Лабораторная работа 1 исследование статических характеристик электропривода постоянного тока с ослаблением магнитного потока по дисциплине Электрические и механические оборудования" для студентов специальности 5В071800 Электроэнергетика"

• Название: Лабораторная работа 1 исследование статических характеристик электропривода постоянного тока с ослаблением магнитного потока по дисциплине Электрические и механические оборудования" для студентов специальности 5В071800 Электроэнергетика"
• Дата: 19.09.2022
• Размер: 326.5 Kb.
• Имя файла: lab_askar.doc
• Тип: Лабораторная работа; #685121

Министерство Образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра автоматизации производственных процессов
им. проф. В.Ф Бырьки

Лабораторная работа № 1
исследование статических характеристик электропривода постоянного тока с ослаблением магнитного потока
по дисциплине: «Электрические и механические оборудования"
для студентов специальности 5В071800 «Электроэнергетика"

Караганда 2016

1. Цель работы – исследование статических характеристик электропривода постоянного тока с ослаблением магнитного потока.

2. Описание лабораторного стенда

Принципиальная схема стенда представлена на рисунке 1. Стенд содержит электродвигатель Д постоянного тока независимого возбуждения. Для создания нагрузки на электродвигатель Д используется генератор Г постоянного тока независимого возбуждения, вал которого жестко соединен с валом электродвигателя Д (на схеме вал показан пунктиром). Для измерения частоты вращения вала электродвигателя на нем установлен датчик скорости ДС, к которому подключен стрелочный индикатор РЭ. Питание стенда осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В через автоматический выключатель QF. К нему через контакты К11, К12 контактора К1 подключается неуправляемый выпрямитель, собранный на диодах V1, V2, V3, V4. К выпрямителю через делитель напряжения, состоящий из резисторов R3 и R4, подключена обмотка возбуждения ОВД электродвигателя Д. Изменяя сопротивление резистора R3, можно регулировать напряжение на ОВД. Якорь электродвигателя Д подключен к выпрямителю через двухступенчатый пусковой реостат, собранный на резисторах R5 и R6.

Пуск электродвигателя Д осуществляется автоматически с управлением в функции скорости [1]. Угловая скорость якоря контролируется косвенно по величине ЭДС якоря. Управление пуском осуществляется контакторами КЗ и К4, а настройка этих контакторов на срабатывание при заданных значениях угловой скорости якоря производится резисто­рами R7 и R8. В момент пуска включено полное сопротивление реостата, равное сумме сопротивлений резисторов R5,.R6. После достижения якорем первого заданного значения угловой скорости срабатывает контактор КЗ, замыкая свой контакт КЗ, который шунтиру­ет резистор R5. Сопротивление реостата при этом уменьшается и становится равным сопротивлению R6. При дальнейшем возрастании скорости якоря, когда она достигает второго заданного значения, срабатывает контактор К4, замыкая свой контакт К4, который шунтирует резистор R6. Сопротивление реостата при этом становится равным нулю, ра­бота схемы пуска на этом заканчивается.

К выпрямителю посредством контактов К21 и К22 контактора К2 через делитель напряжения, состоящий из резисторов R9 и R10 подключена обмотка возбуждения генератора ОВГ. Посредством резистора R9 можно изменять ток возбуждения ОВГ, тем самым регулировать мощность, отдаваемую генератором Г в резистор R11. При этом изменяется тормозной момент, создаваемый генератором Г на валу электродвигателя Д.

ВНИМАНИЕ! Для контроля работы схемы на стенде предусмотрены гнезда для подключения осциллографа. Все гнезда находятся под потенциалом 220В относительно корпуса стенда, поэтому корпус осциллографа должен быть изолирован от корпуса стенда. Подключение осциллографа и других измерительных приборов к гнездам стенда должно производиться при выключенной схеме.

3. Порядок выполнения работы

1) Изучить принципиальную схему стенда и ответить на контрольные вопросы, приведенные в конце настоящего методического указания.

2) Произвести измерения, необходимые для построения трех электромеханических характеристик электропривода постоянного тока независимого возбуждения при различ­ных значениях магнитного потока возбуждения (соответствующих следующим напряже­ниям на обмотке возбуждения электродвигателя ОВД: V_OB = V_max, V_OB ⁼ Vmm, V_OB = (V_max + V_min)/2). При снятии характеристик вначале, при отсутствии нагрузки на валу электродви­гателя Д (ток якоря генератора должен быть равен нулю, контакты К21, К22 разомкнуты), установить одно из заданных значений напряжений на обмотке ОВД, затем, изменяя на­грузку на вал электродвигателя Д (регулируя ток возбуждения генератора Г посредством резистора R9), произвести измерения частоты вращения и тока якоря электродвигателя Д.

Результаты измерений оформить в виде таблиц. Примерный вид такой таблицы представлен ниже.
Таблица 1 – Электромеханическая характеристики при n = n_max

Измерено рено
n, об/мин
IЯ, А
Вычислено
ω, рад/с
М, Н·м

При определении значений момента воспользоваться техническими данными электродвигателя Д, приведенными ниже.

