Лабораторная работа №1

«Определение момента инерции методом свободного выбега»

1.Цель работы: Определить опытным путем момент инерции электропривода.

     2.Краткие теоретические сведения

При решении целого ряда практических задач по электроприводу (определение времени разгона и торможения электропривода, выбор мощности электропривода при пульсирующей и ударной нагрузке) необходимо знать момент инерции электропривода.

Момент инерции есть мера инертности тела при вращательном движении. Момент инерции тела равен:

J=m·ρ2, кг·м2 ,                                 (1)

где m - масса ( кг ),

p - радиус инерции ( м ).

В справочниках по электрооборудованию приводятся только величины момента инерции электродвигателей. При расчетах электропривода нужно знать моменты инерции всех элементов системы, приведенные к скорости вращения электродвигателя (к валу двигателя). Для простейших тел имеются формулы определения момента инерции. Однако на практике редко имеют дело с такими простыми телами. Обычно вращающиеся тела сложны по конфигурации, а отдельные их части изготовлены из разных материалов (например, ротор электродвигателя). Это затрудняет определение моментов инерции путем вычислений.

Если учесть, что в природе зачастую имеются поступательно движущиеся тела, то наиболее надежные результаты можно получить только при опытном определении действительной величины момента инерции.

 Одним из методов опытного определения момента инерции является метод свободного выбега. В данной установке применен редуктор с передаточным числом i=20 для демонстрации передачи мощности от двигателя к исполнительному механизму.

Общий момент инерции системы состоит из суммы моментов инерции двигателя, маховика на валу двигателя, соединительной муфты, момента инерции редуктора и маховика на валу редуктора. Испытуемый агрегат, в этом случае, разгоняется до определенной скорости, после чего электродвигатель отключается от сети и наступает процесс самоторможения, обусловленный трением, на определение которого расходуется запасенная во вращающихся массах кинетическая энергия:

, Дж                                (2)

где J - момент инерции привода ( кг м2 ),

ω - угловая скорость (рад/с).

Угловую скорость можно выразить следующим образом:

                                (3)

Основное уравнение движения электропривода имеет следующий вид:

,                                (4)

где M - момент двигателя (Н м),

Mс - момент сопротивления (Н м),

ω - угловая скорость вращения двигателя (рад/с),

t - время (с).

В случае самоторможения М=0, а Мс является общим моментом сопротивления механизма и потерь вращения привода, тогда выражение (4) для J примет вид

, кг м2                                (5)

Если процесс самоторможения снят и представлен в виде кривой выбега (рисунок 1), то, проводя касательную к этой кривой в начальной точке выбега nxx до пересечения  с осью абсцисс, получают отрезок времени t подкл.

Рисунок 1. Кривая выбега привода.

Из полученного треугольника видно, что:

 ,

тогда                                , кг·м2 ,                         (6)

или                                , кг·м2                                (7)

Величина момента сопротивления Мс определяется по формуле:

, Нм                                (8)

или

, Нм                                        (9)

где ∆Рмех - механические потери вращения привода, соответствующие скорости вращения nxx или ϖхх.

Механические потери вращения находятся из потерь холостого хода, зафиксированных при вращении привода по показаниям приборов.

Значение мощности ∆Рмех при проведении опыта выбега, пренебрегая потерями в меди ротора, может быть определено по формуле:

∆ Рмех=Pо·Pмс=Pо·3 I²ос Rфс , Вт                        (10)

где Ро – мощность холостого хода, определенная по ваттметру,

Iос. – ток в статоре двигателя при вращении привода в холостую,

Rфс – активное сопротивление одной фазы статора,

3.Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с оборудованием установки и изучить порядок проведения работы.
2. Записать технические данные машин и приборов.
3. Собрать электрическую схему установки, снять показания холостого хода, записав показания в таблицу 1.

Таблица 1 Данные опыта холостого хода

4.        Провести опыт по снятию кривой выбега (самоторможение), показания записать в таблицу 2.

Таблица 2 Опыт самоторможения электропривода

5.        Определить мощность, обусловленную механическими потерями вращения привода.

6.        Построить кривую n=ƒ(t) и определить tподкл.

7.        Определить момент инерции привода.

4.Методические указания к проведению работы

Для снятия показаний холостого хода двигатель подключают к сети и разгоняют агрегат до скорости холостого хода.

При холостом ходе агрегата необходимо зафиксировать напряжение, подводимое к двигателю, ток холостого хода, частоту вращения холостого хода. Частота вращения определяется по данным вольтметра, подключенного к тахогенератору.

У двигателя переменного тока мощность холостого хода фиксируется по ваттметру.

Опыт по снятию кривой выбега (самоторможения) проводится следующим образом. Двигатель привода подключить к сети и при достижении скорости холостого хода его отключают от сети. Через равные промежутки времени до полной остановки двигателя фиксируют показания вольтметра, подключенного к тахогенератору и секундомера. Последнее показание времени снимается при скорости, равной нулю. Построенная по точкам кривая выбега должна иметь вид рисунок 1.Проведя касательную линию к кривой выбега в точке ωхх на оси времени определяют tподкл., которое подставляется в расчетную формулу (7) момента инерции.

Механические потери подсчитываются по формуле (10).

Активное сопротивление одной фазы статора двигателя Rфс=1 Ом.

Рисунок 2. Схема управления АД с короткозамкнутым ротором

5.Контрольные вопросы

1. Для каких целей определяют момент инерции привода?
2. В каких единицах измеряется момент инерции?
3. Что будет со временем торможения агрегата, если момент инерции уменьшить?

Практическая работа №1

«Расчет и построение механических характеристик ДПТ НВ»

1.Цель работы:

а) По паспортным данным двигателя постоянного тока с независимым возбуждением рассчитать и построить естественную и реостатную электромеханические (скоростные) и механические характеристики двигателя в именованных единицах, при заданном добавочном сопротивлении цепи якоря Rд

б) По паспортным данным двигателя постоянного тока с независимым возбуждением рассчитать и построить естественную и реостатную скоростные и механические характеристики в относительных единицах.

2. Краткие теоретические сведения

Таблица 1.1 – Исходные данные, Rд =2 Ra

Рисунок 1 – Принципиальная схема ДПТ НВ

Математическая модель дпт с нВ

1 Е = КФω – уравнение эдс

2 М = КФI – уравнение момента

3 Ea = U – IaR – уравнение баланса напряжений

1. Расчет и построение естественной и реостатной электромеханических и механических характеристик дпт нв в именованных единицах

Для того чтобы построить естественные характеристики достаточно знать коор-динаты двух точек. Первая точка соответствует режиму холостого хода М = 0 (I = 0); ω = ω0). Вторая точка соответствует номинальному режиму М=Мном (I=Iном); ω=ωном).

Номинальное значение силы тока:

Iн =Рн /η *Uн =346,3 А

Значение номинального электрического сопротивления:

Rном =0,32 Ом

Номинальная угловая скорость:

Номинальный момент

Мном = Рн /ωн

Конструктивная постоянная

K=pN/(2πa)= 0.88

        Сопротивление якоря

       Ra = = 0,052 Ом

Определим значение добавочного сопротивления:

Rд =2 Ra = 0,104 Ом

Скорость идеального холостого хода

ω0 =Uном /k =125 об/мин

Запишем уравнения естественных скоростной и механической характеристик двигателя, соответственно:

, 

Из уравнений характеристик можно найти:

– значение тока короткого замыкания (пусковой ток):

Iп =Uном /Rя  2115 А

– значение критического момента (пусковой момент):

Мп = Uном *k/Rя =1862 Н*м

Рисунок 2 – Естественная и реостатная электромеханическая и механическая характеристики в именованных единицах

2. Расчёт характеристик в относительных единицах

Запишем уравнения естественных скоростной и механической характеристик двигателя в относительных единицах, соответственно:

 и  – уравнения характеристик в относительных едини-цах.

Характеристики в относительных единицах строят по двум точкам

1 точка холостого хода:

ν =1; μ = 0 (i = 0) для естественной и реостатной характеристик

2 точка номинального режима:

Δν =  ; μ = 1 (i = 1) для естественной характеристики

Δν =  ; μ = 1 (i = 1) для реостатной характеристики

Рисунок 2 – Естественная и реостатная скоростная и механическая характеристики в относительных единицах

3.Варианты заданий для практической работы

4.Вопросы по практической работе:

1.Напишите уравнение механической характеристики ДПТ НВ и объясните физический смысл его слагаемых?

2.Что такое пограничная частота вращения

3.Почему механические характеристики последовательного возбуждения криволинейны?

4. Координаты каких двух точек достаточно знать, для построения естественных механических характеристик ДПТ НВ?

Лабораторная  работа № 3

«Исследование электромеханических свойств  двигателя постоянного тока»

1.Цель работы: Изучение электромеханических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения в двигательном и тормозных режимах работы.

