Тяговые электрические машины (стр. 5 )

изменением подводимого к якорю напряжения

Регулирование частоты вращения этим способом возможно при постоянном моменте на валу и при постоянной частоте вращения. Регулирование при постоянстве момента широко применяется в подъемных и крановых установках, в электрической
тяге.

Регулирование при постоянстве момента. Снятие регулировочных характеристик

при M = const

производится при изменении напряжения в пределах

.

Опыт начинают с максимального напряжения, при котором устанавливают М ~ 0,5 Мн. Затем напряжение постепенно снижают и, поддерживая момент постоянным, снимают 5...6 точек. Результаты занести следует в табл. 4.3.

Т а б л и ц а 4.3

Опытные данные	Расчетные данные
U, В	n, об/мин	Iа, А	Р1, Вт	Р2, Вт

Регулирование двигателя при постоянной частоте вращения. При регулировании этим способом снимаются следующие характеристики:

при n = const.

Они показывают, как меняется режим работы машины при неизменной частоте вращения и переменной механической нагрузке на валу.

Опыт производится следующим образом. При номинальном напряжении двигатель нагружают до Iа = 1,25Iн, затем уменьшают тормозной момент и одновременно снижают напряжение так, чтобы частота вращения осталась постоянной. Опытные данные нужно занести в табл.4.4.

Т а б л и ц а 4.4

Опытные данные	Расчетные данные
U, В	M, Нм	Iа, А	Р1, Вт	Р2, Вт

Анализ и обработка опытных данных

Электромеханические характеристики

Полученные экспериментальным путём электромеханические характеристики следует построить на одном рисунке. Примерный вид характеристик изображен на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Электромеханические характерис-
тики двигателя постоянного тока с последо-

вательным возбуждением

Характеристика Ia = f(M)

Так как момент на валу можно принять равным электромагнитному моменту Мэ, а поток Ф ~ Iа,

то зависимость тока от момента

близка к параболе.

Характеристика n = f(M)

Так как у двигателя последовательного возбуждения по обмотке возбуждения протекает ток якоря, то можно принять, что магнитный поток двигателя пропорционален току якоря
Ф = kфIa (где kФ– коэффициент пропорциональности) и поэтому частота вращения двигателя последовательного возбуждения в зависимости от тока якоря изменяется по гиперболическому за-кону

Выразив ток якоря через момент

,

получим следующее выражение для частоты вращения:

из которого видно, что частота вращения двигателя последовательного возбуждения находится в гиперболической зависимости и от момента нагрузки.

Характеристика P = f (M)

При неизменном напряжении на зажимах якоря зависимость повторяет в другом масштабе кривую
т. е.

.

Характеристика P2 = f(M)

Зависимость полезной мощности на валу от момента можно объяснить из соотношения

.

Кривая зависимости полезной мощности в функции момента по внешнему виду напоминает пологую ветвь параболы.

Характеристика h = f(M)

Эта зависимость имеет вид, обычный для всех электрических машин.

По электромеханическим характеристикам следует определить номинальные данные двигателя , сравнить их с паспортными данными.

Определение номинальных данных производится при номинальном токе двигателя Iан, который берется из паспортных данных машины.

Механические характеристики при шунтировании

обмотки возбуждения и обмотки якоря

Шунтирование обмотки возбуждения вызывает ослабление поля возбуждения двигателя. Этот способ является более экономичным и допускает плавное регулирование. Так как способ связан с увеличением тока якоря, а по условиям нагрева нельзя допускать ток якоря выше номинального в течение длительного времени, то регулирование частоты вращения уменьшением магнитного потока осуществляется при постоянной мощности и переменном моменте.

При шунтировании обмотки якоря увеличивается ток и поток возбуждения, а частота вращения уменьшается. Регулирование сопровождается большими потерями на шунтирующем сопротивлении, т. е. происходит при низком КПД. По условиям нагрева длительное превышение тока обмотки возбуждения недопустимо, поэтому регулирование рекомендуется производить также при постоянстве мощности.

По данным табл. 4.2 на одном графике строятся зависимости
n = f(M) для всех коэффициентов шунтирования kш обмотки возбуждения и обмотки якоря (рис. 4.3).

По данным табл. 4.2 следует построить зависимость частоты вращения от тока возбуждения при постоянстве момента на валу. Построение этой кривой показано на рис.4.4. При построении взять М = 0,8Мн

Рис 4.3. Механические характеристики двигателя

последовательного возбуждения при шунтировании

обмотки возбуждения и обмотки якоря

Puc 4.4. Кривая зависимости частоты

вращения от тока возбуждения

Регулирование частоты вращения двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке якоря

Регулирование частоты вращения при постоянном моменте. Снятые зависимости (табл. 4.3) изобразить, как показано на
рис. 4.5.

Так как момент в процессе опыта поддерживается постоянным

М = смФIа = const,

то и величина тока якоря должна оставаться постоянной. Некоторое увеличение тока якоря с ростом напряжения связано с увеличением потерь в стали и механических потерь, зависящих от частоты вращения.

Частота вращения изменяется почти пропорционально напряжению:

так как IаRa » const и сеФ » const.

КПД при n ~ U практически остается постоянной величиной

Регулирование двигателя изменением напряжения при постоянной частоте вращения. Снятые зависимости (табл. 4.4) изобразить, как показано на рис. 4.6.

Из формулы при следует

n Ia h

 

Рис 4.5. Регулирование частоты вра-

щения изменением напряжения при

постоянстве момента

Рис 4.6. Регулирование двигателя измене-

нием напряжения при постоянной частоте

вращения

Ток якоря в ненасыщенной машине при постоянной скорости пропорционален приложенному напряжению. При напряжениях, близких к номинальному, из-за насыщения магнитной цепи ток якоря резко возрастает.

Момент двигателя в зависимости от напряжения при постоянной скорости изменяется примерно по параболическому закону, так как

и

Мощность на валу двигателя Р2 изменяется так же, как и момент, так как

, то

Регулирование двигателя при постоянстве частоты вращения при переменной нагрузке на валу происходит при неизменном КПД двигателя:

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия и принципиальную схему соединения обмоток двигателя последовательного возбуждения.

2. Из каких последовательно включенных элементов состоит цепь, по которой протекает ток двигателя?

3. Почему недопустимо пускать двигатель последовательного возбуждения вхолостую?

4. Какова область практического использования двигателей постоянного тока последовательного возбуждения?

5. Как по паспортным данным двигателя рассчитать его номинальный момент?

6. Приведите известные Вам уравнения, описывающие режимы работы двигателей последовательного возбуждения.

7. Что такое «электромеханические характеристики» двигателя? Как их получить опытным путем?

8. Проведите анализ зависимости частоты вращения двигателя от момента на его валу (механическая характеристика) при постоянном напряжении питания.

9. Какие возможны способы регулирования частоты вращения двигателя последовательного возбуждения?

10. Как влияет на электромеханические характеристики шунтирование обмотки возбуждения, обмотки якоря?

11. Приведите сравнительную характеристику двигателей параллельного и последовательного возбуждения с целью выбора типа двигателя постоянного тока в качестве тягового (на электрическом транспорте).

12. Как можно изменить направление вращения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения?

Список литературы

1. И. Электрические машины. – М.: Энергия, 1978.

2. , М. Электрические маши-ны. – Л.: Энергия, 1972 – Ч.1. Машины постоянного тока. Трансформаторы – 543 с. – Ч. 2. Машины переменного тока, 648 с.

3. Электрические машины. – М.: Энергия, 1974. –
Ч.1.

4. Иванов- В. Электрические машины. – М.: Энергия, 1980.

5. Электрические машины. – М.: Госэнергоиздат, 1963. – Ч.2. Асинхронные машины.

6. К. Промышленные испытания электрических машин. – М.: Энергия, 1968.

7. В. Тяговые электрические машины и преобразования. – Л.: Энергия, 1977.

8. и др. Электрические машины железнодорожного транспорта. – М.: Транспорт, 1986.

9. и др. Тяговые электрические машины и трансформаторы. – М.: Транспорт, 1979.

Тяговые электрические машины

Сборник лабораторных работ

Редактор

Технический редактор

____________________________________________________________________________

Подписано в печать 11.10.2002. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная.

Тираж 300 экз. Уч.-изд. л. 2,75. Печ. л. 3,0.

Изд. № 000. Заказ № . Цена договорная

____________________________________________________________________________

Отпечатано в типографии

Новосибирского государственного технического университета

г. Новосибирск,