Исследование характеристик электропривода постоянного тока

1. Цель работы.

Изучение способов управления скоростью двигателя постоянного тока с независимым возбуждением и исследование характеристик электропривода (ЭП) в различных режимах работы.

2. Краткие теоретические сведения.

Электрические машины постоянного тока (МПТ), как и все электрические машины, являются обратимыми, т. е. могут работать в двигательном и генераторном (тормозном) режимах. Непременным условием работы электрических машин является неподвижность полей статора и ротора (якоря) относительно друг друга. Это обуславливает, в частности, пропорциональной угловой скорости w двигателя. При этом щеточно-коллекторный узел исполняет роль механического инвертора между внешней сетью постоянного тока и якорем.

По конструкции МПТ могут быть защищенного (Ф) и закрытого (Б) типоисполнения, а по виду возбуждения иметь электромагнитное (обмотку возбуждения) или постоянные магниты. Различают также некомпенсированные и компенсированные МПТ; в последнем случае машина имеет компенсационную обмотку, укладываемую на главных полюсах и служащую для подавления продольной реакции якоря, что обеспечивает постоянство потока при вариации нагрузки двигателя и его высокие динамические характеристики (перегрузочная способность и др.).

3. Функциональная электрическая схема лабораторной установки.

Схема содержит регулируемый стабилизатор напряжения РСН для питания двигателем Д, электромагнитное нагрузочное устройство НУ двигателя, блок питания нагрузочного устройства БПНУ, датчик скорости ДС двигателя (оптоэлектронный частотометр-тахометр), регулирующие потенциометры R1 и R2 и выключатели В1 иВ2. установка позволяет снимать экспериментальные регулировочные и механические характеристики испытуемого ДПТ. Напряжение на якоре Uя изменяется РСН в пределах 0< Uя< Uян, НУ обеспечивает изменение момента сопротивления Мс от холостого хода Мс0 до Мн.

4. Порядок выполнения работы.

Регулировочная характеристика

Зависимость частоты вращения ротора от напряжения питания обмоток ротора ДПТ, отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) — напряжение питания обмоток ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Регулировочная характеристика ДПТ есть прямая, идущая с положительным наклоном.

Регулировочная характеристика ДПТ строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений момента на валу ротора, говорят о семействе регулировочных характеристик ДПТ.

Снять регулировочную характеристику ДПТ w=f (Uя), записав полученные данные в таблицу. Изменение Uя осуществляется с помощью регулирующего потенциометра R1.

Значения Uя целесообразно взять в пределах (0,2,4,6,8,10,12). Переход от n (об/с) регистрируемых ДС, к w (c^-1) выполняется по формуле w=2Пn.

рег. х-ка (УПР).

Механическая характеристика

Зависимость частоты от момента на валу ДПТ отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абсцисс) — момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Механическая характеристика ДПТ есть прямая, идущая с отрицательным наклоном.

Механическая характеристика ДПТ строится при определённом напряжении питания обмоток ротора. В случае построения характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик ДПТ.

Снять механические характеристики ДПТ w=f (М) при значениях Uя=6 В и Uя=10 В. Нагружение двигателя моментом Мс (0,5,10,15,20,25,30,35,40) производится с помощью потенциометра R2, воздействующего на питание НУ. При этом измеряются значения тока Iя и Мс. Полученные данные занести в таблицу.

мех. (нагр) х-ка.

• 5. Контрольные вопросы.
• 1) Приведите поперечный разрез ДПТ, укажите на нем основные узлы и их назначения.

Электрическая машина постоянного тока состоит из статора, якоря, коллектора, щеткодержателя и подшипниковых щитов (рисунок 1). Статор состоит из станины (корпуса), главных и добавочных полюсов, которые имеют обмотки возбуждения. Эту неподвижную часть машины иногда называют индуктором. Главное его назначение — создание магнитного потока. Станина изготавливается из стали, к ней болтами крепятся главные и добавочные полюса, а также подшипниковые щиты. Сверху на станине имеются кольца для транспортирования, снизу — лапы для крепления машины к фундаменту. Главные полюса машины набираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 -1 мм с целью уменьшения потерь, которые возникают из-за пульсаций магнитного поля полюсов в воздушном зазоре под полюсами. Стальные листы сердечника полюса спрессованы и скреплены заклепками.

Машина постоянного тока:

I — вал; 2 — передний подшипниковый щит; 3 — коллектор; 4 — щеткодержатель; 5 — сердечник якоря с обмоткой; б — сердечник главного полюса; 7 — полюсная катушка; 8 — станина; 9 — задний подшипниковый щит; 10 — вентилятор; 11 — лапы; 12 — подшипник.

2. В чем состоит принцип работы ДПТ?

Если к щеткам, А и В подвести напряжение U от источника постоянного тока, то в обмотке якоря появится ток. В результате взаимодействия тока якоря с магнитным полем статора на обмотку якоря будет действовать две электромагнитные силы Fэм., равные по величине и противоположные по направлению. Эти силы создадут вращающийся момент, под действием которого виток обмотки стремится расположится так чтобы его пронизывал максимальный магнитный поток. По инерции виток продолжит движение, благодаря коллектору направление тока в нем изменится, и на него вновь будет действовать вращающий момент в том же направлении.

3) Как поведет себя ДПТ при перегрузке? При исчезновении потока в работающем двигателе?

При перегрузке ДПТ возможен круговой огонь на коллекторе, в следствии чего обмотки могут замкнуться между собой и двигатель выйдет из строя.

При исчезновении магнитного потока в ДПТ, двигатель перестанет создавать момент на валу и остановится.

4) Почему при динамическом торможении и противотоке в цепь якоря ДПТ включают добавочное сопротивление?

Это делают для того чтобы начальный тормозной ток Iят=Ед/Rяц не превысил допустимого значения Iя max.

5) Какой ДПТ лучше — с большим или малым Кд; с большим или малым Кдм?

Статические характеристики по возмущению (рис. 2, а). Для заданного значения уменьшает значение для текущего значения возмущения характеристики по возмущению принято оценивать максимальным относительным отклонением регулируемой координаты (статизмом).

.

6) Укажите достоинства и недостатки ДПТ.

Достоинства:

простота устройства и управления;

практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя;

легко регулировать частоту вращения;

хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент);

так как ДПТ являются обратимыми машинами, появляется возможность использования их как в двигательном, так и в генераторном режимах.

Недостатки:

дороговизна изготовления;

необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов;

ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

(Последние два недостатка на современном этапе развития ДПТ почти не ощутимы).