Некоммерческое  акционерное  общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электропривода  и автоматизации  промышленных установок

                         

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

 МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 Методические  указания к выполнению лабораторных работ

для студентов всех форм обучения специальности

5В071800 – «Электроэнергетика»

 

 

 

Алматы 2012 

Составители: П.И. Сагитов, Р.М. Шидерова, Н.К. Алмуратова. Электрические машины. Машины постоянного тока. Методические  указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071800 - «Электроэнергетика». – Алматы: АУЭС, 2012. –25с.

  

Методические  указания содержат необходимые технические сведения о стендах, программу выполнения работ, методику подготовки, проведения экспериментов и анализа полученных результатов, контрольные вопросы.

Методические  указания предназначены для студентов всех форм  обучения специальности 5В071800 – «Электроэнергетика».

Ил.3, табл.9, библиогр. – 3 назв.

 

Рецензент: д-р. техн. наук. проф. К.К. Жумагулов.

  

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет  энергетики и связи» на 2012 г.  

 

Ó   НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.

 

Содержание

 

1 Описание лабораторного стенда                                                                4

1.1 Лабораторный стенд состоит                                                                  4

1.2 Особенности работы стенда                                                                    6

1.3 Указание мер безопасности                                                                     7

1.4 Подготовка и порядок работы                                                                 8

2 Лабораторная работа № 1. Исследование двигателя

постоянного тока параллельного и независимого возбуждения              10

3 Лабораторная работа № 2. Исследование двигателя постоянного

тока параллельного и независимого возбуждения                                    14

Список литературы                                                                                       24

  

1 Описание лабораторного стенда

 

    Лабораторный стенд (см.рисунок 1) предназначен для использования в качестве учебного оборудования для проведения лабораторно-практических занятий при исследовании трансформаторов, асинхронных и синхронных машин, а также машин постоянного тока.

 

1.1 Лабораторный стенд состоит

     

1.1.1 Инвертор.

Предназначен для создания симметричной трехфазной сети. Осуществляет плавное регулирование частоты и напряжения. Задание напряжения может осуществляться независимо от задания частоты и в режиме U/f = const. Измеряет ток в звене постоянного тока, а также выходное линейное напряжение.

Силовая часть реализована на базе силового модуля Mitsubishi ASIPM PS11035 (для двигателей мощностью до 1,5кВт; с номинальным током 7А).

Диапазон регулирования:

- Диапазон задания частоты 0..163 Гц с дискретностью 0,63Гц.

- Диапазон задания линейного напряжения 0..220В с дискретностью 1В.

 

1.1.2 Широтно-импульсные преобразователи.

Осуществляют питание обмоток якоря и возбуждения ДПТ, а также обмотки возбуждения СД.

Состав:

Силовая часть:

1)     Интеллектуальный силовой модуль ASIPM Mitsubishi PS11035, в

состав которого входят следующие блоки:

    - двухфазный мост на IGBT-транзисторах используется для питания

обмотки якоря ДПТ;

    - оставшийся полумост используется для питания обмотки

возбуждения синхронной машины.

2)                Полевой транзистор IRF840 – для питания обмотки возбуждения ДПТ.

Силовое питание преобразователей осуществляется от цепи постоянного тока частотного преобразователя, что позволяет осуществить рекуперацию энергии между двигателями переменного и постоянного токов.

  

Микроконтроллер ATMega16, осуществляющий:

а) измерение и индикацию токов в обмотках возбуждения и якоря;

б) измерение и индикацию скорости вращения двигателей;

в) реализацию регулятора тока  обмотки возбуждения ДПТ;

г) реализацию следующих режимов работы ШИП якоря:

         - одноконтурная система управления с обратной связью по току якоря используется при исследовании синхронного двигателя;

- двухконтурная система управления с обратными связями по току

якоря и скорости вращения двигателя – используется при исследовании двигателей переменного тока;

 - отключение замкнутой системы управления – используется при

исследовании машины постоянного тока;

д) опрос тумблеров и резисторов;

е) связь с компьютером;

з) шунты для измерения токов с платами гальванической развязки на основе изолирующего усилителя HCPL-788J.

 

1.1.3 Цифровые измерительные приборы

Каждый прибор может измерять ток и напряжение, кроме непосредственного измерения тока и напряжения, рассчитывает:

- действующее значение переменного тока и  напряжения;

- угол сдвига между током и напряжением;

- активную мощность.

 

1.2 Особенности работы стенда

 

1.2.1 Индикация.

Отображение измеренных величин производится в цифровом виде. Это ведет за собой следующую особенность: при незначительном изменении измеренной величины происходит изменение цифры младшего разряда. Реальные величины имеют колебания, вызванные помехами, что приводит к постоянному изменению цифр младших разрядов и совершенной не- читаемости индикатора. Для устранения этого недостатка числа перед индикацией проходят через фильтр, что в свою очередь замедляет реакцию индикации на быстрые изменения величин: пусковые токи, разгон/торможение двигателя, колебания тока возбуждения в синхронном двигателе и т.д. Поэтому методы проведения некоторых лабораторных работ отличаются от стандартных.

 

1.2.2 Включение стенда.

Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющи включением преобразователей, находятся в положении «выключено».

После включения стенда происходит тест индикаторов. Если какой-либо из ШИПов включен, то после теста соответствующий индикатор выводит надпись “OOPS”. После выключения тумблеров плата ШИПов переходит в нормальный режим работы.

 

1.2.3 Срабатывание защиты преобразователей.

Силовая часть преобразователей построена на силовом модуле, который имеет встроенную защиту от токов короткого замыкания и от недостаточного напряжения в цепях управления (при напряжении меньше 13В).

При срабатывании защиты инвертора на индикаторах PA4, PV4, HZ1 моргает «OOPS».

При срабатывание защиты ШИП обмотки якоря ДПТ и обмотки возбуждения СД (питаются от силового модуля)  на индикаторах PА5 и РА7 моргают последние измеренные значения.

При срабатывании защиты ШИП обмотки возбуждения ДПТ на индикаторе РА6 моргает последнее измеренное значение. При этом выключается питание обмотки возбуждение и питание обмотки якоря.

При срабатывании защиты необходимо выключить и включить преобразователь.

 

1.2.4 Цифровые приборы.

Каждый прибор может измерять ток и напряжение. У каждого канала есть: один вывод вольтметра,  один вывод амперметра и общая точка, которая связывает вторые выводы приборов. Поэтому включение, например, вольтметра в какую-либо цепь, автоматически подключает один вывод амперметра к этой же цепи.

Нельзя включать лабораторную работу «Параллельная работа трансформаторов», если остались перемычки от работы «Определение групп соединения трансформаторов» или включены ваттметры на выходе инвертора.

 

1.3 Указание мер безопасности

 

1.3.1 При эксплуатации изделия необходимо соблюдать «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей" и "Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей".

1.3.2 Изделие эксплуатировать в помещении без повышенной опасности по степени поражения электрическим током.

1.3.3 Включение питания изделия и выполнение работ производить только после разрешения преподавателя.

1.3.4 Сборку электрических схем для проведения лабораторной работы, техническое обслуживание производить при отключенном питании стенда.

1.3.5 Корпус стенда должен быть заземлен. Сопротивление контура заземления не более 4 Ом.

 

1.4 Подготовка и порядок работы

 

1.4.1 Перед началом работы необходимо тщательно изучить настоящий паспорт и подробно ознакомиться со схемой предстоящей лабораторной работы.

1.4.2 Начертить принципиальную схему работы в тетради. Продумать, каким образом производить коммутацию между узлами схем, разобраться  в их назначении, уяснить работу схемы и ее элементов. После этого вычертить монтажную схему с указанием мест подключения перемычек или составить таблицу соединений, согласно которой будет производиться коммутация элементов аппаратов.

1.4.3 Сборку схемы производить только при отключенной питающей сети. После окончания сборки схемы тщательно проверить правильность соединений в соответствии с рисунками, прилагаемыми к лабораторным работам. Убедиться в отсутствии коротких замыканий в монтаже схемы. После чего обратиться к преподавателю за разрешением на проведение лабораторной работы.

1.4.4 Приступая к работе, следует установить все тумблеры в нижнее положение, соответствующее их отключенному состоянию. При проведении работы следить за тем, чтобы величины измеряемых параметров не выходили за пределы их паспортных данных.

  

Параметры объектов исследования

Т а б л и ц а 1 - Трансформатор

Тип трансформатора

ОСМ1

Номинальное напряжение первичной обмотки

220 В

Номинальное напряжение вторичной обмотки

110 В

Номинальная мощность вторичной обмотки

0,100 кВ∙А

Ток холостого тока

24%

Напряжение короткого замыкания

9%

К.п.д.

87%

 

Т а б л и ц а 2 - Электромашинный агрегат

ДПТ НВ

АД КЗ

АД ФР

Тип -2ПН901

Тип – АИР71В6

Тип –МТН-011

Номинальная мощность-0,55кВТ

Номинальная мощность-0,55кВТ

Номинальная

мощность-1,4 кВТ

Частота вращения- 1500об/мин

Номинальное напряжение-380В

Номинальное напряжение-380В

Номинальный КПД-67,5%

Частота вращения- 1000 об/мин

Частота вращения- 1000   об/мин     

Номинальное напряжение-220В

Номинальный КПД-69%

Номинальный

КПД-65%

Номинальный ток якоря-3,3А

Номинальное скольжение-8,5%

Номинальное скольжение-8,5%

Номинальный ток возбуждения-0,4А

Cosφ-0,68

Cosφ-0,67

 

Номинальный ток ротора-8,8А

 

         Т а б л и ц а 3 - Нагрузочные сопротивления (R1…R9)

 

R1…R3

R4…R9

Тип

ПЭВ-100

ПЭВ-30

Номинальное сопротивление, Ом

51

22

Рассеиваемая мощность, Вт

100

30

 

         Т а б л и ц а 4 - Добавочные сопротивления (R10,R11)

 

R10,R11

Тип

ПЭВ-100

Номинальное сопротивление, Ом

220

Рассеиваемая мощность,  Вт

100

2 Лабораторная работа №1. Исследование генератора постоянного тока параллельного возбуждения

 

Цель работы: изучить устройство генератора постоянного тока параллельного возбуждения и приобрести практические навыки в сборке схем и снятии характеристик. Получить экспериментальное подтверждение свойств генератора постоянного тока параллельного возбуждения теоретическим сведениям.

 

2.1 Основные теоретические сведения

 

Классификация генераторов постоянного тока производится по способу их возбуждения. Они подразделяются на генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением.

У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от собственного якоря. В зависимости от способа ее включения генераторы с самовозбуждением подразделяются на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Для машин постоянного тока принято следующее обозначение выводов обмоток: обмотки якоря Я1-Я2, независимой обмотки возбуждения Н1-Н2, параллельной обмотки возбуждения Ш1-Ш2, последовательной обмотки возбуждения С1-С2, обмотки дополнительных полюсов Д1-Д2, компенсационной обмотки К1-К2. Цифра 1 обозначает начало, а цифра 2 — конец обмотки.

По конструктивному выполнению машина постоянного тока с параллельным возбуждением подобна машине с независимым возбуждением, у которой обмотка якоря расположена на роторе, а обмотка возбуждения — на статоре.

 

2.2 Характеристики генератора постоянного тока независимого возбуждения

 

Рабочие свойства электрических машин определяются их характеристиками. Для генераторов постоянного тока основными характеристиками являются характеристики холостого хода, нагрузочная, внешняя, регулировочная. Указанные характеристики определяются при постоянной номинальной частоте вращения якоря (n=nном=соnst). Они могут быть получены как экспериментальным, так и расчетным путем.

 

2.3 Характеристики генератора постоянного тока независимого возбуждения

 

Рабочие свойства электрических машин определяются их характеристиками. Для генераторов постоянного тока основными характеристиками являются характеристики холостого хода, нагрузочная, внешняя, регулировочная. Указанные характеристики определяются при постоянной номинальной частоте вращения якоря (n=nном=соnst). Они могут быть получены как экспериментальным, так и расчетным путем.

