Файл: Лаб. работы 1.0-2.docx

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить устройство, принцип работы ДПТ с параллельной, последовательной и смешанной обмотками возбуждения, способы пуска и принципы регулирования частоты вращения ДПТ, ознакомиться с тормозными режимами работы ДПТ.

ПРОГРАММА РАБОТЫ.

1. Изучить устройство и принцип работы ДПТ с различными схемами включения ОВ.

2. Ознакомиться с экспериментальными механическими характеристиками ДПТ с параллельной ОВ и со смешанной ОВ в различных рабочих режимах.

3. Рассчитать и построить механические характеристики ДПТ с параллельной ОВ при работе в двигательном режиме, режиме динамического торможения и торможения противовключением.

Основные теоретические положения.

В сельскохозяйственном производстве электродвигатели постоянного тока (ДПТ) широко применяются на мобильных машинах, в испытательных стендах и установках, а также на стационарных объектах. Конструктивно ДПТ, независимо от схемы включения их обмоток, состоят из неподвижного статора (с размещенными на нем обмотками возбуждения) и вращающегося якоря (с обмоткой якоря). Напряжение питания на обмотки возбуждения и якоря подается от источника постоянного тока. Ток, протекающий по обмотке возбуждения, создает внутри статора неподвижное магнитное поле. Это поле взаимодействует с током якоря и создает вращающий электромагнитный момент на якоре, т. е. происходит преобразование электрической энергии в механическую энергию. Для получения вращающего момента при любом угле поворота якоря, на нем расположено несколько одинаковых обмоток. В любой момент подключенной к сети может быть только одна из обмоток якоря. Это подключение осуществляется с помощью ламелей коллектора (к ним подсоединены обмотки якоря) и щеточного механизма, осуществляющего коммутацию обмоток якоря при вращении.

В зависимости от схемы соединения обмотки возбуждения (ОВ) и обмотки якоря ДПТ (рис.2.1) могут быть с параллельной обмоткой ОВ, с последовательной ОВ и со смешанной ОВ.

Механические характеристики ДПТ в двигательном режиме работы с различными схемами включения ОВ приведены на рис. 2.2. С целью наглядности они построены для двигателей, имеющих одинаковые значения номинального момента - Мн и номинальной частоты вращения ротора – ωн; где

ω1 = ωо = (1,05 … 1,1) ωн – для ДПТ с параллельной ОВ;

ω2 = ωо = (1,7… 2,0)  ωн – для ДПТ со смешанной ОВ;

ωо – скорость идеального холостого хода двигателя.

Механические характеристики ДПТ с параллельной ОВ в различных режимах работы приведены на рис.2.3, где 1 – двигательный режим работы; 2 – режим генераторного торможения; 3 – тормозной спуск; 4 – торможение противовключением; 5 – динамическое торможение.

Рис. 2.2. Характеристики ДПТ: 1 – с параллельной ОВ; 2 – с последовательной ОВ; 3 – со смешанной ОВ.

Рис. 2.3 Режимы работы ДПТ с параллельной ОВ: - естественные и _ _ _ - искусственные механические характеристики.

Уравнения механической - ω = f(M) и электромеханической – ω = f(I) характеристик ДПТ с любой схемой соединения его ОВ выводятся из следующих соотношений

Uc = Eя + Iя (Rя + Rx), (2.1)

Eя = k  Ф  ω, (2.2)

M = k  Ф  Iя, (2.3)

где Uc - напряжение сети, поданное на якорь двигателя, В; Eя – электродвижущая сила (ЭДС), наводящаяся во вращающемся якоре ДПТ от магнитного поля, создаваемого ОВ, В; М – вращающий электромагнитный момент двигателя, Нм; Iя – величина тока в цепи якоря, А; Rя – внутреннее активное сопротивление якорной цепи, включая обмотки якоря, компенсационных и дополнительных полюсов и щеточных контактов, Ом; Rx – внешнее активное сопротивление, включенное последовательно с обмоткой якоря, Ом; k – конструктивный коэффициент двигателя, Вс / Вб); Ф – магнитный поток, создаваемый ОВ, Вб; ω – угловая частота вращения якоря, 1/c.

Уравнение механической характеристики ДПТ

ω =(2.4)

Уравнение электромеханической характеристики ДПТ

ω = , (2.5)

Характеристики ДПТ, построенные согласно 2.4 и 2.5, имеют один и тот же вид, поэтому в дальнейшем рассматриваются лишь механические характеристики двигателей.

Механические характеристики, полученные при отсутствии внешнего сопротивления в якорной цепи (при Rx = 0), номинальном значении напряжения питания и номинальном магнитном потоке возбуждения, называются естественными – «емх», а все остальные – являются искусственными механическими характеристиками.

В двигательном режиме работы «емх» ДПТ с параллельной ОВ (рис.2.1, а) согласно 2.4 имеет вид прямой (кривая 1, рис.2.2). Ее можно рассчитать и построить по номинальным паспортным данным двигателя. Искусственные механические характеристики можно получить, изменяя следующие параметры двигателя (рис.2.4): Rx - кривая 1, Uя – кривая 2, Rp – кривая 3. Как следует из этого рисунка, изменяя те же параметры, можно регулировать угловую частоту вращения ДПТ: на рис.2.4 кривая 4 представляет собой механическую характеристику рабочей машины, ее пересечение с кривыми «емх», 1, 2 и 3 показывает рабочие точки электропривода – ω1, ω2, ω3, ω4.

Рис. 2.4. Искусственные механические характеристики ДПТ с параллельной ОВ.

Рис. 2.5. Схема включения ДПТ с параллельной ОВ для работы в режиме динамического торможения.

Анализ механических и электромеханических характеристик ДПТ позволяет сделать следующие выводы:

- на «емх» при пуске двигателя возникают большие токи в якорной цепи;

- введение сопротивления в цепь якоря двигателя (Rx > 0) уменьшает жесткость характеристик и снижает пусковой ток;

- уменьшение напряжения питания на якоре двигателя перемещает его характеристики параллельно «емх» вниз, пропорционально Uc;

- уменьшение напряжения на ОВ двигателя приводит к пропорциональному уменьшению тока в ней и, как следствие, снижению магнитного потока (Ф), т.е. возрастанию угловой частоты вращения якоря ω.

ДПТ с параллельной ОВ может работать (рис.2.3) как в основном режиме – двигательном (ДР), так и в тормозных режимах, в том числе генераторного торможения (ГТ), торможения противовключением (ПВ), динамического торможения (ДТ) и тормозного спуска (ТС).

Uc = Const; ω  ωо,

; Ея  Uс,

Iя – меняет знак на противоположный ( - Iя );

Мт = к  Ф (- Iя) – тормозной момент;

1. Генераторное торможение (ГТ) с отдачей энергии в сеть. Тормозной режим получается при постоянном напряжении сети (Uс = Сonst) и активном моменте на валу ЭД, обусловленным опускающимся грузом. В результате, угловая скорость якоря ω, становится больше скорости идеального холостого хода ωо, т.е. ω  ωо. При этом ЭДС якоря Ея становится больше приложенного напряжения сети Uс, т.е. Ея  Uс и ток якоря Iя под воздействием ЭДС меняет свой знак на противоположный (- Iя), в результате электромагнитный момент становится отрицательным, т.е. тормозным - Мт. Электродвигатель начинает работать в режиме генератора параллельно с сетью, которой он отдает электроэнергию.

2. Торможение противовключением (ПВ). Искусственное изменение полярности (плюс на минус): Uс - меняет знак на противоположный (- Uс), направление ЭДС Ея не изменяется и совпадает с направлением напряжения Uс. Ток якоря Iя меняет знак на противоположный (- Iя), в результате электромагнитный момент становится отрицательным, т.е. тормозным - Мт - точка 2, быстрая остановка электродвигателя, точка 3.

3. Динамическое торможение (ДТ). Обмотка якоря отключается от сети и замыкается на внешнее сопротивление Rx, т.е. Uc = 0. Обмотка возбуждения остается подключенной к номинальному напряжению Uс. Якорь продолжает вращаться за счет запасенной кинетической энергии, как и в двигательном режиме, поэтому направление ЭДС Ея не изменяется (остается), а ток якоря Iя меняет знак на противоположный (- Iя), т.к. напряжение на обмотке якоря равно нулю - Uоя = 0. Поэтому электромагнитный момент становится тормозным - Мт - (участок 2 - 0).

4. Тормозной спуск (ТС). Мс  Мдв. Под действием груза изменяется Мс в сторону увеличения и становится больше момента, развиваемого электродвигателем, т.е. Мс  Мдв. При этом напряжение сети Uс и ЭДС Ея по направлению совпадают, а ЭДС Ея и угловая частота вращения якоря ω меняют знак на противоположный. Тормозной спуск (ТС) соответствует точкам 3-4.

Мс  Мдв;

ω – меняет знак на противоположный ( - ω );

Ея = к  Ф  (- ω).

Одно из ценных свойств ДПТ с параллельной ОВ заключается в том, что скорость его вращения ω очень мало зависит от нагрузки. Электродвигателю присущи высокая перегрузочная способность и широкий диапазон регулирования угловой частоты вращения ω.

В двигательном режиме (ДР) направление момента М совпадает с направлением угловой частоты вращения ω, а ЭДС Ея направлена на встречу току якоря Iя.

В тормозных режимах момент М направлен на встречу угловой частоте вращения ω, а направление ЭДС Ея совпадает с направлением тока якоря Iя.

На рис. 2.6. представлена сводная диаграмма основных режимов работы ДПТ с параллельной ОВ, на которой представлено распределение приложенного напряжения Uс, ЭДС Ея и тока якоря Iя.