Метод вимірюваннямоментів

Пристроїдля створеннянавантаження

 

У лабораторіікафедриЕПК НУ”ЛП” застосовуютьсятакіелектромеханічніпристроїдля створеннянавантаження (коротко –пристроїнавантаження) [1]:

а) гальмівний генератор постійного струму, ввімкнений на активнийопір;

б) електропривід за системою генератор-двигун.

У першомупристроі (рис.2) навантаження, яке створюєьсягальмівним генератором ГН, регулюєтьсязміноювеличини опору R_н іструму в обмотцізбудження ОЗГН. При виборіпотужностігальмівного генератора треба спочаткуоцінититехнічніданідосліджуваногодвигуна, а саме: визначити величину його максимально можливогомоменту (струму) ішвидкостіобертання. Бажановибратитакийгальмівний генератор, який би під час експериментівнавантажувавсяприблизноодноково з досліджуванимелектродвигуном. Прилади,вказані на схемі, у залежностівідзастосування методу при експерименті, можуть бутивикористаніабо для вимірювання величин,необхідних для визначення моменту, аботільки для контролю.

Основнапозитивна якістьцього пристрою навантаження–цете, щовінпорівняно не є складним. Але цейпристрій не дозволяєзнятидеякі точки механічної характеристики досліджуваногодвигуна. Точки мнханічноїхарактеристики електроприводаможнаодержатитількипри відповідномувзаємномурозміщеннімеханічних характеристик двигунаі пристрою навантаження. Для прикладу на рис. 3показано взаємнерозміщеннямеханічних характеристик асинхронногодвигунаігальмівного генератора. Характеристики гальмівного генератора наведені в зеркальному зображенні. В такійустановці(рис. 3) можуть бути точки перетину характеристик стійкоїінестійкоїрівноваги. Так, наприклад, точка b" відповідаєнестійкомустану привода. Дійсно, привідхиленнішвидкості в ційточці всторону зростання момент на валіелектродвигуназростатимешвидшевід моменту навантажувального генератора, отже, надлишковий момент стаєпозитивнимішвидкістьобертання привода зростатиме,поки привод не перейде в точку b', в якіймаємостійкурівновагумоментівдвигунаі генератора. Якщо в точці b" швидкість приводазменшиться, то стійкий стан буде тільки в точці b.

Взагалі, як це видно із рис. 3, нестійкарівновага буде навсійділянці c - d'. Знятицюділянку характеристики за допомогоюпристрою навантаження, створеного на основігальмівного генератора (див. рис. 2), практичнонеможливо. При експерементальномувизначенніточокмеханічної характеристики в діапазонівід w_о доточки d' потрібнозменшувати величину опору R_н, а в діапазонівід точки а до точки с - збільшувати. Характеристика ОА (R_н =0) є граничною, і тому точки механічної характеристики двигунавід ω=0 до точки а знятинеможливо.

Всіцінедолікивищезгаданого пристрою навантаження, при необхідностіточнішоговизначенняексперементальних характеристиквимагаютьзастосуванняскладнішогоібільшуніверсального пристрою, утвореного за допомогоюсистеми генератор-двигун (Г-Д)(рис.4). Регулюванняшвидкостіобертаннята наввантаженнядосліджуваногоелектропривода при застосуванніцього пристрою здійснюєтьсязміною струму в обмотцізбудженнямашини ГН або, якщоцедозволяється методикою визначення моменту, - зміною струму збудженнямашини ДН.

Пристрійнавантаженняза системою Г-Д підготовляєься доексперементів у такійпослідовності. Обмотка збудження ОЗДН задопомогоюАВЗвмикається в мережу і реостатом Rвстановлюєтьсяпотрібна величина струму збудження. Якщовимірипроводяться з боку пристрою навантаження, тоцей струм обов'язково треба на протязівсьогоекспериментупідтримуватипостійним. При розімкненомурубильнику Р треба ввімкнутиприводнийелектродвигунАД, атакожподати живлення на потенціометр П; при цьому рубильник Р1 можебути ввімкнений у будь-якомунапрямку. Далі треба ввімкнутидосліджуванийелектропривід, розігнавшидосліджуванийдвигун до заданоїшвидкості. Потімпотенціометром П треба домогтись, щобпокази вольтметра V₀ дорівнювали нулю, тому щозамикатиякірне колосистеми Г-Д можнатількитоді, коли електрорушійнісилимашини ДНі ГН рівні та направленізустрічно (вольтметр V_о повинен бути з нулем по серединішкали).

Такийпристрійнавантаження (рис. 4) дозволяє практично знятимеханічні характеристикидосліджуваногоелектропривода в усіхрежимах роботиідаєчастковурекупераціюенергії в мережу, якуспоживаєдосліджувванийелектропривід при роботі в режимідвигуна. Крімцього, цейпристрійдозволяєповнішеохопити точки механічноі характеристики досліджуваногоелектропривода, томущонахилйого характеристики при регулюваннізбудженнямашини ГН неміняється. Чим жорсткішамеханічна характеристика пристрою навантаження, тимменше буде неохопленихточок на ційхарактеристицідосліджуваногоелектропривода. На рис. 5а зображеневзаємнерозміщеннямеханічних характеристик асинхронного двигуна (1) у різних режимах роботи та пристрою навантаження (прямі 2,3,4,5). Точки перетину a, b, c, d характеристик відповідаютьстійкому режимуроботиелектроприводаіможуть бути знятіекспериментально. На

рис. 5б показано випадок (при великійнесиметріїопорів у коліротора асинхронного двигуна - характеристика 1), коли на ділянці a - b маємісценестійкарівновагасистемидосліджуванийелектропривід - навантажувальнийпристрій, і точки на ційділянцівизначитиекспериментальнонеможливо.

 

Метод вимірюваннямоментів

В лабораторііавтоматизованогоелектропривода для визначенняобертовихмоментівзастосовуіться метод балансу потужностей (метод розділеннявтрат) [1].

Для визначеннямоментівцим методом вимірюванняможназдійснювати,або з боку досліджуваногодвигуна, або з боку пристрою наантаження.

3.1. Застосування методу балансу потужностей при вимірюваннізбоку досліджуваноімашинипостійного струму.

Схема експериментальноі установки зображена на рис. 6.

Рівняння балансу потужностей в цьомувипадкумаєвигляд:

Р₁ =P_в + ⧍P, (1)

а також

P₁ =P+ ⧍P₁, (2)

де Р₁ -потужність, щопідводиться до якоря, Вт;

Р_в -потужністьна валі, Вт;

⧍Р - сума потужностейвтрат в електричніймашині завиняткомвтратв обмотцізбудження, Вт;

Р - електромагнітнапотужність, Вт;

⧍Р₁ -втрати в провідниках обмотки якоря, щітковомуконтактіідодаткові, Вт.

Величини ⧍P і ⧍Р₁ завждидодатні, а потужності Р_в і Р можутьматирізні знаки в залежностівід режиму роботи. Врежимідвигуна Р₁, Р_в, Р додатні, у гальмівних режимах - відємні. Енергетичнадіаграмадля режимудвигунадається на рис. 7а, для гальмівного режиму - на рис. 7б.

 При проведенніекспериментіві в наступнихрозрахунках требаобов'язкововраховуватирежимироботимашиниідотримуватись правил знаків у рівняннях (1) і (2), щодоцільноробити таким чином.Для будь-якоговідомого режиму роботидосліджуваногодвигунафіксуєтьсянапрямвідхиленнястрілок вольтметра та амперметра, яківимірюютьнапругу U_я та струм I _я. Далі, припроведеннідосліду,показицихприладівзаписуються з відповідними знаками в залежностівід наперед вибраногонапрямку. Якщострілкаприладу переходить на протилежну сторону віднуля, то треба ставити перед величиною протилежний знак. Знак перед Р₁ у такому разіодержуєтьсясам по собі. (Так, наприклад, для рекуперативного режиму струм вякорі треба бративідємний, а напругудодатньою).

Окреміскладові балансу потужностейзнаходять таким чином:

P₁ =U_я I_я; (3)

⧍P=P_м +P_щ +P_д +P_о; (4)

   ⧍P₁ = P_м +P_щ +P_д; (5)

                                (6)

P_щ =2⧍U_щ I_я,    (7)

де U_я -напруга на якорідосліджуваногодвигуна, В;

І_я - струм вякірномуколі, А;

R_я -опір обмотки якоря, Ом;

Р_м -втрати в міді обмотки якоря, Вт; 

Р_щ -втрати в контактах щіток, Вт;

⧍U_щ -спад напруги в перехідномуопоріщітка-колектор (можнаприйняти

для вугільно-графітовихіелектрографітовихщіток ⧍U_щ = 1 В, для

металографітових - ⧍U_щ = 0.3 В);

Р₀ - потужністьвтратнеробочогоходу (механічнихівентиляційних), якізалежатьвідшвидкостіобертаннядвигуна; величину Р₀= f(ω) визначаютьекспериментально, Вт;

Р_д -потужністьдодатковихвтрат, яка визначаіться в процентному відношеннівідпотужності на затискачахмашини (для некомпенсованих машин постійного струму приймають Р_д = 0.005 U_я I_я).

Знайшовшискладові балансу потужностей, можнавизначитивідповідноі величину електромагнітного моменту

 , Нм (8)

Момент на валідвигуна

 , Нм (9)

                

Рекомендована література

1. Автоматизованийелектропривод: Учбовийпосібник до лабораторнихробіт / Бардачевський В.Т., Буртний В.В., Піцан Р.М.,Саляк Й.І. - Львів: ЛПІ, 1971. - 218 с.

2. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 771 с.

3. Електромеханічні системи автоматичного керування та електроприводи:навч. пос./ М.Г. Попович, О.Ю. Лозинський, В.Б. Клепіков та ін.; за ред. М.Г. Поповича, О.Ю. Лозинського. -К.: Либідь,2005.- 680с.

4. Піцан Р.М. Електропривід. Збірник задач до курсу. Р. М. Піцан, В.Т. Бардачевський, Б.Г. Бойчук: Львів, НУ”Львівськаполітехніка”. 1999. – 425с