Вопрос. Характеристики двигателя постоянного тока
Рабочие свойства двигателей определяются их рабочими характеристиками, представляющими собой зависимости
частоты вращения n,
вращающего момента Мэ,
потребляемого тока I,
мощности P1 и кпд от полезной мощности на валу Р2.
Эти зависимости соответствуют естественным условиям работы двигателя, т. е. машина не регулируется и напряжение сети остается постоянным.
При изменении полезной мощности P2 (т. е. нагрузки на валу) изменяется также и ток в якоре машины, поэтому рабочие характеристики часто строятся в зависимости от тока в якоре.
Зависимости вращающего момента и частоты вращения от тока в якоре для двигателя параллельного возбуждения изображены на изо, б.
Частота вращения двигателя определяется следующим выражением:
n = (U — IRя)/СФ.
С увеличением нагрузки на валу двигателя возрастает также и ток в якоре.
Это вызывает увеличение падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных контактах.
Так как ток возбуждения остается неизменным (машина нерегулируема), то магнитный поток также постоянен.
Однако при повышении тока в якоре увеличивается размагничивающее действие потока реакции якоря и магнитный поток Ф несколько уменьшится.
Увеличение IRя вызывает понижение частоты вращения двигателя, а уменьшение Ф повышает частоту.
Обычно падение напряжения влияет на изменение частоты в несколько большей степени, чем реакция якоря, так что с увеличением тока в якоре частота уменьшается.
Изменение частоты вращения у двигателя этого типа незначительно и не превышает 5% при изменении нагрузки от нуля до номинальной, т. е. двигатели параллельного возбуждения имеют жесткую скоростную характеристику.
Вращающий момент двигателя Mэ = КIФ.
При неизменном магнитном потоке зависимость момента от тока в якоре может быть представлена прямой линией. Но под воздействием реакции якоря с увеличением нагрузки в некоторой степени уменьшится магнитный поток и зависимость момента отклонится вниз от прямой линии.
Схема двигателя последовательного возбуждения показана на изо,а.
Пусковой реостат этого двигателя имеет только два зажима, так как обмотка возбуждения и якорь образуют одну последовательную цепь.
Характеристики двигателя изображены на изо, б.
Частота вращения двигателя последовательного возбуждения определяется следующим выражением:n = (U — I(Rя + Rc))/СФ,
где Rc — сопротивление последовательной обмотки возбуждения.
В двигателе последовательного возбуждения магнитный поток не остается постоянным, а резко изменяется с изменением нагрузки, что вызывает значительное изменение частоты вращения. Так как падение напряжения в сопротивлении якоря и в обмотке возбуждения очень мало в сравнении с приложенным напряжением, то частоту вращения можно приближенно определить следующим выражением:
n = U/СФ.
Если пренебречь насыщением стали, то можно считать магнитный поток пропорциональным току в обмотке возбуждения, который равен току в якоре. Следовательно, у двигателя последовательного возбуждения частота вращения обратно пропорциональна току в якоре и она резко уменьшается с увеличением нагрузки, т. е. двигатель имеет мягкую скоростную характеристику.
| Схема (а) и характеристики (б) двигателя последовательного возбуждения |
С уменьшением нагрузки частота вращения двигателя увеличивается. При холостом ходе (Iя = 0) частота вращения двигателя беспредельно возрастает, т. е. двигатель идет в разнос.
Таким образом, характерным свойством двигателей последовательного возбуждения является недопустимость сброса нагрузки, т. е. работы вхолостую или при малых нагрузках.
Двигатель имеет минимальную допустимую нагрузку, составляющую 25—30%номинальной.
При нагрузке меньше минимально допустимой частота вращения двигателя резко увеличивается, что может вызвать его разрушение. Поэтому, когда возможны сбросы или резкие уменьшения нагрузки, двигатели последовательного возбуждения не применяют.
В двигателях очень малых мощностей сброс нагрузки не вызывает разноса, так как механические потери их будут достаточно большой нагрузкой для них.
Вращающий момент двигателя последовательного возбуждения, учитывая пропорциональную зависимость между магнитным потоком и током в якоре
(Ф = С’I), можно определить следующим выражением:
Mэ = KIФ = К’I
где К’= КС’, т. е. вращающий момент пропорционален квадрату тока.
Однако при больших токах сказывается насыщение стали и зависимость момента приближается к прямой линии. Таким образом, двигатели этого типа развивают большие вращающие моменты, что имеет существенное значение при пуске больших инерционных масс и перегрузках. Эти двигатели широко используют в транспортных и подъемных устройствах.
При смешанном возбуждении возможно как согласное, так и встречное включение обмоток возбуждения.
Двигатели со встречным включением обмоток не нашли широкого применения, так как они обладают плохими пусковыми свойствами и работают неустойчиво.
