Электропривод и электроавтоматика. Лабораторный практикум

М. Б. Бондарев 

Электропривод 

и Электроавтоматика

лабораторный практикум

Рекомендовано учреждением образования «Республиканский 
институт профессионального образования» Министерства 

образования Республики Беларусь в качестве пособия 
для учащихся учреждений образования, реализующих 

образовательные программы среднего специального образования 

по специальностям «Мехатроника» (специализация 

«Мехатроник 5-го разряда (машиностроение)»), 

«Техническая эксплуатация оборудования»

Минск
РИПО

2016

УДК 621.313(076)
ББК 31.261.2я723
       Б81

Рецен з ен т ы :

цикловая комиссия по специальностям «Мехатроника», «Автоматизация 

технологических процессов и производств» УО «Минский государственный 

колледж электроники» (А. И. Бабер);

заведующий кафедрой «Электрооборудование сельскохозяйственных 

предприятий» УО «Белорусский государственный аграрный технический 

университет», кандидат технических наук, доцент В. А. Дайнеко.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 

части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства 

образо вания Республики Беларусь.

Бондарев, М. Б.

Б81
Электропривод и электроавтоматика. Лабораторный прак
тикум : пособие / М. Б. Бондарев. – Минск : РИПО, 2016. – 
74 с. : ил.

ISBN 978-985-503-596-2.

Пособие содержит описание лабораторных и практических ра
бот по учебной дисциплине «Электропривод и электроавтоматика» 
и предусматривают закрепление теоретических знаний по темам: 
электрические двигатели постоянного и переменного токов, способы 
регулирования оборотов электрических двигателей, использование 
релейно-контактной аппаратуры для управления двигателями.

Предназначено для учащихся учреждений среднего специаль
ного образования. Будет полезен преподавателям для организации 
лабораторно-практических работ.

УДК 621.313(076)
ББК 31.261.2я723

0.72я722

ISBN 978-985-503-596-2            © Бондарев М. Б., 2016

© Оформление. Республиканский институт

профессионального образования, 2016

введение

Цель проведения лабораторных и практических работ – 

закрепление теоретических знаний, полученных учащимися в ходе изучения учебной дисциплины, а также формирование у них практических навыков осознанного выбора и 
применения электрических аппаратов, составления простых 
схем управления электрическими двигателями, определения 
их характеристик.

Текстовый материал сопровождается иллюстрациями и 

схемами. Разработана форма бланка для оформления отчета.

Приведены требования по охране труда и основное обо
рудование (см. приложение), применяемое при выполнении 
лабораторных и практических работ.

Все работы проводятся с применением лабораторных стен
дов фирмы LD Didactic. 

Для специальности 2-36 01 53 «Техническая эксплуатация 

оборудования» не выполняются лабораторная работа № 5 и 
практические работы № 1, 4.

основные требования по охране труда 

при проведении лабораторных 

и практических работ

Требования по охране труда перед началом лабораторной 

(практической) работы

Запрещается:
– включать оборудование и приспособления в электриче
скую сеть мокрыми и влажными руками;

– приступать к работе в случае обнаружения несоответ
ствия рабочего места установленным в данном разделе требованиям, а также при невозможности выполнения подготовительных действий к работе.

Требования по охране труда во время лабораторной 

(практической) работы

Во время занятий учащийся обязан:
– соблюдать настоящую инструкцию и инструкции по 

эксплуатации оборудования;

– находиться на своем рабочем месте;
– неукоснительно выполнять все указания преподавателя 

(иного лица, проводящего учебное занятие);

– соблюдать осторожность при обращении с оборудова
нием;

– не допускать попадания влаги на поверхность электри
ческого оборудования;

– постоянно поддерживать порядок и чистоту на своем 

рабочем месте.

Учащимся запрещается:
– прикасаться к нагретым элементам оборудования и 

электрическим разъемам;

Основные требования по охране труда

– выполнять любые действия без разрешения преподава
теля (иного лица, проводящего учебное занятие);

– вносить и выносить из лаборатории любые предметы, 

приборы и оборудование без разрешения преподавателя (иного лица, проводящего учебное занятие).

О всех неполадках в работе оборудования необходимо 

ставить в известность преподавателя (иное лицо, проводящее 
занятие). Запрещается самостоятельно устранять любые неисправности используемого оборудования.

Требования по охране труда в аварийных ситуациях

При возникновении чрезвычайной ситуации (появлении 

посторонних запахов, задымлении, возгорании) необходимо 
немедленно сообщить об этом преподавателю (иному лицу, 
проводящему учебное занятие) и действовать в соответствии с 
его указаниями. 

При получении травмы – сообщить об этом преподавате
лю (иному лицу, проводящему учебное занятие).

При необходимости помочь преподавателю (иному лицу, 

проводящему учебное занятие) оказать пострадавшему первую 
помощь и содействие в отправке его в ближайшее лечебное 
учреждение.

Требования по охране труда по окончании 

лабораторной (практической) работы

Необходимо:
– привести в порядок рабочее место;
– при обнаружении неисправности мебели, оборудования 

проинформировать преподавателя (иное лицо, проводящее 
учебное занятие);

– с разрешения преподавателя (иного лица, проводящего 

учебное занятие) организованно покинуть лабораторию.

