Исследуемая схема

Для выполнения лабораторной работы собирается схема, представленная на рисунке 1.

Паспортные данные асинхронного двигателя:

Тип АИР56А4УЗ;

Р_Н = 0,12 кВт; _Н = 58 ; cos = 0,66; n_Н = 1350 мин^-1;

I_Н = 0,44 А; U_Н = 220 В;  = М_К/М_Н = 2,2;

К_i = I_П/I_Н = 5; К_П = М_П/М_Н = 1,2.

В работе исследуют и строят механическую характеристику М = f(S) и рабочие характеристики:  = f(Р₂) и cos = f(Р₂) при включении обмоток статора звездой. Фазное напряжение при этом оказывается в раз меньше номинального.

Частоту вращения вала двигателя n₂ измеряют цифровым измерителем (ИC) в относительных единицах. Для определения истинного значения нужно воспользоваться формулой:

где N – текущее показание измерителя.

Порядок выполнения лабораторной работы

1 Рассчитать по паспортным данным номинальный ток двигателя и номинальный момент. Пересчитать полученные значения для фазного напряжения 127 В.

Номинальный момент двигателя:

.

При номинальной частоте вращения и пониженном напряжении питания:

где M_Н – момент при снижении напряжения в раз;

I_Н – ток в обмотке статора при снижении напряжения в раз.

2 Собрать схему, приведенную на рисунке 1.

3 Установить тумблер SA17 в положение Y.

4 Резистор R₄₃ установить в положение “min”.

5 Тумблер SA21 должен находится в положении ВКЛ.

6 Включить стенд автоматическими выключателями QF1, QF2, QF3.

7 При помощи “Задатчика” выбрать профиль отображения приборов L8.

8 Включить измеритель скорости тумблером SA18 .

9 Включить тумблер SA14.

10 Нажать на кнопку SB3 для подключения асинхронного двигателя к сети через пускатель KM2.

11 Для нагрузки используется генератор постоянного тока ПЛ-062. Для подключения обмотки возбуждения включить тумблер SA16.

12 Включить ШИП при помощи тумблера SA19.

13 Установить номинальный ток для пониженного напряжения I’_Н (контролировать по прибору PA11) увеличивая нагрузку резистором R₄₃, плавно поворачивая его в сторону “max”.

14 Снять показание приборов PA11 (I’_1Н), PV11 (U_1Л.), PW1 (P1), PA31(I_В), PA32(I_я), ИС .

15 Вернуть рукоятку резистора R₄₃ в начальное положение “min” .

16 Считая M₀ независимым от частоты вращения и изменяя I_Я (PA32) с помощью R₄₃ снять показания приборов PA11 (I’₁), PV11 (U_1Л.), PW1 (P1), PA31(I_В), PA32(I_я), ИС с различной величиной нагрузки на валу. Данные опыта записать в таблицу 1.

SA14

SA15

Рисунок 1 – Схема исследования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Таблица 1 – Результаты исследования

№ опыта	n , %	Iя (РА32), А	P1 (PW1), Вт	U1ф , В	Iф (PA11), А
1	50
2	45
3	40
4	35
5	30
6	25
7	20

17 Выключить стенд в следующем порядке:

– выключить ШИП тумблером SA19 вниз;

– выключить асинхронный двигатель нажав на кнопку SB4;

– выключить тумблер SA14;

– отключить обмотку возбуждения ГПТ, выключив тумблер SA16;

– выключить стенд автоматическими выключателями QF1, QF2, QF3;

– вернуть рукоятку резистора R₄₃ в начальное положение “min”;

– убрать перемычки;

– убедится, что все остальные переключатели в начальном состоянии.

18 Считая, что к валу АД была приложена номинальная нагрузка для номинального режима, определить M₀ по экспериментальным данным пункта 16.

где M₀ – статический момент нагрузки холостого хода;

M_Г – момент генератора постоянного тока;

I_ЯГ – ток якоря генератора постоянного тока (прибор РА32);

С_МФ – магнитная постоянная нагрузочного генератора,

19 Рассчитать для каждой нагрузки из пункта 11.3.18 момент на валу M, КПД, скольжение S, полную мощность двигателя S1, мощность на валу P2 и cosφ. Данные расчетов занести в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты расчета

№ опыта	S	М, Нм	P2, Вт	η , %	S1, В A	cosφ

20 По результатам измерений и расчетов построить:

– механическую характеристику М =f(S);

– рабочие характеристики  = f(Р₂) и cos = f(P₂).

21 Рассчитать механическую характеристику по формуле Клосса для пониженного напряжения и сравнить с результатами эксперимента.

22 Сделать выводы по результатам работы

Лабораторная работа № 12. Определение параметров и характеристик электродвигателя постоянного тока (ДПТ) с независимым возбуждением

Цель работы

1 Изучение конструкции и принципа действия ДПТ с независимым возбуждением.

2 Изучение способов пуска, торможения и регулирования частоты вращения электродвигателя.

3 Расчет и построение механических характеристик ДПТ.

Основные теоретические сведения

Двигатели постоянного тока до сих пор находят широкое применение, хотя они значительно дороже и менее надёжны, чем асинхронные и синхронные. Преимущество ДПТ  возможность плавного и экономичного регулирования в широком диапазоне частоты вращения вала и создания боль­шого пускового момента при относительно небольшом пусковом токе. Поэтому их широко используют в электротранспорте, для привода прокатных станов, металлорежущих станков и т. д. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.

Недостаток ДПТ  наличие щёточно-коллекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность машины.

Основными частями двигателя постоянного тока являются статор и якорь, отдалённые друг от друга воздушным зазором (0,3…0,5 мм).

Статор - это стальной цилиндр 1, внутри которого крепятся главные полюса 2 с полюсными наконечниками 3, образуя вместе с корпусом магнитопровод машины. На главных полюсах расположены последовательно соединённые катушки обмотки возбуждения 4, предназначенные для создания неподвижного магнитного потока Ф_в машины. Концы обмотки возбуждения (ОВ) выводят на клеммный щиток, расположенный на корпусе машины.

Рисунок 1 – Конструкция двигателя постоянного тока

Якорь (подвижная часть машины) - это цилиндр 5, набранный из листов электротехнической стали, снаружи которого имеются пазы, в которые уложена якорная обмотка 11. Отводы обмотки якоря припаивают к пластинам коллектора 6, расположенного на вращающемся в подшипниках валу. Коллектор представляет собой цилиндр, набранный из медных пластин, изолированных друг от друга и от вала и закреплённых (по технологии "ласточкина хвоста") на стальной втулке. Коллектор играет роль механического выпрямителя переменной ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря.

К коллектору с помощью пружин прижимаются неподвижные медно-графитовые щётки 8, соединённые с клеммами Я1 и Я2 щитка. Образовавшиеся скользящие контакты дают возможность соединить вращающуюся обмотку якоря (ОЯ) с электрической цепью (снять выпрямленное напряжение с коллектора (генераторный режим) или соединить якорную обмотку с источником постоянного напряжения и распределить токи в стер­жнях ОЯ таким образом, чтобы их направления под разноименными полюсами были бы противоположными (двигательный режим)).

При подаче постоянного напряжения U к зажимам якоря М₂ и напряжения U_в к зажимам обмотки возбуждения L(M₂) в них протекают токи I_я и I_в (рисунок 2). В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком, созданным магнитодвижущей силой (МДС) обмотки возбуждения, возникает электромагнитный момент двигателя, под действием которого якорь приходит во вращение.

Рисунок 2 – Схема включения двигателя постоянного тока

Момент необходимо рассчитывать по формуле:

где С_М – моментная постоянная двигателя;

I_ЯН – номинальный ток якоря;

С_М∙Ф – необходимо определять при номинальном токе возбуждения.

Важнейшей характеристикой ДПТ является механическая n=f(M), представляющая зависимость частоты вращения n якоря от развиваемого ДПТ мо­мен­та вращения М при условии постоянства напряжения и соп­ротив­лений в цепи якоря и в цепи воз­бу­ж­дения. Уравнение механической характеристики ДПТ:

где U – напряжение источника питания двигателя;

Ф_Н – номинальное значение магнитного потока двигателя;

R_Я – сопротивление обмотки якоря;

R_ДОБ – сопротивление добавочного резистора в цепи якоря;

М – момент на валу двигателя;

С_Е =0,1∙C_M – конструктивная постоянная двигателя;

.

КПД двигателя:

где Р₂ – мощность на валу двигателя,

Р₁ – потребляемая двигателем мощность из сети,

Р₁=U I =U I_Я +U I_В;

I – потребляемый двигателем ток;

Р – потери мощности в двигателе,

Р = Р_Я + Р_В + Р_М:

Р_Я = I²_Я R_Я;

Р_В = I²_В R_В = U_В I_В;

Р_М – магнитные и механические потери, составляют несколько процентов от потребляемой мощности.

Сопротивление обмотки якоря: