Исследование электропривода постоянного тока с двигателем независимого возбуждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ Г.И. НОСОВА»

Кафедра автоматизированного электропривода и мехатроники

Лабораторная работа

На тему: «Исследование электропривода постоянного тока с двигателем независимого возбуждения»

Выполнили:

Ахмедвалиев А.Г.

Магнитогорск, 2019 год



Исследование электропривода постоянного тока с двигателем независимого возбуждения

Цель работы: исследование и изучение электромеханических свойств электропривода постоянного тока с двигателем независимого возбуждения в различных статических режимах.

Программа работы

1. Экспериментальная часть

1.1. Ознакомление с электрооборудованием лабораторной установки.

1.2. Снятие естественной скоростной и механической характеристик ????f(IЯ), ????f(М) при U?UН, IВ ?IВН , Rd ??0.

1.3. Снятие реостатных характеристик ????f(IЯ), ????f(М) при U?UН, IВ ?IВН , Rd ??const (при 2 различных значениях Rd ).

1.4. Снятие характеристик ????f(IЯ), ????f(М) при nдв ?1000 (об/мин), Rd ??0 и ослабленном магнитном потоке, IВ ??0,5?IВН.

1.5. Снятие характеристик ????f(IЯ), ????f(М) в режиме динамического торможения при двух значениях добавочного сопротивления в цепи ротора Rd1, Rd1 ?Rd2.

2. Расчетная и графическая части

2.1. Рассчитать естественные и реостатные характеристики ????f(IЯ), ????f(М), а так же характеристики при ослаблении магнитного потока.

2.2. Для каждой экспериментальной точки рассчитать значение момента двигателя М1.

2.3. На одном графике построить характеристики ????f(М) естественную, реостатные и при ослаблении магнитного потока.

2.4. То же для скоростных характеристик ????f(IЯ).

2.5. На одном графике построить характеристики ????f(М) в режиме динамического торможения.

2.6. То же для характеристик ????f(IЯ).

2.7. Рассчитать величины добавочных сопротивлений для реостатных характеристик и в режиме динамического торможения.

2.8. Сделать выводы по работе.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Снятие естественной механической характеристики

3.1.1. До проведения экспериментов ознакомиться с электрооборудованием лабораторной установки, силовой схемой стенда.

3.1.2. Собрать силовую схему лабораторной установки, представленную на рис. 1.

Перед началом каждого эксперимента, необходимо собрать вручную схему с помощью силовых проводников, которые находятся в ящике стенда. Собрав схему, нужно показать её преподавателю или учебному мастеру для проверки, затем включать питание.

В лабораторной работе исследуемым является двигатель М1, поэтому асинхронная машина М2 будет создавать для М1 статический момент на валу.

После того, как схема собрана, необходимо настроить электроприводы для эксперимента.

3.1.3. Двигатель М1 будет управляться тиристорным преобразователем в разомкнутой системе, для чего на панели команд (рис. 2) установить тумблер SA5 в правое положение «Разомкнутая система», SA4 в левое положение «Скорость»

3.1.4. Тумблер SA2 установить в правое положение для задания направления вращения «Вперед», а SA3 в левое положение «Назад».

3.1.5. Электропривод нагрузочной машины АД нужно настроить для создания момента. Для этого, на панели команд частотного преобразователя (рис. 3) установить тумблер SA4 в левое положение «Момент».

3.1.6. Тумблер SA3 установить в левое положение для задания направления «Назад», а SA2 «Вперед» - в правое положение.

3.1.7. Потенциометр R2 установить в крайнее левое положение до упора, при этом начальное задание на момент АД будет равным нулю.

3.1.8. Включить питание стенда последовательно кнопками «Пуск» контакторов КМ, КМ1 и КМ2.

3.1.9. Включить тумблеры:

- на тиристорном преобразователе SA1 вправо; - на частотном преобразователе SA1 влево.

Тем самым, разрешив подачу импульсов на силовые ключи. 3.1.10. Сопротивлением R3 выставить номинальный ток возбуждения двигателя М1, iВН ??0,58 (А).

3.1.11. Разогнать двигатель М1 до скорости 1000 об/мин, удерживанием кнопки SB1 (Ud больше). Уменьшение задания скорости, осуществляется кнопкой SB2 (Ud меньше).

