Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрическая схема двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Двигатели постоянного тока

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Лабораторная работа 20 ( Lr 20)

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Снять и построить механическую и рабочие характеристики элек­тро­дви­гателя постоянного тока (ДПТ). Изучить модель ДПТ параллельного возбуждения и исследовать её работу в переходных режимах.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДПТ

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).

С
татор  э то стальной ци­линдр 1 , внутри которого крепятся главные по­люса 2 с полюсными наконечниками 3 , образуя вместе с корпусом маг­нитопровод машины (рис. 20.1, а ). На главных полюсах расположены после­до­вательно соединённые катушки обмотки возбуждения 4 , предназначенные для создания неподвижного магнитного потока Ф в машины. Концы Ш1 и Ш2 обмотки возбуждения (ОВ) выводят на клем­мный щиток, расположенный на корпусе машины. Помимо основных полюсов внутри статора располагают дополнительные полюса 9 с обмотками 10 , которые служат для уменьшения искрения в скользящих контактах (между щётками и кол­лек­тором).

Якорь (подвижная часть машины)  это цилиндр 5 , набранный из лис­­­­тов электротехнической стали, снаружи которого имеются пазы, в которые уложена якорная обмотка 11 (рис. 20.1). Отводы обмотки якоря припа­ива­ют к пластинам коллектора 6 , расположенного на вращающемся в подшипни­ках валу 7 . 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)).

Суммарное сопротивление цепи якоря R я = 0,5…5 Ом.

Читать еще:  Что такое кабанчик в двигателе 2106

Часть машины, в которой индуктируется ЭДС, принято называть яко­рем , а часть машины, создающей основное магнитное поле (магнитный поток) – индуктором . В машинах постоянного тока якорем является ротор, а индуктором – статор.

В
зависимости от того, как обмотка возбуждения ОВ включена относительно сети и якоря, различают МПТ независимого возбуждения (ОВ к якорю не подключена) и МПТ с самовозбуждением , которое подразделяется на параллельное, последовательное и смешанное. На рис. 20.2 приведе­­ны электрические схемы возбуждения указанных типов МПТ.

При подаче постоянного напряжения U к зажимам ДПТ в обмотках возбуждения ОВ и якоря протекают токи I я и I в (рис. 20.3). 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. Средний электромагнитный момент (в Нм), действующий на якорь ДПТ, по обмотке которого протекает ток I я ,

(20.1)

где F с  среднее значение силы в ньютонах (Н), действующей на якорь, которая согласно закону Ампера возникает при взаимодействии тока якоря с магнитным потоком машины; d  диаметр якоря, м.

После преобразования выражения (20.1) получим

(20.2)

где р  число пар полюсов машины; а и N  число пар параллельных ветвей и число проводников обмотки якоря; Ф в  магнитный поток одного полюса статора, Вб; n  частота вращения якоря, об/мин; С М = pN /2  a  коэффициент момента, зависящий от конструктивных особенностей машины.

Из выражения (20.2) следует, что электромагнитный момент ДПТ пря­мо пропорционален произведению магнитного потока Ф в на ток якоря I я .

При вращении якоря проводники якорной обмотки пересекают магнитные силовые линии потока Ф в , вследствие чего в проводниках индуктируется противоэлектродви­жущая сила где n  час­тота вращения яко­ря, об/мин; С Е = pN /60 a – конструктивный коэффициент противоЭДС.

Для ДПТ параллельного возбуждения (рис. 20.2, б ) ток якоря

(20.3)

где U  напряжение, подводимое к элек­­тродвигателю, В; R я  соп­роти­в­ле­ние обмотки якоря, Ом.

В начальный момент пуска ДПТ частота вращения якоря n = 0, поэтому противоэлектродвижущая сила в (20.3) Е я = 0. Чтобы ограничить недопустимо большой пусковой ток I яп = = U / R я в обмотке якоря, последовательно с якорем включают пусковой реостат R п .

В этом случае пусковой ток якоря

По мере разгона двигателя ЭДС якоря Е я увеличивается и сопротивление пускового реостата уменьшают до нуля.

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДПТ

Электромеханические свойства ДПТ определяются его скоростной харак­терис­тикой n ( I я ), представляющей зависимость частоты вращения n от тока якоря I я при U = const и I в = const .

Уравнение естественной скоростной характеристики получают из выражения (20.3), решив его относительно частоты вращения

Читать еще:  Bmw x3 расход топлива дизельного двигателя

(20.4)

С ростом нагрузки падение напряжения R я I я в цепи якоря возрастает, но при этом магнитный поток Ф в уменьшается вследствие реакции якоря, под которой понимают воздействие магнитного потока якоря Ф я на магнитный поток Ф в , создаваемый током возбуждения. Так как падение напряжения в цепи якоря R я I я обычно оказывает более сильное влияние на частоту вращения якоря n , чем реакция якоря, то скоростная характеристика n = ( I я ) имеет вид прямой падающей линии (см. рис. 20.5).

