Практическая работа № 14 двигатель постоянного тока
Цель работы: изучить особенности расчета двигателей постоянного тока.
Подготовка к работе:
Основное достоинство двигателей постоянного тока заключается в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов, что очень важно для тяговых двигателей на электрическом транспорте, а также для привода различного технологического оборудования.
Электрические машины постоянного тока малой мощности применяются в системах автоматического регулирования, как для привода исполнительных механизмов, так и в качестве датчиков частоты вращения подвижных частей регулируемой системы.
Недостатком двигателей постоянного тока является необходимость предварительного преобразования для них электрической энергии цепи переменного тока в электрическую энергию цепи постоянного тока.
Так же как и в генераторах, обмотки возбуждения двигателя могут иметь последовательное, параллельное и смешанное согласное включение обмоток, а также независимое (от постороннего источника тока или постоянного магнита).
Двигатель с параллельным возбуждением (рис.1а). Благодаря обратимости, работа машины постоянного тока в режиме генератора с параллельным возбуждением может быть заменена на работу в режиме двигателя. Для этого достаточно сначала уменьшить до нуля вращающий момент первичного двигателя, а затем приложить к валу тормозной момент. При этом уменьшается частота вращения и ЭДС якоря, а направление тока в его обмотке изменится на обратное. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем машины, будет создавать вращающий электромагнитный момент.
Естественная механическая характеристика двигателя с параллельным возбуждением n (Мвр) изображается прямой линией (рис.2а), слегка наклоненной в сторону оси абсцисс. При изменении нагрузки на валу двигателя от холостого хода до номинальной частоты вращения большинства двигателей параллельного возбуждения уменьшается лишь на 3–8%. Таким образом, естественную механическую характеристику двигателей с параллельным возбуждением следует считать жесткой.
Регулировать частоту вращения двигателя можно при помощи реостата в цепи якоря. Однако такое регулирование неэкономично из-за значительной мощности потерь и применяется лишь для двигателей небольших мощностей.
Более совершенный метод регулирования частоты вращения изменением напряжения якоря.
У двигателя с последовательным возбуждением (рис.1б) ток якоря является вместе с тем током возбуждения Iа = Iв . Благодаря такому соединению главный магнитный поток машины изменяется пропорционально току якоря, пока магнитопровод машины не насыщен. Как и все двигатели постоянного тока, этот двигатель для ограничения пускового тока снабжается пусковым реостатом Rп.
Ценным свойством этого двигателя является способность выдерживать сильные перегрузки при умеренном увеличении тока.
Механическая характеристика двигателя, показанная на рис.2б при IВ1= Iа, называется естественной характеристикой. Естественная механическая характеристика двигателя мягкая, так как изменение момента сильно сказывается на частоте вращения двигателя.
Для регулирования частоты вращения можно шунтировать обмотку возбуждения реостатом с регулируемым сопротивлением Rр. Возможно регулирование двигателя путем изменения напряжения на якоре.
Высокая перегрузочная способность и мягкая характеристика двигателя с последовательным возбуждением особенно ценны для электрической тяги (трамвай, метрополитен, электрические железные дороги и т.д.). Эти двигатели подходят также для работы в качестве крановых двигателей там, где имеются источники постоянного тока.
Двигатель со смешанным возбуждением (рис.1в). Двигатель с параллельным возбуждением имеет жесткую механическую характеристику, а двигатель с последовательным возбуждением – мягкую характеристику. В ряде случаев желательна некоторая промежуточная форма характеристики. Простейший способ получения такой характеристики – применение смешанного возбуждения двигателя.
В двигателе с последовательно – параллельным возбуждением преобладает последовательное возбуждение, но благодаря наличию параллельной обмотки возбуждения нарастание частоты вращения двигателя при уменьшении нагрузки на валу ограничено (рис.2 в).
В двигателе с параллельно – последовательным возбуждением преобладает параллельное возбуждение. Наличие дополнительного последовательного возбуждения стабилизирует основной магнитный поток двигателя и немного смягчает его жесткую механическую характеристику.
а) б) в)
Рис.1.
а) б) в)
Рис.2.
Ход работы:
1. Произвести расчет ДПТ с параллельным возбуждением, который развивает полезную мощность на валу P2, потребляя из сети ток I при напряжении Uном. Ток в обмотке якоря Iа, в обмотке возбуждения Iв. Частота вращения якоря n2. Двигатель потребляет из сети мощность P1. Полезный вращающий момент двигателя М. В якоре двигателя наводится противо-ЭДС Е. Сопротивление обмотки якоря Rа, обмотки возбуждения Rв, а КПД двигателя ηд. Используя данные таблицы 1, определить значения величин, отмеченные знаком «? ».
2. Заполнить таблицу 1
Расчетные формулы и таблица 1 приведены ниже.
P2 = P1 ηд; (1)
Ia = (Uном - E) ∕ Ra (2)
Iв = Uном ∕ Rв ; (3)
Iа = I - Iв ; (4)
P1= Uном I ; (5)
М = 9550 Р2 ∕ n2 (6)
Таблица 1
-
Вар
P1
P2
Uном
E
I
Iа
Iв
Rа
Rв
M
n2
ηд
№
кВт
кВт
В
В
А
А
А
Ом
Ом
Н м
об/мин
1
?
?
100
?
1
0,28
110
?
1600
0,8
2
10
?
430
410
?
?
215
?
850
0,85
3
?
17
220
?
?
2,2
0,13
162
?
0,85
4
?
8,5
?
410
?
21,3
0,94
95,5
?
0,85
5
?
?
?
?
36,4
0,28
110
19,1
1600
0,8
6
?
220
?
81,8
79,6
?
0,13
162
1000
?
7
20
?
220
210
?
?
100
?
1000
0,85
8
4
3,2
?
?
35,4
1
0,28
?
1600
?
9
?
?
410
23,3
21,3
?
215
95,5
850
?
10
?
3,2
110
100
36,4
35,4
?
19,1
?
?
Контрольные вопросы
1. Назовите преимущества и недостатки двигателей постоянного тока.
2. Начертить схемы включения двигателей с параллельным, последовательным и
смешанным возбуждением.
3. Назовите методы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока.
4. Начертите механические характеристики для каждого типа двигателей.