 

2.3.1. Исследование характеристики самовозбуждения

1.   Собрать схему, представленную на рисунке 1.

2.   Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей (SA23, SA24, SA25, SA26), находятся в положении «выключено», все регуляторы заданий выходных величин преобразователей (RP1, RP2, RP3, RP4, RP5) находятся в крайнем левом положении, все дополнительные переключатели (SA2, SA3, SA4, SA6, SA7) находятся в выключенном положении, а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.

3.   Тумблером SA1 подключить к сети схему управления.

4.   Тумблером SA2 включить пускатель K3 и закоротить контактами пускателя дроссели L1, L2, L3.

5.   Тумблером SA3 включить обмотки статора асинхронного двигателя по схеме «треугольник».

6.   Тумблер SA34 перевести в положение «ПВ».

7.   Установить выключатель SA30 в положение «PV1», SA31 в положение «PW2», SA31 в положение «PV3».

8.   Тумблером SA27 установить режим управления Инвертора «U/f=const».

9.   С помощью регулятора RP4 «Задание частоты» установить значение частоты Инвертора f=0Гц (контролировать по прибору HZ1).

10.   Кнопкой SB1 подключить асинхронный двигатель к выходу инвертора.

11.   Тумблером SA26 включить Инвертор.

12.   С помощью регулятора RP4 «Задание частоты» плавно увеличивая частоту вращения двигателей, измерить ЭДС генератора (машины М3) при разных значениях частоты вращения якоря, данные занести в таблицу 1.

 

Т а б л и ц а 1 – Данные опыта характеристики самовозбуждения

1

2

3

4

5

6

n, об/мин

 

 

 

 

 

 

U, В

 

 

 

 

 

 

 

Завершив эксперимент, необходимо:

-       с помощью регулятора RP4 «Задание частоты» установить значение частоты Инвертора f=0Гц (контролировать по прибору HZ1);

-       тумблером SA26 отключить Инвертор;

-       кнопкой SB2 отключить асинхронный двигатель от выхода инвертора.

-       выключить автоматический выключатель «Сеть».

 

 

 

Рисунок 1 - Исследование характеристики самовозбуждения


2.3.2. Исследование внешней характеристики

1.   Собрать схему, представленную на рисунке 1.

2.   Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей (SA23, SA24, SA25, SA26), находятся в положении «выключено», все регуляторы заданий выходных величин преобразователей (RP1, RP2, RP3, RP4, RP5) находятся в крайнем левом положении, все дополнительные переключатели (SA2, SA3, SA4, SA6, SA7) находятся в выключенном положении, а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.

3.   Тумблером SA1 подключить к сети схему управления.

4.   Тумблером SA2 включить пускатель K3 и закоротить контактами пускателя дроссели L1, L2, L3.

5.   Тумблером SA3 включить обмотки статора асинхронного двигателя по схеме «треугольник».

6.   Тумблер SA34 перевести в положение «ПВ».

7.   Установить выключатель SA30 в положение «PV1», SA31 в положение «PW2», SA31 в положение «PV3».

8.   Тумблером SA27 установить режим управления Инвертора «U/f=const».

9.   С помощью регулятора RP4 «Задание частоты» установить значение частоты Инвертора f=0Гц (контролировать по прибору HZ1).

10.   Кнопкой SB1 подключить асинхронный двигатель к выходу инвертора.

11.   Тумблером SA26 включить Инвертор.

12.   С помощью регулятора RP4 «Задание частоты» плавно увеличить частоту вращения ротора асинхронного двигателя до номинального значения частоты вращения генератора постоянного тока независимого возбуждения (машина М3) (контролировать по прибору BR1).

13.   Тумблером SA26 отключить Инвертор.

14.   Установить режим работы ШИП1: SA20 «Отключить замкнутую СУ», SA21 «Задание скорости», SA22 «Двигательный режим».

15.   Тумблером SA23 включить ШИП1.

16.   С помощью регулятора RP1 «Задание» ШИП1 разогнать двигатель М3 до номинальной скорости (контролировать по прибору BR1).

17.   Тумблером SA26 включить Инвертор.

