ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

РЕГУЛЮВАННЯ КУТОВОЇ ШВИДК0СТІ ДВИГУНІВ

ПОСТ ІЙНОГО СТРУМУ З ПАРАЛЕЛЬНИМ І ПОСЛ1ДОВНИМ

ЗБУДЖЕННЯМ

Мета робота

Метою даної роботи є ознакомления студентів з деякими методами регулювання кутової швидкості електроприводів постійного струму. Досліджуються статичі характеристики приводив регульованої кутової швидкорті з двитунами паралельного і послідовного збудження, що змінютъся експериментально, а також отрймані розрахунковим методом.

Зміст робота

1..Ознакомится зі змістом роботи й електричною схемою лабораторної установки.

Рис. 1, Деякі схеми регулювання кутової швидкрсті електроприводу з двигунами незалежного та паралельного збудження.

2. Для приводу з двигуном паралельного збудження необхідно:

а) зняти експериментально швидкістні характеристики: природну

(рис. 1, а) - при вкдюченні перемикача В2 . штучну - при включенні опору в ланцюг якоря (рис. 1, б) . штучну - при включенні обох обмоток збудження (рис. 1. в) щтучну з ослабленим потоком при вимиканні перемикачів В2,ВЗ;

б) побудувати швидкісну і механічну характеристики двигуна по паспортним даним;

в) побудувати розрахунковим методом механічні характеристики ω = f (М ) використовуючи для цього експериментальні

швидкісні і характеристики ω = f (М _Я ) (пункту а);

г) визначити діапазони регулювання кутової швидкості при номінальному значенні моменту двигуна.

З.Для приводу з двигуном послідовного збудження : а) зняти експериментально швидкісні характеристики: природну (рие.2,а) _, штучну - при включенні опору в ланцюг обмотки двигуна (рис. 2_? б) штучну - при шунтуванні ланцюга якоря.( рис. 2, г);

Риб.2. Деякі схеми регулювання кутової швидкості електропривода з двигунами послідовного збудження

б) побудувати механічні характеристики розрахунковим методом, використовуючи, для цього екепериментальні швидкіні характеристики пункту а);

в) побудувати штучну швидкісну характеристику при включені в ланцюг обмоток опору і граничну характеристику графічним методом;

г) визначити діапазони регулювання кутової швндкості при номинальному значенні моменту,

Основні відомості про регулювальні властивості двигунів постійного струму

Для багатьох виконавчих механізмів літальних апаратів необхідні електроприводи з регульованою кутовою швидкістю. Регульований привід є невід’ємним елементом багатьох наступних сиетсм., широко застосовуваних в авіації.

Основними показниками, що характеризують різні метода регулювання кутової швидкості є : діапазон регулювання, платність і економічність регулювання, потужність ланцюга, керування і. т. д. Необхідний діапазон регулюванні рутової швидкості паливних насосів знаходяться в межах 2-5, а для радіолокаційних призовів 50-200

Аналітичний вираз механічної характеристики електродвигуна будь-якого збудження має вигляд:

ω= (1)

де ω – кутова швидкість двигуна, рад/с;

J – напруга, В;

С=К_е =К - постійна машина;

R –опір обмотки двигуна, Ом

(для двигунів з незалежним і паралельним збудженням R=R ;)

Для двигуна послідовного збудження R=R+R)

М_э – електромагнітний момент двигуна H·м

Основне допущення , прийняте при складанні рівняння (1) , нехтування реакцією якоря і сталість моменту навантаження.

На рис. 1. а, б, в, г. 2 а, б, в г, зображені схеми включення двигунів з незалежним, паралельним і посл.ідовним збудженням.

Рис. 1,а , 2,а відповідають природним схемам включення , тобто схемам , у яких відсутні додаткові, опори, а напруга бортмережі - номінальна.

Інші схеми відповідають штучним схемам включення.

Способи регулювання кутової швидкості можуть бути зведені до нас тучних.:

а) регулювання опором струму якоря (рис. 1,б,2, а, б. г);

б) регулювання зміного струму збудження (рис, 1,в,2,в,г);

в) регулювання зміною напруги, що підводиться (рис.1,г). Основні властивості двигунів постійного струму можуть бути

виражені. доступними характеристиками:

а) швидкісною ω =f(I_я)

б) моментною M_э=f (I_я)_,

в) механічною ω = f(M_э)_,

Для двигунів з незалежним збудженням ці характеристики Мають прямолінійний вид, тему то магнітний потік, постійний ( ари незмінній напрузі живлення).

Для селієсіпіх двигунів магнітний потік змінюється зі зміною струму якоря, згідне кривої намагнічування машини Ф = f(І_в)

У виразі механічної характеристики (I) електромагнітний момент визначається виразом :

M_э = K_m ФI_я = СФI_я

Тому дія двигуна послідовного збудження характеристики ω =f(I_я)_, M_э=f (I_я)_, M_э = f(ω)_,істотно нелінійні. У режимі пуску (при нерухомому роторі) ЕРС відсутня і пусковий: струм

визначається виразом.

При збільшенні кутової швидкості струму у ланцюзі двигуна зменшується через збільшення ЕРС, индуктируємой в якорі.

При великих значеннях струму магнітна система насичена

(рис.3 при I > I₁) і зміна струму якоря мало позначається на зміні магнітного потоку М_э≈СФІ_Я .

В міру виходу системи з насичення (рис.3, при І <1 ), магнітний потії': значно змінюється і впливає на ЕРС М_э≈СФІ²_ε

При податьщсї зменшенні струму в двигуні« а отже, зменшенні магнітного потоку значення ЕРС наближаеться до напруги живлення, а кутова швидкість прямує до нескінченності

Рис.3. Залежність магнітного потоку двигуна послідовного збудження з функції струму якоря

У реальних машинах, через гістерезис і механічні втрати в двигуні швидкістна характеристика перетинає вісь ординат при кінцевій кутовій швидкості . Проте така швидкість для електромеханізму літального апарата є неприпустимо великою, тому що може привести до "розносу" конструкції.

1. Регулювання, кутової швидкості двигуном з незалежним паралельним збудженням

Схеми регулювання представлені на рис. 1, а, б., в, г.

1 .При включенні, опору в ланцюг якоря зменшується перевантажувальна здатність двигуна і жорсткість механічної характеристики ростуть утрати через збільшення ковзання:

∆P = P₁ S_{н (3)}

де ∆P – втрати велектродвигуні

P₁ – потужність, споживана електродвигуном

- номінальне ковзання

Такий метод регулювання кутової швидкості неекономічний, ККД малий. Діапазон регулювання при постійному моменті навантаження теоретично великий, але при зміні М_н = var

діапазон регулювання не більше 3-5, так як при вимірі моменту навантаження різко змінюється кутова швидкість.

При визначенні діапазону регулювання Необхідно визначити нижню механічну характеристику, що відповідає стійкої області роботи приводу. Маючи природну і штучну нижню характеристику, діапазон регулювання визначається:

ω_нmax - номінальна кутова швидкість природної характеристики;

ω_нmin - номінальна кутова швидкість природної характеристики;

Рівняння штучної механічної характеристики при включенні опору R в ланцюг якоря мас вид:

де ω_к - штучна кутова швидкість

- кутова швидкість холостого ходу двигуна

Швидкісна і механічна характеристики прямолінійні. Швидкісна характеристика (рис.4: перетинає осі координат у точках:

; I_я = 0; ;

Швидкісна характеристика може бути побудована по ласпортним даним (номінального режиму)

Відомими тачками е точки нокінялміого режиму, режиму холостого ходу і короткого замикання координатами::

= , I_я = I_{ян ;}

₌ , I_я = 0;

Я кщо опір якоря невідомий, то його можна приблизно визначити з виразу:

(6)

Вираження штучної кутової швидкості характеристики має

вигляд:

(7)

Моментна характеристика М₃=J(I_x) (рис.5.) визначається виразом: (2). Електромагнітний момент більше моменту на валу на величину моменту втрат ∆M (сил тертя, втрат на перемагнічування й ін.)

При включенні опорів R_я, R_я2 у ланцюг якоря жорсткість

механічної характеристики зменшується (рис.6, прямі 1-3).

2. При зміні магнітного потоку рівняння швидкісної і механічної характеристик набуває вигляду:

(8)

(9)

Зі збільшенням опору в обмотці .збудження жорсткість металічної характеристики зменшується, а кутова швидкість холостого ходу збільшується (рис.6, пряма 6). Діапазон регулювання не перевищує 2-3.

Метод регулювання відрізняється простотою, малою потужністю керування і широко використовується, наприклад, в електроприводі паливних насосів.

Рис.4 Швидкісні характеристики електроприводів з двигунами паралельного і незалежного збудження:

1-природня характеристика;

2, 3-характеристики при включенні опорів і ланцюга якоря;

4, 5-характеристики при зміні напруги;

6 – характеристика при ослабленні потоку.

Р ис. 5 Швидкісні характеристики єлектроприводів Mл= f(Iя)

Рис. 6. Механічні перетворення M=f(w):

1-природня характеристика;

2,3-штучна характеристика при включенні опорів в ланцюг якоря;

4,5-при зміні напруги U_нам>U>U;

6-при ослабленні магнітного потоку

3.Зі зміною напруги живлення, що підводиться до якоря електродвигуна (рис.2,г) , змінюється кутова швидкість холостого ходу. Механічні характеристики зображені на рис.6 прямі 4.5. У порівнянні з іншими методами діапазон регулювання в цьому випадку підвищується. Метод широко використовується в системах автоматичного регулювання і здійснюється за допомогою

напівпровідникових, магнітів електромашинних підсилювачів. Потужність ланцюга керування незначна.

Припущення про сталість потоку збудження справедливе при: номінальних параметрах схеми; при перевищенні струму значення