Лабораторная работа №1.
Изучениемеханических характеристик электродвигателей постоянного тока с параллельным инезависимым возбуждением
Схемы таких электродвигателей приведены на рис.
/>
Уравнение скоростной характеристики двигателя постоянно тока снезависимым и параллельным возбуждением имеет вид:
Вращающий момент двигателя определяется из выражения
М. = kФI (4)
а э. д. с. двигателя
Е = kФw. (5)
В трех последних формулах: w — угловая скорость, рад/с; U-подводимое напряжение, В; I —ток в цепи якоря, А; Rя— сопрoтивление обмотки якоря, Ом; Rр— сопротивления реостата в цеп якоря. Ом; Ф — магнитный потоквозбуждения двигателя, Вб; k-коэффициент, зависящий от конструкции машины.
Подставив в уравнение (4) значение тока якоря изформул (5), получим уравнение механической характеристики электродвигателя (6)
Поскольку выражение (6) — это уравнение прямой, значитмеханические характеристики двигателей параллельного и независимого возбужденияпрямолинейны (рис.). Характеристика R =Rя называется естественной, остальные — искусственными.
Скорость идеального холостого хода определяется изуравнения (6) при условии, что М = 0
Величину сопротивления якоря двигателя параллельного инезависимого возбуждения ориентировочно можно определить из выражения:
Номинальное значение к.п.д. можно вычислить, как:
Где Рном – номинальная мощность электродвигателя, кВт.
Угловая скорость двигателя на естественноймеханической характеристике при номинальном моменте называется номинальной.
/>
Согласно уравнениям (5) и (6) увеличение сопротивленияреостата в цепи якоря приводит к увеличению угла наклона механическойхарактеристики, т.е. к снижению скорости.
Лабораторная работа №2.
Тормозные режимы электродвигателя
Для двигателя последовательного возбуждения возможнылишь два режима электрического торможения: противовключением и динамическое.Режима рекуперативного торможения у двигателей этого типа нет, так как э.д.с.не может быть выше напряжения сети в связи с тем, что скорость идеальногохолостого хода не имеет конечной величины [см. формулу (5)].
/> />
Динамическое торможение может быть осуществлено двумяспособами: с самовозбуждением (рис.а) и с независимым возбуждением (рис.в). Приторможении с самовозбуждением необходимо сохранить направление тока возбуждениятаким же, как при нормальной работе двигателя. Без этого машина размагнитится,и торможения не получится.
Механические характеристики режима динамическоготорможения (см. рис, четыре засечки) нелинейны вследствие непостоянногомагнитного потока. В области, обозначенной пунктирными линиями, торможениепрактически отсутствует. Рассмотренный режим используют редко, в основном какаварийный при исчезновении напряжения сети.
Механические характеристики динамического торможения снезависимым возбуждением аналогичны соответствующим характеристикам двигателяпараллельного возбуждения (см. рис., две засечки). Такой способ торможениянашел широкое применение в приводе рудничных электровозов, ходового механизмароторных экскаваторов и др.
Торможение противовключением осуществляется, как и удвигателей параллельного возбуждения, двумя способами: включением в цепь якоряреостата с большим сопротивлением и изменением полярности обмотки якоря.
При первом способе механическая характеристика будетпродолжением характеристики двигательного режима (см. рис. 7, три засечки вквадранте IV). При торможении противовключением по второму способухарактеристика располагается в квадранте II (линия с тремя засечками).
Двигатель со смешанным возбуждением имеет две обмоткивозбуждения: последовательную ОВпосл и параллельную ОВпар(см. рис.), которые совместно создают поток возбуждения машины.
Двигатели со смешанным возбуждением допускают все трирежима электрического торможения: рекуперативное с отдачей энергии в сеть,динамическое и противовключением.
Для асинхронного двигателя возможны следующие режимыторможения: рекуперативное с отдачей энергии в сеть, противовключением идинамическое. Рекуперативное торможение с отдачей энергии в сеть происходит приугловой скорости выше синхронной (о). С сверхсинхронной скоростью ротор можетвращаться, например, при спуске ковша экскаватора или при спуске грузалебедкой. В режиме рекуперативного торможения момент и ток ротора имеютотрицательные знаки, и машина работает в режиме асинхронного генератора,превращая механическую энергию, сообщаемую валу машины спускающимся грузом, вэлектрическую и отдавая ее в сеть. Механическая характеристика этогорежима является продолжением характеристики двигательного режима ирасполагается во // квадранте (см. рис.).
Режим торможения противовключением аналогиченсоответствующему режиму двигателя постоянного тока с независимый возбуждением.Этот режим, может быть, достигнут двумя путями:
1) увеличением сопротивления реостата в цепи ротора. В точке, а моментдвигателя меньше момента статического сопротивления и поэтому груз увлекает засобой ротор в направлении, обратном направлению вращения магнитного полястатора. Это вызывает быстрое возрастание э.д.с., тока ротора и тормозногомомента. В точке в момент, создаваемый опускающимся грузом, и тормозноймомент двигателя уравновешиваются и скорость опусканий становится постоянной.При необходимости ускорения опускания груза в цепь ротора вводят следующуюступень реостата реверсом, т, е. переключением двух фаз статора. В результатевращающееся поле статора изменяет направление вращения, а ротор по инерции вращаетсяв прежнем направлении. Ток и момент при этом изменяют свои знаки: моментстановится тормозным, что вызывает быструю остановку двигателя. Вследствиевстречного вращения ротора и поля статора э.д.с. ротора достигает большойвеличины. Для ограничения броска тока при переходе в режим противовключения вцепь фазного ротора двигателя вводят ступень противовключеиия.
Лабораторнаяработа №3.
Механическаяхарактеристика электродвигателей постоянного тока с последовательнымвозбуждением
Обладая весьма мягкой механической характеристикой(рис), двигатель с последовательным возбуждением сравнительно плавнопреодолевает перегрузку, имеет высокий пусковой момент и мало перегружает сетьпри пуске и вынужденной остановке под нагрузкой. Это послужило основанием к применениютакого рода двигателей для привода рудничных электровозов, ходовой частироторных экскаваторов.
/>
При нагрузках менее 15—20% номинальной скоростьвследствие снижения магнитного потока недопустимо возрастает, а при холостомходе, когда Ф≈0, скорость может достигнуть величины, при которойпроизойдет авария (разнос двигателя). Поэтому двигатель с последовательнымвозбуждением нельзя пускать вхолостую.
У этих двигателей обмотка возбуждения ОВ включенапоследовательно с якорем и по ней протекает тот же ток что и по обмотке якоря.Поэтому при изменении нагрузки будет изменяться и магнитный поток, оказываябольшое влияние на скорость двигателя. Наиболее наглядно это видно из уравненияскоростной характеристики, которое показывает, что при изменении магнитногопотока скорость двигателя может изменяться в широких пределах, придаваямеханической характеристике большую мягкость. Однако вследствие насыщениямагнитной цепи магнитный поток изменяется не пропорционально току. Наибольшееизменение магнитного потока и, следовательно, скорости будет при малыхнагрузках, когда машина ненасыщенна. Зависимость магнитного потока от токавозбуждения (характеристика намагничивания) является сложной нелинейнойфункцией и не имеет аналитического выражения. Поэтому нет и аналитическойзависимости для механической характеристики.
/>
На рис. приведены естественные и искусственныемеханические характеристики двигателя последовательного возбуждения приразличных добавочных сопротивлениях в цепи якоря. Введение сопротивления в цепьякоря делает характеристику еще более мягкой.
Лабораторная работа №4.
Механическая характеристика электродвигателя переменного тока с фазнымротором
Пуск двигателя с фазовым ротором производится спомощью пускового реостата, включенного в цепь ротора.По мере разгона двигателя реостат выводится.
/> />
На рис. приведены его механические характеристики.Кривые 2, 3, 4, 5 — искусственные механические характеристики привведенном в цепь ротора реостате. Кривая 1 — естественная механическаяхарактеристика при полностью выведенном реостате.
Увеличение активного сопротивления цепи ротора привведенном реостате вызывает уменьшение пускового тона и увеличение пусковогомомента. Наименьший пусковой момент М0имеет естественнаямеханическая характеристика.
Вращающий момент при пуске с полностью введеннымреостатом будет изменяться по кривой 5. При выводе первой ступениреостата (точка а) вращающий момент мгновенно увеличивается (по линии а—б) идальше изменяется по кривой 4. Дальнейший вывод ступеней реостата приводит ктому, что вращающий момент скачкообразно переходит с одной характеристики надругую и при окончательном выводе реостата переходит на естественноюхарактеристику (кривая 1).
Таким образом, введение реостата в цепь роторатрехфазного асинхронного двигателя обеспечивает: уменьшение пускового тока;увеличение пускового вращающего момента; плавность пуска; возможность регулированияскорости вращения; возможность перехода на различные виды электрическоготорможения.