18.   Подобрать регулятором RP1 задание ШИП1 и регулятором RP4 задание частоты инвертора так, чтобы при номинальной скорости вращения двигателя M3, ток якоря был равным нулю.

19.   Уменьшая регулятором RP1 задание ШИП1, измерить ток якоря (амперметр PA5) и напряжение генератора (вольтметр PV3) при разных значениях тока нагрузки, данные занести в таблицу 2. При этом скорость нужно поддерживать постоянной, увеличивая регулятором RP4 частоту инвертора.

 

         Т а б л и ц а 2 – Данные опыта внешней характеристики

1

2

3

4

5

6

IЯ, A

 

 

 

 

 

 

UЯ, В

 

 

 

 

 

 

 

Завершив эксперимент, необходимо:

-       тумблером SA23 отключить ШИП1;

-       с помощью регулятора RP4 «Задание частоты» установить значение частоты Инвертора f=0Гц (контролировать по прибору HZ1);

-       тумблером SA26 отключить Инвертор;

-       кнопкой SB2 отключить асинхронный двигатель от выхода инвертора.

-       выключить автоматический выключатель «Сеть».

 

Ввиду идентичности характеристик двигателя параллельного и независимого возбуждения исследования проводятся только для случая независимого возбуждения.

 

3 Лабораторная работа № 2. Исследование двигателя постоянного тока параллельного и независимого возбуждения

 

Цель работы:

Изучить устройство и принцип действия двигателя постоянного тока параллельного и независимого возбуждения.

Приобрести практические навыки в сборке схем и снятии характеристик.

Приобрести практические навыки по определению КПД двигателя постоянного тока методом холостого хода.

Изучить виды потерь в машине постоянного тока и их зависимости от нагрузки машины.

Изучить зависимость КПД машины от нагрузки.

 

3.1 Опыт холостого хода

 

1.   Собрать схему, представленную на рисунке 1.

2. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»).  Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей (SA23, SA24, SA25, SA26, SA38), находятся в положении «выключено», все регуляторы заданий выходных величин преобразователей (RP1, RP2, RP3, RP4, RP5) находятся в

крайнем левом положении, все дополнительные переключатели (SA2, SA3, SA4, SA6, SA7) находятся в выключенном положении, а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.

3. Тумблером SA1 подключить к сети схему управления.

4. Установить выключатель SA31 в положение «PV3», SA31 в положение «-».

5.   Тумблер SA34 перевести в положение «НВ».

6.   Тумблером SA25 включить ШИП2.

7.   С помощью регулятора RP3 «Задание тока» ШИП2 установить требуемое значение тока возбуждения исследуемого двигателя (контролировать по прибору РА6) (например 0,4А).

8.   Установить следующий режим работы ШИП1: тумблер SA20 в положение «Отключить замкнутую СУ», SA21 в положение «Задание тока», SA22 в положение «Двигательный режим».

9.   Тумблером SA23 включить ШИП1.

10.    Плавно увеличивая регулятором RP1 «Задание» напряжение на якоре двигателя М3 до требуемого значения (контролировать по прибору PV3) (например до 250В), снять 5-6 точек в цепи якоря двигателя М3, данные занести в таблицу 1.

11.   Регулятором RP1 «Задание» плавно увеличивать напряжение на якоре двигателя М3 (контролировать по прибору PV3) (например до 20В).

12.    Данные напряжения (вольтметр PV3), тока якоря (амперметр РА5) и скорости вращения двигателя (датчик скорости BR1) занести в таблицу1.

13.            Повторить пункты 12-13, увеличивая напряжение на якоре двигателя М3 до заданного максимального значения (до 250В).

 

Т а б л и ц а 3.2 - Данные опыта холостого хода

Измерено

Вычислено

U0  В

Iа0  А

ω рад/с

n об/мин

P10 Вт

PЭ0 Вт

Pщ0 Вт

P0 Вт

PВ Вт

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Завершив эксперимент, необходимо:

- с помощью регулятора RP1 «Задание» ШИП1 уменьшить напряжение до нуля.

- тумблером SA23 отключить ШИП1;

- тумблером SA25 отключить ШИП2;

- выключить автоматический выключатель «СЕТЬ».

