Дослідження машини постійного струму з послідовним збудженням

Мета: дослідження машини постійного струму|току| з|із| послідовним збудженням при роботі в режимі двигуна; зняття механічних і розрахунок робочих характеристик машини.

Теоретичні положення

У двигунах постійного струму послідовного збудження магнітний потік двигуна залежить від струму якоря, тому що обмотка збудження з’єднана послідовно з якірною обмоткою. Ця особливість суттєво впливає на характеристики двигунів послідовного збудження.

Якщо вважати магнітний потік пропорційним струму якоря Ф=kI_я, то рівняння швидкісної характеристики буде мати вигляд:

, (15.1)

де r_я – сумарний опір обмоток якоря та збудження.

Як слідує з рівняння (15.1), при зменшенні навантаження на двигун, струм якоря також зменшується, а швидкість обертання збільшується. Теоретично в режимі ідеального холостого ходу (І_я0) швидкість обертання двигуна   . Таким чином швидкісна характеристика не перетинає вісь ординат.

З цієї причини двигуни послідовного збудження не можна під’єднувати до мережі постійного струму без навантаження на валу двигуна, тому що це може призвести до механічного руйнування двигуна відцентровими силами.

Рівняння механічної характеристики двигуна послідовного збудження може бути отримано із рівняння швидкісної характеристики (15.1), якщо струм якірного кола виразити через електромагнітний момент М_ем=сkI².

, (15.2)

Як слідує з рівняння (15.2), швидкість обертання двигуна послідовного збудження зворотно-пропорційна кореню квадратному від величини моменту на його валу. Механічна характеристика також не перетинає вісь ординат і із зменшенням моменту навантаження (М_ем 0) швидкість обертання двигуна   .

Якщо двигуни постійного струму незалежного і паралельного збудження крім режиму двигуна можуть працювати і в гальмівних режимах (генераторного гальмування при >₀ і гальмування противключенням при моменті зовнішніх сил більшим за пусковий), то двигуни постійного струму послідовного збудження не мають генераторного режиму роботи.

Особливістю режиму електродинамічного гальмування для двигунів послідовного збудження є необхідність виконання умов його самозбудження при відключенні двигуна від електричної мережі та замиканні якірного кола накоротко або на активний опір.

Рис. 15.1

Як слідує із рівнянь швидкісної (15.1) і механічної (15.2) характеристик регулювання швидкості обертання двигуна можливо здійснювати зміною величини магнітного потоку збудження відносно струму якоря і навпаки. В першому випадку обмотка збудження шунтується активним опором, що призводить до відносного зменшення магнітного потоку при даному струмі якоря І_з+І_ш=І_я. Таким чином шунтування обмотки збудження активним опором призводить до збільшення швидкості обертання двигуна відносно його швидкості на природній характеристиці. І навпаки, шунтування якірної обмотки активним опором призводить до відносного збільшення магнітного потоку двигуна при даній величині струму якоря І_я+І_ш=І_з. В цьому разі швидкість обертання двигуна буде зменшуватись відносно швидкості на природній характеристиці.

Шунтування обмотки якоря активним опором зсуває характеристики (15.1) і (15.2) відносно осі абсцис в бік менших значень струму та моменту і механічна і швидкісна характеристики перетинають вісь ординат, що забезпечує кінцеве значення швидкості холостого ходу.

При зміні величини напруги живлення двигуна послідовного збудження, його характеристики зсуваються або вверх (U>U_н), або вниз (U<U_н) відносно природної характеристики. Жорсткість характеристик при цьому не змінюється.

Якщо в якірне коло двигуна послідовного збудження ввести додатковий опір, то характеристики зсуваються вниз відносно природної характеристики і мають меншу жорсткість.

Завдання

Параметри машини для виконання роботи задаються викладачем або вибираються із довідникової літератури [8].

1. Зняти механічну характеристику машини в режимі двигуна.

2. Зняти механічні характеристики при різних напругах живлення кола якоря.

3. Зняти механічні характеристики при різних величинах опору в колі якоря.

4. Побудувати механічні характеристики за пп. 1–3  = f(M).

5. Зробити висновки по роботі і отриманих результатах.

Хід виконання роботи

1. Зібрати розрахункову схему моделі (рис. 15.2).

2. Задати параметри моделювання (рис. 15.3).

Рис. 15.2

3. Зняти механічну характеристику машини в режимі двигуна при зміні величини моменту навантаження в діапазоні від 10 до 100 Нм з кроком 10 Нм. Дані занести в табл. 15.1.

Таблиця 15.1

М, Н∙м	, рад/с

4. Зняти механічні характеристики при різних напругах живлення в колі якоря (при значенні напруги 0,6U_я і 0,8U_я. Момент навантаження змінювати від 10 до 100 Нм з кроком 10 Нм. Дані занести в табл. 15.1.

5. Зняти механічні характеристики при різних опорах в колі якоря (5R_я і 10R_я). Момент навантаження змінювати від 10 до 100 Нм з кроком 10 Нм. Дані занести в табл. 15.1.

Рис. 15.3

6. Побудувати механічні характеристики.

7. Зробити висновки|виведення| по роботі і отриманих результатах.

Контрольні питання

1. В чом полягає особливість швидкісних і механічних характеристик двигунів послідовного збудження?

2. Як впливає на швидкість обертання зміна величини напруги живлення двигуна?

3. Як впливає на швидкість обертання зміна опору кола якоря двигуна?

4. Чому неможливо підключати двигун послідовного збудження до електричної мережі без навантаження?

5. Як впливає на механічні характеристики двигуна шунтування обмотки збудження або обмотки якоря?

Список літератури

1. Красношапка Н. Д. Електротехніка та електромеханіка. Конспект лекцій / Красношапка Н. Д., Єнчев С.В. – К.: Видавництво НАУ «НАУ-друк», 2010. – 64 с.

2. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи / Бессонов Л. А. – М.: Гардарики, 1999. – 639 с.

3. Бойко В.С. Теоретичні основи електротехніки: Підручник: у 3-х т. Т.1 / Бойко В.С., Бойко В.В., Видолоб Ю.Ф. і др. – К.: Політехніка, 2004.  –  272 с.

4. Курілов В.І., Макаров І.Е., Попов М.П. Електромеханіка та електричні машини. – К.: НАУ, 2003. – 152 с.

5. Вольдек А.И. Электрические машины: учебник для студентов электротехнических специалезированых высших технических учебных заведений / Вольдек А.И.– Л.: Энергия, Ленинградское отделение, 1978. – 832 с.

6. Левин Н.Н. Авиационные электрические машины: учебник для студентов вузов ГА / Левин Н.Н., Повстень В.А., Попов М.П., Серебряков А.Д. – К.: КМУГА, 1998/1999. – 440 с.

7. Герман-Галкин С.Г. Электрические машины: Лабораторный практикум на ПК / Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. – СПб.: КОРОНА принт, 2003. – 256 с.

8. Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам: в 2-т. Том 1 / под общ. ред. И.П.Копылова. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 455 с.

81