Лабораторнаяработа№5 исследование коллекторного двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Общие положения

Машина постоянного тока, как и любая электрическая маши­на, обратима и может работать как в генераторном, так и в двигательном режиме. В режиме двигателя машина потребляет из сети электрическую мощность Р₁. Полезная механическая мощность на валу Р_2. Отношение указанных мощностей опреде­ляет КПД двигателя

, (1)

где — полезная мощность на валу, Вт;

— сумма потерь, Вт.

У двигателей постоянного тока КПД высок и достигает для машин большой мощности 98%. Соответственно сумма потерь составляет 2%. Поэтому методы непосредственного определения КПД путем измерения и сравнения Р₁ и Р₂ не дают точных результатов. ГОСТ 11828-75 допускает непосредственное изме­рение КПД только для машин, имеющих . Косвенный метод, основанный на определении суммы потерь в соответствии с формулой (1) более точен.

Двигатели постоянного тока имеют ряд преимуществ по сравнению с другими электрическими двигателями, главными из которых являются:

а) большая перегрузочная способность;

б) большой пусковой момент;

в) возможность плавно в широких пределах регулировать частоту вращения.

По способу возбуждения (создания магнитного потока) дви­гатели постоянного тока, как и генераторы, разделяют на дви­гатели независимого, параллельного, последовательного и сме­шанного возбуждения. Разделение двигателей на двигатели не­зависимого и параллельного возбуждения, в отличие от генера­торов, несущественно, так как у них ток возбуждения не зави­сит от тока якоря. Практически все двигатели параллельного и независимого возбуждения снабжаются последовательной ста­билизирующей обмоткой, включенной согласно с основной.

В соответствии с ГОСТ 183-74 номинальной мощностью двигателя является полезная механическая мощность на валу, которую двигатель отдает в номинальном режиме работы.

При известной полезной мощности на валу полезный враща­ющий момент определяется по формуле

.

Уравнение равновесия моментов двигателя в установившем­ся режиме

, (3)

где М₀ — момент холостого хода, Нм;

М_СТ — статический момент, Нм.

Электромагнитный момент двигателя, возникающий при взаимодействии тока якоря с потоком полюсов

(4)

здесьс — постоянная машины;

I_a — ток якоря, А;

Ф— результирующий магнитный поток.

Направление действия момента определяется по правилу ле­вой руки. Из (4) видно, что с увеличением момента на валу ток двигателя возрастает.

При вращении якоря в магнитном поле в обмотке якоря на­водится противо э.д.с. Определив ее направление по правилу правой руки, нетрудно убедиться, что она направлена встречно напряжению сети. В установившемся режиме справедливо урав­нение э. д. с.

, (5)

где R_a — сопротивление якорной цепи.

Падение напряжения на ней незначительно, противо-э.д.с. по величине мало отличается от напряжения сети. Поэтому для двигателей неза­висимого или параллельного возбуждения в пределах номиналь­ного тока частота вращения мало зависит от тока или момента нагрузки

. (6)

У двигателей последовательного возбуждения поток возбуж­дения создается током якоря, проходящим через последователь­ную обмотку. Если не учитывать нелинейность магнитной цепи

,

где k — коэффициент пропорциональности,

частота вращения будет обратно пропорциональна току якоря

. (7)

При пуске двигателя постоянного тока якорь в момент по­дачи напряжения неподвижен, противо- э.д.с. равна нулю и дви­гатель находится в режиме короткого замыкания. Ток двига­теля согласно равнению (5) при Е_а = 0 равен

(8)

где I_п — пусковой ток якоря.

Поскольку сопротивление якоря мало, пусковой ток может превышать номинальный в 10—25 раз. Для того, чтобы огра­ничить его с пределах 1,5—2,0 I_ан, необходимо снизить подво­димое к якорю напряжение или включить последовательно до­бавочное сопротивление в цепь якоря. Ток возбуждения при пуске не должен быть ниже номинального.

Для изменения направления вращения двигателя необходи­мо изменить полярность напряжения на якоре, или на обмотке возбуждения. С учетом (5) при включении последовательно с якорем добавочного сопротивления R_д частота вращения дви­гателя определяется

. (9)

Из формулы (9) видны три возможных способа регулирова­ния частоты вращения:

а) изменение величины питающего якорь напряжения;

б) введение в цепь якоря добавочного сопротивления;

в) изменение величины магнитного потока (тока возбуждения).

В первых двух случаях регулирование частоты вращения осуществляется при номинальном моменте. При регулировании полем момент на валу двигателя должен быть ниже номиналь­ного, так как с увеличением частоты вращения мощность на валу двигателя и ток якоря возрастают и могут превысить но­минальную. Для оценки свойств двигателей в различных режи­мах работы снимают экспериментально и рассчитывают рабочие и регулировочные характеристики.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