С последовательным возбуждением

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментальное снятие скоростной, моментной механической ирабочих характеристик двигателя с последовательным возбужде­нием.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Удвигателя с последовательным возбуждением обмотка воз­буждения соединена последовательно с обмоткой якоря (рис.6.1), поэтому ток I, потребляемый из сети, одновременно является током в обмотке якоря I_Я ив обмотке возбуждения:

I = I_Я = I_В.

Поэтому с изменением нагрузки на валу двигателя, ток, по­требляемый из сети I, а, следовательно, ток возбуждения I_В и ток в цепи якоря I_Я также изменяются.

Эксплуатационные свойства двигателя с последовательным воз­буждением, применяемые на воздушных судах, определяют скоростная, моментная, механическая и рабочие характеристики.

Скоростная характеристика определяет зависимость частоты вра­щения двигателя n от тока I при постоянном напряжении цепи якоря U, то есть n = f(I)при U=const.

Частота вращения двигателя равна:

где r_Я - сопротивление цепи якоря (обмотки ротора);

С_Е - постоянный конструктивный коэффициент;

Ф₀ - магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения

Ф₀ = Кф∙I_В,

и так как I_В - I, то Ф₀ - Кф∙I, где Кф - постоянный для данной ма­шины коэффициент. Тогда скорость вращения двигателя с учетом того, что I_я = I , определяется как

или

Здесь =const и, следовательно, вид скоростной ха­рактеристики будет носить гиперболический характер (рис.6.2). Как видно из рисунка при малой нагрузке скорость двигателя резко увеличивается (в диапазоне I₁ - I₂) и может превысить предельную допустимую величину n_max. Это опасное явление называется "разно­сом" двигателя и может привести к его разрушению. Поэтому такие двигатели не применяются в тех системах, где возможны "сбросы" нагрузки, то есть ее резкое уменьшение. Применяются они в сле­дящих системах ВС, где исполнительными механизмами являются чер­вячные передачи или планетарные механизмы (например, в системе управления триммерами ).

Моментная характеристика определяет зависимость электромаг­нитного вращающего момента М от тока I при постоянном питающем напряжении U:

М = f {I}, при U = const .

Уравнение электромагнитного вращающего момента имеет вид:

М = C_m∙ I_Я∙ Ф₀ ,

где C_m - постоянный коэффициент;

I_Я = I - ток в цепи якоря;

Ф₀ - магнитный поток ОВ.

Учитывая, что Ф₀ = Кф∙I , уравнение для момента перепишется:

М = С_m∙Кф∙I_Я².

Моментная характеристика, исходя из последнего уравнения, имеет вид параболы (рис.6.3).

Механическая характеристика определяет зависимость частоты вращения двигателя n от электромагнитного вращающего момента при постоянном напряжении U, то есть

n = f(М) при U - const .

Сделав некоторые преобразования в уравнении для n (выразив ток через момент), можно получить уравнение связи n и М в виде:

где C₁ и C₂ - постоянные константы.

Таким образом, механическая характеристика двигателя с после­довательным возбуждением представляет собой кривую, похожую на гиперболу, асимптотически приближающуюся к оси ординат (рис.6.4). При увеличении нагрузки на валу двигателя (увеличении М) ток воз­растает относительно медленно и обратно пропорционально ему умень­шается частота вращения.

Рабочие характеристики устанавливают зависимость частоты вра­щения двигателя n, электромагнитного момента m, тока в цепи якоря I_Я = I и коэффициента полезного действия (КПД) от полезной мощ­ности на валу двигателя Р_П при неизменном напряжении питания U, то есть

n = (P_n); М = (P_n); I = f(P_n); η = f(P_n) при U = const.

Полезная мощность определяется по формуле:

P_n = 1,028∙M_n·10^-5, Вт.

КПД двигателя определяется выражением:

где Р₁ = U·I - полная мощность двигателя (мощность, потребляемая двигателем из сети), P₁=U·I,Bt;

P_П = P₁-_ΔР

_ΔР - мощность потерь механических (трение) в стали и меди,

_ΔР – Р_МЕХ + Р_С + Р_М .

При небольшой нагрузке суммарные потери Р остаются практи­чески постоянными, КПД при повышении полезной мощности также повы­шается, так как Р_П растет быстрее, чем Р (рис.6.5).

Максимальный КПД η_max наступает при равенстве потерь в стали (магнитопроводе) потерям в меди (обмотках двигателя), то есть при Р_С = Р_М. Затем при дальнейшем увеличении Р начинают преобладать потери в меди ( Р_М>Р_С ) и КПД начнет уменьшаться.

При увеличении нагрузки (увеличении Р_П соответственно) по­требляемый ток увеличивается, следовательно, увеличивается и элек­тромагнитный момент М по квадратичной зависимости, а частота вра­щения двигателя уменьшается.

3. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Провести опыты, по экспериментальным данным построить ха­рактеристики двигателя с последовательным возбуждением при постоянном напряжении сети:

- механическую n = f (М);

-скоростную n = f (I);

- моментную М = f (I).

2. Рассчитать по данным опыта величины Р_П,η,Р₁ и построить рабочие характеристики двигателя:

n=f(P_n);M=f(P_n); I = f(P_n) η = f(P_n).

Электрическая схема установки (рис.6.6) состоит из схемы двигателя, схемы магнитного электротормоза, регулирующих устройств (переменные резисторы R_Д, R_ЭТ и АТР), электроизмеритель­ных приборов и источника питания постоянного тока В .

Схема двигателя состоит из двигателя М с якорной обмоткой и последовательно включенной обмотки возбуждения ОВ. Напряжение пи­тания подается и регулируется с помощью линейного автотрансформа­тора ЛАТР. Реостат Р_Д регулирует ток в цепи якоря двигателя и обмотки возбуждения.

Измерение питающего напряжения (напряжения в цепи якоря) производится вольтметром PY1, а ток измеряется амперметром PA1.

Магнитный электротормоз служит для создания нагрузочного мо­мента, равного полезному вращающему моменту М. Рабочая обмотка электротормоза ЭТ питается от источника постоянного тока через потенциометр R_ЭТ.

Включение питания установки осуществляется выключателем SAI. Частота вращения двигателя измеряется цифровым частотомером (на схеме не указан, на лабораторном стенде он находится в верх­нем левом углу).

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подключить питание к схеме путем включения выключателя SA1.

2. Запустить двигатель путем изменения напряжения питания до 60В с помощью автотрансформатора ЛАТР.

3. Установить потенциометром ток в цепи, якоря I = I_Я 0,5-О.6А.

4. Для нагрузочного момента М_П = 0 измерить n,I,U.

5. Установить нагрузочные моменты при помощи потенциометра R_stравными 100;200;300;400 г∙см и для каждого значения нагрузочно­го момента измерить n,I и U. Данные экспериментальных измерений занести в таблицу 6.1.

6. Произвести расчет параметров Р_п, Р₁, η и занести их зна­чение в таблицу.

7. По экспериментальным и расчетным данным построить механи­ческую n = f (М), скоростную n = f(I), моментную М = f (I) и рабочие характеристики n=f(P_n);M=f(P_n);

I = f (P_n); η = f (P_n).

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Электрическая схема установки.

3. Таблицы с данными измерений и вычислений.

4. Графики характеристик согласно программе исследований.

5. Выводы.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Описать принцип работы двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

2. В чем состоит Основная отличительная особенность двигате­ля с последовательным возбуждением?

3. Напишите уравнения частоты вращения двигателя, электромаг­нитного момента и механической характеристики.

4. Что называется рабочими характеристиками двигателя?

5. Чему равен коэффициент полезного действия двигателя?

6. Для каких авиационных электроприводов целесообразно приме­нять двигатели с последовательным возбуждением?

7. Объясните порядок проведенных исследований и расчетов.

8. Почему график рабочей характеристики η = f (P_n) имеет экстремум?

9. Как можно регулировать скорость вращения двигателя и осу­ществить реверс?

Таблица6.1

Экспериментальные данные	Расчетные данные
m, гсм	n, об/мин	I,А	U,В	Рп, Вт	Р1, Вт	η,%