Лабораторно упражнение № 8

<<назад съдържание® напред>>

Лабораторно упражнение № 13

МЕХАНИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ДВИГАТЕЛНИ И РАБОТНИ МАШИНИ

1.Въведение

Моментът на вала на дадена машина при различни скорости на въртенето му, за по-голяма част от машините, не е постоянен. Характерно за двигателните машини е намаляването на въртящия момент Мд при увеличаване на ъгловата скорост ω. При работните машини моментът Мс нараства, когато ъгловата скорост се увеличава.

Зависимостта на момента М, приложен върху изходящия вал

на двигателна машина или върху входящия вал на работна машина, от ъгловата скорост на тези валове се нарича механична характеристика на машината, т.е. зависимости от вида М=М(ω) или М=М(n).

Целта на упражнението, е да се определят експериментално механичната характеристика на електродвигателя от уредбата за определяне на масов инерционен момент по метода на падащия товар (фиг.6.5б) и механичната характеристика на челюстна спирачка.

2.Определяне на механичната характеристика на електродвигател по метода на развъртането му на празен ход.

Под действието на електромагнитния момент Мел, роторът на не натоварения електродвигател се развърта. Съпротивлението, което изпитва роторът се дължи на триене в лагерите и на околната среда. Изразява се със съпротивителния момент Мс.

Движението на ротора се описва с уравнението

където J е масовият инерционен момент на въртящите се части на вала на електродвигателя, а ε ъгловото ускорение на ротора. Следователно изходящият момент на вала на двигателя Мд=Мел-Мс е равен на момента на инерционните сили Jε , т.е Мд= Jε .

Тъй като масовият инерционен момент J е постоянен, ако се определи функцията ε(ω), то в друг мащаб тя ще бъде и функцията Мд(ω), която представлява механичната характеристика на електродвигателя . За определяне на зависимостта ε(ω) се използува следният метод: На вала на електродвигателя се монтира електромагнитен импулсен датчик, изводите на който се включват към осцилограф. Електромагнитният датчик (фиг.1) се състои от постоянен магнит 1 с намотка 3 и стоманен зъбен диск 2. Магнитът е закрепен неподвижно към корпуса, а дискът 2 - към вала на електродвигателя. При въртене на вала двата зъба на диска, когато преминават между полюсите на постоянния магнит, индуктират токови импулси в намотката 3, които се регистрират от осцилографа. За един оборот на ротора се регистрират два токови импулса.

Снема се осцилограмата при развъртане на електродвигателя, като освен токовите импулси от електромагнитния датчик се регистрират и колебанията на генератор за импулси. Разстоянието между два съседни импулса съответствува на завъртане на ротора на ъгъл Δφ=const. Времето за това завъртане не е трудно да се определи от записа на генератора за импулси, който има точно определено време за извършване на едно колебание (фиг.2).

фиг.1 Електромагнитен датчик

фиг.2 Запис от генератора

Средната ъглова скорост в даден интервал от времето се определя от

(1)

където z е броя на зъбите върху диска 2.

Така чрез обработване на осцилограмата фиг.21 може да се определи таблично и графично зависимостта ω=ω(t) (фиг.3-крива а).

Чрез графично диференциране на зависимостта ω=ω(t) се по-

получава законът за изменение на ускорението на ротора ε=ε(t), показан на фиг. 3-крива б.

фиг.3

Чрез елиминиране на параметъра време от зависимостите ω=ω(t) и ε=ε(t) се получава зависимоетта ε=ε(ω), която в мащаб kM=Jkε представлява механичната характеристика на електродвигателя МД=МД(ω) (фиг. 4).

Този метод позволява да се определят експериментално механичните характеристики на всякакъв вид електродвигатели.

фиг.4 Механична характеристика

3.Описание на уредбата

Електродвигателят на уредбата има магнито-електрически датчик 10 /фиг.5б/. Колелото на този датчик, (фиг.1) е с два зъба, монтирани върху барабана 1 (фиг. 5б), следователно на осцилограмата се регистрират импулси на всеки половин оборот на ротора.

За да се подготви уредбата за определяне на механичната характеристика на електродвигателя е необходимо въжето 5 на падащия товар 6 (фиг. 5б) да се размотае от барабана 1 и да се откачи. Палецът, закрепващ въжето с товара се премества в гнездото на блокиране 11 на електродвигателя 2. Това преместване осигурява свързването на двете фази на блокирания от случайно включване електродвигател.

Зададен е масовият момент J на подвижните части върху вала на електродвигателя.

Използуват се следните измервателни уреди: електромагнитен датчик, шлейфов осцилограф и генератор на импулси.

4.Провеждане на експеримента

Като се използува описаният по-горе метод се препоръчва следната последователност на провеждане на експеримента:

1. Включват се към електрическата мрежа двигателят и осцилографът. Към един от шлейфовете на осцилографа се включват изводите на намотката на електромагнитния датчик. Включват се шлейфът и генераторът на импулси. Лъчите на шлейфа и генератора на импулси се разполагат възможно най-близко един до друг на екрана, но без да се покриват взаимно. С въртене на ротора на двигателя на ръка се проверява действието на електромагнитния датчик. Избира

се подходяща скорост на движение на хартията на осцилографа.

2. Включва се двигателят на осцилографа. Веднага след това се включва записващото устройство, а след него и двигателят, на който се определя механичната характеристика. Записването на осцилограмата се прекратява около 2 секунди след пускането на изпитвания двигател.

3. Изважда се хартията със записаната осцилограма за обработване от студентите.

4. Отбелязва се върху осцилограмата точка 0 - началото на работа на електродвигателя и точка Н - началото на установеното движение. След точка Н импулсите са с еднаква амплитуда и на равни интервали.

5. Определя се мащабът на времето на осцилограмата. За целта на три различни участъка в интервала ОН се измерва дължината на осцилограмата, съответствуваща на 10 пълни колебания на генератора за импулси (фиг.2б). Едно колебание отговаря на а секунди.От трите измервания се определя средната стойност

(2)

Мащабът на времето се определя от:

(3)

Измерват се разстоянията Δx1, Δx2,…. Δxi между два съседни импулса, като се започне от точка 0 до точка Н /фиг. 2а/. Времето между два съседни импулса, което в конкретния случай съответствува на времето за завъртане на ротора на половин оборот, е равно на

(4)

7. По формула (1) се изчисляват стойностите на средната ъглова скорост ωсрi за всеки интервал от времето между два съседни импулса, като за конкретния случай ( z= 2) се получава

След нресмятане на ωсрi се построява графиката ω=ω(t) (фиг. 3 - крива а). Определя се мащабът кω. Чрез графично диференциране на тази зависимост се построява графиката ε=ε(t) и се пресмя та мащабният модул

(5)

където Н е полюсното разстояние при графичното диференциране.

След изключване на параметъра време от зависимостите ω=ω(t) ε=ε(t) се построява графиката ε=ε(ω) ,която представлява механичната характеристика на електродвигателя, но ако мащабният модул по ординатната ос е kM=Jkε (фиг. 4).

8. Всички измервания и изчисления се нанасят в таблица 1.

Таблица 1

5. Определяне на механичната характеристика на челюстна спирачка

Ротор, с масов инерционен момент на всички въртящи се части на неговия вал J , се развърта от електродвигател до стационарна ъглова скорост ωст. При тази скорост се изключва захранването на електродвигателя и се включва в действие челюстната спирачка. Диференциалното уравнение, което описва движението при спирене е

където

ε - ъглово ускорение на ротора

Μ Τ - момент на спирачката

МС0- собствен съпротивителен момент на системата, дължащ се на триене в лагерите и на.съпротивлението на околната среда.

В резултат върху вала на ротора действува съпротивителният момент МС=МТ+МС0. Тогава Jε=МС.

Масовият инерционен моментJ е постоянен и затова, ако се определи функцията ε=ε(ω), в друг мащаб тя е механичната характеристика на спирачката МС=МС(ω).

Зависимостта ε=ε(ω) се определя но следния начин: На вала, свързващ двигателя и спирачката, се монтира контактен датчик за измерване на скоростта на въртене. Контактният датчик представлява диск 1 от материал, който не е проводник на електрическия ток. На равни ъгли по периферията на този диск са монтирани токопроводящите пластини 2 /фиг. 8.51. Два контакта 3 се плъзгат по периферията на диска 1 и затварят електрическа верига само, когато под тях минават токопроводящите пластини 2. Тези токови импулси се регистрират от записващото устройство на шлейфов осцилограф (фиг. 6). След достигане на стационарна ъглова скорост се изключва двигателят и се включва спирачката. При стационарен режим импулсите следват на един и същ интервал, а по време на спирането интервалите между импулсите непрекъснато нарастват. Едновременно с тази осцилограма се записват колебанията на генератор за импулси, за да може да се определи мащабът на времето (фиг. 6б). Генераторът за импулси има точно определен период на всяко колебание.

фиг.5 Датчик

фиг.6 Осцилограма

Разстоянието между два съседни импулса (фиг.6а) съответствува на завъртане на ротора на ъгъл Δφ=const. Времето Δti на това завъртане не е трудно да се определи от записа на генератора за импулси.

Средната ъглова скорост за даден интервал от времето се определя от (1).

Така чрез обработване на осцилограмата може да се определи таблично и графично зазисимостта ω=ω(t) (фиг. 7а). Чрез графично диференциране на тази зависимост се намира зависимостта ε=ε(t). Като се елиминира параметърът време от зависимостите ω=ω(t) и ε=ε(t) се получава функцията ε=ε(ω), която с мащабен модул по ординатната ос kМ=Jkε , представлява механичната характеристика на снирачката М=М(ω) (фиг.8).

фиг.7

фиг.8

6.Описание на уредбата

Електродвигателнт 1 задвижва вала 2 с помощта на съединители 2. Върху вала 3 са монтирани инерционният диск 4 и сменните дискове 5 и 6. Големината на спирачния момент на изследваната спирачка 7 се регулира чрез винта 8 и пружината 9 (фиг.9). Деформацията на пружината се отчита чрез скалата 10. Контактите 12 на контактния датчик за обороти имат изводи 11 на командното табло, където е монтиран електрическият секундомер 14. Захранването на секундомера се прекьсва от релето 13 при спиране на въртенето. Уредбата се включва към електрическата мрежа с бутона 15. Бутони- те 16, 17 и 18 управляват различните режими на работа на уредбата, а именно свободно спиране, спиране и пускане. Чрез ключа 19 се избира съответната скорост на въртене на електродвигателя.

Зададени са диаметърът на спирачната шайба D = 100 mm , маховият момент за всеки от дисковете GDg2 = 0,39 Nm2 , приведеният махов момент на уредбата без дисковете GDу2 = 0,39 Nm2, скороотите на въртене на електродвигателя - 955 мин-1 и 1440 мин-1, максималният и минималният спирачен момент 20 Nm и 5 Nm , напрежението и честотата на електрическото захранване 380 V и 50 Hz .

Използват се следните измервателни уреди: шлейфов осцилограф, генератор за импулси, контактен датчик за обороти и електрически секундомер.

фиг.9

7.Провеждане на експеримента

Препоръчва се експериментът да се проведе в следната последователност:

1. По указание на преподавателя се определя натягането на пружината, броят на инерционните дискове и скоростта на въртене на електродвигателя.

2. Включват се към електрическата мрежа двигателят и осцилографът. Към един от шлейфовете на последния се включват изводите 11 на контактния датчик за обороти. Включват се шлефът и генератора за импулси. Лъчите от шлейфа и генератора за и импулси се разполагат възможно най-близко на екрана, но без да се покриват един друг. С въртене на вала 3 на ръка се проверява действието на контактния датчик. Избира се подходяща скорост на движение на хартията на осцилографа.

3. Натиска се бутон 18 /пускане/ и при достигане на стационарната ъглова скорост се включват записващото устройство на шлейфовия осцилограф и генераторът за импулси. С натискане на бутон 17 /спиране/ се изключва двигателят и се включва спирачката. Записващото устройство и генераторът за импулси се изключват при пълното спиране на вала 8.

Изважда се хартията със записаната осцилограма за обработване от студентите.

4. Отбелязва се върху осцилограмата точка О /край на установеното движение и начало на спирането/. 0т точка О надясно импулсите не са на равни интервали, както преди тази точка.

5. Определя се мащабът на времето на осцилограмата. За целта на три различни участъка след точка О,се измерва дължината на осцилограмата li i= 1,2,3, съответствуваща на десет пълни колебания на генератора за импулси. Времето а [s] за извършване на едно колебание е основна характеристика на всеки генератор за импулси. От трите измервания се пресмята средната стойност lср.

(6)

Мащабът на времето се пресмята от

(7)

6. Измерват се разстоянията Δx1, Δx2,…. Δxi между два съседни импулса по време на спирането (фиг. 6 - след точка 0). Времето между два съседни импулса, което в конкретния случай съответствува на времето за 1/3 оборот на вала 3 е

(8)

7. Изчисляват се стойностите на средната ъглова скорост ωсрi за всеки интервал от времето Δti съгласно (1). За конкретния случай / z = 3/ следва

След изчисляване на ωсрi се построява графиката ω=ω(t) (фиг.7 - крива а/ с подходящо избран мащабен модул кω. Чрез графично диференциране се построява зависимостта ε=ε(t) (фиг. 7-крива б) и се. изчислява мащабният модул кε по формула (5). След изключване на параметъра време от зависимостите ω=ω(t) ε=ε(t) се построява графиката ε=ε(ω), която представлява механичната характеристика на спирачката, включваща собствения съпротивителен момент на уредбата МС0, ако мащабният модул но ординатната ос е kM=Jkε.

8. Собственият съпротивителен момент на уредбата се приема с известно приближение за постоянен, т.е.свободното спиране се извършва с постоянно ъглово ускорение εС , равно на εС= ωст/tс. Времето за свободното спиране се измерва с електрическия секундомер 14. За целта най-напред се натиска бутон 18, след достигане на стационарната ъглова скорост ωст, се натиска бутон 16, с което се включва електрическият секундомер 14 при изключени двигател 1 и спирачка 7. При спиране на вала 3 релето 13 прекъсва захранването на електрическия секундомер и от него се отчита времето за свободно спиране tс . Собственият съпротивителен момент МС0 на уредбата се изчислява от

(9)

където к е броя на дисковете.

Моментът на спирачката МТ се пресмята от

Таблица 2

(10)

Характеристиката МТ=МТ(ω) се получава като се премести абцисната ос ω от фиг. 8 на разстояние равно на МС0.

9. Всички измервания и изчисления се нанасят в таблица 2.

<<назад съдържание® напред>>

ПРОТОКОЛ