Лабораторная работа № 7. «Исследование двигателя постоянного тока параллельного и независимого возбуждения»

«Исследование двигателя постоянного тока параллельного и независимого возбуждения»

Цель работы

Изучить устройство и принцип действия двигателя постоянного тока параллельного и независимого возбуждения.

Приобрести практические навыки в сборке схем и снятии характеристик.

Приобрести практические навыки по определению КПД двигателя постоянного тока методом холостого хода.

Изучить виды потерь в машине постоянного тока и их зависимости от нагрузки машины.

Изучить зависимость КПД машины от нагрузки.

Основные теоретические сведения

Общие положения

Двигатели постоянного тока преобразуют электрическую энергию постоянного тока в механическую.

Несмотря на успехи в создании статических полупроводниковых преобразователей и внедрение регулируемых электроприводов переменного тока, производство двигателей постоянного тока в процентном отношении к двигателям переменного тока не сокращается, и они находят новые области применения.

Двигатели постоянного тока допускают плавное и экономичное регулирование скорости вращения. Это преимущество перед двигателями переменного тока обеспечивает применение двигателей постоянного тока в электроприводах с широким диапазоном изменения скорости вращения. Двигатели постоянного тока находят применение в приводах прокатных станов, станков, на транспорте и в других системах автоматизированного электропривода.

По способу возбуждения двигатели постоянного тока, так же как и генераторы, делятся на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Двигатели независимого возбуждения могут быть разделены на двигатели с электромагнитным возбуждением, когда обмотка возбуждения подключена к постороннему источнику постоянного тока или на зажимы двигателя, и на двигатели с магнитоэлектрическим возбуждением, когда вместо обмотки возбуждения используются постоянные магниты.

Двигатель постоянного тока потребляет электрическую мощность P₁ из сети. Часть этой мощности расходуется на электрические потери в обмотке возбуждения Р_в, электрические потери в обмотке якоря Р_эа и электрические потери в контакте щеток Р_эщ, а остальная ее часть передается магнитным полем к якорю. Эта мощность называется электромагнитной.

(7.1)

Электромагнитная мощность Р_ЭМ расходуется на покрытие потерь в стали магнитопровода якоря Р_М, механических Р_МХ и добавочных Р_д потерь. Оставшаяся ее часть Р₂ является полезной механической мощностью на валу двигателя.

(7.2)

где:

(7.3)

Рисунок 7.1 - Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

Различают два вида потерь — основные и добавочные. Основные потери разделяются на магнитные, механические и электрические.

Магнитные потери происходят только в сердечнике якоря, так как только этот элемент магнитопровода машины постоянного тока подвергается перемагничиванию. Величина магнитных потерь состоит из потерь от гистерезиса и потерь от вихревых токов и зависит от частоты перемагничивания , значений магнитной индукции в зубцах и спинке якоря, толщины листов электротехнической стали, ее магнитных свойств и качества изоляции этих листов в пакете якоря.

Механические потери обусловлены потерями на вентиляцию, трением вращающихся частей машины — трением в подшипниках, трением щеток о коллектор. Величина механических потерь зависит от скорости вращения якоря.

Магнитные и механические потери называют постоянными потерями, так как мощность этих потерь не зависит от нагрузки машины.

Аналитический расчет магнитных и механических потерь — сложная задача и не дает достаточной точности. Для определения этих потерь иногда пользуются экспериментальным методом.