Электропривод 3

Цель работы: Исследования электромеханических ω = f(I) и механических характеристик при различных режимах работы и способах регулирования скорости электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема для снятия характеристик в двигательном режиме

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема для снятия характеристик в тормозных режимах

Базовые эксперименты выполняются на комплекте типового лабораторного оборудования «Электрический привод». В ходе их воспроизводятся установившиеся процессы в электроприводах постоянного и переменного тока.

Типовой комплект лабораторного оборудования предназначен для выполнения лабораторных работ по учебной дисциплине «Электрический привод (общий курс)» и смежным с ней дисциплинам.

Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит:

трехсоставной лабораторный стол со встроенным контейнером для хранения съемных функциональных блоков, проводников и методических материалов, рамами для установки необходимых в эксперименте функциональных блоков, выдвижной полкой для клавиатуры компьютера и подставкой для системного блока;
электрические машины (выполненные в виде электромашинного агрегата), трансформаторы и элементы электрических цепей;
источники питания;
измерительные преобразователи и приборы.

Питание комплекса осуществляется от трехфазной электрической сети напряжением 380 В с нейтральным и защитным проводниками.

Потребляемая мощность Вт, не более 500;

Габариты (длина / ширина / высота), мм 27509001600;

Масса, кг, не более 250.

Назначение и описание функциональных блоков лабораторной установки (рис 1, рис 2.)

Трехфазный источник питания.

Предназначен для питания комплекта трехфазным переменным напряжением. Включается вручную. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения, кнопку аварийного отключения и ключ от несанкционированного включения.

Источник питания машины постоянного тока.

Предназначен для питания обмоток якоря и возбуждения постоянным током. Включается вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Якорное напряжение регулируется вручную или дистанционно. Напряжение возбуждения нерегулируемое.

Возбудитель машины переменного тока.

Предназначен для питания обмотки возбуждения синхронной машины. Включается вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ). Напряжение возбуждения регулируется вручную или дистанционно / автоматически. Выходные цепи изолированы от входных.

Активная нагрузка.

Предназначена для моделирования однофазных и трехфазных потребителей активной энергии. Регулируется вручную.

Блок мультиметров.

Предназначен для измерения токов, напряжений, омических сопротивлений. Цифровой с жидкокристаллическим дисплеем.

Указатель частоты вращения.

Предназначен для отображения частоты вращения электрических машин в электромашинном агрегате в аналоговой форме.

Преобразователь угловых перемещений

Предназначен для преобразования скорости вращения электрических машин в сигнал цифрового вида.

Реостат.

Предназначен для ограничения пускового тока в цепи якоря двигателя постоянного тока.

Реостат возбуждения машины постоянного тока.

Предназначен для ручного регулирования тока возбуждения машины постоянного тока.

Преобразователь частоты.

Предназначен для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя. Выходные частота и напряжение регулируются согласованно вручную или дистанционно / автоматически (от ПЭВМ).

Лабораторный стенд состоит из приборного блока и электромеханического агрегата на базе двух одинаковых механически связанных двигателей постоянного тока независимого возбуждения.

Технические данные исследуемого двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

(рис.1,рис. 2 D1):

Технические данные нагрузочного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

(рис.1,рис. 2 D2):

Исследуемая и нагрузочная машины жестко соединены между собой и представлены в виде электромашинного агрегата, дополненного маховиком и преобразователем угловых перемещений.

Схема тепловой защиты

Рисунок 3 - Принципиальная электрическая схема соединений тепловой защиты машины переменного тока.

Перечень аппаратуры

Таблица 1

Обозначение

Наименование

Тип

Параметры

Машина переменного тока

102.1

100 Вт / 230 В~ /

1500 мин^-1

Трехфазный источник питания

201.2

400 В~ / 16 А

Обозначения и параметры исследуемой аппаратуры

Таблица 2

Обозначение

Наименование

Тип

Параметры

Активная нагрузка

306.1

3  0…50 Вт;

220/380 В

Реостат

323.2

200 Ом; 0,8 А

Реостат возбуждения машины постоянного тока

308.1

0…2000 Ом;

0,1…0,5 А

Трехфазный источник питания

201.2

~ 400 В; 16 А

Источник питания двигателя

постоянного тока

206.1

– 0…250 В /

3 А (якорь);

– 200 В / 1 А

(возбуждение)

Возбудитель машины переменного тока

209.2

– 0…40 В; 3,5 А

Машина переменного тока

102.1

50 Вт; ~ 230 В;

1500 мин^1

Преобразователь угловых перемещений

104

6 выходных сигналов

Машина постоянного тока

101.2

90 Вт; – 220 В/

0,76 А (якорь);

– 220 В (возбуждение)

Указатель частоты вращения

506.3

-2000…0…2000 мин^1

Блок мультиметров

508.2

0...1000 В;

0...20 А

Преобразователь частоты

217

0...100 Гц;

~ 3220 В; 3 А

Принципиальные электрические схемы стендов

Принципиальная электрическая схема стенда подразделяется на два варианта (рис.1, рис.2).

Источник GА – источник синусоидального напряжения промышленной частоты.

Источник питания двигателя постоянного тока GB используется для питания регулируемым напряжением обмоток машины (двигателя) постоянного тока D1, работающей с независимым возбуждением. В этом случае половины обмотки возбуждения двигателя D1 следует соединить последовательно.

Преобразователь угловых перемещений DD генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения IB электромашинного агрегата.

Машина переменного тока D2, работающая в режиме генератора и обеспечивающая нагрузку на валу исследуемого двигателя, нагружена на активную нагрузку RA. Возбудитель GG питает обмотку возбуждения машины D2 регулируемым напряжением.

Реостат RR ограничивает ток цепи якоря двигателя D1. Реостат RB возбуждения машины переменного тока ограничивает ток цепи возбуждения двигателя D1.

С помощью мультиметров блока BM контролируются ток и напряжение якоря, а также ток возбуждения двигателя D1.

Для величин исследуемого двигателя D1 принят индекс 1, для нагрузочного двигателя D2-индекс 2.

Согласное или встречное включение двигателей D1 и D2 устанавливаем по изменению скорости вращения предварительно включенного двигателя. Если после пуска другого двигателя скорость возросла – двигатели включены согласно, если скорость снизилась – двигатели включены встречно.

Экспериментальная часть

Порядок экспериментального исследования электропривода:

проверка работоспособности стенда;

снятие естественной характеристики двигателя;

снятие характеристик электропривода изменением напряжения питания U двигателя;

снятие характеристик электропривода введением добавочных сопротивлений R_{д1 ,} R_д2 в якорную цепь двигателя;

снятие характеристик электропривода изменением магнитного потока Ф обмотки возбуждения двигателя;

снятие характеристик электропривода при шунтировании якоря двигателя;

исследование режима рекуперативного торможения

исследование режима торможения противовключением

исследование режима динамического торможения;

определение коэффициента связи исследуемого двигателя D1.

Снятие естественной характеристики двигателя D1

Рис.43. Схема для снятия естественной характеристики в двигательном режиме

Таблица 1.

I₁, A

0,26

0,35

0,65

0,76

0,87

0,91

0,94

U₁, В

220

n, мин^-1

1800

1700

1600

1590

1510

1500

1490

Угловая частота вращения  двигателя D1:

и его электромагнитного момента М₁:

Таблица 2.

М₁, Н∙м

0,28

0,39

0,69

0,78

0,89

0,93

0,95

ω, с^-1

188,5

178

167,55

166,5

158,1

157

156

По данным таблиц 1 и 2 построим электромеханическую (рис. 11) и механическую (рис. 11) характеристики двигателя D1.

Снятие характеристик электропривода изменением напряжения питания U₁ якоря двигателя D1

Таблица 3.

I₁, A

0,19

0,23

0,27

0,35

0,47

0,55

0,61

0,81

0,91

U₁, В

110

n, мин^-1

900

820

800

790

700

680

610

500

400

Таблица 4.

М₁, Н∙м

0,398

0,527

0,63

0,813

1,19

1,4

1,7

2,567

3,47

ω, с^-1

94,2

85,87

83,776

82,73

73,3

71,2

63,88

52,36

41,89

Пример расчета:

По данным таблиц 3 и 4 построим электромеханическую (рис. 10) и механическую (рис. 11) характеристики двигателя D1.

Снятие характеристик электропривода введением добавочных сопротивлений R_{д1 ,} R_д2 в якорную цепь двигателя D1

Рис. 5. Схема для снятия реостатных характеристик в двигательном режиме

Таблица 5. R_Д1=100 Ом, R_Д2=0 Ом.

I₁, A

0,23

0,39

0,6

0,73

0,84

U₁, В

202

188

168

156

147

124

n, мин^-1

1620

1420

1200

1000

900

600

Проделаем опыт для больших значений добавочных сопротивлений R_Д1 и R_Д2.

Таблица 6. R_Д1=100 Ом, R_Д2=100 Ом.

I₁, A

0,22

0,33

0,51

0,62

0,68

0,7

0,74

U₁, В

182

158

125

105

n, мин^-1

1500

1200

820

600

450

350

300

Таблица 7 (R_Д1=100 Ом, R_Д2=0 Ом).

М₁, Н∙м

0,24

0,42

0,6

0,75

0,82

0,94

ω, с^-1

169,6

148,7

125,66

104,7

94,25

62,8

Таблица 8 (R_Д1=100 Ом, R_Д2=100 Ом).

М₁, Н∙м

0,225

0,35

0,54

0,6

0,7

0,812

0,8

ω, с^-1

157

125,66

85,87

62,8

47,1

36,65

31,4

Пример расчета:

По данным таблиц 5 – 8 построим электромеханическую (рис. 11) и механическую (рис. 11) характеристики двигателя D1.

Снятие характеристик электропривода изменением магнитного потока Ф обмотки возбуждения двигателя D1

Рис. 6. Схема для снятия характеристик в двигательном режиме при

ослаблении магнитного потока

Таблица 9 (R_ДОБ= 200 Ом).

I₁, A

0,25

0,38

0,61

0,75

0,94

U₁, В

220

218

216

214

213

212

n, мин^-1

1900

1800

1700

1650

1600

1550

Проделаем опыт для большего значения добавочного сопротивления R_ДОВ.

Таблица 10 (R_ДОБ= 400 Ом).

I₁, A

0,28

0,4

0,46

0,56

0,69

U₁, В

219

218

217

216

215

211

n, мин^-1

2000

1950

1900

1850

1800

1650

Таблица 11 (R_ДОБ= 200 Ом).

М₁, Н∙м

0,25

0,38

0,6

0,7

0,85

0,9

ω, с^-1

199

188,5

178

172,8

167,55

162,3

Таблица 12 (R_ДОБ= 400 Ом).

М₁, Н∙м

0,26

0,37

0,425

0,5

0,6

0,845

ω, с^-1

209,4

204,2

199

193,7

188,5

172,8

Пример расчета:

По данным таблиц 9 – 12 построим электромеханическую (рис. 11) и механическую (рис. 11) характеристики двигателя D1.

Снятие характеристик электропривода при шунтировании якоря двигателя D1

Рис.7. Схема для снятия характеристик в двигательном режиме

при шунтировании якоря

Таблица 13 (R_Д1=100 Ом и R_Д2= 70 Ом).

I₁, A

0,21

0,24

0,31

0,46

0,53

0,57

U₁, В

84,8

83,7

80,8

74,2

69,3

n, мин^-1

700

690

510

390

310

290

Таблица 14

М₁, Н∙м

0,20

0,22

0,34

0,5

0,596

0,6

ω, с^-1

73,3

72,3

53,4

40,8

32,46

30,37

Пример расчета:

По данным таблиц 13 и 14, строим электромеханическую (рис. 11) и механическую (рис. 11) характеристики двигателя D1.

Исследование режима рекуперативного торможения при работе двигателя D1 на реостатной характеристике

Рис.8. Схема для снятия реостатных характеристик в тормозных режимах

Таблица15 (R_Д1=100 Ом и R_Д2= 100 Ом).

I₁, A

0,14

0,23

0,18

0,08

0,05

0,01

-0,01

-0,02

-0,03

U₁, В

102

131

187

n, мин^-1

400

200

300

550

600

710

910

1200

1690

Таблица 16

М₁, Н∙м

0,15

0,23

0,19

0,08

0,055

0,011

-0,011

-0,021

-0,032

ω, с^-1

41,89

20,9

31,4

57,6

62,8

74,35

95,3

125,66

177

Пример расчета:

По данным таблиц 15 и 16, строим электромеханическую (рис. 11) и механическую (рис. 11) характеристики двигателя D1.

Исследование режима торможения противовключением при работе двигателя D1 на реостатной характеристике

Режим противовключения для двигателя D1 наступает при Δ₁>₀.

Таблица 17 (R_Д1=100 Ом и R_Д2= 100 Ом).

I₁, A

0,77

0,78

0,79

0,8

0,82

U₁, В

112

124

134

n, мин^-1

-1000

-1100

-1300

-1400

-1700

Таблица 18

М₁, Н∙м

-0,147

-0,314

-0,352

-0,393

-0,372

ω, с^-1

-104,7

-115,2

-136,1

-146,6

-178

Пример расчета:

По данным таблиц 17 и 18, строим электромеханическую (рис. 11) и механическую (рис. 11) характеристики двигателя D1.

Исследование режима динамического торможения двигателя D1

Рис. 9. Схема для снятия характеристик динамического торможения

Таблица 19 (R_Д1=100 Ом и R_Д2= 100 Ом).

I₁, A

-0,03

-0,1

-0,18

-0,23

-0,3

-0,32

-0,34

U₁, В

n, мин^-1

100

300

500

600

780

800

850

Таблица 20.

М₁, Н∙м

-0,023

-0,088

-0,167

-0,23

-0,296

-0,328

-0,35

ω, с^-1

10,5

31,4

52,36

62,8

81,68

83,8

Пример расчета:

По данным таблиц 19 и 20, строим электромеханическую (рис. 11) и механическую (рис. 11) характеристики двигателя D1.

Определение коэффициента связи C₁ исследуемого двигателя D1

Таблица 21.

I_В, A

0,14

0,12

0,11

0,1

0,09

0,08

0,07

0,06

U₁, В

101

102

n, мин^-1

900

1000

1020

1100

1150

1200

1300

1450

Таблица 22.

ω₀, с^-1

94,25

104,7

106,8

115,19

120,4

125,66

136,14

151,84

С₁, В∙с

1,07

0,965

0,955

0,885

0,847

0,812

0,749

0,672

Пример расчета:

По данным таблиц 21 и 22 построим характеристику C₁=f(I_В), (рис. 10).

Рис. 10. Характеристика C₁=f(I_В).

Рис. 11. Электромеханические характеристики ω = ƒ(I₁) двигателя независимого возбуждения

1 – естественная хар-ка;

2 – искусств. U

3 – искусств. Rд≠0, (R_Д1=100 Ом, R_Д2=0 Ом);

4 – искусств. Rд≠0, (R_Д1=100 Ом, R_Д2=0 Ом);

5 – искусств. Ф<Фн, (R=200 Ом);

6 – искусств. Ф<Фн, (R=400 Ом);

7 – искусств. с шунтиров-ем, (R_Д1=100 Ом и R_Д2= 70 Ом);

8 – рекуперативное торможение;

9 – торможение противовключением;

10 – динамическое торможение.

Рис. 12. Механические характеристики ω = ƒ(М₁) двигателя независимого возбуждения

1 – естественная хар-ка;

2 – искусств. U

3 – искусств. Rд≠0, (R_Д1=100 Ом, R_Д2=0 Ом);

4 – искусств. Rд≠0, (R_Д1=100 Ом, R_Д2=0 Ом);

5 – искусств. Ф<Фн, (R=200 Ом);

6 – искусств. Ф<Фн, (R=400 Ом);

7 – искусств. с шунтиров-ем, (R_Д1=100 Ом и R_Д2= 70 Ом);

8 – рекуперативное торможение;

9 – торможение противовключением;

10 – динамическое торможение.

Расчетная характеристика ω = ƒ(I₁)

Данные для расчета:

U₁ = U_H = 220 В

R_ДОБ = R₁ = 100 Ом

I_B1 = 0,2 A

R_Я = 86 Ом

I_H = 0,56 A

n_н=1500 об/мин

При изменении добавочного сопротивления

При изменении тока возбуждения

По полученным значениям строим характеристику ω = ƒ(I₁) (рис. 12)

Рис.13. Характеристика ω = ƒ(I₁).

1- естественная хар-ка

2- при изменении добавочного сопротивления

3- при изменении тока возбуждения

Студентка гр. 7А86 Заостровных А.В.

Выводы:

1) Естественные механическая и электромеханическая характеристики, снятые при номинальных данных, имеют вид гиперболы бесконечно приближенной к оси ω с одной стороны, с другой – к прямой параллельной оси момента (тока).

Скорости холостого хода ДПТНВ не имеет, т.к. при малых токах (моментах) магнитный поток →0, а скорость резко увеличивается и двигатель работает вразнос.

Характеристики располагаются в первом квадранте.

Уравнение механической характеристики: (1)

Уравнение электромеханической характеристики:₍₂₎

2) Регулирование скорости изменением магнитного потока возможно только вверх от естественной характеристики. При уменьшении Iв (потока) скорость увеличивается, при этом скорость холостого хода увеличивается, а ток короткого замыкания уменьшается, жесткость также уменьшается. Это экономичный способ регулирования, так как регулирование производится в маломощной цепи возбуждения. Регулирование производится только в сторону уменьшения потока (увеличения скорости), так как увеличение потока возбуждения не допустимо, так как это вызовет перегрев двигателя. (см формулы (1) и (2))

3) Режим торможения противовключением в нашем случае осуществлялся при изменении активной нагрузки на валу двигателя. Так как момент на валу нагрузочной машины и их направления противоположны, то рабочая машина вращается в противоположном направлении и ее скорость условно отрицательна. Поэтому характеристика противовключения идет в четвертом квадранте.