Некоторые положения теории. Обмотка возбуждения данных двигателей включена непосредственно в цепь якоря и обтекается током якоря (или некоторой его частью)

Обмотка возбуждения данных двигателей включена непосредственно в цепь якоря и обтекается током якоря (или некоторой его частью). Таким образом, поток возбуждения главных полюсов изменяется пропорционально изменению тока якоря, т.е. нагрузке двигателя

Ф = К_аI_а. (40)

В этом случае уравнение скоростной (внешней) характеристики (33) принимает вид:

(41)

Из уравнения (41) видно, что частота вращения двигателя с последовательным возбуждением изменяется обратно пропорционально току якоря. Характеристика близка к гиперболе (рис. 33).

Обратите внимание! При очень малой нагрузке (режим х.х.) частота враще-ния якоря неограниченно возрастает. Двигатель «идет в разнос». Механическая прочность якоря может оказаться ниже возникающих при этом центробежных усилий, что приведет к разрушению двигателя, порой с весьма тяжелыми пос-ледствиями. В связи с этим ПТЭ запрещает включать двигатель последовательного возбуждения без нагрузки, вал двигателя должен быть всегда жестко соединен с валом рабочего механизма, применение каких-либо саморасцепляющихся соединительных муфт не допускается.

Другой особенностью двигателей с последовательным возбуждением является пропорциональность вращающего момента квадрату тока якоря (рис. 34):

(42)

что непосредственно вытекает из уравнений (34) и (40). Это свойство делает данные двигатели практически незаменимыми в тех случаях, когда требуется при относительно малой мощности получить большие пусковые моменты. Двигатели с последовательным возбуждением нашли широкое применение как тяговые двигатели различных транспортных средств, крановые двигатели, двигатели приводов коммутационной аппаратуры тяговых подстанций и контактной сети, стрелочных переводов и т.п.

Рис. 33 Рис. 34

При выполнении лабораторной работы обратите внимание на отмеченные особенности рабочих характеристик испытуемых двигателей.

Одним из способов регулирования частоты вращения двигателей с последо-вательным возбуждением является ослабление магнитного потока главных полюсов (ослабление возбуждения – ОВ), что достигается шунтированием обмотки возбуждения. Глубина регулирования характеризуется коэффициентом ослабления возбуждения

(43)

или

(44)

где r_в и r_ш – соответственно сопротивления обмотки возбуждения и шунта;

I_в и I_ш – токи в соответствующих ветвях;

I_а – ток якоря двигателя.

Другим способом регулирования частоты вращения является введение в цепь якоря добавочного сопротивления R_д.

Экспериментальная часть

1) Ознакомиться с рабочим местом, паспортом испытуемого двигателя, схе-мой включения.

2) Собрать, если необходимо, экспериментальную схему, приведенную на рис. 35.

3) Снять естественные (при R_д = 0) внешние (скоростные) характеристики n = f(I_а) при полном возбуждении (ПВ) (β = 1) и двух режимах ослабления возбуждения (ОВ1, ОВ2).

4) Снять реостатную (при R_д = 0) внешнюю характеристику при любом из названных выше режимов.

5) Произвести измерения сопротивлений участков цепи (r_а, r_в, r_ш, R_д), если они не указаны на лабораторном стенде.

Расчеты и построения

1) Построить в одних координатах все внешние характеристики.

2) Рассчитать и построить в одних координатах моментные характеристики M = f(I_а) экспериментальных режимов.

3) Построить механические характеристики n = f(M) для режимов ПВ и ОВ (при R_д = 0).

4) Рассчитать коэффициенты ослабления возбуждения по уравнениям (43) или (44).

5) Оформить отчет и привести ответы на контрольные вопросы.

Методические указания

В учебных лабораториях для испытаний предлагаются двигатели стрелочных переводов. Отличительной особенностью их является высокое сопротивление обмотки якоря, что в принципе позволяет включать двигатели без пусковых реос-татов. На приведенной схеме (рис. 35) резистор R_д играет роль регулировочного реостата, хотя может быть использован и как пусковой.

Каждый двигатель сочленен с другим подобным себе, который в данном случае используется в качестве нагрузочного генератора. При сборке схемы со-едините вывод Я_об второй машины с нагрузочным реостатом. Другой зажим ре-остата соедините с любым из выводов С. Если при включении испытуемого дви-гателя нагрузочный генератор не возбуждается, остановите машину, подключите нагрузочный реостат к другому зажиму С и вновь запустите двигатель. Возбужда-ется или не возбуждается генератор, легко определить, включая одну–две ступени нагрузочного реостата.

Для оценки частоты вращения с валом испытуемого двигателя соединен та-хогенератор (ТГ). Если ТГ постоянного тока, то к его выводам необходимо под-ключить вольтметр на 150–300 В постоянного тока. Синхронные тахогенераторы имеют собственную стрелочную индикацию.

Внешние характеристики рекомендуется начинать снимать с наибольшей частоты вращения – нагрузочный реостат полностью отключен. Затем поочередно включаются все ступени реостата. Результаты замеров заносятся в табл. 18.

Рис. 35

При необходимости введения добавочного сопротивления в цепь якоря (R_д = 0) поставьте движок резистора R_д в любое положение и больше не изменяйте его до конца работы. После разборки схемы замерьте сопротивление рабочей части R_д измерительным мостом или по способу амперметра и вольтметра (рис. 36). Резистор R в данном случае необходим для ограничения тока.

Рассчитать величину электромагнитного момента можно по выражению, Н∙м:

(45)

где E_а = U – I_аR_а.

В свою очередь сопротивление цепи якоря, Ом,

(46)

Механические характеристики n = f(M) легко построить по данным табл. 18. Всего в табл. 18 должно входить пять режимов.

Табл. 19 заполняется на основании имеющихся данных или произведенных измерений. Сопротивления r_ш1 и r_ш2 соответствует режимам ОВ1 и ОВ2.

Таблица 18

Таблица экспериментальных и расчетных данных

Режим, β, Ra	Опыт	Расчет
U, B	Ia, A	Iв, A	n, об/мин	Ea, B	M, Н∙м
ПВ β =1 Ra = Rд = 0

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

ОВ1 β = Ra = Rд = 0
		и т. д.

Таблица 19

Сопротивления цепи якоря

rа, Ом	rв, Ом	rш1, Ом	rш2, Ом	Rд, Ом

Контрольные вопросы

1)Что означает термин «последовательное» возбуждение ?

2) Как изменяется основной магнитный поток с изменением нагрузки?

3) Почему двигатель с последовательным возбуждением нельзя включать без нагрузки на валу?

4) Какие меры предусматривают ПТЭ по предупреждению пуска двигателя в холостую?

5) Как отличаются внешние (скоростные) характеристики двигателей с пос-ледовательным и параллельным возбуждением?

6) Как отличаются моментные характеристики двигателей с последователь-ным и параллельным возбуждением?

7) Какие способы регулирования частоты вращения использованы в про-цессе опыта?

8) Какой из способов регулирования частоты вращения предпочтитель-ней? Почему?

9) Как изменяется положение скоростных и моментных характеристик при ослаблении возбуждения?

10) Как изменятся положения скоростных и моментных характеристик при введении добавочного сопротивления в цепь якоря?

11) В каких областях практически используются двигатели с последователь-ным возбуждением?

Библиографический список

1. К о с т е н к о М.П., П и о т р о в с к и й Л.М. Электрические машины. Часть 1. Л.: Энергия, 1973. 544 с.

2. В о л ь д е к А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. 840 с.

3. В и н о г р а д о в В.А., П о п о в Д.А. Электрические машины железно-дорожного транспорта. М.: Транспорт, 1986. 512 с.

АВИЛОВ Валерий Дмитриевич,

БЕЛЯЕВ Владимир Павлович,

САВЕЛЬЕВА Евгения Николаевна,

СЕРЕГИН Валерий Александрович,

СЕРКОВА Любовь Ефимовна,

ХАРЛАМОВ Виктор Васильевич,

ШЕЛЬМУК Евгений Ильич

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Часть 2

Машины постоянного тока

Редактор Т.С. Паршикова

* * *

Подписано в печать . Формат 60´84 1/16.

Бумага офсетная. Плоская печать.

Усл. п. л. 2,3. Уч.-изд. л. 2,2.

Тираж экз. Заказ .

* *

Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа

Типография ОмГУПСа

*

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35