Характеристики двигателей смешанного возбуждения занимают промежуточное положение между характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Вопрос № 450
2015-04-30
854
При постоянном напряжении питания магнитный поток возбуждения уменьшился. Частота вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением:
Вопрос № 451
При прочих неизменных условиях напряжение, подведенное к обмотке якоря, уменьшилось. Частота вращения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением:
Вопрос № 452
Вращающий момент двигателя постоянного тока последовательного возбуждения если ток увеличится в 3 раза:
· увеличится в 9 раз
Вопрос № 453
ЭДС индуцируемая в витках обмотки якоря генератора постоянного тока:
Вопрос № 454
Основное назначение коллектора:
Вопрос № 455
Обмотка, создающая основное продольное магнитное поле машины постоянного тока:
Вопрос № 456
Причина уменьшения напряжения на зажимах ГПТ при увеличении нагрузки:
· увеличение падения напряжения в якоре
Вопрос № 457
Назначение обмотки возбуждения машины постоянного тока:
Источник
Электрические машины постоянного тока. Устройство машин постоянного тока. Принцип действия машин постоянного тока , страница 3
В двигателе с параллельным возбуждением (рис. б) обмотка якоря и обмотка возбуждения соединены параллельно и включены в сеть постоянного тока. В схеме двигателя имеется регулировочный реостат Rр в цепи обмотки возбуждения. В течении всего пуска он должен быть выведен, так как в этом случае пуск будет проходить при наибольшем токе, а следовательно наибольшем магнитном потоке и при максимально возможном вращающем моменте. В этом двигателе Iсети = Iя + Iв ;
Uc = Uв ; rв — большая величина. При работе данный тип двигателя обеспечивает относительно постоянную скорость вращения
Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением (рис.в) имеет обмотку возбуждения подключенную последовательно с обмоткой якоря, следовательно, Iсети = Iв = IЯ. Вследствие того, что через обмотку возбуждения двигателя, последовательно соединенную с обмоткой якоря, проходит весь его ток, одновременно с увеличением нагрузки двигателя резко возрастает величина магнитного потока его полюсов (магнитный поток пропорционален току возбуждения), а вращающий момент пропорционален току якоря и магнитному потоку. Следовательно, Мвр определяется двумя токами Iz и Iв или Iя 2 . Развиваемый момент на валу машины пропорционален квадрату тока (очень большой) и большая перегрузочная способность. Вместе с тем, с уменьшением нагрузки на валу двигателя частота вращения двигателя быстро возрастает и при малых нагрузках он приобретает скорость, опасную для его целостности. Вхолостую (без нагрузки) сериесные двигатели вообще нельзя включать – они идут в «разнос». Это является отрицательны свойством.
Двигатели со смешанным соединением имеют две обмотки возбуждения (рис.г). Обычно применяются согласное включение параллельной и последовательной обмоток возбуждения. В этом случае магнитные потоки складываются, результирующий поток возрастает. Двигатели со смешанным возбуждением сочетают в себе достоинства двигателей с параллельным и последовательным возбуждением: с одной стороны, они могут развивать повышенный вращающий момент без значительных перегрузок по току, с другой стороны, они не боятся уменьшения нагрузки до нуля, так как наличие параллельной обмотки предохраняет двигатель от разноса.
Тестовые вопросы самопроверки
1. Для чего в цепи возбуждения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения включают пусковой реостат?
1. Для увеличения пускового момента
2. * Для уменьшения пускового тока и увеличения пускового момента
3. Для уменьшения пускового тока
2. Какое из указанных преимуществ двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением (по сравнению с двигателями параллельного возбуждения), обеспечивающих использование их главным образом для электрифицированного транспорта (электровозов, трамваев и т.д.), не соответствует действительности?
1. Небольшой бросок тока при резком увеличении нагрузки
2. Высокая перегрузочная способность при умеренном увеличении потребляемого тока
3. * Более или менее постоянная скорость вращения
3. Как на практике регулируются ЭДС и напряжение генераторов постоянного тока?
1. Изменением магнитного потока генератора
2. * Изменением скорости вращения якоря
3. Изменением нагрузки генератора
4. Чему равен ток якоря двигателя постоянного тока при установившейся скорости вращения?
5. Как изменится вращающий момент двигателя последовательного возбуждения, если его ток увеличится в три раза?
1. Увеличится в три раза
2. * Увеличится в девять раз
3. Уменьшится в три раза
6. Какое основное назначение коллектора в генераторе постоянного тока?
1. Крепление обмотки якоря
2. Электрическое соединение вращающейся обмотки якоря с неподвижными клеммами генератора
3. * Выпрямление переменного тока.
