Файл: Лаб-раб-ЭМС.doc

Лабораторная работа №1 Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения

Цель работы:снятие рабочих и механических характеристик двигателя.

1. Характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Схема двигателя приведена на рис. 1.

+ U –

Рис. 1Схема включения ДПТ последовательного возбуждения

Обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря, поэтому I_В=I_Я=I. По второму закону Кирхгофа напряжения питания уравновешивается противо э.д.с. Е и падением напряжения не сопротивлениях обмоток якоря, возбуждения иR_Д.

U = E + I · R, (1) где

E = c · n · Ф,(2)

R = R_B + R_Я + R_Д,

n– частота вращения,

Ф – магнитный поток,

p N

с =конструктивный коэффициент двигателя, где

60a

р – число пар полюсов;

N– число активных проводников обмотки якоря;

а – число параллельных ветвей обмотки якоря.

Подставим (2) в (1) и найдем частоту вращения якоря:

U – IR

n = (3)

сФ

Для двигателя последовательного возбуждения режим холостого хода невозможен, так как при токе якоря, близком к нулю, ток возбуждения и магнитный поток также близки к нулю, частота вращения двигателя увеличивается в несколько раз по сравнению с номинальной и двигатель «идет вразнос».

Поэтому двигатель всегда пускают при нагрузке не менее 25% от номинального значения. С исполнительным механизмом двигатель должен иметь жесткое соединение (муфта, редактор), ременная передача с таким двигателем не допускается.

---

Рабочие характеристики двигателя – это зависимости n,P₁,M,I_Яи кпд η приU_HOM=const(рис. 2). Зависимость η =f(P₂) типичная для электрических машин.

Р₁(I_Я)

η, Р₁, I_Я, М

η

М

n

0 0,25 0,5 0,75 1,0 Р2/р2ном

Рис. 2Рабочие характеристики ДПТ последовательного возбуждения.

В пределах 0,25Р₂≤ Р₂≤ Р_2НОМкпд мало меняется. Потребляемая из сети электрическая мощность Р₁= Р₂/ η , поэтому с учетом изменения кпд зависимость Р₁=f(Р₂) близка к линейной (несколько вогнута). С другой стороны Р₁=U·I_Я, откуда следует, что приU=constзависимостьI_Я=f(Р₂) имеет такой же вид, что и Р₁=f(Р₂).

Для двигателя с последовательным возбуждением формула (3) принимает вид:

U – I · (R_B + R_Я + R_Д)

n =

с · Ф

n=f(I) – электромеханическая характеристика.

При малых токах возбуждения магнитный поток пропорционален току якоря (Ф = с_ФI_Я), так какI_Я=I_В. Тогда

U – I_Я ·(R_B + R_Я + R_Д) с₁ R_B + R_Я + R_Д

n = = – (4) , где

c · Ф I_Я с^I

U

с₁ = , с^I = c·c_Ф– постоянные коэффициенты.

---

c·c_Ф

Из (4) следует, что при ненасыщенном магнитопроводе зависимость n=f(I_Я) имеет вид гиперболы. При больших токах якоря наступает насыщение магнитопровода, магнитный поток и частота вращения остаются почти неизменными.

Так как между током якоря I_Яи мощностью Р₂зависимость близка к линейной, то рабочая характеристикаn=f(P₂) имеет описанный ранее вид и показана на рис. 2.

Механическая характеристика двигателя n=f(М) приU_HOM=constимеет вид, похожий на гиперболу, причем с учетом насыщения магнитопровода при больших токах якоря (больших моментах) частота вращения меняется мало (рис. 3). Такая характеристика называется мягкой.

---

2. Регулирование частоты вращения.

Частоту вращения двигателя можно менять изменением магнитного потока, включая добавочное сопротивление или изменением напряжения питания.

Н

ω

а рис. 3 приведены механические характеристики двигателя с разными добавочными сопротивлениямиR_Д. Характеристику, полученную приR_Д=0, называют естественной. Включая в цепь якоряR_Д, получают искусственные характеристики, причем чем большеR_Д, тем мягче механическая характеристика.

ω_Е

R_Д=0

ω_И

R_Д1>0

R_Д2> R_Д1

0 М_И М

Рис.3 Механические характеристики ДПТ последовательного возбуждения.

Для регулирования частоты вращения изменением магнитного потока шунтируют обмотку возбуждения. При R_Ш= ∞ (разрыв шунтирующей цепи) двигатель включен по основной схеме и работает на естественной характеристике. При 0 <R_Ш< ∞ часть тока поступает в шунтирующую цепь, ток возбужденияI_Bи магнитный поток Ф уменьшаются, а скорость двигателя растет (рис. 4).

а) б)

+ U – ω

R_Ш2<R_Ш1

I rш1rш

I_Ш

ОВ

I_B

R_Ш = ∞

0 М

Рис. 4. Схема изменения скорости двигателя шунтированием обмотки возбуждения (а),

механические характеристики .

При регулировании скорости изменением напряжения питания двигатель подключается к управляемому выпрямителю УВ. Выходное напряжение выпрямителя U(рис. 5) регулируется изменением входного управляющего сигналаU_У.

---

~

ω

U_У

УВ

U_HOM

+ U –

U₁ < U_HOM

ОВ

I

0 М

U₂ < U₁

Рис. 5 Схема подключения двигателя к управляемому выпрямителю (а),

механические характеристики

При U_НОМи без учета внутреннего сопротивления управляемого выпрямителя двигатель работает по естественной характеристике. При снижении напряжения скорость снижается и искусственные характеристики идут ниже естественной.

Иногда шунтируют обмотку якоря резистором для получения пониженных скоростей и определенной скорости идеального холостого хода (рис. 6).

R_Ш

I_Ш

ОВ

R_Д

+ –

Рис. 6Схема включения ДПТ последовательного возбуждения с шунтированной

обмоткой якоря.

РезисторыR_ШиR_Д, включенный последовательно с обмоткой возбуждения, образуют делитель напряжения. К якорю подводится пониженное напряжение и характеристики будут ниже естественной. Особенность схемы в том, что при нулевом токе якоря ток возбуждения не равен 0, за счет наличияR_Ш, поэтому не равен нулю магнитный поток и двигатель имеет определенную скорость идеального холостого хода (рис.7).

ω

---