Лабораторная  работа №1

Анализ результатов исследований

Механические характеристики. По данным опытов на одном графике строятся все механические характеристики в относительных единицах m=f(v).

Для определения относительного значения момента m = М/М_k0 делят измеренный момент на начальный пусковой момент М_к0 при круговом вращающемся поле, найденный при заторможенном роторе (v = 0). Относительная частота вращения вычисляется как v= n/n_c, где п, п_с — измеренная и синхронная частота вращения.

На том же графике наносится для сравнения механическая характеристика идеального двигателя, построенная по уравнению [2]

m = α_e— v(l+α_e²)/2

для случая сдвига схемой при α_с=1 и α_е = 0,5.

Для любого коэффициента сигнала у идеального двигателя, как это следует из уравнения m=f(v), механическая характеристика линейна, причем с ростом скорости момент убывает. При изменении коэффициента сигнала меняется наклон механической характеристики. При уменьшении коэффициента сигнала вращающий момент уменьшается, так как увеличивается эллиптичность поля и растет тормозной момент от обратновращающегося поля.

Синхронная частота вращения при холостом ходе имеет место только при круговом поле (α_е=1), для других коэффициентов сигнала при холостом ходе (при m = 0) равна

 V_x=2α_e/(1+α_e²).

 Для α_e= 0,5; v_х = 0,8. Уменьшение частоты вращения при холостом ходе с уменьшением коэффициента сигнала объясняется действием обратновращающегося поля. При пуске в ход (v = 0) вращающий момент у идеального двигателя изменяется пропорционально коэффициенту сигнала. В относительных единицах он численно  равен коэффициенту сигнала

 m_v=0=m_k=α_e

 Механические характеристики реального двигателя нелинейны, но близки к линейным. Относительно больший вра­щающий момент при одинаковых частотах вращения (кроме частот вращения, близких к синхронным) имеет место у конденсаторных двигателей что объясняется увеличением напряжения на обмотке возбуждения с ростом скорости.

У конденсаторного двигателя круговое вращающееся поле имеет место только при пуске для коэффициента сигнала α₀, в режиме холостого хода поле становится эллиптическим и сильное влияние начинает оказывать обратное поле. Этим объясняется то, что у конденсаторного двигателя наименьшая по сравнению с другими случаями частота вращения холостого хода.

В качестве критерия для оценки нелинейности механической характеристики выбирается наибольшее отклонение характеристики m=f(v) от прямой, проходящей через точки холостого хода — v_x и пуска — v=0. Для нахождения величины нелинейности проводят касательную к механической характеристике параллельную указанной прямой. Нелинейность ∆m равна отрезку от прямой до точки касания и соответствует относительной частоте вращения v_∆m, которая практически равна 0,5.

Если известна величина ∆m, то по ней с достаточной точностью может быть найдена и кривая m=f(v). Например, для сдвига схемой при круговом поле (α_e=1) уравнение ме­ханической характеристики в первом приближении может быть записано в следующем виде [2]

m = 1 + (4∆m— 1)v— 4 ∆m_v².

Рекомендуется рассчитать кривую m— f(v) по уравнению и сравнить ее с опытной механической характеристикой.

Полезная мощность двигателя. Из анализа зависимостей полезной мощности P_R от частоты вращения v при постоянном коэффициенте сигнала для конденсаторного двигателя α=α₀ и при сдвиге схемой для α_е=1, следует, что наиболь­шая механическая мощность имеет место при скорости близкой к v = 0,5, эту мощность принимают обычно за номинальную мощность. У ИД с конденсатором в цепи возбуждения значение полезной мощности Р_{R макс} выше, чем при сдвиге напряжений фаз схемой из-за большей нелинейности механической характеристики. При уменьшении коэффициента сигнала полезная мощность снижается и ее максимум сме­щается в сторону меньших скоростей.

Мощность возбуждения и управления. При сдвиге схе­мой при α_e=1 поле в машине круговое для любой частоты вращения, мощности возбуждения и управления равны Р_в =  Рy и убывают с ростом частоты вращения. При сдвиге конденсатором для случая α=α₀ мощности равны только при пуске (поле круговое) Р_ук = Р_вк, затем мощности пере­распределяются между фазами: с увеличением частоты вращения —n мощность управления резко падает, а мощность возбуждения растет, так как из-за наличия конденсатора напряжение на обмотке возбуждения увеличивается. Такое перераспределение мощностей весьма благоприятно, так как всегда стремятся снизить мощность управления, которая обычно подается от усилителя.

При пуске связь между обмотками возбуждения и управления отсутствует, так как оси обмоток расположены под электрическим углом 90°. При этом мощности возбуждения и управления зависят только от приложенного к фазе напряжения: Р_у=U_y²; Р_в=U_в².

Регулировочные характеристики и зона пропорционального регулирования. Регулировочные характеристики двигателя v=f(U_y/U_yн)=f(α_e/α_e0), построенные по опытным данным для двух постоянных значений моментов m = 0 (холостой ход) и m = 0,5 при амплитудном управлении (сдвиг схемой) и амплитудно-фазовом управлении (сдвиг конденсатором) на одном графике в относительных единицах, целесообразно сравнить с регулировочными характеристиками идеального двигателя, построенными по уравнению

v = 2(α_e -m)/(l+ α_e ²).

Регулировочные характеристики не прямолинейны, можно лишь найти зону пропорционального регулирования, то есть диапазон изменения коэффициента сигнала, при кото­ром скорость меняется пропорционально сигналу с опреде­ленной погрешностью. Обычно можно допустить погрешность ∆v= ±5%.

Зона пропорционального регулирования соответствует малым коэффициентам сигнала и относительно малым частотам вращения. Наибольшая крутизна также соответствует начальной части   характеристики  Благоприятное уменьшение относительных частот вращения    достигается в первую очередь повышением частоты напряжения питания, так как с ростом f увеличивается и п_с.

При пуске в ход идеального двигателя v= 0 момент ра­вен коэффициенту сигнала m_к=α_e и, следовательно, напряжение трогания в относительных единицах равно пусковому моменту.

В реальном двигателе при всех схемах включения напряжение трогания пропорционально моменту сопротивления на валу.

Сравнение свойств асинхронных ИД при разных схемах включения. Для оценки свойств асинхронного исполнительного двигателя при различных схемах включения следует на основании опытных данных рассчитать его основные выходные показатели и свести их в таблицу, а затем провести сравнение и объяснить различие, выявив достоинства и не­достатки схем [2].

В качестве выходных показателей, характеризующих свойства ИД, обычно рассматривается начальный пусковой момент М_к; номинальные: полезная мощность на валу Р_RH, вращающий момент М_H и частота вращения п_н; кратность пускового момента k_П==M_к/M_H; нелинейность механической характеристики ∆m; соотношения мощности управления и возбуждения в номинальном режиме Р_ун/Р_вн и при пуске Р_ук/Р_вк; электромеханическая постоянная времени Т_м; отно­сительное напряжение трогания U_{у трог}/U_ун  и КПД.

Электромеханическая постоянная времени, от значения которой зависит быстродействие ИД, рассчитывается подан­ным опытов (с) :

Т_м=Jπv_xn_c/(30 M_k)

где J — момент инерции в кг.м2; v_x — относительная частота вращения холостого хода, М_к — пусковой момент в Н.м.

При сравнении ИД следует также  учитывать  простоту схемы включения.