готовые лабы иваненко (ЭМУ)

Посмотреть архив целиком
















Лабораторная работа

Исследование электромашинного усилителя поперечного поля

Лабораторная работа

Исследование электромашинного усилителя поперечного поля

Цель работы: изучить устройство и снять статические характеристики усилителя мощности - электромашинного усилителя поперечного поля.

Краткие теоретические сведения

В диапазоне мощностей от 100Вт до 100 КВт наиболее часто в автоматических системах используется схема (рис 1)- электромашинный усилитель - исполнительный двигатель постоянного тока (ЭМУ-ИД). ЭМУ приводится во вращение кинематически связанным с ним приводным двигателем ПД, в качестве которого используется либо асинхронный трехфазный двигатель, либо двигатель постоянного тока. Обмотки управления ЭМУ питаются от полупроводникового или электронного усилителя.

Схемы ЭМУ допускают значительные в 2-4 раза кратковременные перегрузки по моменту исполнительного двигателя и увеличение скорости (форсировка по скорости) до 150% от номинальной скорости исполнительного двигателя. При питании приводного двигателя от сети переменного тока для сети создаётся симметричная нагрузка, и нет искажений формы кривой питающего напряжения в отличие от электроприводов с тиристорными или транзисторными усилителями мощности. При резком кратковременном увеличении момента нагрузки на валу ИД, пиковая мощность, потребляемая приводом из сети, меньше мощности, соответствующей увеличенному моменту, что происходит за счет кинетической энергии, запасенной вращающимися массами роторов приводного двигателя и генератора. Это позволяет успешно применять привод ЭМУ-ИД, подверженный пиковым нагрузкам, при питании от сети ограниченной мощности.

При уменьшении скорости ИД имеет место рекуперация энергии - отдача электрической энергии от якоря ИД в сеть.

Переход из режима двигателя в режим генератора обеспечивается естественными характеристиками электрических машин и происходит без резких изменений крутящего момента двигателя, что имеет большое значение для плавности и точности работы автоматической системы. Электромашинные приводы имеют высокий срок службы (около 10000 час) и обеспечивают надежную работу в широком диапазоне температур от -40 С до + 40 С.

К основным недостаткам привода по схеме ЭМУ-ИД следует отнести:

  • наличие сложного агрегата электрических машин (3-5 машин);

  • установленная мощность агрегата более чем в 2 раза превосходит мощность исполнительного двигателя;

  • значительные веса и габариты силовой части;


Объект

регулиро—
цд вания


















Рис. 1.


Средние пазы

Малый паз

большой паз

а)

Рис. 2- ♦. Электромашинный усилитель

а - форма статора ЭМУ; б — схема магнит

  • относительно невысокий КПД (0.5-0.6);

  • наличие коллекторов, требующих ухода;

  • значительные акустические шумы за счёт вращающихся частей

Электромашинные усилители выпускаются как в виде единого агрегата со встроенным (на одном валу с генератором) приводным двигателем, так и в раздельном исполнении. В последнем случае приводной двигатель монтируется на одной раме с генератором, а их валы соединяются муфтой.

ЭМУ до 10квт выпускаются и в раздельном, и в совмещенном исполнении, а в диапазоне 10квт-100квт - в раздельном исполнении

Принцип действия ЭМУ

ЭМУ поперечного поля представляет собой специальный генератор постоянного тока с большим коэффициентом усиления по мощности Кр>104-103

Якорь ЭМУ выполнен так же, как якорь обычной электрической машины. Отличие заключается в том, что здесь имеется две пары щеток на коллекторе - в продольной цепи и в поперечной, причем внешняя цепь поперечных щеток замкнута накоротко. Магнитопровод статора выполнен из шихтованной электротехнической стали. Статор имеет (рис.2): 1) обмотку управления, сосредоточенную в больших пазах; 2) обмотку дополнительных полюсов, сосредоточенную в средних пазах; 3) компенсационную обмотку, распределенную в больших, средних и малых пазах.

Электрическая схема ЭМУ приведена на рис.3. На обмотку управления подается управляющее напряжение Uу от усилителя (полупроводникового или электронного), вызывающее поток управления Фу. Якорь генератора вращается с постоянной скоростью приводным трехфазным асинхронным двигателем ПД, поэтому при пересечении обмотками якоря потока Фу на поперечных щетках наводится ЭДС Uп. В замкнутом контуре поперечных щеток из-за малого сопротивления обмотки якоря протекает значительный по величине ток поперечной цепи Iп который вызывает поперечный поток Фа Последний в свою очередь наводит рабочую ЭДС на продольных щетках, которая является выходным напряжением Uвых.

К выходным клемам ЭМУ подключена нагрузка Rн поэтому в замкнутом контуре, образованном нагрузкой и продольной цепью ЭМУ течет рабочий ток Iя, который в магнитной системе ЭМУ создает поток реакции якоря Фя направленный против потока управления, существенно превосходящий последний по величине, что приводит к размагничиванию машины. Для ликвидации вредного влияния потока Фя, последовательно в продольную цепь включена компенсационная обмотка, которая создает поток Фк, направленный на встречу потоку Фя

Для регулировки степени компенсации компенсационная обмопса выполнена с большим числом витков, чем обмотка якоря, и шунтируется потенциометром Rш



Рис 3

Обмотка дополнительных полюсов служит для улучшения коммутации тока

нагрузки.

Холостой ход ЭМУ

Если магнитные связи обмотки управления с другими обмотками ЭМУ отсутствуют, то при холостом ходе справедливы следующие уравнения:


  1. Для контура обмотки управления:

(1)

  1. Для контура поперечной цепи:

(2)

  1. Для контура продольной цепи:

(3)


Где:

Uy, Iy, Ry, Ly - соответственно напряжение, ток, сопротивление и

индуктивность обмотки управления;

Uп, Iп, Rп, Lп - соответственно напряжение, ток, сопротивление и индуктивность поперечной цепи;

ивыхх.х. -выходное напряжение холостого хода $ Сп, Свых - коэффициенты пропорциональности j

Совместное решение (1 )- (3 )дает:

UipL'ti&fi'tyPXirbtO frJ

к *

В действительности процесс нарастания ЭДС, полученный при подаче на
обмотку управления ступенчатого напряжения, отличается от
апериодического процесса, соответствующего уравнению(4).Время
нарастания
Ugux. до установившегося значения, полученное из опыта,
меньше, чем полученное из уравнения (4) и переходной процесс имеет
колебательный характер. Кроме того, фактический коэффициент усиления по
напряжению в 3 - 5 раз меньше коэффициента , полученного из

Уравнения (4)

Это отличие объясняется тем ,что в ЭМУ действуют размагничивающие потоки, которые вызываются : вихревыми токами в якоре от поперечного |отока, гистерезисом, токами замедленной коммутации, сдвигом Поперечных щеток с нейтрального положения в сторону вращения якоря. |чет этих факторов приводят к уравнению (5):

/**гшП


l*i - - коэффициент усиления по напряжению на

1 + к И холостом

ХОДУ Щ ш - Мхх

а* =


f*

XX

Значение ко-*ффициеитов аI и а2 могут быть вычислены, если известны данные обмоток ЭМУ, измерены токи я напряжения обмоток на холостом ходу. Значения парамегров а 1 и а'2 зависят от внутреннего сопротивления усилителя, питающего обмотку управления

В нагруженном ЭМУ необходимо учитывать воздействие потоков рассеяний и продольного потока, создаваемого током нагрузки, на цепь управления и поперечную цепь. Часто используются ЭМУ с неполной компенсацией реакции якоря

С учетом недокомпенсации а потоков рассеяния уравнение ЭМУ

вытляднттак: и, /*»e«Wfl*^P*ajP,)*'#U^ + '*#) (*>

где "<* - фиктивное сопротивление, учитывающее исэокомпенсацию

ЭМУ, /,,„ - фиктивный коэффициент самоиндукции

Если выходная цепь ЭМУ работает на тяторможенного двигателя, то уравнение ЭМ>Р

. на якорь

Щ9ят/яЩ\ *гк<р){\-12£торлГя+р') (7)

1*

л I - постоянная времени короткого


+ гэ#

л

1 + Гэ * г#

%*Щ

действчющее


электромагн итная

силовой цепи:

постоянная времени, учнтывающа я потоки рассеяния в ЭМУ.

8-

Кривая намагничивания ЭМУ это зависимость выходного напряжения от тока управления U(tblx=<p(Uv) показана на рис.4. Она имеет нелинейности типа насыщения и гистерезиса, которыми обычно пренебрегают и считается, что на холостом ходу Ueblx = juJJy (8), причем коэффициент //^ можно определить из опыта,

^унам

Фиктивное сопротивление выходной цепи R Иф9 связанное с

размагничивающим действием реакции якоря, определяется по внешней

характеристике ЭМУ 1/вых = (p{in) - рис.5. При снятии внешней характеристики

к якорю ЭМУ подключается в качестве нагрузки регулируемое сопротивление

Rn, а на обмотку управления подается напряжение, соответствующее

номинальному напряжению Ueblxna. холостом ходу. Ток в нагрузке в установившемся режиме связан с падением напряжения на Rn так:

^bu-W + ^WA (Ю)

Изменяя сопротивление нагрузки Rn, устанавливают ток якоря, равный 0.51ЯНОЛ1;1яном;1.51ЯНОЛ1 и из соотношения (10) определяют R(p. В качестве расчетной величины R. принимают среднее арифметическое.

w

^TҐT

'TfT' r'f

$-


100 15 SO 2S



/

К <о 75" dou -lyfr-Al

Рис 4

°.*Ъит L»M №„* ~~ I * MJ

Рйс. 5"

Лабораторная установка.

Для проведения исследования и снятия характеристик ЭМУ используется

лабораторная установка, которая включает в себя!"

1.Электромашинный усилитель поперечного поля ЭМУ-ЗА с генератором:

Рном^2 КВт» ишм=115В, I ииг»1,75А, приводной двигатель: Рном=0,47КВту

U-220/380 В, 1=1,45/0,85 A, f=50 Гц, п=1850 об/мин.

2.Коммутационная панель (рис 6).

3.Источник управляющего напряжения Иу=27 В типа ТЕС-9.

На коммутационной панели расположены следующие приборы: А1 и VI - для измерения тока и напряжения управления; А2 и V2 - для измерения тока и напряжения поперечной цепи; A3 и V3 - для измерения тока и напряжения нагрузки.

Назначение включателей: ВК1 - подача напряжения управления; ВК2 - включение питания для приводного двигателя ЭМУ; ВКЗ - изменение полярности напряжения управления; ВК4 - коммутация приборов в поперечной цеди ЭМУ; ВК5 - ВК8 - коммутация нагрузки.

Назначение потенциометров: зд

R1 - регулировка напряжения управления R - регулятор степени компенсаций ЭМУ.

Порядок выполнения работы 1 Записать паспортные данные исследуемого ЭМУ и измерительных приборов, испол|зуемых в лабораторной установке 2.Изучшъ лабораторную установку и комадопгационную панель, определить цену деления приборов.

|З.Выключить выключатели ВК5 - ВК8, отключить амперметр А2, выключить ВК1,понтециометр R1 установить в положение минимального сигнала.

р.Подать напряжение питания(220В, 50 ГЦ )на ЭМУ выключателем ВК2 рслышите шум вращения приводного двигателя).Вкшочитъ напряжение управления выключателем ВК1 и, регулируя Иу с помощью потенциометра Щ от Иу^О до Иу=Иу мах, снять характеристики\Ип=£(Иу), In=f[Iy)? Hn=f(Iy) на ■Гостом ходу (выключателями ВК5 - ВК8 нагрузка отключена, что контролируется по амперметру АЗ).Опыт повторить при изменении ролярности Иу выключателем ВКЗ.

f Снять регулировочную характеристаку|1вых=::=!ру); для чего включить ВК1, Р*23К4( в положении А2), выключатели ВК5 - Bf(8 выключены. Сменить


-id-




A3



4*





6K8


J?

ко

ЭМУ

<зя


в


Вет


'© .Ч> '<V '*

BKfc


BK5

©


\

1

Ш t k

\



\ ПД ВК2

<6


\


о


-4


ыъ

Pud.^

/2 -

полярность напряжения управления переключателем ВКЗ и сиять вторую'
в
етвь характеристики HBhIX=f(IN). й |

6. При неизменной полярности напряжения управления снять нагрузочную
характ
еристику ЭМУ Ивых=€(1„). Включить ВК1 ,ВК2,ВК4 (в положении

А2) Потенциометром R1 установить на холостом ходу выходное напряжение ЭМУ Ищх3*! 15В. Увеличивая ток нагрузки от 0 до Imax(c помощью выключателей ВК5 - ВК8),снять характеристику ИВЫХ=1Х1Н).

7. Составить отчет о проведенной лабораторной работе. В отчете должны

бы гъ приведены теоретические положения, технические данные |

исследуемого ЭМУ и лабораторных приборов, построены статические
характеристики ЭМУ.
1






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.