Исследование работы двигателя постоянного тока

С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование способов регулирования скорости двигателя постоянного тока параллельного возбуждения; снятие рабочих ха­рактеристик двигателя.

При этой необходимо:

- снять механическую характеристику двигателя;

- экспериментально подтвердить возможность регулирования скорос­ти вращения двигателя путем изменения тока возбуждения и измене­ния подводимого напряжения питания.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Цепи якоря и обмотка возбуждения у двигателя с параллельным возбуждением соединены между собой параллельно (рис.5.1). Обмот­ка возбуждения ОВ двигателя с параллельным возбуждением имеет большое число витков из тонкого провода и, благодаря этому, обла­дает значительным сопротивлением.

В этом случае ток возбуждения I_B во много раз меньше тока якоря I_Я (I_В = (0,05-0,01) I_Я), а подводимое напряжение питания U одно и то же.

Следовательно, ток возбуждения I_В такого двигателя не зависит от тока якоря I_Яи от нагрузки двигателя (механического момента на валу двигателя).

Двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением обла­дает весьма ценными качествами, основными из которых является следующие:

- значительный пусковой момент, позволяющий осуществлять ток двигателя при полной нагрузке;

- жесткая скоростная характеристика, то есть практически постоянная скорость при изменении нагрузки в широких пределах;

- возможность широкого и плавного регулирования скорости.

В тех случаях, когда авиационный электрический привод, где электродвигатель является исполнительным элементом, должен обла­дать указанными качествами, применение двигателей постоянного то­ка с параллельным возбуждением становится весьма желательным (например, в электролебедке вертолета, работающего с внешней подвеской, при выпуске (уборке) шасси, закрылков, интерцепторов, тормозных щитков и т.д.).

Важной характеристикой, позволяющей оценить технические воз­можности электродвигателя, является его механическая характе­ристика, представляющая собой зависимость скорости вращения якоря двигателя n от вращающего момента М_н при постоянном питающем нап­ряжении (U = const):

n = f (М_Н).

Данная зависимость позволяет также определить мощность на ва­лу двигателя при изменении момента нагрузки от нуля при холостом ходе до предельно допустимой величины (рис.5.2) .

Ток якоря при работе двигателя равен I_Я= ( U – Е_Я )/ R_Я.

Так как электродвижущая сила Е_Я=С_ЕΦ_N, то чистота вращения двигателя

где С_е - постоянный для данного электродвигателя коэффициент;

Ф - магнитный поток полюсов статора электродвигателя (созда­ется обмоткой возбуждения О.В.)

R_я- активное сопротивление якорной обмотки (на рис.5.1 обозначена " М ").

Вращающий момент на валу двигателя можно определить по формуле:

М_Н = С_М I_Я Ф,

где С_М – С_Е·60/2π - величина постоянная для данного электродвигателя.

Так как

,

формулу скорости двигателя можно записать в следующем виде:

.

Если принять, что Ф=const, уравнение скорости можно представить в следующем упрощенном виде: n=А-В·М_Н, где А и В постоянные коэффициенты, введенные для упрощения записи уравнения для n.

;

Полученное упрощенное уравнение для скорости вращения двига­теля показывает, что механическая характеристика n = f (М_Н) в ви­де n = А - В·М_Н графически представляет собой прямую, несколько наклоненную к оси абсцисс М_Н (рис.5.2). Угол наклона механической характеристики будет тем больше, чем больше значение сопротивле­ния, включенного в цепь якоря. Такой вид механической характе­ристики свидетельствует о том, что она имеет жесткий характер, то есть скорость вращения якоря двигателя практически остается постоянной от холостого хода двигателя (без нагрузки на валу) до предельно допустимой нагрузки. Очевидно, что указанные двига­тели с параллельным возбуждением целесообразно применять в тех системах ВС и аэропорта, где по условиям работы необходимо доби­ваться постоянства скорости отработки механизма (выпуск шасси и других взлетно-посадочных средств ВС, подъемные устройства и транспортеры в аэропорту и т.п.).

Важным качеством электродвигателя является возможность регу­лирования скорости в широком диапазоне. Регулирование скорости вращения якоря двигателя осуществляется тремя способами:

- изменением тока возбуждения I_В;

- изменением подводимого напряжения U;

- изменением сопротивления в цепи якоря двигателя R_Я (измене­нием величины тока в цепи якоря I_Я).

Изменение указанных параметров меняет вид механической харак­теристики, то есть наклон характеристики по отношению к осям ко­ординат. Если, например, уменьшить ток возбуждения I_В (т.е. изме­нить магнитный поток, создаваемый ОВ в сторону уменьшения), то механическая характеристика становится менее жесткой (рис.5.3 , характеристика 2).

Если изменять напряжение, например, в сторону уменьшения, то характеристики (рис.5.4) будут идти параллельно основной 1, но пойдут, ниже ее (характеристики 2...4).

Если изменить сопротивление цепи якоря, например, в сторону увеличения (тем самым уменьшить ток в цепи якоря I_Я), характе­ристика становится менее жесткой (рис 5.6).

Исследование способов регулирования скорости вращения якоря двигателя n сводится к тому, чтобы при неизменном моменте на валу двигателя (например М_Н = М₁) изменить один из параметров (I_В или U), который приводит к изменению скорости вращения.

Из графиков, приведенных на рисунках (5.3...5.5) видно, что изменение магнитно­го потока вызывает изменение скорости вращения якоря (то есть при уменьшении -

тока возбуждения I_В = Ф, как показано на рис.5.3, за­медляются обороты двигателя). При уменьшении подводимого напряже­ния скорость вращения якоря двигателя уменьшается (рис.5.4). Уве­личение сопротивления I_В цепи якоря двигателя приводит к уменьше­нию скорости вращения n (рис.5.5).

Большую практическую ценность представляют так называемые рабочие характеристики двигателя, определяющие зависимость I_Я, М_Н, n от выходной мощности на Р_М на валу двигателя I_Я, М_Н, n = f(Р_М).

В зависимости от вида рабочих характеристик осуществляется выбор двигателя для авиационного привода, например, выпуска шасси, закрылков и т.п. Эти характеристики могут быть получены эмпирически (опытным путем), если известна механическая характе­ристика двигателя.

3. ПРОГРАММА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить схему для исследования двигателя постоянного тока параллельного возбуждения (рис.5.6). Ознакомиться с лабораторным стендом, для чего определить место установки на стенде измери­тельных приборов, пускорегулирующей аппаратуры электродвигателя и электромагнитного тормоза.

2. С помощью автотрансформатора (ЛАТРа) установить напряже­ние 70 В по вольтметру РU₁(U_ДВ).

3. Путем регулировки реостатом R₁ установить ток в обмотке возбуждения I_В = 0,4 А.

4. Убедиться визуально на установке и по показанию цифрового указателя числа оборотов о работе двигателя.

5. Снять механическую характеристику двигателя: для его с помощью реостата R₂ изменять момент нагрузки двигателя от 0 до 500 г∙см через каждые 100 г∙см.

Данные измерений записать в табл.5.1.

6. Исследовать способы регулирования скорости вращения якоря двигателя при постоянном моменте (М_Н = 200 г∙см):

- изменением тока возбуждения от 0,4 А до 0,2 А через 0,05 А;

- изменением подводимого напряжения от 70 В до 50 В через каждые 5 В ( ток в обмотке возбуждения при этом поддерживать постоянным I_В = const = 0,4 А с помощью реостата R₁).

Данные измерений записать в табл.5.2.

7. Выключить двигатель, обесточить установку.

8. Используя данные измерений в табл.5.1 вычислить полезную (выходную) мощность на валу двигателя по расчетной формуле:

Р₂ = 1,082·10^-5MН∙n ,

где Р₂ - выходная мощность двигателя, Вт;

1,082·10^-5 - постоянный коэффициент двигателя;

М_Н - механический момент на валу двигателя, г∙см;

n - обороты якоря двигателя, об/мин.

Рассчитать полную потребляемую мощность двигателя из электри­ческой сети:

Р₁ = U (I_Я + I_В),

где Р₁ - потребляемая мощность двигателя, Вт;

U - напряжение питания двигателя, В;

I_Я - ток в обмотке якоря, А;

I_В -токвобмотке возбуждения, А;

Определить коэффициент полезного действия (КПД) двигателя:

,

где η - коэффициент полезного действия;

P₂,Р₁ - соответственно мощность на выходе ( на валу ) и на входе двигателя , Вт.

Данные вычислений записать в табл.5.1.

9.По данным проведенных исследований построить на графиках механическую и рабочие характеристики двигателя: n = f(М_Н); I_Я = f(P₂); М_Н = f(P₂); η = f(P₂); n = f(P₂).

10.Составить отчет о проделанной работе.

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Электрическая схема установки.

3. Таблицы с данными измерений и вычислений.

4. Графики механической и рабочих характеристик двигателя.

5. Выводы.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из каких элементов состоит электродвигатель постоянного тока.

2. Принцип работы электродвигателя постоянного тока.

3. Технические данные электродвигателя,

4. Объяснить порядок исследования двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением по принципиальной схеме лабораторной установки.

5. Почему изменяется скорость вращения двигателя при измене­нии тока якоря I_Я, питающего напряжения U и тока возбуждения I_В?

6. Почему механическую характеристику двигателя называют "жесткой"?

7. Можно ли изменить направление вращения якоря двигателя (осуществить "реверс") и каким образом?

8. Для каких целей применяются такие электродвигатели на воздушных судах?

9. Для чего необходимо знать механическую и рабочие характе­ристики электродвигателей перед их установкой на ВС?

Лабораторная работа N6