Используя полученные результаты, построить три механические характеристики (в одних координатах) и определить их жесткость.

3) При трех различных напряжениях магнитного потока возбуждения, соответствующих тем же значениям частот вращения якоря при холостом ходе, которые приняты в п.2, рассчитать и построить три механические характеристики для электродвигателя по­стоянного тока независимого возбуждения типа 2ПМ-112, установленного на стенде и имеющего следующие технические данные:

Рн = 2,2 кВт Фн = 0,0086 Вб

n =1500 об/мин R_я = 0,968 Ом

U_ян = 220В R_ob = 214 Ом

Iн=10А J= 0,018 кг*м²

η = 0,75 К= 154 н*м/Вб*А

Определить жесткость расчетных механических характеристик.

В качестве нагрузочного генератора Г на стенде установлена машина постоянного тока с независимого возбуждения типа 2ПМ-112, точно такая, какая используется в каче­стве электродвигателя Д. Якорь генератора замкнут на резистор R11=20 Ом. Пусковые резистора, включенные последовательно с якорем электродвигателя, имеют следующие значения R5=10 Ом, R6=10 Ом.

4. Содержание отчета о проделанной работе

Содержание отчета должно включать в себя следующее:

1) Цель работы.

2) Порядок выполнения работы.

3) Принципиальную схему стенда.

4) Результаты проведенной работы в виде таблиц, механических характеристик, построенных по экспериментальным данным и данным, полученным в результате расчета.

5) Выводы, полученные из сравнительного анализа полученных результатов.

Изложение отчета должно быть последовательным, разделы отчета должны иметь между собой логическую связь. Все таблицы и рисунки (схемы, механические характеристики) должны быть пронумерованы и на них обязательно должны быть ссылки в тексте. Отчет должен быть аккуратно оформлен, текст написан разборчивым почерком, схемы и рисунки выполнены с применением инструментов (линейки, циркуля, лекала и т.п.) и отвечать требованиям соответствующих ГОСТов.

5. Контрольные вопросы

1. 
   Пояснить устройство машины постоянного тока, назначение основных час­тей, указать, из какого материала они изготовлены и почему.
   

Мaшины постоянного токa (МПТ) могут рaботaть и кaк генерaторы и кaк двигaтели. Если в мaшине происходит преобрaзовaние мехaнической энергии в электрическую, то онa нaзывaется генерaтор. Если электрическaя энергия преобрaзуется в мехaническую, то это двигaтель.

МПТ конструктивное не отличaются друг от другa. Тaкие мaшины нaзывaются обрaтимыми, т.е. любaя МПТ может рaботaть и кaк генерaтор и кaк двигaтель.

Мaшинa имеет неподвижную чaсть, которaя нaзывaется стaтор (индуктор) и подвижную- ротор (якорь).

Индуктор создaет мaгнитное поле, которое воздействует нa якорь. При этом в якоре нaводится ЭДС (генерaтор), или он нaчинaет врaщaться (двигaтель).
Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор.

В электродвигателе статор создает магнитное поле, приводящее в движение вращающийся якорь; в генераторе статор преобразует вращающееся магнитное поле в электрический ток.

Ротор предстaвляет собой подвижную чaсть. Нa него устaнaвливaется сердечник с пaзaми, в которые уложенa обмоткa ротора.

Станина служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Поэтому станину изготавливают из стали - материала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью.

Электрощётка, также у́гольная щётка — скользящий электрический контакт, проводящий электрический ток между неподвижными частями и движущимися частями различных электротехнических устройств.

Медные, железные и бронзовые щетки, которые очень хорошо выполняли свою работу в первых машинах постоянного тока в конце XIX века, оказались не очень хорошими материалами в отношении трения. Они быстро изнашивались и в новых конструкциях машин были заменены на угольные и графитовые.

В настоящее время для машин постоянного тока применяют почти исключительно угольные щетки с примесью графита, носящие, в зависимости от процентного содержания графита и от способа изготовления щеток, названия угольно-графитовых, графитовых, либо электрографитовых. Лишь для машин на небольшие напряжения, до 30 В, применяют металло-угольные щетки, дающие меньшее падение напряжения в контактном (переходном) слое на коллекторе.

Уголь - самосмазывающийся материал, который не повреждает поверхность, о которую он трется, и не изнашивается быстро. Уголь и графит являются отличными проводниками электрического тока.
В роторе используется Электротехническая сталь — сплав железа обычно с кремнием, иногда легированный алюминием. Особенность стали в улучшенных электромагнитных характеристиках.

Статор состоит из:

1.станина из литой стали

2.сердечник из листов электротехнической стали

3.трехфазной обмотки статора из меди

2. 
   Пояснить принцип действия электродвигателя и генератора постоянного тока.
   

Принцип работы электродвигателя очень прост: вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.

Приницп действия генератора??????

3. 
   Объяснить способы реверса двигателя постоянного тока.
   

