Испытание двигателя постоянного тока параллельного возбуждения лабораторная работа — Стиль жизни

Измерение сопротивления с применением повышенного переменного напряжения

Чтобы провести подобное испытание, нужен линейный преобразователь (другими словами, трансформатор). Он и будет источником повышенного напряжения, так как оборудован регулирующим прибором, который позволяет устанавливать конкретный уровень потенциала для испытаний. Для проведения таких испытаний потребуется повышенное напряжение, получаемое с линейного преобразователя (трансформатора). Последний оснащен устройством регулировки, позволяющим получать нужный уровень испытательного потенциала. Помимо трансформатора схема установки также необходимо наличие выключателя и устройства токовой защиты. Это помогает трансформатору отключиться, если в одной из цепей вторичной обмотки произойдет пробой или разрушится изоляционная защита.

Для проведения испытания основной изоляции, напряжение подается в течение одной минуты, а для испытания межвитковой – в течение пяти минут. Если высоковольтный потенциал приложить на короткое время, состояние изоляции никак не изменится, т.е. ее защитные свойства не ухудшаются.

Испытание изоляции двигателя повышенным напряжением

ВНИМАНИЕ! Во время повышения напряжения до трети начальной величины испытания, учитывать динамику процесса необязательно. Когда треть нужного напряжения достигнута, начинайте наращение очень плавно

Скорость подачи должна быть такой, чтобы визуально фиксировать показания прибора можно было легко. В то же время, когда вы достигли половины нужного напряжения, закончить подачу до нужной отметки нужно как минимум через 10 секунд

Когда треть нужного напряжения достигнута, начинайте наращение очень плавно. Скорость подачи должна быть такой, чтобы визуально фиксировать показания прибора можно было легко. В то же время, когда вы достигли половины нужного напряжения, закончить подачу до нужной отметки нужно как минимум через 10 секунд.

Разновидности подходов к регулированию частоты вращения

Для агрегатов параллельного типа используются способы управления скоростью функционирования изменением:

магнитного потока главных полюсов,
сопротивления цепи якоря,
подаваемого на него напряжения.

Объектом воздействия являются обмотка возбуждения, обмотка якоря, его рабочее напряжение.

Изменение магнитного потока осуществляется с помощью последовательного реостата RР. При увеличении его сопротивления ОВ пропускает меньший ток, что сопровождается уменьшением магнитного потока. Внешним проявлением такого действия становится наращивание оборотов Я на холостом ходу. Исследование показывает, что происходит увеличение угла наклона характеристики.

Второй принцип основан на включении в цепь питания якоря дополнительного последовательного регулировочного реостата. При увеличении его сопротивления скорость вращения Я уменьшается, тогда как его естественная механическая характеристика приобретает больший наклон. Из-за последовательного включения с основной обмоткой реостата дополнительного сопротивления, на котором рассеивается значительная мощность, происходит заметное падение экономичности.

Третий принцип сопровождается определенным усложнением схемных решений и требует применения отдельного регулируемого источника питания с сохранением возможности раздельного регулирования. В случае его применения в реальных условиях возможно только уменьшение частоты вращения вала.

Поведение электромотора при изменении нагрузок

Механическая характеристика показывает устойчивость работы электромотора в широком диапазоне изменения нагрузок, описывая зависимость момента, создаваемого эл двигателем, от скорости функционирования вала.

Тяговые характеристики механизма рассматриваемого типа позволяют сохранить величину момента при значительных изменения количества оборотов. Обычно тяговые параметры агрегата должен обеспечивать уменьшение этого параметра не более чем на 5 %. Несложное исследование демонстрирует: тормозные параметры из-за обратимости процессов оказываются аналогичными. Эти положения распространяются также на случай применения смешанного возбуждения.

Говоря иными словами, для такого эл мотора характерна жесткая характеристика. Такой характер работы считается важным преимуществом агрегата рассматриваемого типа.

Подключение электродвигателя постоянного тока

Несмотря на то, что электродвигатели постоянного тока не так популярны, как устройства, работающие на переменном токе, сфера их применения довольно широка: они используются в быту, в качестве элементов различного наземного транспорта, а также на предприятиях в приводах элементов, бесперебойное электроснабжение которых осуществляется аккумуляторными батареями. Именно поэтому на сайте торгового дома Степмотор представлен широкий ассортимент устройств такого типа. Отличительной особенностью электродвигателей постоянного тока является наличие обмоток возбуждения, при этом от того, каким образом они будут подключены к сети, напрямую зависят пусковые характеристики, механические и электрические свойства двигателя.

Измерения с помощью моста и современного цифрового омметра

К каждому прибору, который вы собираетесь использовать есть инструкция. Если после покупки вы ее не сохранили, всю необходимую информацию легко найти в интернете. А понадобится она вам, потому что все измерения этим методом нужно делать строго по описанным правилам.

На схеме измерительного моста есть резисторы: постоянный и переменный. Соединяются они так, что образуются два так называемых плеча, имеют вид двух цепочек. Во второй половине будет свободное место. Там и включают сопротивление, величина которого подлежит измерению.

В диагонали измерительного моста включают прибор – цифровой омметр. Во время изменения величины переменного сопротивления можно добиться состояния, когда ток, текущий через «плечи» одинаковый. Сопротивление, которое ищется, вычисляется соотношением трех значений: два постоянных сопротивления и одного переменного (его получают в результате измерений с помощью прибора).

Цифровой омметр

Цифровой омметр – электронный прибор нового поколения. С его помощью стало возможным измерение сопротивления в широком диапазоне.

Проверка на короткое замыкание

Еще одной популярной поломкой электродвигателей, независимо от модели и типа, является короткое замыкание. Чтобы его выявить, нужно:

установить максимальное значение измеряемого сопротивления;
один из щупов подсоединить к корпусу;
второй из щупов последовательно подсоединять к выводу всех фаз.

Высокие показатели сопротивления (сотни и тысячи мегаом) в результате такой проверки говорят от исправности электродвигателя.

Если совершить те же действия в режиме «Прозвона», то звук мультиметра будет говорить о наличии нарушения обмоток и наличии короткого замыкания. Такая поломка может не только вывести двигатель из строя, но и стать угрозой для жизни человека.

Поведение электромотора при изменении нагрузок

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Формула общего тока, идущего от источника, выводится согласно первому закону Кирхгофа и имеет вид: I = Iя + Iв, где Iя — ток якоря, Iв – ток возбуждения, а I – ток, который двигатель потребляет от сети. Следует отметить, что при этом Iв не зависит от Iя, т.е. ток возбуждения не зависит от нагрузки. Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоря и составляет примерно 2-5% от сетевого тока.

В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:

Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).

При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.

Сферы применения двигателя

Поскольку частота вращения подобных двигателей остается почти постоянной даже при изменении нагрузки, а также может изменяться при помощи регулировочного реостата, они широко применяются в работе с:

вентиляторами;
насосами;
шахтными подъемниками;
подвесными электрическими дорогами;
станками (токарными, металлорежущими, ткацкими, печатными, листоправильными и пр.).

Таким образом, этот вид двигателей в основном используется с механизмами, требующими постоянства скорости вращения или ее широкой регулировки.

Регулирование частоты вращения

Регулирование скорости – это целенаправленное изменение скорости электродвигателя в принудительном порядке при помощи специальных устройств или приспособлений. Оно позволяет обеспечить оптимальный режим работы механизма, его рациональное использование, а также уменьшить расход энергии.

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения Iв уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:

способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.

Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как раз и реализует третий принцип регулирования скорости. Его отличие в том, что обмотка возбуждения и магнитное поле главных полюсов подключаются к разным источникам. Ток возбуждения является неизменной характеристикой, а магнитное поле меняется. При этом изменяется число оборотов вала на холостом ходу, жесткость характеристики остается прежней.

Таким образом, принцип работы дпт с независимым возбуждением является достаточно сложным вследствие независимой работы двух источников, тем не менее, его главное преимущество – большая экономичность.

Принцип и схема работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Существует несколько возможных разновидностей построения эл моторов, работающих от источника постоянного напряжения. Принцип их действия одинаков, а отличия заключаются в особенностях подключения обмотки возбуждения (ОВ) и якоря (Я).

Свое название эл двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением получил потому, что его обмотка Я и ОВ соединяются друг с другом именно таким образом. Электродвигатель такой разновидности обеспечивает нужные режимы, превосходя изделия последовательного и смешанного типов тогда, когда требуется практически постоянная скорость его функционирования.

Построение двигателя и область его применения

Схема электродвигателя рассматриваемого типа изображена ниже.

общий ток, потребляемый эл мотором от источника, составляет I = IЯ + IВ, где IЯ, IВ – токи через якорь, обмотку возбуждения, соответственно,
одновременно IВ не зависит от IЯ, то есть не зависит от нагрузки.

Устройство применяется тогда, когда пуск не требует обеспечения высокого момента, то есть когда режимы эксплуатации приводных механизмов не предполагают создание больших стартовых нагрузок. Это типично для станков и вентиляторов.

Для практики ценны такие полезные тяговые параметры подобных эл механизмов как

устойчивость работы при колебаниях нагрузки,
высокая экономичность из-за того, что IЯ не протекает через ОВ.

Пуск при недостаточном моменте обеспечивается переходом на схему смешанного типа.

Паспортные данные

Генератор ТИП П-32	Двигатель ТИП АОЛ-41-4
Рн = 1,5 кВт	Рн = 1,7 кВт
Uн = 230В	Uн = 230/380В
Iн = 6,5 А	Iн = 6,7/3,9 А
nн = 1450 об/мин	nн = 1420 об/мин

Я1, Я2 — зажимы якоря; Ш1, Ш2 — выводы параллельной обмотки возбуждения; С1, С2 — выводы последовательной обмотки возбуждения; РР — регулировочный реостат в цепи возбуждения; СН — нагрузочные сопротивления; S — ключи в цепи нагрузки генератора; ПД — привод электродвигателя; ТГ — тахогенератор.Порядок выполнения работы:

Ознакомиться с устройством генератора постоянного тока, а так же со способом регулирования частоты вращения приводного электродвигателя.
Собрать рабочую схему для исследования генератора постоянного тока параллельного возбуждения. Выполнить пробный пуск генератора вхолостую. Убедиться в выполнении условий самовозбуждения.

2.1 Снять исходную ветвь характеристики холостого хода генератора, постепенно уменьшая, при помощи регулировочный реостат, ток возбуждения IB от некоторого значения до 0, получить разомкнутую цепь возбуждения. При этом напряжение холостого хода должно измениться от до , нагрузка должна быть отключена (I=0). Результаты записать в таблицу 1.

Выявление межвиткового замыкания

Третья, можно сказать, стандартная поломка – межвитковое замыкание. Так называют процесс короткого замыкания, происходящего между витками на одной катушке электродвигателя. Неполадка характерна сильным гудением мотора, заметным снижением мощности. Чтобы выявить неполадку такого типа, обычно используют токовые клещи или все тот же мультиметр. Во время диагностики токовыми клещами нужно измерить значение тока в каждой фазе. Нашли место, где оно завышено? Там есть замыкание.

Почему сопротивление бывает низким?

Если провода электромотора покрыты специальной пленкой, но при остальных нормальных условиях сопротивление будет показывать одинаковое значение очень долгое время. Но эксплуатация оставляет свой след, и на защиту могут воздействовать некоторые разрушающие факторы. Ниже представлены основные из них:

повреждения механического характера (удары, падения и т.д.);
среда, где двигатель находился долгое время, обладала повышенной влажностью;
среда постоянного нахождения электромотора характерна наличием в ней агрессивных химических веществ;
в среде, где находится двигатель, часто колеблется температура.

Дополнительные факторы влияния: если двигатель работает больше, чем предписано по инструкции, его перегрев может негативно сказываться на состоянии обмотки.

Все, что перечислено ниже негативно влияет на показатели сопротивления. За этим следует пробой обмотки на корпус, возникает межфазное замыкание.

Подведем итог

Если вовремя не выявить дефекты в работе электродвигателя постоянного тока, они могут привести к дополнительным ремонтным работам, с большими затратами труда и средств. Особенно это касается сопротивления в обмотках мотора. Не выявленные вовремя проблемы с данной характеристикой могут привести к полному выходу агрегата из строя и даже пожару. Чтобы избежать печальных последствий неисправности, сопротивление можно проверить с помощью мегаомметра, вольтметра и амперметра, применяя повышенное напряжение и многое другое.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения реализует третий подход к регулированию и интересен тем, что ОВ и М питаются от разных источников, схема его представлена ниже.

Обмотки простейшего электромотора параллельного независимого возбуждения

Для моторов в данном конструктивном исполнении Iв устанавливается неизменным, а меняется только напряжение, приложенное к М. Это сопровождается изменением числа оборотов на холостом ходу, но жесткость характеристики изменений не претерпевает.

Принцип работы такого агрегата за счет независимого функционирования двух источников оказывается более сложным. Однако, его применение дает такие важные для практики преимущества как

плавное экономичное управление скоростью функционирования с большой глубиной,
пуск мотора при пониженном напряжении без реостата.

В случае, если пуск происходит на нормальном напряжении, реостат ограничивает величину Iв.

Исследование показывает, что максимальное количество оборотов ограничено только сопротивлением М, а минимальное условиями отвода выделяемого тепла в процессе работы.

Характеристики в части энергопотребления и скорости срабатывания управляющей системы улучшаются в случае последовательного включения с М различных тиристорных регуляторов. Для установки числа оборотов вала и их стабилизации в процессе приведения в движение различных механизмов находят применение различные способы. Их общим характерным признаком является включение тиристорного регулятора в цепь частотной отрицательной обратной связи. Пуск такого агрегата требует реализации специальных процедур.

1 ПРОГРАММА испытаний

1.1 Ознакомиться с
лабораторным стендом, особенностями и возможностями его электрической схемы.
Записать паспортные данные исследуемого двигателя и нагрузочного генератора, а
также величину активного сопротивления цепи обмотки якоря ra.

1.2 Собрать схему
согласно рисунку B.1 и В2 (стол №1) или рисунку В.3 и
В4 (стол №2) Приложения В.

1.3 Провести
экспериментальные исследования

1.3.1 Снять
рабочие характеристики двигателя

при ,

1.3.2 Исследовать регулировочные свойства двигателя

1.3.2.1 Снять
регулировочную характеристику

при

1.3.2.2 Снять
скоростные характеристики при различной величине магнитного потока обмотки
возбуждения

при

для

1.3.2.3 Снять скоростные реостатные
характеристики

при ,

для

Регулирование частоты вращения

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения Iв уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:

способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.

Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.

2.1 Методические указания к пуску двигателя

Перед началом
работы ознакомьтесь с правилами безопасности при проведении лабораторных работ,
приведенных в данных методических указаниях (раздел 9).

Как известно,
частота вращения якоря определяется следующей зависимостью

Магнитный поток
Ф определяется величиной тока возбуждения, и при токе возбуждения равным нулю, равен
остаточному магнитному потоку, который составляет (0,01 ÷ 0,03) Фн,
при этом частота вращения якоря будет достигать недопустимых значений.

Поэтому
процесс пуска двигателя следует начинать с подачи напряжения на обмотку
возбуждения. Далее следует установить величину тока возбуждения максимальной с
помощью реостата RR2 – стол №1 или RP1 – стол №2.

Как
известно, ток якоря двигателя определяется следующей зависимостью

где U –напряжение обмотки
якоря;

— противоЭДС обмотки якоря;

– магнитный поток машины;

— сопротивление цепи обмотки якоря;

— частота вращения двигателя.

В современных
двигателях постоянного тока параллельного возбуждения нормального исполнения
величина противоЭДС в номинальном режиме (при ) составляет (0,9÷0,95)Uн.

При прямом
пуске двигателя в начальный момент времени, когда частота вращения якоря еще
равна нулю, двигатель из сети потребляет большой пусковой ток, равный

При прямом пуске

где — сопротивление обмотки якоря;

— сопротивление щеточного контакта.

Большие токи
могут вывести двигатель из строя, поэтому непосредственное включение в сеть
двигателя постоянного тока последовательного возбуждения мощностью Р2 ≥500 Втнедопустимо.

Из (1.2)
следует, что ограничить величину пускового тока можно:

— путем
уменьшения питающего якорь напряжения U;

— путем
увеличения сопротивления цепи обмотки якоря .

Лабораторные
стенды позволяют увеличивать сопротивление в цепи обмотки якоря.

Поэтому
для осуществления пуска возбужденного двигателя постоянного тока перед подачей
напряжения на обмотку якоря необходимо ввести добавочное сопротивление в цепь
обмотки якоря (RR3 – стол №1 и R1 – стол №2). По окончании процесса пуска эти
сопротивления необходимо вывести.

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:

Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).

При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.

Измерение сопротивления с помощью мультиметра

Мультиметр – удобный прибор, но точно измерить сопротивление обмоток двигателя постоянного тока с его помощью не получится. Он позволяет лишь дать примерную оценку ее качеству. То есть, проверить наличие замыкания можно, а вот снять точные показания, к сожалению, нельзя.

Нужно также отметить, что элементы схемы, которые подсоединяются к корпусу электродвигателя на постоянной основе (к примеру, конденсаторы защиты или обмотки с изоляцией), во время проведения испытания отсоединяют. Чтобы измерить обмотку электромотора с водяным охлаждением, нужен прибор, оснащенный экраном защиты. Перед непосредственным проведением замеров, зажимы прибора подсоединяют к устройству заземления. Когда измерения завершены, снятие остаточного заряда со всех цепей происходит посредством их касания к корпусу машины: он уже заземлен.

Правила осуществления замеров сопротивления обмотки

Измерять сопротивление нужно, когда температура воздуха равна 5°C и выше. До начала исследования нужно убедиться в том, что:

электрический двигатель обесточен;
с электромотора снят остаточный заряд (для этого нужно заземлить обмотки на несколько минут).

Провод, с помощью которого проводят измерения, подключают к выводу обмоток (зажим у провода от гнезда «Л»). К корпусу агрегата или винту заземления подсоединяют провод от гнезда «З».

Чтобы корректно измерить сопротивление, рукоятка генератора должна совершать где-то 120 оборотов за 60 секунд. Записывать окончательные данные нужно только после того, как стрелка окончательно замерла на месте. Для этого стоит подождать от 15 секунд до минуты.

В том случае, когда все вышеуказанные условия соблюдены, результаты исследования можно считать корректными и достоверными. Не забывайте разряжать электродвигатель после того, как все нужные замеры будут произведены.

В отчетах также важно учитывать температурные условия, в которых проводились измерения сопротивления обмоток мотора. Результат проверки должен совпадать с определенными нормативами

Если в момент проведения измерения температура изоляционной защиты равна температуре воздуха, нормальное значение сопротивления обмотки мотора постоянного того не должно быть меньше 0,5 МОм.

Особенности в конструкции, которые могут иметь влияние на процедуру

На корпусе всех двигателей можно найти табличку с их характеристиками. Как правило, это наиболее достоверный источник информации о конкретном агрегате, так как таблички крепят сами производители.

Тем не менее, после поломок, которые удалось починить, конструкция электромотора может быть изменена. Обязательно учитывайте этот момент перед началом действий относительно двигателя.

Для обычной сети 220 В могут быть использованы следующие электродвигатели:

коллекторные с щеточным механизмом;
асинхронные однофазные;
синхронные и асинхронные трехфазные.

В сети с напряжением 380 В могут работать все виды трехфазных двигателей.

Конструкция каждого из них отлична от остальных, но все они работают по единым электротехническим законам. Это позволяет применять одинаковые способы проверки. Все способы заключаются в измерении каких-либо показаний моторов. Метод при этом может быть косвенным или прямым.

Подробнее о мультиметре. Чем он полезен?

Очень часто, чтобы проверить обмотку двигателя переменного тока используют мультиметр. О нем уже упоминалось выше не в самом лучшем ключе. Давайте рассмотрим его положительные стороны.

Итак, мультиметр – прибор для измерения с огромным множеством функций. Почти все мастера имеют его в своем инвентаре, так как небольшое устройство может помочь в выявлении достаточно большого количество неполадок, в том числе в электрических двигателях переменного тока.

Вот наиболее распространенные поломки в таких двигателях: