2.3 Работа № 1-3. Исследование электродвигателя

Постоянного тока

Независимого (параллельного) возбуждения

Цель работы

Ознакомиться со способами пуска и изменения направления вращения двигателя параллельного возбуждения, а также исследовать рабочие и регулировочные свойства двигателя путем снятия соответствующих характеристик.

Программа работы

1. Изучить схему для экспериментального исследования электродвигателя постоянного тока (в дальнейшем изложении ДПТ), состав блоков стенда, используемых в работе с ДПТ, используемую измерительную и регистрирующую аппаратуру, а также принципы нагружения ДПТ.

2. Собрать схему для экспериментального исследования ДПТ. Провести пробное включение.

3. Снять рабочие характеристики ДПТ.

4. Ознакомиться со способами регулирования частоты вращения ДПТ; снять и построить регулировочные характеристики двигателя при изменении тока возбуждения, при введении в цепь якоря регулировочного сопротивления и изменением напряжения, подводимого к зажимам двигателя.

5. Оценить экономичность способов регулирования ДПТ.

Пояснения к работе

1. Лабораторная работа выполняется на универсальном лабораторном стенде, в котором для рассматриваемой работы используются только те модули, которые указаны на схеме рис. 2.3.1. Для выполнения работы необходимо выполнить соединения перемычками между модулями. Устанавливаемые перемычки выделены на схеме жирными линиями.

Исследуемый ДПТ входит в состав силового агрегата, включающего в себя собственно исследуемый электродвигатель М2, асинхронный электродвигатель М1 и импульсный датчик М3. Обмотка якоря ДПТ питается от модуля автотрансформатора, а обмотка возбуждения от тиристорного преобразователя через сопротивление модуля добавочных сопротивлений №2.

Для изменения тока возбуждения ДПТ используются переключаемые сопротивления модуля добавочных сопротивлений №2. Напряжение модуля автотрансформатора U₌ регулируемое. Требуемое значение напряжения U₌ устанавливается ручкой трансформатора Т. Переключателем SА3 модуля регуляторов можно менять полярность U_тп, т.е. изменять направление вращения (реверсировать) ДПТ и в среднем положении размыкать цепь RР1.

Рис. 2.3.1.

На модуле тиристорного преобразователя имеется индикаторное устройство на базе четырехстрочного жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) для индикации тока возбуждения I_в ДПТ. Значение скорости определяется либо на силовом модуле, либо на ТП. На модуле измерительном постоянного тока установлены стрелочные приборы РV1 для измерения напряжения U_я ДПТ и РА1 для измерения тока якоря I_я.. Напряжение сети модуля автотрансформатора измеряется U₌ этого модуля.

Датчик импульсов М3 силового агрегата используется в данной работе для определения частоты вращения  ДПТ и рассматривается как датчик скорости.

Нагружение и создание тормозных режимов ДПТ обеспечивает асинхронный электродвигатель (АД) М1, управляемый от модуля частотного преобразователя. Переключатель SА1 указанного модуля позволяет изменять направление вращения АД. Потенциометрические резисторы RР1 и RР2 позволяют независимо друг от друга устанавливать соответственно момент и скорость (частоту вращения) АД. При изменении скорости АД переключатель SА2 необходимо устанавливать в положение «Локальное», а при изменении момента – в положение «Дистанционное».

Переключатель SА3 разрешает (положение 1) или запрещает (положение 0) работу частотного преобразователя. При срабатывании защиты частотного преобразователя нужно отключить SА3, нажать кнопку сброса SВ1 (на схеме не показана) и вновь включить SА3.

2. Сборка схемы заключается в установке перемычек между клеммами модулей в соответствии со схемой рис. 2.3.1.

Перед подачей питания на стенд необходимо проделать следующие операции:

• частотный преобразователь подготовить к работе в режиме нагрузочной машины (макрос 4);

• переключатель SА2 «Режим» тиристорного преобразователя поставить в положение НМ;

• на модуле добавочных сопротивлений № 2 переключателем SА1 включить в цепь якоря максимальное сопротивление, а переключатель SА2 поставить в нулевое значение сопротивления в цепи возбуждения ДПТ;

• приборы РV1 и РА1 модуля измерительного постоянного тока подключить к силовому модулю;

• переключателем SА3 снять разрешение на работу модуля частотного преобразователя, его потенциометры RР1 и RР2 поставить на минимум снимаемых с них напряжений.

Для включения питания стенда нужно включить автомат QF1 модуля питания стенда. При этом получают питание все измерительные и усилительные устройства стенда.

Включением автомата QF2 подается питание на тиристорный и частотный преобразователи.

Убедиться, что U_я = 0, а по обмотке возбуждения протекает максимальный ток I_в.

Включить SА1 «Разрешение» модуля ТП, переключателем SA3 выбрать направление вращения, потенциометр RP2 установить в положение близкое к максимальному, а потенциометром RР1 повышать напряжение U_я. Двигатель работает на холостом ходу. При изменении полярности напряжения переключателем SA3 модуля ТП должен наблюдаться реверс двигателя. Запомнить при какой полярности напряжения в какую сторону вращается ДПТ. Изменяя положение переключателя SА2 модуля добавочных сопротивлений № 2 наблюдать изменение I_в и изменение  ДПТ. При завершении опробования ДПТ выключить SА1 модуля ТП, а потенциометры RР1 и RP2 поставить в нулевое положение.

Опробование работы АД. Поставить переключатель SА2 частотного преобразователя в положение «Дистанционное». Переключателем SА3 дать разрешение на работу преобразователя, нажать кнопку сброс, пока не появится сигнал «rdy», SА1 поставить в положение «Вперед» и, изменяя положение движка RР1, наблюдать вращение АД (силового агрегата). При переключении SА1 в положение «Назад» АД должен реверсироваться. Запомнить направление движения АД при положениях SА1 «Вперед» и «Назад». При завершении опробования АД отключить переключатель SA3 в положение «0».

3. Рабочие характеристики двигателя параллельного (независимого) возбуждения.

Рабочие характеристики двигателя представляют собой зависимости частоты вращения, электромагнитного момента, тока якоря и КПД от полезной мощности на валу двигателя при постоянных значениях напряжения на зажимах цепи якоря и тока возбуждения n или ω; М, I_я, ŋ = f(Р₂) при U_я=U_ян=const, i_в = const.

Для снятия рабочих характеристик используют схему 2.3.1. Нагрузкой ДПТ служит асинхронный двигатель (АД) в режиме торможения противовключением. Предварительно, как было описано выше, проверяют направление вращения ДПТ и АД. После проверки направления вращения, потенциометр RP1 частотного преобразователя ставят в нулевое положение, переключатель SА2 – в положение «Дистанционное», а SА1 – в положение для вращения АД в противоположенную сторону (режим торможения противовключением).

Переключатель SА1 модуля добавочных сопротивлений № 2 ставят в положение максимального сопротивления, а переключатель SА2 этого же модуля – в положение минимального сопротивления.

Опыт снятия рабочих характеристик проводят в следующей последовательности:

а) Включить автомат QF2, т.е. подать напряжение на тиристорный преобразователь и частотный преобразователь.

б) Изменением положения переключателя SА2 модуля добавочных сопротивлений № 2 установить ток возбуждения i_в =

в) Включить SА1 «Разрешение» модуля ТП, переключатель SA3 установить в положение «Вперед»; потенциометр RP2 модуля ТП установить в значение близкое к максимальному, изменением потенциометра RР1 этого модуля повышают напряжение U_я до 0,75U_ян и производят первое измерение.

г) Переключатель SA3 модуля ЧП включить в положение «1». Переключателем SA2 выбрать направление вращения, противоположное ДПТ. Изменением положения движка потенциометра RР1 частотного преобразователя нагружают ДПТ до тех пор, пока ток якоря не достигнет 1,25 I_ян

Данные опыта заносят в табл. 2.3.1.

Таблица 2.3.1

Данные опыта

Расчетные данные

Uя

Iя

n

iв

ω

Ря

Рэл.в.

Р1

См

М

Iа0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

А

1/с

Вт

Вт

Вт

Нм

А

Нм

Нм

Вт

%

После снятия рабочих характеристик движок потенциометры RР1 и RP2 тиристорного преобразователя ставят на минимум снимаемого с него напряжения, а на модуле добавочных сопротивлений № 2 переключателем SА1 установить максимальное сопротивление в цепи якоря; переключателем SА2 установить нулевое значение сопротивления в цепи возбуждения ДПТ, т.е. подготовить ДПТ для проведения последующих опытов.

Поставить переключатель SA3 модуля ЧП в положение «0».

Ниже приводится определение расчетных данных:

Р_я – мощность, подводимая к якорю двигателя, Вт,

Р_я = U_я∙I_я;

р_эл.в. – электрические потери в цепи возбуждения, Вт,

р_эл.в. = ;

Р₁ – мощность, подводимая к ДПТ, Вт,

Р₁ = Р_я + р_эл.в.

М – электромагнитный момент, Н∙м,

М = С_м∙I_я;

М₀ – момент холостого хода двигателя, пропорциональный механическим потерям и потерям в стали, Н∙м,

М₀ = С_м∙I_я0;

С_м, I_я0 – принимаются в зависимости от угловой частоты вращения и представлены в Приложении 5;

М₂ – полезный момент на валу ДПТ, Н∙м,

М₂ = М - М₀;

Р₂ – полезная мощность на валу двигателя, Вт,

Р₂ = ω∙М₂;

η – КПД в %:

η = .

По данным табл. 2.3.1. построить рабочие характеристики и естественную механическую характеристику двигателя R_рг в цепи якоря двигателя равным нулю: ω = f(М), R_рг = 0.

4. Регулировочные характеристики двигателя параллельного возбуждения

Частота вращения двигателей постоянного тока, как известно, определяется выражением:

n = ,

и осуществляется следующими способами:

1. изменением напряжения на зажимах цепи якоря двигателя I_я при неизменном токе возбуждения;

2. изменением сопротивления в цепи якоря двигателя R_рг;

3. изменением магнитного потока, т.е. изменением тока возбуждения.

1) Регулировочные характеристики двигателя при изменении напряжения на зажимах цепи якоря

n или ω = f(U_я) при i_в = const и М₂ = const.

Снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения на зажимах цепи якоря проводят следующим образом:

• включить автомат QF2, т.е. подать питание на тиристорный и частотный преобразователи;

• изменяя положение движка SА1 модуля добавочных сопротивлений № 2, устанавливают ток возбуждения, который был при снятии рабочих характеристик;

• включить SА3 модуля ТП в положение «Вперед» потенциометр RP2 модуля ТП установить в значение близкое к максимальному, изменением потенциометра RР1 этого модуля повышают напряжение U_я до U_ян .

• переключатель SA3 модуля ЧП установить в положение «1», и изменением положения движка потенциометра RР1 частотного преобразователя нагружают ДПТ до тех пор, пока ток якоря ДПТ не достигнет примерно значений I_я ≈ 0,5I_ян и это положение движка оставляют неизменным, что соответствует М₂ ≈ const;

• изменяя положение потенциометра RP1 модуля ТП таким образом, чтобы напряжение на зажимах цепи якоря U_я уменьшалось примерно до 0,5U_ян. Полученные данные заносят в табл. 2.3.2.

Таблица 2.3.2

Данные опыта

Расчетные данные

Uя

Iя

n

iв

ω

Ря

рэл.в.