2.Краткие теоретические сведения

Уравнение электромеханической характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид:

        ,        (1)

где        напряжение питающей сети;

магнитный поток двигателя;

ток в якорной цепи двигателя;

угловая скорость вращения якоря;

коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя

,                 (2)

где число пар полюсов двигателя;

число активных проводников обмотки якоря;

число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

суммарное сопротивление якорной цепи, включающее внешнее сопротивление реостата и соединительных проводов и внутреннее  сопротивление обмотки якоря.

Развиваемый двигателем электромагнитный момент связан с током якоря и магнитным потоком зависимостью:

, Нм                 (3)

Для двигателей постоянного тока возможны следующие тормозные режимы:

1. Режим генераторного торможения с отдачей электрической энергии в питающую сеть;
2. Режим динамического торможения;
3. Режим торможения противовключением.

Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть осуществляется в том случае, когда скорость двигателя оказывается выше скорости идеального холостого хода и ЭДС якоря становится больше приложенного напряжения.

Динамическое торможение происходит при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на сопротивление. Обмотка возбуждения при этом остается присоединенной к сети.

Торможение противовключением осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную сторону.

Переход от об/мин. к угловой скорости вращения в рад/с осуществляется по известной зависимости:

        рад/с                 (4)

3.Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с оборудованием установки, изучить порядок проведения работы.
2. Записать технические данные машин и приборов.
3. Включить агрегат в работу и, задаваясь различными нагрузками, снять данные для построения электромеханических характеристик в двигательном и тормозных режимах. Показания приборов записать в таблицу 1.
4. На одном графике построить электромеханические характеристики в двигательном и тормозных режимах работы.

4.Методические указания к проведению работы

Двигательный режим

1. Универсальный переключатель SA установить в положение “двигательный режим”. Включить автоматические выключатели QF2; QF4 и затем QFI. Реостатом R2 установить номинальный ток возбуждения двигателя.
2. Плавно увеличивая ЛАТРом напряжение до номинального произвести пуск двигателя. Изменяя нагрузку на валу двигателя реостатом R3 и реостатом R4, снять показания приборов для трех точек электромеханической характеристики. Двигатель при этом нагрузить до .Напряжение на двигателе с помощью ЛАТРа поддерживать номинальным.
3. Установить ручку ЛАТРа в нулевое положение. Выключить автоматические выключатели.

Режим генераторного торможения

1. Универсальный переключатель SA установить в положение “генераторное торможение”. Положение ручек ЛАТРов установить в нулевое положение. Включить автоматические выключатели QF1; QF2; QF3; QF4. Запустить двигатель, плавно увеличивая ЛАТРом напряжение до . Снять показания приборов для построения электромеханической характеристики в двигательном режиме.
2. Плавно увеличивая ЛАТРом напряжение на генераторе, перевести двигатель в режим генераторного торможения. Снять показания приборов при разных значениях тока двигателя для построения электромеханической характеристики в режиме генераторного торможения.
3. Установить положение ручек ЛАТРов в нулевое положение, выключить автоматические выключатели.

Режим динамического торможения

1. Универсальный переключатель SA установить в положение “динамическое торможение”. Включить автоматические выключатели QF2; QF4 и затем QF3. Регулируя ЛАТРом напряжение на генераторе, изменять скорость вращения двигателя. Снять показания приборов для электромеханической характеристики в режиме динамического торможения.
2. Установить ручку ЛАТРа в нулевое положение. Выключить автоматические выключатели.

Таблица 1

5. Контрольные вопросы

1. Каким уравнением описывается электромеханическая характеристика?
2. Как получить режим динамического торможения?
3. Что такое генераторный режим торможения и как его получить?
4. Каков порядок включения электроприборов в различных режимах?

Практическая работа № 2

«Расчет пускового реостата графоаналитическим методом»

1.Цель работы: Рассчитать ступени пусковых реостатов, приняв число ступеней равным m=3, пуск двигателя- нормальный. Построить пусковую диаграмму.

Расчет ступеней пусковых реостатов выполнить двумя способами:

а) графическим;

б) аналитическим.

2.Краткие теоретические сведения:

Графический метод

        Рисунок 1 – Схема пуска двигателя с трёхступенчатым реостатом

Основным требованием, предъявляемым к двигателю, является обеспечение его плавного и равномерного пуска. Момент, при котором происходит переключение пускового реостата с одной ступени на другую, называется моментом переключения (). Момент, при котором двигатель начинает работать на новой реостатной характеристике, называется пиковым (). Плавный и равномерный пуск достигается при равенстве на каждой ступени пуска момента переключения и пикового момента.

