Выражение для определения механической характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением — зависимости частоты вращения n от момента нагрузки М_н на валу двигателя:

                                           n = n₀ – (R_я  / (с_е c_мФ²)) М_н                                    

     Другой  важной характеристикой двигателя  является его моментная характеристика — зависимость развиваемого электромагнитного момента М_вр от тока якоря I_я,.

     Для двигателя с параллельным возбуждением при постоянном магнитном потоке Ф (неизменном токе возбуждения I_в) моментная характеристика представляет собой прямую линию, т. е. чем больше нагрузка на валу, тем больше ток якоря и развиваемый электродвигателем момент.

     Зная  момент на валу М_вр, Н*м, и частоту вращения п, об/мин, двигателя можно вычислить полезную мощность Р₂, Вт, и коэффициент полезного действия двигателя η:

                                                    P₂ = 0,105 М_врn                                        

                                                 η = P₂ / P₁ = P₂ /UI                                        

     где P₁ = UI — электрическая мощность, потребляемая двигателем, Вт.

     Как изменить направление вращения двигателя  постоянного тока? Направление вращающего момента определяется направлением магнитного потока Ф или направлением тока в обмотке якоря I_я. Если просто изменить полярность подводимого напряжения, то изменится и направление магнитного потока, и направление тока, а это приведет к тому, что направление вращающего момента не изменится: с_м (-Ф)(- I_я) = с_м Ф I_я. Значит, для изменения направления вращения якоря необходимо изменить либо направление магнитного потока Ф, т.е. тока возбуждения I_в, либо направление тока в обмотке якоря I_я. Осуществляется это с помощью коммутации шунтовой (параллельного возбуждения) или якорной обмотки, в частности, изменением подключаемых концов обмоток.

     Приборы и оборудование

     Объектом  испытаний является машина постоянного  тока с параллельным возбуждением, работающая в режиме двигателя.

     Защитные устройства — предохранители и лампа, сигнализирующая о подаче питания в ЭЦ, электронный  вольтметр.

     Порядок выполнения

1. Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями по данной теме. Подготовить в рабочей тетради протокол испытаний.
2. В соответствии с данными табл. 3.1 для своего варианта вычислить номинальную частоту вращения двигателя на холостом ходу n₀

      Таблица 3. 1

3. Ознакомиться с помощью демонстрационного макета с 
   конструкцией машины постоянного тока, изучить схему коммутации, определить измерительные приборы, которые следует использовать в процессе испытаний.
4. Собрать схему

      Занести в протокол испытаний паспортные данные двигателя

      Тип…

      Напряжение…

      Ток  якоря…

      Ток возбуждения…

      Частота вращения…

5. Снять частотную характеристику двигателя — зависимость частоты вращения n от тока якоря I_я = I – I_в, отметить показания генератора и результаты занести в таблицу 3.2 

Таблица 3.2

 

6. Снять зависимость  частоты вращения n от тока возбуждения I_в, снять показания подключенного вольтметра для 5 – 6 точек и результаты занести в таблицу 3.3

Таблица 3.3

 

7. После согласования протокола испытаний с преподавателем отключить двигатель, разобрать ЭЦ, проводники сдать лаборанту, рабочее место привести в порядок.
8. На основании данных табл. 3.2 вычислить ток якоря I_я и результаты занести в протокол испытаний. Построить частотную характеристику п = f(I_я)
9. На основании данных табл. 3.3 построить характеристику п = f(I_в)
10. Вычислить полезный момент М_вр, если коэффициент полезного действия двигателя η = 70 %. Результаты занести в протокол испытаний.
11. Основные формулы

М_вр = с_мФI_я

I_я = U/R _я

n₀ = U/ (с_еФ)

12. Сделать краткие вывода о проделанной работе, составить отчет.