3.1.12. Потенциометром R2 частотного преобразователя плавно увеличивать момент на валу М1, снимая показания приборов PV1, PA1, PV4, заносить их в таблицу 1. Скорость двигателя М1 будет снижаться с увеличением тормозного момента со стороны АД М2, что свидетельствует о двигательном режиме работы М1.

Таблица 1- Механические и скоростные характеристики

Измерено	Вычислено
Iя	n	??? f(Iя)	ММ1	Rd	?????f(M)
А	об/мин	с?1	Н?м	Ом	с?1

3.1.13. Для снятия характеристики с ослабленным магнитным потоком, необходимо уменьшить нагрузочный момент до нуля, выкручивая ручку потенциометра частотного преобразователя R2 в крайнее левое положение.

3.1.14. Уменьшить ток возбуждения машины М1 в 2 раза (IВ ??0,29А) ручкой потенциометра R3.

3.1.15. Снять характеристику с ослабленным потоком, см. п. 3.1.12.

3.1.16. После эксперимента по снятию характеристик, уменьшить нагрузочный момент до нуля, выкручивая ручку потенциометра R2 в крайнее левое положение, (рис. 3).

3.1.17. Уменьшить напряжение якоря М1 до нуля, удерживая кнопку SB2 (Ud меньше), (рис. 2).

3.1.18. Снять разрешение на подачу управляющих импульсов на силовые ключи частотного (тумблер SA1 - вправо) и тиристорного преобразователей (тумблер SA1 - влево).

3.1.19. Выключить питание стенда кнопкой «Стоп» контактора КМ.

3.2. Снятие реостатных характеристик

3.2.1. Собрать силовую схему лабораторной установки, представленную на рис. 1.22. Необходимо снять две искусственные реостатные характеристики с введением добавочного сопротивления в цепь якоря М1:

- с добавочным сопротивлением Rd1 ?Rd2 , (рис. 4);

- с добавочным сопротивлением 2Rd1 ??2Rd2 , (рис. 5).

3.2.2. Повторить процедуру настройки электроприводов стенда и снятия характеристики, п. 3.1.3. - 3.1.12.

3.2.3. После эксперимента по снятию реостатной характеристики с добавочным сопротивлением Rd1 ?Rd2 , отключить стенд, следуя п. 3.1.16. - 3.1.19.

3.2.4. Увеличить омическое сопротивление якорной цепи машины М1, добавив последовательно обмотки якоря 2Rd1 ??2Rd2 .

3.2.5. Повторить процедуру настройки электроприводов стенда и снятия характеристики, п. 3.1.3. - 3.1.12.

При снятии реостатной характеристики с добавочным сопротивлением 2Rd1 ??2Rd2 , (рис. 5), есть возможность снять участок противовключения (скорость двигателя меняет направление).

ВНИМАНИЕ! Снимая этот режим, нужно следить за тем, чтобы ток якоря не превышал двойного номинального тока двигателя М1 (IЯ ??2IН ). В режиме противовключения скорость двигателя низкая, тем самым он не может охлаждать себя потоком воздуха от вентилятора на валу. Поэтому эксперимент по снятию участка противовключения необходимо проводить быстро, чтобы не перегревать обмотки и изоляцию двигателя.

3.2.6. После эксперимента по снятию реостатной характеристики с добавочным сопротивлением 2Rd1 ??2Rd2 , отключить стенд, следуя п. 3.1.16. - 3.1.19.

3.3. Снятие механических характеристик в режиме динамического торможения

3.3.1. При отключенном напряжении питания стенда (нажата кнопка «Стоп» контактора КМ), собрать силовую схему для снятия двух механических характеристик двигателя М1 в режиме динамического торможения:

- с добавочным сопротивлением Rd1(рис. 6);

- с добавочным сопротивлением Rd1 ?Rd2 (рис. 7).

3.3.2. Произвести настройку нагрузочного привода АД и включение стенда согласно п. 3.1.5. - 3.1.10.

3.3.3. Потенциометром R2 частотного преобразователя плавно увеличивать момент на валу М1, снимая показания приборов PA1, PV4, заносить их в таблицу 1.

3.3.4. После эксперимента по снятию характеристик динамического торможения, отключить стенд, следуя п. 3.1.16. - 3.1.19.