Литература
- Усс Л.В., Красько А.С., Климович Г.С. «Общая электротехника с основами промышленной электроники». – Мн., 1990.
- Касаткин А.С., «Основы электротехники». – М. 1982
3. Шихин А.Я., Белоусова Н.Н., Пухляков Ю.Х. и др. «Электротехника» – М. , 1989.
4. ДаниловИ.А. , Иванов П.М. «Общая электротехника с основами электроники» — М., 1989
- Китаев В.Е. «Электротехника с основами промышленной электроники»- М., 1985
- Попов В.С., Николаев С.А. «Общая электротехника с основами электроники»- М., 1976
Источник
При неизменных величинах напряжения и частоты вращения
4.1 Перед пуском машины ключи: S1– разомкнут, S2 – замкнут. Реостаты RВ и RН имеют максимальное сопротивление (движки обоих реостатов в крайнем верхнем положении).
4.2 Нажать кнопку «Пуск» на передней панели лабораторной установки. Изменением положения движка реостата RВ возбудить машину до U=(110…130) В (значение задается преподавателем). Записать значение IВ при IН=0 в таблицу 5.
Таблица 5 – Регулировочная характеристика генератора
| IВ, А |
| IН, А |
4.3 Уменьшая величину сопротивления нагрузочного реостата RН , при постоянном значении U снять зависимость . (Постоянство значения U поддерживать увеличивая ток IВ )
По окончании эксперимента устанавливаем RН=0 (движок в крайнем нижнем положении).
4.4 По экспериментальным значениям таблицы 5 построить регулировочную характеристику (рисунок 7).
4.5 По данным регулировочной характеристики вычислить относительное изменение тока возбуждения , %:
где IВН – ток возбуждения при номинальной нагрузке генератора;
IВО – ток возбуждения при холостом ходе генератора.
Содержание отчета и его форма
Каждый студент, выполнивший лабораторную работу, должен оформить отчет и представить его к следующему занятию преподавателю.
Отчет должен содержать:
– наименование работы и ее цель;
– принципиальную схему установки;
– результаты измерений и аналитических расчетов в виде таблиц и графиков по всем пунктам измерений;
– выводы по результатам работы.
На построенных кривых следует обозначать характерные точки (максимумы, пределы линейных участков и т.п.). Не рекомендуется «улучшать» экспериментальные кривые.
Выводы должны объяснять, почему те или иные явления имели место, давать им оценку, объяснять характер кривых. Выводы должны отражать самое главное и быть краткими.
Отчет должен иметь титульный лист с указанием ФИО студента, номера группы и даты выполнения работы.
Вопросы для защиты работы
1. Опишите устройство машины постоянного тока.
2. Почему станина машины постоянного тока изготавливается из литой стали?
3. Почему сердечник якоря машины постоянного тока набирают из тонких листов электротехнической стали?
4. Приведите классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения.
5. Укажите основные конструктивные детали машин постоянного тока и пояснить их назначение.
6. Опишите процесс самовозбуждения генератора постоянного тока.
7. Перечислить условия, необходимые для самовозбуждения генератора постоянного тока с самовозбуждением.
8. Устройство и назначение коллектора в машинах постоянного тока.
9. Принцип действия генераторов постоянного тока.
10. Принцип действия двигателя постоянного тока.
11. Какое явление называется «реакцией якоря»?
12. Перечислить меры для уменьшения искрения щеток в машинах без добавочных полюсов и в машинах с добавочными полюсами.
13. Изобразите схему магнитной цепи машины постоянного тока с указанием основных и дополнительных полюсов.
14. Какой способ улучшения коммутации целесообразно использовать в мощных машинах постоянного тока при переменной нагрузке?
15. С какой целью применяют принудительное охлаждение машины постоянного тока?
16. Почему следует соблюдать указанное на генераторе направление движения якоря?
17. Почему при токе возбуждения, равном нулю, ЭДС генератора не равна нулю?
18. Объяснить петлевидный вид характеристики холостого хода генератора постоянного тока.
19. В какой степени верно утверждение, что генератор с параллельным возбуждением не боится короткого замыкания?
20. Чем отличаются свойства генератора с параллельным возбуждением от свойств генератора с последовательным возбуждением?
21. Почему при возрастании нагрузки генераторов с параллельным и независимым возбуждением уменьшается напряжение на зажимах генератора?
22. С чем связано отличие внешних характеристик генераторов с параллельным и независимым возбуждением?
23. Как изменится наклон внешней характеристики генератора, если его обмотку возбуждения питать от независимого источника постоянного тока?
24. Какая ЭДС индуктируется в витках обмотки якоря генератора постоянного тока?
25. От каких физических величин зависит величина ЭДС машины постоянного тока?
26. Сравнить внешние характеристики генераторов постоянного тока разных способов возбуждения.
