Электрические режимы работы двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Иcследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Министерство образования Российской Федерации

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Электропривод и автоматизация

промышленных установок”

Иcследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Методические указания к лабораторной работе №1

для студентов направления 551300 всех форм обучения

Исследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением: Лаб. Работа №1 по курсу «Основы электропривода» для студентов направления 551300 всех форм обучения/НГТУ; Сост.:

Изложены электромеханические свойства двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в двигательном и тормозном режимах и порядок проведения лабораторной работы.

Подп. к печати 29.03.05. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная.

Печ. л. 0,75. Уч.-изд. л. 0,6. Тираж 300 экз. Заказ 145

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. Нижний Новгород, ул. Минина, 24

У Нижегородский государственный

технический университет, 2005

Целью работы является исследование механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в двигательном и тормозных режимах.

Двигатель с независимым возбуждением

В ДПТ с независимым возбуждением обмотку возбуждения подключают к отдельному источнику питания (рис. 1). Это может быть связано с различными напряжениями возбуждение Uв и напряжения цепи якоря U. При данной схеме подключения ОВ не имеет электрической связи с обмоткой якоря. Для уменьшения потерь в ОВ, и создания необходимой МДС необходимо уменьшить ток возбуждения, увеличив число витков. Обмотку возбуждения выполняют из малого числа витков, так чтобы ток Iв составлял 2…5% от Iя. Выбор данной схемы возбуждения для двигателя зависит от свойств электропривода.

Система тиристорного самовозбуждения (СТС)

Система тиристорного самовозбуждения (СТС) предназначена для питания обмоток возбуждения турбо и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током – рис.5.3.
Питание тиристорного выпрямителя осуществляется через трансформатор, подключенный к генераторному токопроводу. Для запуска генератора предусмотрена цепь начального возбуждения, которая автоматически формирует кратковременный импульс напряжения на обмотке ротора до появления ЭДС обмотки статора генератора. Импульс напряжения достаточен для поддержания устойчивой работы тиристорного преобразователя в цепи самовозбуждения. Питание цепей начального возбуждения осуществляется как от источника переменного тока, так и от станционной аккумуляторной батареи.

В системе СТС выпрямленное номинальное напряжение составляет до 500 В, а выпрямленный номинальный ток – не более 4000 А, т.е. эти значения несколько ниже, чем в системах СТН.

Благодаря высокому быстродействию управляемого выпрямителя и предельным уровням напряжения и тока возбуждения в сочетании с эффективными законами управления система СТС обеспечивает высокое качество регулирования и большие запасоустойчивости энергосистем. По этим показателям система СТС соответствует значениям системы СТН.

Экстренное снятие возбуждения в аварийных режимах обеспечивается автоматом гашения поля – электрическим аппаратом специальной конструкции, который при срабатывании производит оптимальное гашение поля генератора (АГП).

Рис.5.4. Система бесщеточная диодная (СБД) независимого возбуждения: а – с подвозбудителем (ПВ), б – без подвозбудителя, с питанием обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ) от выпрямительного трансформатора (ВТ). ДВ – вращающиеся диодные вентили.

Учитывая высокую надежность тиристорных выпрямителей и улучшение их параметров по токам и напряжениям, в схемах возбуждения могут применяться вместо двух групп вентилей (ВРГ, ВФГ) одну группу с необходимой кратностью форсировки – рис.5.5.

Основные конструктивные элементы

В конструкцию статора входит корпус, внутри которого расположен сердечник, или пакет, собираемый из листов электротехнической стали особой формы. На качество электрического тока влияют такие факторы как: цельность листов в пакете (бывают цельными или составными), качество и материал обмотки. Для обмотки применяется медный эмаль-провод, а в дешевых устройствах возможна замена меди на алюминий.

Роторы изготавливаются явнополюсными или неявнополюсными.

• Явнополюсные роторы предназначены для синхронных генераторов, работающих с двигателями внутреннего сгорания с низкой частотой вращения — 1500 и 3000 об/мин.
• Неявнополюсные роторы востребованы в высокоскоростных (более 3000 об/мин) механизмах переменного электрического тока высокой мощности. Обычно их размещают на одном валу с паровыми турбинами. Такие СГ называют «турбогенераторы».