      Контрольные вопросы

1. Какие основные законы положены в основу работы электродвигателя?
2. Что такое электродвигатель?
3. Какие основные узлы входят в состав машины постоянного тока?
4. Назовите способы возбуждения машин постоянного тока.
5. Укажите способы реверса двигателя постоянного тока.
6. Где находят основное применение двигатели постоянного тока?
7. Назовите основные характеристики двигателя постоянного тока.

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

 

      Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

      Цель  работы. Изучить конструкцию асинхронного двигателя. Снять механическую характеристику асинхронного двигателя.

     Краткие теоретические сведения

     Асинхронные машины относятся к машинам переменного  тока, питаются синусоидальным током  и преимущественно преобразуют энергию переменного тока в механическую энергию, т.е. основное применение они нашли в качестве двигателей. Асинхронные двигатели являются основным типом приводных двигателей в промышленности (приводы металлорежущих станков, насосов, вентиляторов, подъемных механизмов) и быту (стиральные машины, холодильники, электроинструмент).

     В зависимости от типа источника питания  асинхронные двигатели могут быть трехфазными и однофазными. Трехфазные машины в основном используются на производстве, однофазные — в быту.

     Асинхронный двигатель имеет самое простое конструктивное исполнение из всех электрических машин и состоит из двух основных узлов — неподвижного статора и вращающегося ротора.

     Статор  выполняют в виде полого цилиндра с пазами на внутренней поверхности. В пазы укладывают обмотку из изолированного провода. Изготовляют статор из тонких штампованных изолированных электрически друг от друга пластин из ферромагнитного материала. Это позволяет снизить магнитные потери на гистерезис и вихревые токи.

     Проводники, уложенные в пазах статора  равномерно, объединяют либо в три обмотки, оси которых сдвинуты в пространстве на 120° (трехфазные машины), либо в две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90° (однофазные машины).

     Для трехфазных обмоток принято обозначать начала фаз С1, С2, СЗ, а концы фаз  — С4, С5, С6. Обмотки трехфазной машины могут быть соединены «звездой» или «треугольником».

     Ротор асинхронного двигателя выполняют в виде сплошного цилиндра также из отдельных ферромагнитных пластин. Он имеет пазы на внешней поверхности, в которые укладывается обмотка. Обмотка ротора может быть короткозамкнутой или фазной.

     Короткозамкнутую  обмотку  (рис. 4.1) выполняют заливкой пазов ротора алюминием с закороткой их по торцам кольцами (беличье колесо).

     

           Рис. 4.1. Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронного двигателя

      Фазную  обмотку укладывают изолированным  проводом в виде трех фаз, соединенных «звездой». Начала фаз подключают к трем контактным кольцам, расположенным на оси ротора . Подключение обмотки ротора к ЭЦ осуществляется с помощью контактных щеток, располагаемых на корпусе и скользящих по кольцам при вращении ротора.

     В основу работы асинхронного двигателя, как и любой другой электрической  машины, положены законы электромагнитной индукции и электромагнитных сил. Если к трем обмоткам статора, сдвинутым в пространстве на 120°, подвести три напряжения, сдвинутые по фазе также на 120º, то на статоре создается вращающееся магнитное поле. Частота его вращения п₁ называемая синхронной, определяется отношением

     n₁ = 60f₁ / p

     где f₁ — частота переменного напряжения, подведенного к обмотке статора; р — число пар полюсов на статоре.

     При промышленной частоте f = 50 Гц и одной паре полюсов (р= 1) максимальная синхронная частота вращения n₁ = 3000 об/мин. Вращающееся магнитное поле статора, пересекая обмотки неподвижного ротора, наводит в них ЭДС (в соответствии с законом электромагнитной индукции). Действующее значение ЭДС в фазе неподвижного ротора

     Е₂ = 4,44k₂f₂W₂Ф_max,

     где k₂ — обмоточный коэффициент; f₂ — частота переменной ЭДС в роторе (равная f₁); W₂ — число витков в фазе ротора; Ф_max — амплитуда магнитного потока фазы.