73

Министерство образования, науки, молодежи и спорта Украины

Севастопольский национальный технический университет

Кафедра СПЭМС

Методические указания

к лабораторным работам по дисциплине

"Теория электропривода"

для студентов направления

6.050702 - Электромеханика

для всех форм обучения

Севастополь

2012

УДК 621.313 (07)

М 545

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Тория электропривода» для студентов направления 6.050702 – Электромеханика всех форм обучения / разраб. В.П. Попов, Ж.Ю. Слепушкина. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2012. - 72 с.

Цель методических указаний: оказать помощь студентам при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Теория электропривода». В методических указаниях даются основные теоретические сведения по рассматриваемым темам, описание лабораторных установок, порядок проведения экспериментальных исследований и контрольные вопросы.

Методические указания утверждены на заседании кафедры "Судовых и промышленных электромеханических систем", протокол №8 от 10.05.2012 г.

Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний

Рецензент: канд.техн.наук, доц. Мартынов В.Н.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………….... 4

1. Лабораторная работа №1 Механические характеристики электро-

двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением …...……..…...……5

2. Лабораторная работа № 2 Исследование механических характеристик

электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением …..……..14

3. Лабораторная работа № 3 Исследование работы асинхронного двига-

теля с короткозамкнутым ротором ……….……….……………..………………25

4. Лабораторная работа № 4 Исследование механических характерис-

тик асинхронного электродвигателя с контактными кольцами ………….……31

5. Лабораторная работа № 5 Исследование механических характеристик

и регулировочных свойств системы генератор- двигатель .……………………41

6. Лабораторная работа № 6 Исследование системы «согласно-встречного» включения.….………………………………………………………………………48

7. Лабораторная работа № 7 Исследование теплового режима асинхронного короткозамкнутого электродвигателя при продолжительной номинальной

нагрузке .……………………………………………………………………………55

8. Лабораторная работа № 8 Исследование теплового режима асинхрон-ного короткозамкнутого электродвигателя при повторно-кратковремен-

ной нагрузке…………………………..….…………………………………………63

9. Лабораторная работа № 9 Исследование схемы для получения

«ползучих» скоростей асинхронного электродвигателя …..……………………68

Библиографический список………………………………………………………..72

ВВЕДЕНИЕ

Курс «Теория электропривода» занимает в подготовке инженеров по направлению «Электромеханика» одно из главных мест. В процессе развития техники все больше возрастает роль замкнутых систем электропривода, повышаются требования к точности регулирования переменных и воспроизведения заданных законов движения, в связи с большей напряженностью рабочих режимов усилилось влияние динамических свойств электропривода на производительность машин и качество технологических процессов. Поэтому всегда актуальна задача изучения вопросов динамики электромеханических систем на базе широкого использования методов теории автоматического управления.

Электрический привод представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления её технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом. Характеристики двигателя и возможности системы управления определяют производительность механизма, точность выполнения технологических операций, динамические нагрузки механического оборудования и ряд других факторов. С другой стороны, нагрузка механической части привода, условия движения её связанных масс, точность передач и др. оказывают влияние на условия работы двигателя и системы управления, поэтому электрические и механические элементы электропривода образуют единую электромеханическую систему, составные части которой находятся в тесном взаимодействии.

Свойства электромеханической системы оказывают решающее влияние на важнейшие показатели рабочей машины и в значительной мере определяют качество и экономическую эффективность технологических процессов.

1. Лабораторная работа № 1

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Экспериментально получить зависимости скорости вращения электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением от тока якоря и от вращающего момента (электромеханическая и механическая характеристики) в двигательном и генераторном режимах.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Как известно, электромеханическая и механическая характеристики выражаются уравнениями:

, (1.1)

, (1.2)

На рисунке 1.1 представлена зависимость: при введенном сопротивлении в цепь якоря и без него (естественная характеристика) для четырех режимов работы двигателя:

1. Двигательного - участки n₀B и n₀I.

1. Тормозного с рекуперацией энергии – участки n₀A и n₀С.

2. Тормозного по способу противовключения – участок I_К Д.

3. Тормозного замыканием на сопротивление (динамическое торможение) - участки: АВ.

Уравнение (1.2) по характеру не отличается от уравнения (1.1) и механические характеристики будут иметь вид точно такой же как зависимость n=f(I) при Ф=const.