Р1

См

М

Iа0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

об/мин

А

1/с

Вт

Вт

Вт

Нм

А

Нм

Вт

%

После окончания опыта подготовить схему для последующего опыта, а именно, на модуле добавочных сопротивлений № 2 переключатель SА1 включают в положение, когда в цепи якоря максимальное сопротивление R_рг =160 Ом, а переключатель SА2 в положение, когда в цепи возбуждения ДПТ нулевое значение сопротивления.

Расчетные данные вычисляются так же, как при снятии рабочих характеристик.

По данным табл. 2.3.2 строят зависимости n = f(U_я) и η = f(U_я).

2) Регулировочные характеристики двигателя при изменении сопротивления в цепи якоря n = f(R_рг) при i_в = const, М₂ = const.

Снятие этих регулировочных характеристик проводят в такой же последовательности, как и снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения U_я, только дополнительно измеряют напряжение на зажимах модуля автотрансформатора U₌.

3) Изменяют положение переключателя SА1 в модуле добавочных сопротивлений № 2 таким образом, чтобы R_рг изменялось от R_рг= 0 до R_рг= 160 Ом. Данные опыта заносят в табл. 2.3.3.

Таблица 2.3.3

Данные опыта

Расчетные данные

U=

Uя

Iя

n

iв

Rрг

ω

Р1

рэл.в.

См

М

Iя0

М0

М2

Р2

ŋ

В

В

А

об/мин

А

Ом

1/с

Вт

Вт

Нм

А

Нм

Нм

Вт

%

Расчетные данные вычисляются следующим образом:

Р₁ – подводимая мощность к двигателю, Вт:

Р₁= U_тп∙I_я + i_в²∙r_{в 20};

М, М₀, М₂ и Р₂ – определяются аналогично, как при снятии рабочих характеристик.

После снятия регулировочных характеристик выполняются те же изменения в схеме, как после снятия рабочих характеристик.

По расчетным данным построить зависимости n = f (R_рг) и η = f(R_рг).

4) Регулировочные характеристики двигателя при изменении тока возбуждения n = f (i_в) при U_я = U_ян; М₂ = const.

Переключатель SA1 модуля добавочных сопротивлений №2 установить в положение «0».

Снятие регулировочных характеристик двигателя при изменении тока возбуждения проводят в такой же последовательности, как при изменении напряжения на зажимах якоря двигателя. Изменение тока возбуждения достигается переключателем SА2 модуля добавочных сопротивлений №2 увеличением сопротивления RР2 от «0» до тех пор, пока частота вращения двигателя не достигнет 1,5n_н.

Данные опыта заносят в табл. 2.3.4.

Таблица 2.3.4

Данные опыта

Расчетные данные

Uя

Iя

iв

ω

Р1

рэл.в.

См

М

Iя0

М0

М2

Р2

ŋ

В

А

А

1/с

Вт

Вт

Нм

А

Нм

Нм

Вт

%

Расчетные данные вычисляются также, как при снятии рабочих характеристик.

По данным табл. 2.3.4 строят зависимости n = f(i_в) и ŋ = f(i_в).

Отчет по работе

Отчет должен содержать:

а) наименование и цель работы;

б) таблицы экспериментальных и расчетных данных;

в) графики рабочих характеристик;

г) графики естественной механической характеристики n = f(М);

д) регулировочные характеристики при различных способах регулирования частоты вращения.

Контрольные вопросы

1. Как изменить направление вращения ДПТ?

2. Почему у ДПТ возрастает ток якоря при увеличении нагрузки на его валу?

3. Почему при уменьшении тока возбуждения частота вращения ДПТ возрастает?

4. Как должен изменяться ток якоря при уменьшении тока возбуждения и постоянном моменте сопротивления на валу двигателя?

5. Как изменится вид механической характеристики двигателя, если ввести в цепь якоря регулировочное сопротивления R_рг?

49