Задание № 1.

Построить естественную и искусственную механические характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения типа Д31. Двигатель имеет следующие данные:

P_н=12 кВт; U_н=220 В; ω_н=142 рад/с; η=84%; Добавочное сопротивление в цепи якоря для получения искусственной характеристики R_д=0,6 Ом.

Решение:

1. Номинальный ток двигателя:

А

2. Номинальное сопротивление двигателя:

Ом

3. Номинальное сопротивление якоря:

Ом

4. Падение напряжения в цепи якоря:

В

5. Номинальное ЭДС якоря:

В

6. Номинальная скорость якоря: рад/с (дана в условии задачи).

7. Номинальный вращающий момент:

Нм

8. Скорость идеального холостого хода:

рад/с

9. Внутреннее сопротивление двигателя:

Ом

10. ЭДС машины на искусственной характеристике:

В

11. ЭДС машины на естественной характеристике:

В

12. Угловая скорость на искусственной характеристике:

рад/с

Рис.2. Естественная и искусственная механические характеристики ДПТ ПВ.

Задание № 2.

Асинхронный двигатель 4MTF160LB8 имеет следующие данные: P_н=11 кВт; E_2н=185 В; I_2н=39 А; ω_н=74 рад/с. Для данного двигателя рассчитать аналитически сопротивления отдельных секций пускового трехступенчатого реостата если М₁^*=1,5.

Решение:

1. Скорость вращения магнитного поля:

рад/с

2. Скольжение S_н, соответствующее угловой скорости рад/с

о.е.

3. Перегрузочная способность: λ = ³ λ = ³

4. Сопротивление первой ступени пуска:

Ом

5. Сопротивление второй ступени пуска:

Ом

6. Сопротивление третьей ступени пуска:

Ом

7. Номинальное активное сопротивление обмотки фазы ротора:

=2,739 Ом

8. Активное сопротивление обмотки фаза ротора при М_с = М_н:

Ом

9. Сопротивление третьей секции пускового реостата:

Ом

10. Сопротивление второй секции пускового реостата:

Ом

11. Сопротивление первой секции пускового реостата:

Ом

Задание № 3.

Определить мощность двигателя работающего по графику (рис.1): М₁=140 Hм t₁=14 c t₀=19 c M₂=210 Hм t₀=2 c t₃=23 c M₃=95 Hм t₂=3 c t₀=12 c n=665 об/мин.

Решение:

1. Момент эквивалентный:

Hм

кНм

2. Номинальная скорость якоря: = 69,634 рад/с

3. Мощность эквивалентная:

кВт

По каталогу выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии АИР160S6 номинальной мощностью P_н = 11 кВт. С номинальной частотой вращения n_н = 970 об/мин; перегрузочной способностью М_m/М_н =2,7.

Задание № 4. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока посредствам изменения потока возбуждения.

Чтобы изменить магнитный поток, необходимо регулировать ток возбуждения двигателя. При различных магнитных потоках и частота вращения определяется формулами

В двигателе с параллельным возбуждением, например, частота вращения при холостом ходе и падение частоты вращения изменяются обратно пропорционально изменению магнитного потока:

Таким образом, скоростные характеристики 1 и 2 двигателя при различных магнитных потоках и не являются параллельными (рис. 3,а). Эти характеристики пересекаются в точке А при частоте вращения, равной нулю, так как в данном случае ток не зависит от потока:

и определяется значениями напряжения и сопротивления цепи якоря. Значение тока при n = 0 называют током короткого замыкания.

Механические характеристики для двигателя с параллельным возбуждением строят на основании следующих соображений. Каждая из механических характеристик является практически линейной (если пренебречь реакцией якоря) и может быть построена по двум точкам: точке холостого хода, в которой момент равен нулю, и точке короткого замыкания, в которой момент максимален.