1. Естественная характеристика при Iв=0,58 А.

Паспортные данные двигателя, дросселя и трансформатора указаны в таблицах 1-3.



Таблица 1-Паспортные данные двигателя постоянного тока независимого возбуждения 4ПБМ 112LГ04

Параметр	Номинальное значение
Номинальная мощность, Рн, кВт	1,32
Номинальное напряжение якоря, Uн, В	220
Номинальный ток, Iн, А	7,3
Номинальная скорость, nН , об/мин	2000
Напряжение возбуждения, Uвн, В	220
Номинальный ток возбуждения, IВН , А	0,58
Сопротивление обмотки якоря RЯ 20 ? С , Ом	2,5
Сопротивление обмотки возбуждения, RОВ 20?С, Ом	270
Индуктивность обмотки якоря, LЯ ,мГн	30
Момент инерции двигательного агрегата М1-М2, J? , кг ? м2	0,021

Таблица 2- Паспортные данные сглаживающего дросселя двигателя постоянного токееее

Параметр	Номинальное значение
Сопротивление сглаживающего дросселя RСД 20? С , Ом	0,06
Индуктивность сглаживающего дросселя, LДР , мГн	30

Таблица 3- Паспортные данные питающего трансформатора ТСТ 19/0208

Параметр	Номинальное значение
Номинальная мощность, Sн, кВА	19
Напряжение первичной обмотки, U1 , В	380
Напряжение вторичной обмотки, U2 , В	208
Номинальный фазный ток первичной обмотки, I1, А	28,2
Номинальный фазный ток вторичной обмотки, I2 , А	47,5
Напряжение короткого замыкания, UК , %	4
Мощность потерь короткого замыкания, ?РК , кВт	0,51

1. Естественная характеристика при Iв=0,58 А; Rd=0; U=220В.

Определим активное сопротивление фазы трансформатора:



,

где - Мощность потерь короткого замыкания:

- номинальный ток первичной обмотки трансформатора:

,

Определим полное сопротивление трансформатора:

,

где - напряжение короткого замыкания:;

- первичное напряжение трансформатора:

,

Определим индуктивное сопротивление трансформатора:

,

,

Определим индуктивность фазы трансформатора:

,



,

Определим номинальный поток двигателя по формуле:

=1,24*2,5=3,1 ОМ

ѓЦn=0,1047*2000= 209,4 рад/с.

,

Расчет эквивалентного сопротивления нужно производить с учетом суммы всех сопротивлений, находящихся в якорной цепи и нагрева обмотки якоря и сглаживающего дросселя до 800С.

,

,



1) Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик по формуле: электрооборудование торможение трансформатор скорость

где Iя- измеренный ток якоря: приведён в таблице 4.

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле:

,

Данные дальнейшего расчёта приведены в таблице 4.

1) Определим момент по формуле:

,

где Iя - ток якоря ДПТ, А.

Для расчёта момента принимаем кФ=0,94 (таблица 2).

*0,94= 2,82Нм

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведён в таблице 4.

Таблица 4- Данные расчёта естественных характеристик

Естественная характеристика при Iв=0,58 А; Rd=0; U=220В
Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
-3	222,6969	-2,828	222,6969	2127	0,9425501
0	215,9961	0	215,9961	2063	0,9425501
3	212,0175	2,8277	212,0175	2025	0,9425501
6	208,8765	5,6553	208,8765	1995	0,9425501
9	206,259	8,483	206,259	1970	0,9425501
12	197,883	11,311	197,883	1890	0,9425501

2. Естественная характеристика при Iв=0,58 А; Rd=0; U=110В.

Определим активное сопротивление фазы трансформатора:

,

где - Мощность потерь короткого замыкания:

- номинальный ток первичной обмотки трансформатора:

,

Определим полное сопротивление трансформатора:

,

где - напряжение короткого замыкания:;

- первичное напряжение трансформатора:



,

Определим индуктивное сопротивление трансформатора:

,

,

Определим индуктивность фазы трансформатора:

,

,

Определим номинальный поток двигателя по формуле:

=2,5 ОМ

ѓЦn=0,1047*1000= 104,7 рад/с.

,

Расчет эквивалентного сопротивления нужно производить с учетом суммы всех сопротивлений, находящихся в якорной цепи и нагрева обмотки якоря и сглаживающего дросселя до 800С.



,

,

1) Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик по формуле:

где Iя- измеренный ток якоря: приведён в таблице 5.

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле:

,



Данные дальнейшего расчёта приведены в таблице 5.

1) Определим момент по формуле:

,

где Iя - ток якоря ДПТ, А.

Для расчёта момента принимаем кФ=0,94 (таблица 2).

*0,88= 2,64Нм

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведён в таблице 5.

Таблица 5- Данные расчёта естественных характеристик Естественная характеристика при Iв=0,58 А; Rd=0; U=110В

Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
-3	120,3003	-2,64	120,3003	1149	0,88
0	111,8196	0	111,8196	1068	0,88
3	103,9671	2,64	103,9671	993	0,88
6	95,5911	5,28	95,5911	913	0,88
9	93,183	7,92	93,183	890	0,88
12	85,7493	10,56	85,7493	819	0,88

3. Реостатные характеристики при Iв=0,58 А.

3.1 При Rд=4 Ом, U=110В.

Определим эквивалентное сопротивление при Rд=4 Ом по формуле:

,



Определим момент М по формуле (9) :

* 0,88= 2,64 Нм

Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик по формуле (7):

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле(8):

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведён в таблице 6.

3.2 При Rд= 8 Ом, U=110В.

Определим эквивалентное сопротивление при Rд=8 Ом по формуле (9):

,

Определим момент М по формуле (9) :

* 0,88= 2,64 Нм

Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик по формуле (7):

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле(8):

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведён в таблице 6. 3.3 При Rд= 24 Ом, U=110В.

Определим эквивалентное сопротивление при Rд=24 Ом по формуле (9):

,

Определим момент М по формуле (9) :

* 0,88= 2,64 Нм

Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик по формуле (7):

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле(8):



,

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведём в таблице 6.

Таблица 6-Данные расчёта реостатных характеристик

Реостатная характеристика при rd=4 ом
Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
-3	134,2254	-2,64	134,2254	1282	0,88
0	110,1444	0	110,1444	1052	0,88
3	91,7172	2,64	91,7172	876	0,88
6	72,4524	5,28	72,4524	692	0,88
9	55,9098	7,92	55,9098	534	0,88
12	36,7497	10,56	36,7497	351	0,88
Реостатная характеристика при rd=8 ом
Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
-3	146,7894	-2,64	146,79	1402	0,88
0	117,1593	0	117,16	1119	0,88
3	82,1895	2,64	82,19	785	0,88
6	52,9782	5,28	52,978	506	0,88
8	38,739	7,04	38,739	370	0,88
8,5	36,0168	7,48	36,017	344	0,88
Реостатная характеристика при rd=24 ом
Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
-3	186,366	-2,64	186,366	1780	0,88
0	110,1444	0	110,1444	1052	0,88
3	47,9526	2,64	47,9526	458	0,88
6	-18,3225	5,28	-18,3225	-175	0,88
8,5	-75,8028	7,48	-75,8028	-724	0,88

4. Характеристики при ослабление поля

4.1 При Iв=0,4 А; Rd=0; U=110 В.

Определим номинальный поток двигателя по формуле (5):



,

Определим момент по формуле (9):

*0,88=Нм

Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик по формуле (7):

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле(8):

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведён в таблице 7.

4.2 При Iв=0,25 А; Rd=0; U=110 В.

Определим номинальный поток двигателя по формуле (5):

,

Определим момент по формуле (9):

*0,88 =Нм

Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик по формуле (7):

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле(8):

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведён в таблице 7.

Таблица 7- Данные расчёта характеристик при ослаблении поля

При ослаблении поля I при Iв=0,4 А
Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
-3	149,512	-2,1	149,51	1428	0,88
0	137,89	0	137,89	1317	0,88
3	129,2	2,1	129,2	1234	0,88
6	122,185	4,2	122,18	1167	0,88
9	114,437	6,3	114,44	1093	0,88
12	106,166	8,4	106,17	1014	0,88
При ослаблении поля I при Iв=0,25А
Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
-3	216	-1,5	216	2063	0,88
0	200,19	0	200,19	1912	0,88
3	188,67	1,5	188,67	1802	0,88
6	177,89	3	177,89	1699	0,88
9	171,92	4,5	171,92	1642	0,88
12	161,76	6	161,76	1545	0,88

По данным таблиц 4-7 построим график скоростных характеристик ДПТ НВ :

Рисунок 1- График скоростных характеристик ДПТ НВ.