Если изменить направление тока в якоре, то сила действующая на проводник с током изменит направление, а, следовательно, изменится и направление вращения. К такому же результату приведет изменение направления тока обмотки в обмотке возбуждения. Таким образом, для реверсирования необходимо либо изменить направление тока в якоре, либо изменить направление тока в обмотке возбуждения.

Если на входе двигателя параллельного или последовательного возбуждения изменить + на – , то поток и ток якоря изменят направление, а момент останется тем же как и направление вращения.

4. 
   Пояснить, как производится пуск в ход электродвигателя постоянного тока.
   

Для пуска двигателя могут быть применены три способа: прямой пуск; реостатный пуск; пуск путем изменения питающего напряжения.

Прямой пуск. При прямом пуске обмотка якоря подключается непосредственно к сети. Обычно в электродвигателях постоянного тока падение напряжения Iя?Rя во внутреннем сопротивлении цепи обмотки якоря при номинальном токе составляет 5—10% от Uном, поэтому при прямом пуске ток Iя = Uном / ?Rя = (10-20)Iном, что недопустимо для машины. По этой причине прямой пуск применяют только для двигателей очень малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление ?Rя относительно велико, и лишь в отдельных случаях — для двигателей мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей пусковой ток Iп= (4-6)Iном.

Реостатный пуск. Наибольшее применение получил реостатный пуск, при котором для ограничения тока в цепь якоря включают пусковой реостат R_п (рис. 130, а); он обычно имеет несколько ступеней (секций) R₁, R₂, R₃, которые в процессе пуска замыкают накоротко специальными выключателями (контакторами) 1, 2 и 3. При этом сопротивление реостата постепенно уменьшается, что обеспечивает высокое значение пускового момента в течение всего времени разгона двигателя.

Рассмотрим процесс реостатного пуска на примере электродвигателя с последовательным возбуждением. В начальный момент пуска при п = 0 в цепь обмотки якоря вводится максимальное сопротивление R_п = R₁ + R₂ + R₃, вследствие чего пусковой ток согласно закону Ома

I_п = U / (?R_я+R_п)
Пуск путем изменения питающего напряжения. При реостатном пуске возникают довольно большие потери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пускать двигатель путем плавного повышения напряжения, подаваемого на обмотку якоря. Такой пуск называют безреостатным. Для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель). Безреостатный пуск применяют на э. п. с. переменного тока и тепловозах.

5) Почему перед пуском электродвигателя постоянного тока независимого
возбуждения необходимо "ввести" реостат в цепь якоря и "вывести" реостат из цепи возбуждения. Пуск двигателя постоянного тока должна быть осуществлен прямым включением в сеть, введением реостата в цепь якоря или же изменением напряжения источника питания. Пуск путем непосредственного включения двигателя в четь применяется для двигателей небольшой мощности (до 1-2 кВт). В первый момент в обмотке якоря неподвижного двигателя отсутствует противо-ЭДС и бросок тока превышает номинальное значение в 8-10 и более раз, а механический удар воздействует на детали передачи от двигателя к рабочей машинœе. Большие толчки тока, получающиеся при включении крупных двигателœей, вредно отражаются на работе остальных потребителœей, подключенных к сети. У малых двигателей разгон происходит быстро (в течение 0,1-0,3 с), обмотка якоря не успевает значительно нагреться, а толчок тока оказывается по абсолютной величинœе небольшим.

Для ограничения пускового тока в цепь якоря двигателя включают специальный пусковой реостат, сопротивление которого r_ппо мере разго­на двигателя постепенно полностью выводится. Значение начального пускового тока

Обычно сопротивление r_пвыбирается так, чтобы пусковой ток был несколько больше номинального.Пусковой реостат не предназначен для длительной работы в цепи якоря. По этой причине по окончании пуска крайне важно убедиться, что он полностью отключен, иначе оставшаяся включенной его часть перегреется и будет повреждена.
6) Объяснить вид механических характеристик электродвигателей постоянно­го тока с различным возбуждением.

7) Объяснить способы регулирования скорости электродвигателей постоянно­го тока для каждого способа, указать направление регулирования.В инете такое а в теории в начале лабы чет другое разберитесь

Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,
2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,
3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

 

8) Пояснить понятие "двухзонное регулирование скорости" для электродвигателей постоянного тока.

9) Вывести уравнение электромеханической и механической характеристик
электродвигателя постоянного тока.

10) Каким образом можно перевести машину постоянного тока из двигательно­го режима в режим рекуперативного торможения (генераторный) и обратно. Пояснить от­личия процессов, происходящих в машине постоянного тока в этих режимах.

11) Как перевести машину постоянного тока из двигательного режима в режим противовключения. Пояснить отличия, происходящих процессов в машине постоянного тока в этих режимах.

12) Как перевести машину постоянного тока в режим электродинамического торможения? Начертить схему и показать механические характеристики машины в этом режиме.

6. Литература

1) Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. - М.: Энергоиздат, 1981.-576 с.

2) Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины.
В 2-х частях.-М.: Высшая школа, 1979.