При ослабленном потоке двигателя механические характеристики имеют вид, представленный на рисунке 1.1 пунктирной линией.

Однако, это положение справедливо, если подразумевать под моментом М в уравнении (1.2) момент, развиваемый обмоткой. Последний, как известно, равен: .

Естественной механической характеристикой называют одну из зависимостей п, ω, s=f₁(M); M=f₂(n,ω,s) при номинальном напряжении на зажимах обмотки статора электродвигателя, номинальной схеме включения его обмоток и отсутствии внешних сопротивлений в цепях ротора и статора.

Момент же на валу двигателя будет меньше на величину мо-

мента, соответствующего потерям вращения (механическим и в стали).

.

В теоретическом анализе часто считают постоянной величиной. В таком случае зависимость может быть изображена прямой линией АВ, проходящей через начало координат на рисунке 1.2.

Для более точного определения следует провести прямую (на рисунке 1.2 - линия СД) и для двигательного режима на нее вычесть, а для генераторного прибавить момент потерь вращения .

Момент зависит от скорости двигателя и, кроме того, от состояния смазки подшипников и их разогрева (см. рисунок 1.2).

Если считать , то зависимость представляет собой прямую, параллельную прямой СД (см. рисунок 1.2).

Следует иметь в виду, что вследствие действия реакции, якоря в коммутируемых секциях (размагничивающих машину), при больших нагрузках момент будет несколько меньше и линии СД и EF в верхней части несколько исказятся (пунктирная часть).

Таким образом, если учесть момент потерь вращения, то механические характеристики примут вид, изображенный на рисунке 1.3 сплошными линиями. Пунктиром показаны те же характеристики без учета момента потерь. Искажение прямолинейности характеристики вследствие размагничивающего действия реакции якоря коммутируемых секций изображено на рисунке 1.4 (сплошная линия).

Для расчета момента на валу машины по измеренным электрическим величинам могут быть применены два метода:

1.Отдельных потерь;

2. Пропорциональности току.

При пользовании первым методом необходимо измерять скорость вращения двигателя, ток и напряжение на якоре. При этом мощность, подводимая к якорю , а мощность на валу - , где - суммарные потери.

При этом потери состоят из:

а) потерь в обмотке якоря ,

б) потерь под щетками вследствие наличия переходного сопротивления (здесь - падение напряжения под щетками)

в) потерь вращения , состоящих из потерь в стали, потерь на трение в подшипниках и о воздух. Эти потери могут быть определены по формуле из опыта холостого хода при различных скоростях (приближенно можно считать , пренебрегая величиной ),

г) добавочных потерь , которые согласно "Электротехническим правилам и нормам" для машин постоянного тока принимают 1% от мощности на зажимах.

Таким образом: .

Потери в обмотке возбуждения учитывать не следует, если измеряется только ток якоря.

По найденному значению Σ∆P определяется момент на валу.

При пользовании, вторым методом измеряются те же величины

Момент на валу определяется из соотношения .

Величина определяется из опыта холостого хода при различных скоростях по формуле

(1.3)

и изображается в виде зависимости (см. рисунок 1.7).

Чтобы определить , следует иметь в виду, что коэффициент , где .

Отсюда следует: .

Здесь под величиной следует подразумевать полное сопротивление якорной цепи (включая сопротивление переходного контакта). Величина при этом будет зависеть от тока и может быть определена предварительным измерением сопротивления методом амперметра и вольтметра при неподвижном якоре.

Характер зависимости представлен на рисунке 1.5. Сопротивление от скорости вращения практически не зависит.

Так как величина по сравнению со значением мала (как правило, не более 10%) часто полагают не зависящим от тока, что не может внести большой погрешности.

При снятии характеристик с постоянным током возбуждения, если пренебречь влиянием реакции якоря и коммутируемых секций, можно считать: .

Этот метод может быть применен не только для ДПТ параллельного, но и для двигателей последовательного и смешанного возбуждения.

Следует отметить, что второй метод несколько проще в вычислениях и базируется исключительно на измеренных величинах. Последнее может быть достигнуто и в методе отдельных потерь, если под также подразумевать полное сопротивление якорной цепи, тем самым, включив в и потери под щетками.