Пункт автоматического регулирования напряжения (ПАРН)

Устройство ПАРН рекомендуется применять в условиях сложной эксплуатации высоковольтных электрических линий 6 – 10 кВ трехфазной сети умеренного и сурового климата в котором господствуют: сильный ветер и гололед с интенсивным оледенением проводов, а также при высокой снеговой нагрузке до 250 кгс/м 2 .

Высокая протяженность воздушных линий электропередач, отражающаяся на качественных показателях электрической энергии и интенсивное присоединение новых электроприемников требует повышения пропускной способности воздушных линий, для решения этой проблемы используется пункт автоматического регулирования напряжения, работающий с применением вольтодобавочных трансформаторов.

Рис №1. Равномерное распределение нагрузок по всей протяженности воздушной линии электропередач: а. при присоединении дополнительных потребителей, б. при подключении ПАРН

Использование ПАРМ способствует улучшению показателей качества электрической энергии,а также избавление от несимметрии напряжения в сети.

Для использования в холодных северных районах в конструкции предусмотрено наличие устройства контропирующего температурный режим, который осуществляет блокировку переключения ступеней при значении температуры, при которой происходит «замерзание», загустение трансформаторного масла.

Для холодных районов ПАРН поставляется в блок-боксе с защитным утеплителем.

Простой электромагнит и концентрация поля

Если катушку ротора намотать не железный сердечник так, как показано на рис. 3.13(а), то получится магнит с одной парой полюсов N (North – северный) и S (South – южный).

Рис. 3.13(а). Простой электромагнит.

Из-за большого расстояния между полюсами магнитные силовые линии окажутся сильно рассеянными в пространстве. Теперь протянем полюса магнита навстречу друг другу, так, чтобы между ними остался лишь небольшой зазор (см. рис. 3.13(б)).

Рис. 3.13(6). Загнем концы электромагнита, чтобы сконцентрировать поле.

И, наконец, выполним полюса магнита в виде набора зубьев, входящих друг в друга, но без соприкосновения (см. рис. 3.14). Мы получим в сумме длинный узкий зазор между полюсами N и S, через который будет происходить “утечка” магнитного поля наружу. При вращении ротора эта “утечка” будет пересекать обмотки статора, и наводить в них э.д.с.

Как проверить генератор при помощи лампочки и мультиметра

Проверка работоспособности генератора возможна несколькими способами, для этого потребуется применять определенные методы – это может быть замер тока отдачи генератора, падения напряжения на проводах, соединяющих токовый вывод генератора с аккумулятором либо проверка регулируемого напряжения.

Для диагностики понадобится мультиметр, аккумуляторная батарея и лампочка с припаянными на ее контакты проводами, провода для соединения генератора с аккумулятором, а также можно взять дрель с определенной головкой – она возможно понадобится для прокрутки ротора через гайку шкива.

Схема подключения выглядит следующим образом: выходная клемма «B+» и ротор D+. Лампа врезается между выходом генератора и контактом D+. Затем силовыми проводами соединяются «минус» на аккумуляторе с массой генератора. «Плюс» от АКБ соответственно с плюсом генератора и выводом B+. Конструкция надежно закрепляется в тисках и подключается.

Мультиметр переводится в режим измерения постоянного напряжения, один щуп подключается к «плюсу» аккумулятора, а второй к «минусу». Если все исправно, то загорится лампа, а напряжение должно быть 12.4 вольта.

Затем, при помощи дрели крутиться генератор. В этот момент лампа должна погаснуть, а напряжение вырасти до 14.9 В. Затем добавляется нагрузка – для этой цели можно использовать галогенную лампочку Н4. Он также вешается на клеммы АКБ, после чего должна загореться.

Далее опять дрелью проворачивается генератор. Вольтметр должен фиксировать напряжение уже 13.9 вольт. Без дрели аккумулятор должен выдавать напряжение примерно 12.2 вольта. Если этого не происходит или показания сильно отличаются, значит генератор неисправен.