По заданию пуск нормальный

Для нормального пуска примем значение момента переключения 

Рисунок 2 – Трёхступенчатый пуск

По построенным механическим характеристикам графически измеряют сопротивления ступеней в относительных единицах:

rа = ab = 0,01625;

rp1 = bc = 0,09;

rp2 = cd = 0,13;

rp3 = de = 0,21;

rp1+rp2+rp3+rя = ae = 0,5925;

af = rном = 1.

Сопротивления в именованных единицах

Rа = rа ⋅Rном = 0,01625·0,32 = 0,052 Ом,

Rp1 = rp1⋅Rном = 0,09·0,32 = 0,0288 Ом,

Rp2 = rp2⋅Rном = 0,13·0,32 = 0,0416 Ом,

Rp3 = rp3⋅Rном0,21·0,32 = 0,0672 Ом,

 Аналитический метод

Для выполнения расчёта аналитическим методом воспользуемся соответствующей формулой для нормального пуска:

,

где - коэффициент, показывающий, во сколько раз значение пикового момента больше момента переключения

 или .

Подставляя данные, получаем:

Величину сопротивлений ступеней в относительных единицах определяют с помощью следующих выражений:

rП1=(λ12-1) ⋅rя

rП1=(1,51-1)⋅0,1625=0,088

rП2= rя ⋅ ( -1) - rП1

rП2=0,1625(1,542-1) – 0,088 = 0,135

rП3= rя ⋅ (-1) - rП1 - rП2

rП3=0,1625(1,543-1) – 0,088 – 0,135 = 0,208

Значение сопротивлений в именованных единицах

RП1 = rП1 ⋅Rном = 0,088⋅0,32 = 0,0282 Ом

RП2 = rП2 ⋅Rном = 0,135⋅0,32 = 0,0432 Ом

RП3 = rП3 ⋅Rном = 0,208⋅0,32 = 0,0666 Ом

Таблица 1 – Результаты вычисления ступеней пусковых реостатов для ДПТ НВ

В качестве значения пусковых реостатов принимаем величины полученные графическим методом

3.Варианты заданий для практической работы:

4.Вопросы по практической работе:

1.В чем сущность графического метода расчета пускового реостата?

2.В чем сущность аналитического метода расчета пускового реостата?

3.Поясните как происходит пуск двигателя по рисунку 2?

Практическая работа 5

«Выбор резисторов»

1.Цель работы: изучить параметры выбора резисторов для электродвигателей

2.Краткие теоретические сведения:

Реостатом называется аппарат, состоящий из набора резисторов и устройства, с помощью которого можно регулировать сопротивление включенных резисторов и благодаря этому регулировать переменный и постоянный ток и напряжение. 

Различают реостаты с воздушным и жидкостным (масляным или водяным) охлаждением. Воздушное охлаждение может применяться для всех конструкций реостатов. Масляное и водяное охлаждение используется для металлических реостатов, резисторы могут либо погружаться в жидкость, либо обтекаться ею. При этом следует иметь в виду, что охлаждающая жидкость должна и может охлаждаться как воздухом, так и жидкостью. 

Металлические реостаты с воздушным охлаждением получили наибольшее распространение. Их легче всего приспособить к различным условиям работы как в отношении электрических и тепловых характеристик, так и в отношении различных конструктивных параметров. Реостаты могут выполняться с непрерывным или со ступенчатым изменением сопротивления. 

Переключатель ступеней в реостатах выполняется плоским. В плоском переключателе подвижный контакт скользит по неподвижным контактам, перемещаясь при этом в одной плоскости. Неподвижные контакты выполняются в виде болтов с плоскими цилиндрическими или полусферическими головками, пластин или шин, располагаемых по дуге окружности в один или два ряда. Подвижный скользящий контакт, называемый обычно щеткой, может выполняться мостикового или рычажного типа, самоустанавливающимся или несамоустанавливающимся. 

Несамоустанавливающийся подвижный контакт проще по конструкции, но ненадежен в эксплуатации ввиду частого нарушения контакта. При самоустанавливающемся подвижном контакте всегда обеспечиваются требуемое контактное нажатие и высокая надежность в эксплуатации. Эти контакты получили преимущественное распространение. 

Достоинствами плоского переключателя ступеней реостата являются относительная простота конструкции, сравнительно небольшие габариты при большом числе ступеней, малая стоимость, возможность установки на плите переключателя контакторов и реле для отключения и защиты управляемых цепей. Недостатки — сравнительно малая мощность переключения и небольшая разрывная мощность, большой износ щетки вследствие трения скольжения и оплавления, затруднительность применения для сложных схем соединения.

Металлические реостаты с масляным охлаждением обеспечивают увеличение теплоемкости и постоянной времени нагрева за счет большой теплоемкости и хорошей теплопроводности масла. Это позволяет при кратковременных режимах резко увеличивать нагрузку на резисторы, а следовательно, сократить расход резистивного материала и габариты реостата. Погружаемые в масло элементы должны иметь как можно большую поверхность, чтобы обеспечить хорошую теплоотдачу. Закрытые резисторы погружать в масло нецелесообразно. Погружение в масло защищает резисторы и контакты от вредного воздействия окружающей среды в химических и других производствах. Погружать в масло можно только резисторы или резисторы и контакты. 

Отключающая способность контактов в масле повышается, что является достоинством этих реостатов. Переходное сопротивление контактов в масле возрастает, но одновременно улучшаются условия охлаждения. Кроме того, за счет смазки можно допустить большие контактные нажатия. Наличие смазки обеспечивает малый механический износ. 

Для длительных и повторно-кратковременных режимов работы реостаты с масляным охлаждением непригодны ввиду малой теплоотдачи с поверхности бака и большой постоянной времени охлаждения. Они применяются в качестве пусковых реостатов для асинхронных электродвигателей с фазным ротором мощностью до 1000 кВт при редких пусках. 

Наличие масла создает и ряд недостатков: загрязнение помещения, повышение пожарной опасности.

Рис. 1. Реостат с непрерывным изменением сопротивления

Пример реостата с практически непрерывным изменением сопротивления приведен на рис. 1. На каркасе 3 из нагревостойкого изоляционного материала (стеатит, фарфор) намотана проволока резистора 2. Для изоляции витков друг от друга проволоку оксидируют. По резистору и направляющему токоведущему стержню или кольцу 6 скользит пружинящий контакт 5, соединенный с подвижным контактом 4 и перемещаемый при помощи изолированного стержня 8, на конец которого надевается изолированная рукоятка (на рисунке рукоятка снята). Корпус 1 служит для сборки всех деталей и крепления реостата, а пластины 7 — для внешнего присоединения. 

Реостаты могут включаться в схему как переменный резистор (рис. 1, а) или как потенциометр (рис. 1,6). Реостаты обеспечивают плавное регулирование сопротивления, а следовательно, и тока или напряжения в цепи и находят широкое применение в лабораторных условиях в схемах автоматического управления. 
Схемы включения пусковых и регулировочных реостатов 

На рисунке 2 показана схема включения с помощью реостата двигателя постоянного тока небольшой мощности.

Рис. 2. Схема включения реостата: Л — зажим, соединенный с сетью, Я — зажим, соединенный с якорем; М — зажим, соединенный о цепью возбуждения, О — холостой контакт, 1 — дуга, 2 — рычаг, 3 — рабочий контакт.

Перед включением двигателя необходимо убедиться в том, что рычаг 2 реостата находится на холостом контакте 0. Затем включают рубильник и рычаг реостата переводят на первый промежуточный контакт. При этом двигатель возбуждается, а в цепи якоря появляется пусковой ток, величина которого ограничена всеми четырьмя секциями сопротивления Rп. По мере увеличения частоты вращения якоря пусковой ток уменьшается и рычаг реостата переводят на второй, третий контакт и т. д., пока он не окажется на рабочем контакте. 

Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, а поэтому рычаг реостата нельзя длительно задерживать на промежуточных контактах: в этом случае сопротивления реостата перегреваются и могут перегореть. 

Прежде чем отключить двигатель от сети, необходимо рукоятку реостата перевести в крайнее левое положение. При этом двигатель отключается от сети, но цепь обмотки возбуждения остается замкнутой на сопротивление реостата. В противном случае могут появиться большие перенапряжения в обмотке возбуждения в момент размыкания цепи. 

При пуске в ход двигателей постоянного тока регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения следует полностью вывести для увеличения потока возбуждения. 

Для пуска двигателей с последовательным возбуждением применяют двухзажимные пусковые реостаты, отличающиеся от трехзажимных отсутствием медной дуги и наличием толь ко двух зажимов — Л и Я. 

Реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (рис. 3 и 4) состоят из набора резисторов 1 и ступенчатого переключающего устройства. 

Переключающее устройство состоит из неподвижных контактов и подвижного скользящего контакта и привода. В пускорегулирующем реостате (рис. 3) к неподвижным контактам присоединены полюс Л1 и полюс якоря Я, отводы от элементов сопротивлений, пусковых и регулировочных, согласно разбивке по ступеням и другие управляемые реостатом цепи. Подвижный скользящий контакт производит замыкание и размыкание ступеней сопротивления, а также всех других управляемых реостатом цепей. Привод реостата может быть ручной (при помощи рукоятки) и двигательный.

Рис. 3. Схема включения пускорегулирующего реостата: Rпк - резистор, шунтирующий катушку контактора в отключенном положении реостата, Rогр - резистор, ограничивающий ток в катушке, Ш1, Ш2 - параллельная обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока, С1, С2 - последовательная обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока.

Реостаты по типу приведенных на рис. 2 и 3 нашли широкое распространение. Их конструкции обладают, однако, некоторыми недостатками, в частности большим числом крепежных деталей и монтажных проводов, особенно в реостатах возбуждения, которые имеют большое число ступеней. 

Схема включения маслонаполненного реостата серии РМ, предназначенный для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором, приведен на рис. 5. Напряжение в цепи ротора до 1200 В, ток 750 А. Коммутационная износостойкость 10 000 операций, механическая - 45 000. Реостат допускает 2 — 3 пуска подряд.

Реостат состоит из встроенных в бак и погруженных в масло пакетов резисторов и переключающего устройства. Пакеты резисторов набираются из штампованных из электротехнической стали элементов и крепятся к крышке бака. Переключающее устройство — барабанного типа, представляет собой ось с закрепленными на ней сегментами цилиндрической поверхности, соединенными по определенной электрической схеме. На неподвижной рейке укреплены соединенные с резисторными элементами неподвижные контакты. При повороте оси барабана (маховиком или двигательным приводом) сегменты как подвижные скользящие контакты перемыкают те или иные неподвижные контакты и тем самым меняют значение сопротивления в цепи ротора.

Рис. 4. Схема включения регулировочного реостата возбуждения: Rпр - сопротивление предвключенное, ОВ - обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока.

3.Параметры выбора резисторов

Для пуска и регулирования частоты вращения двигателей, асинхронных с фазным ротором и постоянного тока, необходимы резисторы или регуляторы напряжения.
Ручной пуск осуществляют при помощи стандартных переменных резисторов (пусковых реостатов).
Пусковые реостаты серии РП предназначены для ручного пуска двигателей постоянного тока мощностью до 4 кВт, реостаты РЗП для двигателей от 4 до 42 кВт.
Серия РП имеет один типоразмер, серия РЗП — 5 типоразмеров.
При одинаковом размере пусковые реостаты различаются номинальными токами элементов и числом ступеней. Реостат РЗП-2, например, имеет номинальный ток до 40 А, число ступеней 7. Они предназначены для двигателей мощностью до 7 кВт.
Для пуска двигателей с фазным ротором изготовляют пусковые реостаты с масляным охлаждением типов ПР-17,5 и ПР-29,5. Первый предназначен для двигателей мощностью до 17,5 кВт, второй— для двигателей мощностью до 29,5 кВт. Реостаты допускают от 5 до 3 пусков подряд, длительность одного пуска не должна быть более 10... 18 с.
Технические параметры пусковых реостатов приводятся в справочниках, и выбирать тот или иной тип реостата следует в соответствии с номинальными данными электродвигателя.
При автоматизированном пуске двигателей используют стандартные ящики резисторов, выпускаемых нашими заводами. Их применяют в качестве пусковых, пускорегулировочных, тормозных и регулировочных сопротивлений для двигателей постоянного и переменного тока. Ящики резисторов ЯС-1 состоят из 40 чугунных литых элементов, каждый из которых может иметь сопротивление от 0,28 до 0,038 Ом; длительно допускаемый ток от 20 до 55 А. Выпускаются ящики резисторов с фехралевыми и константановыми элементами, рассчитанные на меньшие токи и большие сопротивления.
Для того чтобы выбрать тот или иной ящик резисторов, надо рассчитать число ступеней и значения их омических сопротивлений. Эти расчеты для двигателей независимого возбуждения и двигателей с фазным ротором одинаковы.
Для расчета пусковых резисторов могут быть заданы два условия.

1. Известно число ступеней пускового сопротивления т.
2. Неизвестно число ступеней сопротивления.

При автоматизированном управлении приходится особенно считаться с числом ступеней, так как каждая ступень требует установки дополнительных реле и контакторов. Для приводов средней мощности число ступеней принимают обычно 2...4.
При графическом методе расчета чертят семейство механических характеристик электродвигателя таким образом, чтобы обеспечить рациональный пуск, для этого:
чертят естественную характеристику двигателя 1 (рис. 9.6) в относительных единицах;
задаются значениями максимального момента М1, момента переключения при пуске М2 и проводят вертикальные пунктирные линии;
наносят искусственные характеристики 2 и 3.
Прямая 2 проходит через точки идеального холостого хода О и начального пускового момента А. Прямую 3 проводят из точки О в точку В, находящуюся на линии момента М1 в месте пересечения прямой 2 с вертикальной линией момента М2. Данная пусковая диаграмма соответствует рациональному ступенчатому пуску.
При включении двигателя с двумя резисторами (точка А) он начинает разгоняться. Когда момент снизится до величины М2, резистор R2 шунтируется и двигатель переходит на новую характеристику 3 в точку В. Момент двигателя снова возрастает до значения M1. Последующий разгон и переход на новую характеристику осуществляется аналогично.

4.Вопросы по практической работе:

1.Что называется реостатом?

2.Пречислить виды охлаждения реостатов?

3. Достоинства плоского переключателя ступеней реостата?

4.Из чего состоят реостаты со ступенчатым управлением сопротивления?

5.Перечислите параметры выбора резисторов?

Практическая работа 3

« Расчет регулировочных резисторов»

1.Цель работы: Для двигателя постоянного тока определить сопротивление резистора, включение которого обеспечит прохождение искусственной характеристики через точку с координатой ωи и Ми. Расчет проверить методом пропорций.

2.Краткие теоретические сведения:

ДПТ НВ типа ПБСТ-53 имеет следующие паспортные данные: Рном=4,8 кВт; nном1500 об/мин; Uном=220В; Iном=24,2 А; Rя=0,38 Ом; Iв,ном=0,8 А. Определить сопротивление резистора, включение которого обеспечит прохождение искусственной характеристики через точку с координатой: ωи= 90 рад/с. Ми=25 Н*м.

Для нахождения сопротивления используем метод пропорций, предварительно определив ряд требуемых для расчета параметров двигателя: номинальные скорость и момент двигателя

Зная эти данные, вычисляем:

произведение конструктивного коэффициента на магнитный поток

Скорость холостого хода

Перепад скорости на искусственной характеристике при том же моменте

Перепад скорости на искусственной характеристике при том же моменте

Искомое сопротивление резистора будет равно

3. Варианты заданий для практической работы:

4.Вопросы по практической работе:

1.Чем ограничивается наибольшая частота вращения двигателя?

2.Что называется резистором?

3.Что называется искусственной механической характеристикой?

4.Методика расчета сопротивления резистора?

3.Варианты заданий для практической работы:

Практическая работа 5

«Расчет добавочных сопротивлений в цепи обмотки статора»

1.Цель работы: Рассчитать добавочное сопротивление в цепи статора R1д , включение которого в три фазы АД уменьшит пусковой ток в 2 раза

2.Краткие теоретические сведения:

3.Варианты заданий по практической работе:

 АД с короткозамкнутым ротором серии 4А имеет паспортные данные указанные в табл. 1. Рассчитать добавочное сопротивление в цепи статора R1д , включение которого в три фазы АД уменьшит пусковой ток в 2 раза (α=0,5)

Таблица 1

4.Вопросы по практической работе:

1.Что называется асинхронным двигателем?

2.Поясните понятие нормального и форсированного пуска асинхронного электродвигателя?

3.Как осуществляется пуск АД с фазным ротором через пусковые резисторы?

4.что называется скольжением АД?

5.Как определить число ступеней пускового резистора?

Практическая работа №8

«Расчет и построение механических характеристик трехфазного АД»

1.Цель работы: научится рассчитывать и строить механические характеристики трехфазного АД

2.Краткие теоретические сведения:

АД типа МТН-312-6 имеет следующие данные:Pном=17.5кВт, nном=945 об/мин, U1ном =380В, f1ном=50Гц, I1ном=43A, Rc = 0.34 Oм, х1= 0.43 Ом, Rp=0.12 Ом, x2=0.25 Ом, k= 2,66; λм=Мк/Мном=2.5
Рассчитать и построить естественные электромеханическую и механическую характеристики двигателя.
Определяем скорость идеального холостого хода.
w0=2πf1ном/p=2*3.14*50/3=104.8 рад/с
Рассчитываем приведенные значения индуктивного и активного сопротивления обмотки ротора и индуктивное сопротивление короткого замыкания:

=0.25*7.08=1,8 Ом

=0.43+1.8=2.23 Ом

Определяем характерные точки характеристики ((s)
Iкз=Iпуск=U1ф/
s1=- = -0.89/0.34=-2.6
Imax=220/=98.4 A.
Для расчета электромеханической характеристики  используем формулу (5.3),подставляя в нее найденные значения параметров:

Расчет механической характеристики ведем по формуле (5.11) определяя вначале координаты точек номинального режима и критического момента:
ωном=πnном/30=3.14*945/30=99 рад/с
sном=(ω0-ωном)/ω0=(104.8-99)/104.8=0.07

Мном=Pном/ωном=17500/99=177Нм
Мк=λмМном=2.5*177=442Нм
sk= /  = 0.89/=0,4
a=Rc/R`p=0.34/0.89=0.38
Расчет формула принимает вид:
М=2+  = 1018/ + +0,3
Задаваясь рядом значений скольжения s, рассчитываем значение тока и момента:

Используя полученные данные построим естественные электромеханическую I (рис. 5.5а) и механическую 2 (рис.5.5б )характеристики.

3. Варианты заданий для практической работы:

U1ном =380В, f1ном=50Гц

4.Вопросы по практической работе:

1.Что называется электромеханической характеристикой АД?

2. Что называется механической характеристикой АД?

3.На какие характерные участки можно разделить график естественной механической характеристики асинхронного двигателя?

4.Перечислите характерные точки механической характеристики АД?

Практическая работа №6

«Расчет добавочного сопротивления в цепи ротора АД. Построение пусковой диаграммы и расчет пусковых резисторов»

1.Цель работы: Рассчитать добавочное сопротивление R2д2 , при включении которого в цепь ротора механическая характеристика пройдет через точку с координатами (ωи;Ми ). Рассчитать и построить эту искусственную характеристику. Построить пусковую диаграмму.

2.Краткие теоретические сведения:

Пусковая диаграмма АД с фазным ротором представляет собой совокупность нескольких искусственных механических характеристик АД, которые используются при его пуске. Пусковая диаграмма обычно строиться по аналогии с ДПТ НВ в предположении, что рабочий участок механических характеристик АД близок к линейному.

1)Если искусственная характеристика задана своей рабочей часть, то для расчета резисторов можно использовать метод отрезков.

Порядок построения пусковой диаграммы методом отрезков для АД аналогичен как и для ДПТ НВ.

На рисунке 1 выполнено построение для АД при использовании этого метода, для чего проведена вертикальная линия соответствующая номинальному моменту Мном и отмечены характерные точки a, b, c, d, e. Сопротивление искомого резистора  R2д1 определяется:

R2д1 =R2ном bc/ae

где R2ном= Е2к /(-номинальное сопротивление АД;

Е2к –ЭДС ротора при s=1;

-номинальный ток ротора

С помощью метода отрезков и рисунка 1 при необходимости по естественной характеристике  можно найти и сопротивление фазы обмотки ротора:

Rр =R2ном  ab/ae

При построении пусковой диаграммы АД момент М1 обычно принимается не более (0,8…0,9)Мк , а момент М2 должен составлять (1,1…1,2)Мс . Число ступеней пусковой диаграммы m  и значения моментов М1 и М2 связаны между собой следующим соотношением:

m=lg (1/sном М1)/ lg (М1 / М2)

Расчет пусковых резисторов, обеспечивающих требуемую пусковую диаграмму производится с помощью формул:

R2д2 =Rp (sи /sе -1)

где sе –скольжение АД на естественной характеристике 1, соответствующее моменту Ми

Значение сопротивления обмотки ротора вычисляется по формуле:

Rp =Е2к sном/(

Рисунок 1. Пусковая диаграмма двигателя 1-реостатная при R2д1,

2- реостатная при R2д2

3.Задание по практической работе:

Для АД параметры которого указаны в таблице 1. Рассчитать добавочное сопротивление R2д2 , при включении которого в цепь ротора механическая характеристика пройдет через точку с координатами (ωи;Ми ). Рассчитать и построить эту искусственную характеристику. Построить пусковую диаграмму.

Таблица 1

4.Вопросы по практической работе:

1. Расскажите методику построения пусковой диаграммы АД методом отрезков?

2.Что происходит с механической характеристикой АД при увеличении сопротивления в цепи ротора?

3. Покажите на рисунке 2 рабочий участок механической характеристики АД?