Лабораторная работа №5.
Изучение схем пуска двигателей, функции времени.
При пуске двигатель преодолевает момент инерциипривода и механизма, а также силу трения, которая при трогании с места всегдабольше, чем при работе, так как коэффициент трения покоя обычно превышаеткоэффициент трения движения. Кроме того, пуск многих горных машин и конвейеровчасто осуществляется в условиях заштыбовки и завала, поэтому при пускедвигатель должен развивать значительно больший вращающий момент, чем при работес установившейся скоростью.
В начальный момент пуска ток двигателя резковозрастает, таи к в неподвижном якоре двигателя постоянного тока отсутствуетпротиво-э.д.с., а в неподвижном роторе включенного в сеть двигателя переменноготока индуктируется большая э.д.с. Большие пусковые токи могут вызвать перегревобмоток, искрение щеток и значительные электродинамические усилия в обмоткахдвигателя, вызывающие повреждения изоляции. По условиям коммутации двигателипостоянного тока должны иметь пусковой ток не выше 0% номинального.
/>
При большом пусковом токе возникают колебаниянапряжения шахтной электросети, отрицательно влияющие на работу, как самогодвигателя, так и других приемников, подключенных к сети, поскольку при этомснижаются вращающие моменты двигателей, световые потоки ламп и т. д. Кромепускового тока необходимо ограничивать ускорения и особенно стараться избежатьрывка, величина которого, является производной от ускорения (м/с3).Чрезмерное ускорение и рывок опасны для прочности конструкции. Особенно этонедопустимо в транспортных устройствах для перевозки подъема людей из шахты. Взависимости от величины статического момента различают следующие режимы пуска:легкий, когда начальный статический момент Мс, не превышает 40%номинального значения (насосы, вентиляторы, турбокомпрессоры,преобразовательные электромашинные агрегаты);
Пуск двигателей в простейших системах электроприводаосуществляют с помощью пускового реостата. Большинство асинхронныхэлектродвигателей с короткозамкнутым ротором, применяют; для привода горныхмашин, запускают непосредственным включением на полное напряжение сети. И лишьдля мощных синхронных и асинхронных; двигателей с короткозамкнутымротором в ряде случаев применяются пуск при пониженном напряжении с мощьюавтотрансформаторов и реакторов, включаемых на время пуска в цепь статора. Всложных системах электропривода постоянного тока пуск осуществляют плавнымувеличением напряжения на якоре.
Для облегчения тяжелых условий пуска (например, мощныхконвейеров) иногда используют специальные средства — различные виды муфт (электромагнитные,гидравлические и др.). В этом случаях двигатель пускается вхолостую и передачадвижения исполнительному органу осуществляется включением муфты до полногоразгона двигателя. Однако при этом увеличивается общее время пуска рабочеймашины, хотя время работы двигателя большими пусковыми токами уменьшается.
Нормальный пуск применяют для двигателей с продолжительнымрежимом работы (конвейеры, насосы, роторные экскаваторы, буровые станки,вентиляторы и др.), а форсированный — для двигателей приводов, работающих сбольшой частотой включения (подъемные машины, рабочие двигатели одноковшовыхэкскаваторов и др.). Во втором случае в целях экономии времени пуск производятс предельно допустимыми моментами и токами.
При наличии упругих элементов и кинематического зазорамежду отдельными звеньями механизма большие моменты двигателя при пуске могутвызвать механические перенапряжения, удары, поломки машины и др. Тогдаискусственно понижают начальный момент двигателя до (0,3—0,5) Мном.
Кроме обмотки возбуждения, питаемой постоянным током,ротор синхронного двигателя снабжается специальной пусковой короткозамкнутойобмоткой, с помощью которой двигатель пускается в ход как асинхронный. Вустановившемся режиме пусковая обмотка сглаживает колебания угловой скорости итока статора при мнении нагрузки, напряжения и частоты сети. Постоянный ток вобмотку возбуждения подают лишь тогда, когда частота вращения ротора становитсяблизкой к синхронной (подсинхронной). и поэтому двигатель втягивается всинхронизм. Чем меньше скольжение и величина статического момента, темблагоприятнее условия вхождения двигателя в синхронизм.
Асинхронный пуск синхронного двигателя возможен какпри том, так и при пониженном напряжении. В последнем случае пуск осуществляютв следующем порядке; статор включают пониженное напряжение (при этом двигательвтягивается в синхронизм) и затем переключают его на полное напряжение.