МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок
Лабораторная работа
«Исследование характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением»
по дисциплине «Автоматизированный электропривод нефтегазовой отрасли»
Выполнили студенты гр. ЭМА-93 Алимов Ж.Н., Усмонов Б.И., Тулаганов О.М., Эргашев А.А
Новосибирск 2022
1. Цель работы
Освоить методику экспериментального снятия скоростных и механических характеристик электродвигателей при использовании в качестве нагрузочного устройства электрической машины постоянного тока с независимым возбуждением.
Рассчитать и снять экспериментальным путём естественные и искусственные скоростные и механические характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при неизменном напряжении питающей сети с различными по величине добавочными сопротивлениями в цепи якоря и токами в обмотке возбуждения в нормальной схеме включения, при динамическом торможении и в схеме шунтирования обмотки якоря.
Выяснить влияние на характеристики этих параметров, сопоставить расчётные и экспериментальные характеристики, оценить их жёсткость, сделать выводы по работе.
2. Электрическая схема лабораторной установки
Рис. 1 - Принципиальная электрическая схема лабораторной установки.
3. Технические данные электрических машин
генераторный ток сопротивление двигатель
Испытываемый электродвигатель М3: двигатель постоянного тока типа П-11, смешанного возбуждения (обмотка последовательного возбуждения не используется), 0,3 кВт, 110 В, 4,3 А, 1500 об/мин, режим работы длительный (S1), класс изоляции А,
rя + rдп = (3,84 + 1,26) Ом, rпос = 0,236 Ом, rпар = 300 Ом, Iв.д.ном = 0,367 А.
Нагрузочная машина М4: данные аналогичны п. 3.
Генератор нагрузочного устройства G2: двигатель постоянного тока типа П-22 смешанного возбуждения (обмотка последовательного возбуждения не используется), 1,0 кВт, 220 В, 5,9 А, 1500 об/мин, режим работы длительный (S1), класс изоляции А, КПД = 77%, rя + rдп = (3,32 + 0,85) Ом, rпос = 0,25 Ом, rпар = 712 Ом, Iв.г.ном = 0,31 А.
Асинхронный двигатель М2 (гонный двигатель генератора): тип АО-41-4, ротор короткозамкнутый, 1,7 кВт, 1420 об/мин, соединение обмоток статора Д/Y, 220/380 В, 8,7/3,9 А, cosцн = 0,82, КПД = 81,5%.
Данные генератора G1 и его гонного асинхронного двигателя М1 аналогичны пп. 3.
4. Расчётные формулы
- скоростная характеристика.
- механическая характеристика.
- жёсткость механической характеристики.
M = kФIа - связь тока якоря и момента.
5. Таблицы расчётных данных
Приложены к отчёту.
6. Графики расчётных скоростных и механических характеристик
Приложены к отчёту.
7. Краткое изложение методики экспериментального снятия механических характеристик
На лабораторном стенде собрана схема «а» (рисунок 1), с приборов сняты показания работы испытываемого электродвигателя М3 и нагрузочной машины М4 при их естественной работе, с введением различных добавочных сопротивлений и с изменением тока возбуждения. Далее была собрана схема «б» (рисунок 1), по ней были сняты показания М3 и М4 при их работе в режиме динамического торможения. Затем по схеме «в» (рисунок 1) введено сопротивление шунтирования и также сняты различные показания. После для двигательного режима при номинальной скорости вращения якоря путём опытного снятия данных построена энергетическая диаграмма лабораторной установки.
8. Таблицы опытных данных
Таблица 1 - Механические потери при прямом вращении двигателя.
|
n, об/мин |
250 |
500 |
750 |
1000 |
1250 |
1500 |
|
|
I, А |
0,35 |
0,38 |
0,40 |
0,50 |
0,55 |
0,60 |
|
|
M, Н·м |
0,20 |
0,21 |
0,22 |
0,28 |
0,31 |
0,34 |
Таблица 2 - Механические потери при обратном вращении двигателя.
|
n, об/мин |
1500 |
1250 |
1000 |
750 |
500 |
250 |
|
|
I, А |
0,60 |
0,50 |
0,40 |
0,40 |
0,35 |
0,35 |
|
|
M, Н·м |
0,34 |
0,28 |
0,22 |
0,22 |
0,20 |
0,20 |
Таблица 3 - Естественные скоростные и механические характеристики для генераторного и двигательного режимов.
|
n, об/мин |
1400 |
1425 |
1475 |
1500 |
1525 |
1550 |
|
|
Iнм, А |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
|
Mнм, Н·м |
2,8 |
2,24 |
1,68 |
1,11 |
0,56 |
0 |
|
|
Iид, А |
4 |
3,4 |
2,6 |
2 |
1,2 |
0,4 |
|
|
Mид, Н·м |
2,24 |
1,9 |
1,46 |
1,11 |
0,62 |
0,22 |
Таблица 4 - Искусственные скоростные и механические характеристики для генераторного и двигательного режимов с введением добавочного сопротивления Rд = 31 Ом.
|
n, об/мин |
1600 |
1500 |
1400 |
1300 |
1200 |
1100 |
1000 |
800 |
700 |
600 |
|
|
Iнм, А |
0 |
0 |
0,1 |
0,5 |
1,2 |
1,8 |
2,2 |
2,75 |
3,2 |
3,8 |
|
|
Mнм, Н·м |
0 |
0 |
0,06 |
0,28 |
0,67 |
1 |
1,23 |
1,54 |
1,79 |
2,13 |
|
|
Iид, А |
0 |
0,2 |
0,5 |
0,8 |
1,2 |
1,7 |
2 |
2,4 |
2,75 |
3,1 |
|
|
Mид, Н·м |
0 |
0,11 |
0,28 |
0,45 |
0,67 |
0,95 |
1,12 |
1,34 |
1,54 |
1,73 |
Таблица 5 - Искусственные скоростные и механические характеристики для генераторного и двигательного режимов с введением добавочного сопротивления Rд = 12 Ом.
|
n, об/мин |
1600 |
1500 |
1400 |
1300 |
1200 |
1100 |
1000 |
900 |
|
|
Iнм, А |
0 |
0,2 |
1 |
1,8 |
2,8 |
3,6 |
4,5 |
5 |
|
|
Mнм, Н·м |
0 |
0,11 |
0,56 |
1 |
1,54 |
2,02 |
2,52 |
2,8 |
|
|
Iид, А |
0 |
0,6 |
1,2 |
1,8 |
2,4 |
3 |
3,75 |
4 |
|
|
Mид, Н·м |
0 |
0,34 |
0,67 |
1 |
1,34 |
1,68 |
2,1 |
2,24 |
Таблица 6 - Искусственные скоростные и механические характеристики для генераторного и двигательного режимов с изменением тока возбуждения и с введением добавочного сопротивления Rд = 31 Ом (kФ = 0,449).
|
n, об/мин |
1600 |
1500 |
1400 |
1300 |
1200 |
1100 |
1000 |
900 |
750 |
500 |
|
|
Iнм, А |
-0,2 |
0,2 |
0,7 |
1 |
1,6 |
2,1 |
2,4 |
3 |
3,7 |
4,9 |
|
|
Mнм, Н·м |
-0,09 |
0,09 |
0,31 |
0,45 |
0,72 |
0,94 |
1,08 |
1,35 |
1,66 |
2,2 |
|
|
Iид, А |
0,4 |
0,6 |
1 |
1,2 |
1,8 |
2,1 |
2,3 |
2,7 |
3,2 |
4,4 |
|
|
Mид, Н·м |
0,18 |
0,27 |
0,45 |
0,54 |
0,81 |
0,94 |
1,03 |
1,21 |
1,44 |
1,97 |
Таблица 7 - Искусственные скоростные и механические характеристики для генераторного и двигательного режимов с изменением тока возбуждения и с введением добавочного сопротивления Rд = 12 Ом (kФ = 0,449).
|
n, об/мин |
1600 |
1500 |
1400 |
1300 |
1200 |
1100 |
1000 |
|
|
Iнм, А |
-0,2 |
0,8 |
1,6 |
2,1 |
2,9 |
3,8 |
4,6 |
|
|
Mнм, Н·м |
-0,09 |
0,36 |
0,72 |
0,94 |
1,3 |
1,71 |
2,06 |
|
|
Iид, А |
0,3 |
1,1 |
1,75 |
2,1 |
2,75 |
3,4 |
4,2 |
|
|
Mид, Н·м |
0,13 |
0,49 |
0,79 |
0,94 |
1,23 |
1,53 |
1,88 |
Таблица 8 - Искусственные скоростные и механические характеристики для работы электрической машины в режиме динамического торможения с введением добавочного сопротивления Rд = 31 Ом при прямом и обратном направлениях вращения якоря.
|
n, об/мин |
-750 |
-550 |
-350 |
-150 |
0 |
150 |
350 |
500 |
700 |
|
|
Iнм, А |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
-1 |
-2 |
-3 |
-4 |
|
|
Mнм, Н·м |
2,24 |
1,68 |
1,12 |
0,56 |
0 |
-0,56 |
-1,12 |
-1,68 |
-2,24 |
|
|
Iид, А |
2,4 |
2 |
1,1 |
0,5 |
0 |
-0,4 |
-1,1 |
-1,9 |
-2,4 |
|
|
Mид, Н·м |
1,35 |
1,12 |
0,62 |
0,28 |
0 |
-0,22 |
-0,62 |
-1,07 |
-1,35 |
Таблица 9 - Искусственные скоростные и механические характеристики для работы электрической машины в режиме динамического торможения с введением добавочного сопротивления Rд = 12 Ом при прямом и обратном направлениях вращения якоря.
|
n, об/мин |
-350 |
-250 |
-150 |
-50 |
0 |
50 |
150 |
250 |
350 |
|
|
Iнм, А |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
-1 |
-2 |
-3 |
-4 |
|
|
Mнм, Н·м |
2,24 |
1,68 |
1,12 |
0,56 |
0 |
-0,56 |
-1,12 |
-1,68 |
-2,24 |
|
|
Iид, А |
2,4 |
2 |
1,2 |
0,4 |
0 |
-0,4 |
-1,2 |
-2 |
-2,4 |
|
|
Mид, Н·м |
1,35 |
1,12 |
0,67 |
0,22 |
0 |
-0,22 |
-0,67 |
-1,12 |
-1,35 |
Таблица 10 - Искусственные скоростные и механические характеристики для генераторного и двигательного режимов с введением добавочного сопротивления Rд = 31 Ом и шунтирующего сопротивления Rш = 14 Ом.
|
n, об/мин |
1550 |
1400 |
1250 |
1100 |
1000 |
750 |
500 |
|
|
Iнм, А |
0 |
0,7 |
1,5 |
2,1 |
2,6 |
3,8 |
5 |
|
|
Mнм, Н·м |
0 |
0,39 |
0,84 |
1,18 |
1,46 |
2,13 |
2,8 |
|
|
Iид, А |
0,4 |
1 |
1,6 |
2,1 |
2,4 |
3,6 |
4,25 |
|
|
Mид, Н·м |
0,22 |
0,56 |
0,9 |
1,18 |
1,35 |
2,02 |
2,38 |
Таблица 11 - Искусственные скоростные и механические характеристики для генераторного и двигательного режимов с введением добавочного сопротивления Rд = 12 Ом и шунтирующего сопротивления Rш = 31 Ом.
|
n, об/мин |
1200 |
1100 |
1000 |
900 |
750 |
|
|
Iнм, А |
-0,2 |
0,9 |
1,8 |
3,3 |
5,2 |
|
|
Mнм, Н·м |
-0,11 |
0,5 |
1,01 |
1,85 |
2,92 |
|
|
Iид, А |
0,2 |
1,1 |
1,9 |
3 |
4,25 |
|
|
Mид, Н·м |
0,11 |
0,62 |
1,07 |
1,68 |
2,38 |
Таблица 12 - Данные для построения энергетической диаграммы лабораторной установки при работе в двигательном режиме на скорости вращения якоря равной номинальной.
|
n, об/мин |
Iнм, А |
Iид, А |
Uид-г, В |
Iш, А |
Uнм-г, В |
Iв.г, мА |
Iв.нм, мА |
Iв.ид, мА |
|
|
1500 |
2 |
2 |
210 |
0 |
120 |
220 |
150 |
220 |
9. Графики механических и скоростных характеристик, полученных опытным путём
Рисунок 2 - Механические потери при прямом и обратном вращении двигателя.
Рисунок 3 - Естественные скоростные и механические характеристики для генераторного режима.