменении знака скорости (рис. 2).

МН

Рис. 2. Искусственные механические характеристики электродвигателей постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением (1), с последовательным возбуждением (2) и асинхронного электродвигателя (3) в режиме противовключения (выделены жирно)

В режиме рекуперации машина преобразует механическую энергию, подводимую к её валу, в электрическую на зажимах и отдает её в сеть. Обязательным условием возврата энергии является вращение якоря машины посто-

7

янного тока с независимым возбуждением или ротора асинхронной машины со скоростью, превышающей, соответственно, скорость идеального холостого хода ω0 или синхронную скорость ωС . Механические характеристики этого режима представляют собой продолжение характеристик двигательного режима, располагаясь во II и IV квадрантах. Угловая скорость ω0 (ωС ) может быть различной

изависит:

−для машин постоянного тока с независимым возбуждением от напряжения на якоре электродвигателя U Я и потока возбуждения Ф;

−для асинхронных машин от частоты f питающего напряжения и числа пар полюсов p.

−для асинхронных электродвигателей, отключив обмотку статора от сети

иподав в неё постоянный ток;

−для машин постоянного тока с независимым возбуждением, отключив якорь электродвигателя от питающей сети и замкнув его на разрядное сопротивление (или накоротко) при сохранении магнитного потока;

−для электродвигателей постоянного тока последовательного возбужде-

8

ния, отключив всю силовую цепь машины (якорь и обмотку возбуждения) от питающего напряжения и замкнув её на разрядное сопротивление (или накоротко) при сохранении первоначального направления тока в сериесной обмотке (так называемое динамическое торможение с самовозбуждением). Для этих электродвигателей возможен режим динамического торможения и с независимым воз-

ческие методы измерения физических величин, в том числе момента и скорости электродвигателей.

Угловая скорость электродвигателя измеряется с помощью тахогенератора, установленного на его валу, как

Электромагнитный момент каждого из испытуемых двигателей во всех лабораторных работах, кроме первой, рассчитывают по опытным значениям тока якоря I Я вспомогательной (нагрузочной) машины постоянного тока по формуле

где Eω = const – предварительно измеренное отношение её электродвижущей силы Е к угловой скорости ω при сохранении постоянства потока возбуждения

9

Фэтого двигателя в процессе работы;

С– конструктивная постоянная нагрузочной машины.

В первой работе, где все измерения проводятся в самом испытуемом электродвигателе, найденное подобным образом значение момента М есть искомая величина для построения механической характеристики. В остальных работах, чтобы найти требуемое значение момента испытуемого двигателя, необходимо учесть потери (4) в обоих связанных по валу электродвигателях:

МИМ = МНМ ±(∆M ИМ + ∆M НМ ),

где МИМ и МНМ – моменты испытуемой и нагрузочной машин соответственно. Потери ∆МИМ и ∆МНМ могут быть приближенно найдены либо экспериментально (по разности пусковых моментов нагрузочной машины при трогании в прямом и обратном направлениях вращения), либо расчетом (как разность Мном и МВ ном каждого двигателя спарки по их паспортным данным).

Амперметры для цепей статора, ротора (якоря), а также возбуждения должны выбираться с пределом измерения в 1,5–2 раза большим, чем номинальные значения токов этих цепей. Ток цепей возбуждения составляет 3–5 % от номинального тока якоря, т.е. iВН ≈ (0,03 ÷0,05)I ЯН .

Резисторы, включаемые в цепи якоря, ротора, статора и возбуждения, должны иметь номинальный ток не ниже номинального тока соответствующей цепи. Резисторы для цепей возбуждения должны выбираться с сопротивлением, в 3–5 раз большим сопротивления обмотки возбуждения. Ориентировочно указанное сопротивление может быть определено как RB ≈U В iBH .

Следует иметь в виду, что лаборатория (ауд. 122эн) относится к категории помещений, особо опасных в отношении поражения людей электрическим током, так как в нем присутствуют токопроводящие полы и возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям здания и к металлическим корпусам электрооборудования [5].

10

Лабораторная работа № 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Цель работы: опытное изучение электромеханических ω = f (I Я ) и механических ω =ϕ(М) характеристик и способов регулирования угловой скорости машины постоянного тока с параллельным возбуждением в различных режимах работы.

Программа работы

1.Теоретическая подготовка к работе.

2.Сборка схемы внешних соединений.

3.Снятие электромеханических ω = f (I Я ) и механических ω =ϕ(М) ха-

рактеристик испытуемой машины (М1).

3.1. В рекуперативном и двигательном режимах и режиме противовключения при сопротивлении добавочного резистора в цепи якоря RР1, равном сопротивлению противовключения RPПР , и токе возбуждения испытуемой машины, равном номинальному ( I В М 1 = I В М1Н ).

3.2.В двигательном режиме при различных значениях сопротивления резистора в цепи якоря и тока возбуждения ( RP1 = var и I В M 1 = var ).

3.3.В режиме динамического торможения при различных значениях со-

противления резистора в цепи якоря и тока возбуждения ( RP1 = var и

I= var ).

ВM 1 4. Снятие зависимости времени выбега испытуемой машины от сопротив-

ления добавочного резистора в цепи якоря ( RP1 = var ) при номинальном токе возбуждения ( I В М 1 = I В М1Н ).

5.Определение значения СФ испытуемой машины при требуемых в пп. 3.2 и 3.3 значениях её токов возбуждения ( I В M 1 ).

6.Обработка опытных данных.

7.Составление отчета о работе.