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1 – Опыт холостого хода

 

3.2            Опыт короткого замыкания

 

Внимание!

 

1.   Собрать схему, представленную на рисунке 2.

2. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»).  Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей (SA23, SA24, SA25, SA26, SA38), находятся в положении «выключено», все регуляторы заданий выходных величин преобразователей (RP1, RP2, RP3, RP4, RP5) находятся в крайнем левом положении, все дополнительные переключатели (SA2, SA3, SA4, SA6, SA7) находятся в выключенном положении, а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.

3. Тумблером SA1 подключить к сети схему управления.

4. Установить выключатель SA31 в положение «PV3», SA33 в положение «-».

5. Тумблер SA34 перевести в положение «НВ».

6.  Тумблером SA25 включить ШИП2.

7.   С помощью регулятора RP3 «Задание тока» ШИП2 установить требуемое значение тока возбуждения исследуемого двигателя (контролировать по прибору РА6) (например 0,4А).

8.   Установить следующий режим работы ШИП1: тумблер SA20 в положение «Включить замкнутую СУ», SA21 в положение «Задание тока», SA22 в положение «Двигательный режим».

9.  Тумблером SA23 включить ШИП1.

10.    Регулятором RP1 «Задание» установить скорость вращения двигателя М3 равной нолю (контролировать по приборуBR1).

11.  Тумблером SA2 включить пускатель K3 и закоротить контактами

пускателя дроссели L1, L2, L3.

12.   Тумблером SA27 установить режим управления инвертора

13.        Кнопкой SB1 подключить исследуемый двигатель к выходу инвертора.

14.   Тумблером SA26 включить Инвертор.

15.       Регулятором RP4 плавно увеличить частоту инвертора  (контролировать по прибору HZ1) до такого значения, при котором значение тока якоря двигателя М3 увеличится на 0,3 А..

16.    Данные напряжения (вольтметр PV3), тока якоря (амперметр РА5) занести в таблицу2.

17.   Повторить пункты 16-17, увеличивая частоту инвертора до такого значения, при котором ток якоря не должен превысить 1,2Iн исследуемого двигателя (контролировать по амперметру PА3).

 

Т а б л и ц а 3.1 - Данные опыта короткого замыкания

Измерено

Вычислено

UК  В

IаК  А

Р Вт

r/a Ом

ra Ом

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Завершив эксперимент, необходимо:

- с помощью регулятора «Задание частоты» уменьшить частоту инвертора до 0Гц (контролировать по прибору HZ1);

- тумблером SA26 отключить инвертор;

- тумблером SA23 отключить ШИП1;

- тумблером SA25 отключить ШИП2;

- выключить автоматический выключатель «СЕТЬ».

 

 

Рисунок 2 - Исследование двигателя постоянного тока параллельного и независимого возбуждения

 

3.3 Регулировочная характеристика

 

Регулировочная характеристика двигателя представляет собой зависимость частоты вращения n от тока возбуждения Iв при неизменных напряжении питания U и нагрузке. В данной работе регулировочную характеристику снимают в режиме холостого хода.  

 

Внимание!

Ток якоря не должен превысить 2Iн исследуемого двигателя.

Следует избегать продолжительной работы при токах якоря превышающих Iн, чтобы избежать перегрева двигателя. 

 

Опыт проводить по схеме в следующей последовательности:

1.   Собрать схему, представленную на рисунке 3.

2. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»).  Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей (SA23, SA24, SA25, SA26, SA38), находятся в положении «выключено», все регуляторы заданий выходных величин преобразователей (RP1, RP2, RP3, RP4, RP5) находятся в крайнем левом положении, все дополнительные переключатели (SA2, SA3, SA4, SA6, SA7) находятся в выключенном положении, а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.

3. Тумблером SA1 подключить к сети схему управления.

4. Установить выключатель SA31 в положение «PV3», SA33 в положение «-».

5. Тумблер SA34 перевести в положение «НВ».

6.   Тумблером SA25 включить ШИП2.

7.   С помощью регулятора RP3 «Задание тока» ШИП2 установить  значение тока возбуждения исследуемого двигателя, равное 0,2  (контролировать по прибору РА6).

8.   Установить следующий режим работы ШИП1: тумблер SA20 в положение «отключить замкнутую СУ», SA21 в положение «Задание скорости», SA22 в положение «Двигательный режим».

9.   Тумблером SA23 включить ШИП1.

10.   Регулятором RP1 «Задание» установить заданное напряжение на якоре исследуемого двигателя (контролировать по прибору PV3) например 220В.

11.    С помощью регулятора RP3 «Задание тока» ШИП2 увеличить  ток возбуждения исследуемого двигателя (контролировать по прибору РА6) (например 0,1А).

12.   Подкорректировать напряжение на якоре двигателя до выбранного в п.10 (контролировать по прибору PV3), изменяя задание ШИП1 регулятором  RP1.

13.       Данные тока возбуждения (амперметр РА6) и скорости вращения (датчик скорости BR1) занести в таблицу 3.

14.   Повторить пункты 11-13, увеличивая ток возбуждения двигателя до максимального.

 

Т а б л и ц а 3.1 - Данные регулировочной характеристики

Iв,А

(PA6)

 

 

 

 

Ω, рад/сек

(BR1)

 

 

 

 

 

Завершив эксперимент, необходимо:

- с помощью регулятора «Задание скорости» уменьшить скорость вращения двигателя до нуля (датчик скорости BR1);

- тумблером SA23 отключить ШИП1;

- тумблером SA25 отключить ШИП2;

- выключить автоматический выключатель «СЕТЬ».

 

3.4 Рабочие характеристики

 

Рабочие характеристики двигателя представляют собой зависимость частоты вращения двигателя n, потребляемого тока Iя момента М и КПД n от полезней мощности Р2 при неизменных значениях напряжения U=const и тока Iв=const.

Внимание!

Ток якоря не должен превысить 2Iн исследуемого двигателя.

Следует избегать продолжительной работы при токах якоря превышающих Iн, чтобы избежать перегрева двигателя. 

 

Опыт проводить по схеме в следующей последовательности.

1. Собрать схему, представленную на рисунке 2.

2. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»).  Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей (SA23, SA24, SA25, SA26, SA38), находятся в положении «выключено», все регуляторы заданий выходных величин преобразователей (RP1, RP2, RP3, RP4, RP5) находятся в крайнем левом положении, все дополнительные переключатели (SA2, SA3, SA4, SA6, SA7) находятся в выключенном положении, а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.

3. Тумблером SA1 подключить к сети схему управления.

4. Установить выключатель SA31 в положение «PV3», SA33 в положение «-».

5. Тумблером SA2 включить пускатель K3 и закоротить контактами

пускателя дроссели L1, L2, L3.

 

Разгон ДТП

6. Тумблер SA34 перевести в положение «НВ».

7.   Тумблером SA25 включить ШИП2.

8.   С помощью регулятора RP3 «Задание тока» ШИП2 установить  значение тока возбуждения исследуемого двигателя, равное 0,4  (контролировать по прибору РА6).

9.   Установить следующий режим работы ШИП1: тумблер SA20 в положение «Отключить замкнутую СУ», SA21 в положение «Задание тока», SA22 в положение «Двигательный режим».

10. Тумблером SA23 включить ШИП1.

11.   Регулятором RP1 «Задание» ШИП1 установить заданное напряжение на якоре исследуемого двигателя (контролировать по прибору PV3) например 220В.

12.       Запомнить значение скорости вращения двигателя (контролировать по датчику скорости BR1.

13.    Тумблером SA23 отключить ШИП1, положение регулятора RP1не изменять;

 

Разгон АД

14.   Тумблером SA27 установить режим управления инвертора «U=const».

15.        Кнопкой SВ1 подключить асинхронный двигатель к выходу инвертора.

16.            Тумблером SA26 включить инвертор.

17.            Плавно увеличивая регулятором RP4 частоту инвертора (контролировать по прибору HZ1)  до такого значения, при котором двигатель вращается со скоростью вращения двигателя М3 в п.12 (контролировать по датчику скорости BR1).

 

Исследование рабочих характеристик  

18.    Тумблером SA23 включить инвертор.

19.   С помощью регулятора RP4 «Задание частоты» уменьшить выходную частоту инвертора, и тем самым увеличить нагрузку испытуемого  двигателя до номинального значения частоты вращения генератора постоянного тока независимого возбуждения (машина М3) (контролировать по прибору BR1).

20.    Подкорректировать напряжение на якоре двигателя (контролировать по прибору PV3) до заданного в п.11, изменяя регулятором RP1задание ШИП1.

21.    Подкорректировать значение тока возбуждения двигателя (контролировать по прибору PА6) до заданного в п.9, изменяя регулятором RP3задание ШИП2.

22.    Данные тока якоря (амперметр РА5), напряжение (вольтметр PV3), а так же скорость вращения двигателя (датчик скорости HZ1) занести в таблицу 4.

23.    Повторить пункты 19-20, увеличивая нагрузку исследуемого двигателя до такого значения, при котором ток якоря  исследуемого двигателя не должен превысить 1,2Iн (контролировать по амперметру PА5), а ток статора двигателя М2 не будет превышать РА (контролировать по амперметру PА4).

  

Т а б л и ц а 4 - Рабочие характеристики

Измерено

Вычислено

Iа А

U В

ω рад/с

n об/мин

Δnном%

P1 Вт

PЭа Вт

PЭщ Вт

Pэм Вт

Pд Вт

P2 Вт

h

Mэм Н×м

M2 Н×м

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Завершив эксперимент, необходимо:

- тумблером SA26 отключить инвертор;

- тумблером SA23 отключить ШИП1;

- тумблером SA25 отключить ШИП2;

- выключить автоматический выключатель «СЕТЬ».

 

Повторить исследования рабочей характеристики при различных значениях тока возбуждения и напряжения на якоре двигателя.

 

3.5 Контрольные вопросы

 

3.5.1 Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

3.5.2 Способы пуска двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Какой способ пуска применяли в лабораторной работе?

3.5.3 Напишите уравнение напряжения на якоре двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

3.5.4 Из уравнения напряжения выведите уравнения тока якоря и скорости вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

3.5.5 Почему пусковой ток значительно превышает номинальный ток якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения?

3.5.6 Почему с увеличением нагрузки частота вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения уменьшается?

3.5.7 Напишите формулу электромагнитного момента двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Объясните величины, определяющие электромагнитный момент.

3.5.8 Напишите зависимость электромагнитного момента двигателя постоянного тока независимого возбуждения от его мощности и угловой скорости вращения якоря.

3.5.9 Перечислите потери мощности в двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Какие из них относятся к постоянным, а какие - к переменным и почему?

3.5.10 Напишите уравнение КПД двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Нарисуйте график зависимости КПД от величины нагрузки.

3.5.11 При каком условии КПД двигателя постоянного тока независимого возбуждения достигает максимума?

3.5.12 Как изменить направление вращения якоря двигателя постоянного тока независимого возбуждения?

3.5.13 Двигатель постоянного тока независимого возбуждения работает с номинальной нагрузкой. Что будет с ним, если произойдёт обрыв цепи возбуждения?

 

Список литературы 

1. Копылов И.П. Электрические машины.-М.: Высшая школа. –Логос. -2000. -607 с.

2. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. В двух томах. 3-е издание. - М.: Издательский дом МЭИ. -2006. -652(656)с.

3. Кацман М.М. Электрические машины. 5-е издание, переработанное и дополненное. – М.: Издательский центр «Академия». -2003.-496с.

4. Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины. - М.: Издательский дом МЭИ. 2006. -320с.

5. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. - ч. 1,2. -М.: Высшая школа.-1987.

6. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. - ч.2 Машины переменного тока.- Л.: Энергия, 1973. - 412 с.

7. Пиотровский Л.М., Васютинский С.Б., Несговоров Е.Д. Испытания электрических машин. -ч.1.- М., Л.: Госэнергоиздат, 1960.-181с.

8. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу.- М.: Высшая школа. -1983.- 215с.

Сводный план 2012г., поз 24