27. Ток генератора увеличился. Как изменится вращающий момент на валу генератора?
28. Изобразить вид регулировочной характеристики генератора постоянного тока. Что она показывает?
29. Изобразить вид скоростной характеристики двигателей постоянного тока различных способов возбуждения.
30. Какими физическими величинами определяется вращающий момент двигателя постоянного тока?
31. Изобразить вид моментной характеристики двигателей постоянного тока последовательного и параллельного возбуждения.
32. Изобразить вид механической характеристики двигателей постоянного тока с различными способами возбуждения.
33. Частота вращения двигателя постоянного тока уменьшилась. Как изменится ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря?
34. При неизменном магнитном потоке возбуждения ток в обмотке якоря увеличился. Как изменился вращающий момент двигателя?
35. Пояснить способ реверсирования двигателей постоянного тока.
36. Охарактеризовать способы электрического торможения двигателей постоянного тока.
37. Охарактеризовать способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока.
38. Изобразить энергетическую диаграмму двигателя постоянного тока.
39. При какой нагрузке коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока достигает максимума?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Цель и содержание
Цель работы: Изучение процесса и способов пуска асинхронных двигателей, исследование рабочих характеристик двигателя, способа реверсирования и регулирования частоты вращения.
Содержание работы:
1. Изучение пусковых свойств асинхронного двигателя.
2. Исследование рабочих характеристик асинхронного двигателя.
Теоретическое обоснование
1. Основные номинальные параметры асинхронных машин:
– PН, (кВт) – мощность на валу;
– nН, (об/мин) – частота вращения;
– UН (В) – номинальное напряжение (в зависимости от способа соединения обмотки статора).
На щитке двигателя указано:
статор D/Y, 220/380 В – номинальное напряжение; 25,3/19,5 А – номинальный ток; η=0,97 – коэффициент полезного действия; cosφ=0,78 – коэффициент мощности.
2. Пуск двигателей сопровождается появлением в цепистаторатока значительной величины (Iпуска ≈ (7…10)×Iн), т. к. момент пуска соответствует короткому замыканию в цепи статора. Ток протекает по обмотке электродвигателей кратковременно (только в процессе пуска), поэтому он не опасен для двигателя в тепловом отношении, если пуски не частые. В силу этого, пуск асинхронных двигателей малой и средней мощности производят прямым включением в сеть на полное номинальное напряжение двигателя.
Большие пусковые токи крупных электродвигателей и затяжной пуск (более 7 – 8 секунд) опасны не только для самого двигателя, но также вызывают значительное снижение напряжения, особенно в маломощных электрических системах, что отрицательно сказывается на работе других потребителей, получающих питание от этой же системы.
Средние и крупные по мощности короткозамкнутые асинхронные двигатели пускают с использованием пусковых устройств, включенных в цепь статора, с помощью которых снижается напряжение, поданное на обмотку статора в момент пуска, и восстанавливается до номинального значения после разгона двигателя.
Недостаток этих способов пуска – уменьшение пускового момента пропорционально квадрату напряжения на статоре. Поэтому эти способы пуска, как правило, применяются для пуска механизмов вхолостую или при малой нагрузке.
Асинхронные электродвигатели с фазным ротором пускают в ход с помощью пускового реостата (из регулируемых активных сопротивлений), включенного последовательно с обмоткой ротора. В начальный момент пусковое сопротивление вводится в цепь двигателя полностью, что позволяет уменьшить до требуемого значения пусковой ток и обеспечить необходимый для пуска пусковой момент. С увеличением оборотов ротора частота вращения вращающегося магнитного поля по отношению к ротору уменьшается. Соответственно уменьшается ЭДС и ток ротора, поэтому при увеличении частоты вращения ротора можно постепенно уменьшить значение пускового сопротивления в цепи обмотки ротора, не опасаясь, что ток двигателя возрастет до значений, опасных для него. При полностью выведенном сопротивлении пускового реостата пуск двигателя заканчивается.
3. При изучении пусковых свойств двигателя для расчета пускового момента использовать формулу Клосса:
где sкр – критическое скольжение, которое определяется соотношением:
где λ – перегрузочная способность (кратность максимального момента):
Номинальный момент асинхронного двигателя определяется как:
4. Реверсирование – это изменение направления вращения ротора. Так как ротор асинхронного двигателя вращается в том же направлении, что и магнитное поле статора, то для изменения направления вращения ротора необходимо изменить направление вращения поля, для чего следует изменить на обмотке статора порядок следования фаз.
Аппаратура и материалы
Для выполнения работы используется специализированный стенд со встроенными аппаратами и приборами, и дополнительно переносной трехфазный вольтметр и неоновая лампа на напряжение 220В.
Источник