Важнейшей характеристикой ДПТ является механическая n ( 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. Заменив ток I я в (20.4) значением из выражения вращающего момента М = С M Ф в I я , получим уравне­ние естественной механической характеристики

(20.5)

Естественная механическая характеристика n = ( M ) двигателя постоянного тока параллельного возбуждения выведена при условии, что момент холостого хода М 0 = 0, а электромагнитный момент примерно равен моменту на валу двигателя, т. е. М эм  М , где n 0  час­тота вращения якоря двигателя на холостом ходу при допущении, что падение нап­ряжения R я I я в якоре отсутствует;  n  уменьшение частоты вращения якоря дви­га­теля при соответствующем увеличении моме­нта вращения М ; С Е , С М  конструктивные коэффици­енты элек­тродвигателя.

Если принять магнитный поток машины постоянным, т. е. Ф в = const при токе возбуждения I вн = const , то естественная механическая харак­теристика представляет собой прямую линию (см. кривую 1 на рис. 20.4), наклон которой по отношению к оси абсцисс определяется отношением

При переходе двигателя от режима холостого хода к номинальной нагрузке частота вра­щения якоря n снижается всего лишь на 2…8%, т. е. двигатель постоянного тока параллельного возбуждения обладает жёсткой механической характеристикой.

При введение пускового реостата в цепь якоря уменьшается жесткость механической характеристики (см. реостатные механические характеристики 2 … 4 на рис. 20.4), что приводит к снижению частоты вращения при определенном моменте сопротивления М с на валу, создаваемом, например, определенным током электромагнитного тормоза ЭМТ (см. рис. 20.3).

Практическое значение имеют рабочие характеристики ДПТ.

Зависимость М = f ( I я ) называется моментной характеристикой двигателя. При установившемся режиме работы двигателя электромагнитный момент вращения М связан с током якоря I я выражением

М эм = С М I я Ф в = М 0 + М .

Момент холостого хода М 0 мало изменяется при нагрузке; он опре­деляется мощ­но­стью Р , потре­бляемой двигателем из сети в режиме холостого хода. Так как отноше­­ние М 0 /М н  3…8%, то, пренебрегая моментом М 0 , можно принять М эм  М = С М I я Ф в . При этом условии построение характеристики М = ( I я ) начинают из начала координат (рис. 20.5). С увеличением тока I я в якорной обмотке магнитный поток Ф в уменьшается за счет размагничивающего действия реакции якоря, а потому моментная характеристика растёт медленнее, чем ток I я , отклоняясь от прямой (пунк­тирной) линии (см. рис. 20.5).

Читать еще:  Горячий двигатель постоит и не заводится

Характеристика коэффициента по­лез­ного действия  = ( I я ) нара­стает очень быстро при росте нагрузки от нуля (режим холостого хода) до 0,5 I ян и достигает наибольшего значения в пределах от 0,5 до 0,8 номинальной нагрузки, а затем медленно падает вследствие роста переменных потерь (см. рис. 20.5).

В некоторых случаях удобнее пользоваться зависимостью частоты вращения n , электромагнитного момента М , тока якоря I я и КПД  двигателя от полезной мощности на валу Р 2 при U = const и I в = const .

3. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ ДПТ

При программировании модели ДПТ параллельного возбуждения использовались каталожные параметры и следующие расчетные формулы:

момент холостого хода М 0 = (0,03…0,08) М н ; индуктивность обмотки яко­ря не учитывалась; сопротивление пускового реостата R n , где электро­маг­­нитный момент дви­гателя М эм = С М I я Ф в = М 0 + М ; установившаяся частота вращения якоря текущая частота п вычислялась (посредством численного мето­да Эйлера) из уравнения динамики ДПТ: М  вращающий момент двигателя; М с  момент сопротивления на валу двигателя, при­нятый независимым от угловой скорости  и от времени t ; J  суммарный момент инерции в кгм 2 , пере­считанный к валу двигателя.

В
соответствии с вариантом задания тип ДПТ параллельного возбуждения выбирается из приведенного в программе списка. Предусмотрен также ввод вручную параметров проектируемого двигателя. На рис. 20.6 представлены общий вид интерфейса, каталожные параметры и дина­мические характеристики двигателя типа 2ПН90М, выбранного из списка двигателей параллельного возбуждения. Пуск двигателя был выполнен при моменте сопротивления на валу М с = 3 Нм и введенном пусковом реостате R п (пусковой ток I п = 2,5 I ян , ток возбуждения I в = I вн = const ).

После вывода пускового реостата частота вращения якоря увеличилась до 3000 об/мин. Затем пусковой реостат был полностью введен в цепь якоря и медленно выведен. Далее, момент сопротивления М с был увеличен до 4 Нм, уменьшен сначала до 3 Нм, а затем до нуля и, наконец, увеличен до 3 Нм.

Анализ графиков частоты вращения n , вращающего момента М и тока якоря I я от времени, а также текущих параметров двигателя показывает, что расчетная модель адекватно отображает как статические, так и динамические электромагнитные процессы в двигателе.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector