Исследование нагрузочных диаграмм электродвигателя
Цель работы: Снять и построить нагрузочные диаграммы электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением при продолжительной переменной нагрузке.
Краткая теория
Выбор электродвигателей для работы в системах автоматизированного электропривода представляет собой важную и сложную задачу. От того, насколько правильно она будет решена, зависят технико-экономические показатели работы системы рабочая машина - электропривод.
Основным требованием при выборе электродвигателя является соответствие его мощности условиям технологического процесса рабочей машины. Применение двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности рабочей машины. При недостаточной мощности двигателя будут иметь место также его повышенный нагрев, ускоренное старение изоляции и выход двигателя из строя, что вызовет прекращение работы машины и экономические потери.
Недопустимым является также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом не только повышается первоначальная стоимость электропривода, но увеличиваются и потери энергии за счет снижения КПД двигателя, а для асинхронного электропривода, кроме того, снижается коэффициент мощности.
Основой для расчета мощности и выбора электродвигателя являются нагрузочная диаграмма и диаграмма скорости (тахограмма) исполнительного органа рабочей машины.
Нагрузочной диаграммой исполнительного органа рабочей машины называется зависимость приведенного к валу двигателя статического момента нагрузки от времени Mc(t). Эта диаграмма рассчитывается на основании технологических данных, характеризующих работу рабочих машин.
Диаграммой скорости или тахограммой называется зависимость скорости движения исполнительного органа от времени vи. о(t) или wи. о(t). После выполнения операции приведения эти зависимости изображаются в виде графика w(t). Пример нагрузочной диаграммы и тахограммы показан на рис. 2.36.
По нагрузочной диаграмме возможно определить приблизительную номинальную мощность электродвигателя, по следующей зависимости 
, где kзап – коэффициент запаса, принимаемый при выборе электродвигателя, Мэкв - эквивалентный момент нагрузки. Если эквивалентный момент изменяется с течением времени, то его определяют как среднеквадратичную величину
, (2.45)
где tп – продолжительность работы электродвигателя, Mi – момент на валу электродвигателя на участке, ti – время работы двигателя на i – ом участке.
Рис. 2.36. Тахограмма и нагрузочная диаграмма электродвигателя
Метод эквивалентных величин выбора мощности электродвигателя при продолжительной переменной нагрузке даёт точные результаты лишь тогда, когда изменение нагрузки влияет лишь на величину переменных потерь, но постоянные потери (магнитные и механические) остаются неизменными. Отсюда данный метод можно применять только к тем электродвигателям, у которых изменение нагрузки не вызывает значительных изменений частоты вращения вала электродвигателя. Данное положение относится к асинхронным двигателям и двигателям постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением, работающих на естественной характеристике.
2.3.2 Порядок проведения опыта:
· Соберите электрическую схему, позволяющую исследовать работу электромашинного агрегата в двигательном режиме. Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 2.15. Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как двигатель с независимым возбуждением, присоединена через реостат А1 к нерегулируемому выходу “ВОЗБУЖДЕНИЕ” источника G2. К регулируемому выходу “ЯКОРЬ” источника присоединены последовательно соединенные якорная обмотка того же двигателя, а также реостат АЗ и датчик тока блока А4. Вход питания источника G2 присоединен с помощью электрического шнура к одной из двух розеток “220 В~ “ трехфазного источника G1. Обмотка ротора машины переменного тока, используемой как нагрузочный генератор G4 через гнезда “F1”, “FЗ” присоединена к выходу возбудителя G3, вход питания которого присоединен с помощью электрического шнура к одной из двух розеток “220 В~” трехфазного источника G1. Фазы статорной обмотки генератора G4 присоединены к активной нагрузке А2. Указатель частоты вращения Р1 присоединен к выходу преобразователя угловых перемещений G5. В цепь обмотки возбуждения и в якорную цепь двигателя постоянного тока включены амперметры Р2 и РЗ. Соберите схему тепловой защиты машины переменного тока (рис. 2.14). Соедините гнёзда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом PE источника питания G1. Переключатели режима работы источника G2 и возбудителя G3 установите в положение “Ручн.”. Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.
· Переведите регулировочные рукоятки реостатов А1 и А3 в крайнее против часовой стрелки положение.
· Включите источник G1. При этом о работе источника, возможно, судить по наличию свечения индикатора.
· Включите выключатель «СЕТЬ» и нажмите кнопку «ВКЛ» источника G2
· Вращая регулировочную рукоятку источника G2, разгоните двигатель М1 до частоты вращения 1500 мин-1.
· Включите выключатель «СЕТЬ» и нажмите кнопку «ВКЛ» возбудителя нагрузочного генератора G3.
· Установите произвольное напряжение, вращая регулировочную рукоятку возбудителя генератора G3. Изменяя положение регулировочной рукоятки блока А2 фиксируйте скорость по указателю Р1, ток якоря Ia и напряжение якоря Uа (указатель напряжения генератора G2) двигателя М1 и время работы электродвигателя на каждом отдельном участке - таблица 2.15 (Программа исследования задаётся преподавателем).
· По завершении эксперимента сначала у возбудителя G3, а затем у источника G2 поверните регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку «ОТКЛ.» и отключите выключатель «СЕТЬ». Отключите источник G1 нажатием на кнопку гриб и с последующим отключением ключа.
· Используя снятые данные, вычислите угловую скорость частоты вращения w и вращающего момента М на валу двигателя по следующим зависимостям.
,
(2.46)
.
- По данным таблицы 2.15 построить тахогрому электродвигателя, нагрузочную диаграмму и диаграмму токов.
- Рассчитать эквивалентный момент на валу электродвигателя.
Таблица 2.15.
| Положение А2 | |||||||
| n, мин-1 | |||||||
| Iа, А | |||||||
| Uа, В | |||||||
| w, с-1 | |||||||
| М, н∙м |
2.3.3 Контрольные вопросы:
- Какие номинальные режимы работы электродвигателей существуют?
- Что представляет собой нагрузочная диаграмма электродвигателя?
- В чём состоит метод эквивалентных величин при выборе электродвигателя?
- В каких случаях применим данный метод?
- Каковы нежелательные последствия работы электродвигателя при перегрузке и недогрузке?
2.4 Список использованной литературы:
1. Чиликин М.Г., Сандлер А.С.Общий курс электропривода.-М.: Энергоиздат,1981, - 576 с.
2. Вольдек А.И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1978.
3. Москаленко В. В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат; 1986. – 416 с.: ил.