Рис. 3. Скоростные и механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением при регулировании частоты вращения путем изменения магнитного потока

Сравнивая моменты при коротком замыкании, соответствующие различным значениям магнитного потока, получаем

Таким образом, с уменьшением магнитного потока частота вращения при холостом ходе возрастает, а момент при коротком замыкании снижается. Следовательно, механические характеристики, построенные при различных значениях магнитного потока, пересекаются при некотором значении момента Мкр и частоте вращения, меньшей частоты вращения при холостом ходе, но большей нуля (рис. 3, б). Из рассмотрения механических характеристик видно, что при значениях нагрузочного момента, меньших Мкр , уменьшение потока ведет к увеличению частоты вращения (см. точки С1 и С2 при нагрузочном моменте Mн1). При значениях нагрузочного момента, больших Мкр , уменьшение потока приводит к уменьшению частоты вращения (см. точки С'1 и С'2 при нагрузочном моменте Mн2).

В двигателях параллельного возбуждения средней и большой мощности уменьшение потока используют для повышения частоты вращения (рис. 4,а). В микродвигателях, наоборот, магнитный поток уменьшают для снижения частоты вращения.

Аналогично располагаются и механические характеристики у двигателей с последовательным возбуждением; в двигателях большой и средней

мощности при уменьшении магнитного потока частота вращения возрастает рис. 4,б).

Уменьшение магнитного потока в двигателях последовательного возбуждения осуществляют путем включения регулировочного реостата Rp.в параллельно обмотке возбуждения ОВ (рис. 5), вследствие чего ток возбуждения

где Rp.в — сопротивление регулировочного реостата, включенного параллельно обмотке возбуждения; β = Iв/Iа — коэффициент регулирования возбуждения.

Рис. 4. Механические характери­стики двигателей: 1 — при нормальном возбуждении; 2 — при уменьшении магнитного потока

При включении реостата Rp.в параллельно обмотке возбуждения требуемое распределение тока Iа между обмоткой и реостатом обеспечивается только при стационарном режиме. При переходных процессах, когда токи Iа и Iв изменяются, в обмотке возбуждения возникает значительная ЭДС самоиндукции, под действием которой ток Iв уменьшается по сравнению с его значением при стационарном режиме, а ток Iр.в возрастает, т. е. происходит значительное ослабление возбуждения. Наиболее опасен этот режим для двигателей электрифицированного транспорта (электровозов, электропоездов, трамваев, троллейбусов). При отключении двигателя от сети и последующем включении (при отрыве токоприемника от контактного провода) в первый момент почти весь ток Iа идет по реостату Rp.в , a ток Iв весьма мал. Это приводит к значительному возрастанию тока Iа из-за резкого уменьшения ЭДС Е, индуцированной в обмотке якоря. Практически при этих условиях возникает резкий бросок тока Iа, сопровождающийся нарушением нормальной коммутации и образованием кругового огня.

Рис. 5. Схема включения регулировочного реостата в двигателе с последовательным возбуждением

Чтобы обеспечить при переходных процессах такое же распределение тока Iа между обмоткой возбуждения и реостатом Rp.в , как и при стационарном режиме, последовательно с реостатом включают индуктивный шунт ИШ (катушку с ферромагнитным сердечником). Индуктивность его выбирают так, чтобы отношение индуктивностей реостата и обмотки возбуждения было приблизительно равно отношению их сопротивлений.

Рассмотренный способ регулирования весьма прост и экономичен, поэтому его широко применяют на практике. Однако при этом регулирование частоты вращения можно осуществить только в сравнительно небольшом диапазоне; обычно nmax /nmin = 2 ÷ 5. Нижний предел nmin ограничивается насыщением магнитной цепи машины, которое не позволяет увеличивать в значительной степени магнитный поток. Верхний предел nmax определяется условиями устойчивости (при сильном уменьшении Ф двигатель идет в «разнос»), а также тем, что при глубоком ослаблении возбуждения резко увеличивается искажающее действие реакции якоря и возрастает реактивная ЭДС, что повышает опасность возникновения искрения на коллекторе и появления кругового огня. Поэтому двигатели, предназначенные для работы в режимах глубокого ослабления возбуждения, должны иметь компенсационную обмотку и пониженное значение реактивной ЭДС при номинальном режиме.