По данным таблиц 4-6 построим график электромеханических характеристик:

Рисунок 2- График электромеханических характеристик ДПТ НВ.

По данным таблиц 4-7 построим график скоростных характеристик ДПТ НВ :



Рисунок 1- График скоростных характеристик ДПТ НВ.

По данным таблиц 4-6 построим график электромеханических характеристик:

Рисунок 2- График электромеханических характеристик ДПТ НВ.

5. Динамическое торможение.

5.1 При Rd=4 ОМ; U=110 В

Определим момент по формуле (9):



*0,88= 2,64 Нм

Эквивалентное сопротивление якорной цепи, в данном случае, будет рассчитываться по формуле:

,

Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик в режиме динамического торможения по формуле:

,

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле:

,

,

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведён в таблице 7.

5.2 При Rd=8 ОМ; U=110 В

Определим момент по формуле (9):

*0,88= 2,64Нм

Эквивалентное сопротивление якорной цепи, в данном случае, будет рассчитываться по формуле (10):

,

Определим угловую скорость щ для скоростных характеристик в режиме динамического торможения по формуле (11) :

,

Определим угловую скорость щ для электромеханических характеристик по формуле (12):

Дальнейший расчёт угловой скорости и момента М приведён в таблице 8.

,

Таблица 8- Данные расчёта характеристик при динамическом торможении

Динамическое торможение Rd=4 ом
Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
0	0	0	0	0	0,88
-3	17,694	-2,64	17,694	169	0,88
-6	35,179	-5,28	35,179	336	0,88
-9	52,978	-7,92	52,978	506	0,88
-10	58,632	-8,8	58,632	560	0,88
4. Динамическое торможение Rd=16 ом
Iа,А	w=f(I),рад/с	М,нм	w=f(М),рад/с	Nн, об/мин	Кф
0	0	0	0	0	0,88
-3	42,718	-2,828	42,718	408	0,88
-6	88,053	-5,655	88,053	841	0,88
-9	138,94	-8,483	138,94	1327	0,88



Вывод

В ходе лабораторной работы сняли естественную и искусственные характеристики Двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Итак, после выполнения лабораторной работы получили следующие оценки способов регулирования скорости:

1) Реостатное:

1.1) Регулирование однозонное- вниз от основной скорости, так как, вводя дополнительные сопротивления Rд, мы увеличиваем ??щ, и все искуственные характеристики будут находиться ниже естественной

1.2) Диапазон регулирования реостатного регулирования невелик (2-2,5) /1 при изменении Мсна 40-50%

1.3) Стабильность скорости низкая- низкая,жесткость характеристик падает с ростом R.

2) Изменением напряжения

2.1) Регулирования однозонное, вниз от основной скорости

2.2) Диапазон регулирования в разомкнутой структуре (8-10)/1 стабльность скорости достаточно высокая.

2.3)Регулирование плавное

2.4)Мдоп=Мном так как кФ=кФном=с

2.5)Способ экономичен в эксплуатации, поскольку не используются дополнительные резисторы, рассеивающие энергию.

3)Изменением магнитного потока

3.1)Регулирование скорости при U=const однозонное-вверх от основной скорости. Это главный недостаток способа, существенно ограничивающий область его применения.

3.2)Стабильность скорости относительно высокая-характеристики жесткие

3.3)Диапазон регулирования скорости может быть значительным до (3-4)/1

3.4)Регулирование скорости плавное, можно получить характеристики расположенные как угодно близко друг к другу.

3.5)В связи с тем что регулирование происходит при U=const уменьшением магнитного потока ,Мдоп=кФ*Iном<Мном,следует что Pдоп=Mдоп*щ=Uном*Iном-I2ном*Rя=const

Т.е. при данном способе регулирования неизменна допустимая мощность на валу.

3.6)Простота реализации ,так как в силовой цепи нет дополнительных элементов в которых рассеивается энергия

3.7)Капитальные затраты на регулирование также весьма низкие, что связано с малой мощностью цепи возбуждения

Размещено на Allbest.ru