Электродвигатели постоянного тока

лабораторная работа № 1

испытание Электродвигателя постоянного 

тока параллельного возбуждения

Цель: научиться проводить испытания двигателя посто
янного тока (ДПТ) параллельного возбуждения.

Задание: произвести испытание ДПТ параллельного воз
буждения регулированием частоты вращения, изменяя напряжение, подаваемое на двигатель, сопротивление цепи якоря и 
магнитный поток.

Оснащение:
– лабораторный стенд;
– двигатель постоянного тока 73186 class 0,3 (см. приложение);
– 3 мультиметра 72710;
– 2 реостата 73195;
– установка для измерения характеристик электрических 

машин 731 989 USB 01;

– провода;
– калькуляторы;
– чертежные принадлежности (карандаш, линейка).

краткие теоретические сведения

В автоматизированных электроприводах и системах авто
матического управления широкое распространение получили 
электродвигатели постоянного тока.

Как и все двигатели, двигатель постоянного тока состоит 

из двух частей – статора и ротора (якоря).

Статор – неподвижная часть электрической машины, вы
полненная в виде полого цилиндра из литой электротехнической стали. Служит для крепления к нему отдельных деталей 
машины (главных и добавочных полюсов, подшипниковых 

Лабораторная работа № 1

щитов, щеточного устройства). Защищает узлы машины от 
механических повреждений.

На внутренней поверхности статора закреплены главные 

полюсы машины, которые состоят из набранных из листов 
электротехнической стали сердечников с полюсными наконечниками и катушек возбуждения. Катушки возбуждения 
соединяют между собой таким образом, чтобы полярность полюсов чередовалась. Совокупность всех соединенных катушек 
образует обмотку возбуждения.

Обмотку возбуждения подключают к источнику постоян
ного тока. По ней протекает ток, создающий основное магнитное поле машины. Статор является частью магнитопровода, по 
которому замыкается основной магнитный поток машины.

В машинах средней и большой мощности между основ
ными полюсами располагают добавочные полюсы. Обмотку, 
находящуюся на них, соединяют последовательно с якорной 
обмоткой.

Ротор (якорь) – вращающаяся часть машины постоянного 

тока. Состоит из вала, на который насаживается сердечник, 
обмотки якоря и коллектора. Сердечник якоря набирают из 
листов электротехнической стали.

На наружной поверхности сердечника якоря находятся 

пазы, предназначенные для укладки в них обмотки якоря. 
В ДПТ обмотка якоря с помощью коллекторно-щеточного 
узла присоединяется к источнику постоянного тока.

Если имеется один источник питания, то можно включить 

обмотки статора и ротора в цепь питания тремя различными 
способами: параллельным, последовательным и смешанным.

В данной лабораторной работе проводится испытание 

ДПТ параллельного возбуждения. Схема подключения представлена на рисунке 1. Характерной особенностью этого 
двигателя является то, что ток возбуждения Iв не зависит 
от нагрузки (тока якоря Iя). Реостат в цепи возбуждения Rр
служит для регулирования тока возбуждения Iв, а следовательно, магнитного потока главных полюсов. Эксплуатационные свойства двигателя определяются его рабочими характеристиками, которые снимают при постоянном напряжении 
U = const и Iв = const. 

Электродвигатели постоянного тока

Рис. 1. Схема испытания ДПТ параллельного возбуждения

Характеристики ДПТ

1. Моментная – зависимость момента на валу двигателя от тока 

якоря: М2 = f(Iя) при постоянном напряжении сети U = const.

2. Скоростная (электромеханическая) – зависимость ча
стоты вращения якоря двигателя от тока якоря: n2 = f(Iя) при 
U = const.

3. Механическая – зависимость частоты вращения якоря 

от момента на валу двигателя: n2 = f(М2) при U = const.

4. Рабочие – зависимости момента на валу M2, частоты 

вращения якоря n2, тока якоря Iя, подводимой мощности Р1 и 
КПД η от полезной мощности двигателя Р2: М1 = f(Р2), n2 = 
= f(Р2), Iя = f(Р2), Р1 = f(Р2), η = f(Р2) при U = const. 

Все характеристики, построенные без дополнительных 

сопротивлений в цепях двигателя, называют естественными, 
остальные – искусственными.

Лабораторная работа № 1

Способы регулирования частоты вращения ДПТ параллель
ного возбуждения оцениваются следующими показателями: 

– плавность регулирования; 
– диапазон регулирования, определяемый отношением наи
большей частоты вращения к наименьшей; 

– экономичность регулирования, определяемая стоимо
стью регулировочной аппаратуры и потерями энергии в ней. 

Для ДПТ параллельного возбуждения частота вращения 

вала двигателя (n) рассчитывается по формуле

n = (U – IяRя) / (СеФ),                      (1.1)

где U – напряжение питающей сети, В;

Iя – ток якоря, А;
Rя – сопротивление цепи якоря, Ом;
Се – постоянная величина;
Ф – магнитный поток, Вб.
Как следует из формулы (1.1), регулировать частоту вра
щения двигателя можно изменением: 

– сопротивления цепи якоря Rя; 
– величины магнитного потока Ф; 
– напряжения U, подаваемого на двигатель. 
Рассмотрим подробнее эти способы. 
1. Изменение сопротивления цепи якоря. 
Для этого последовательно в цепь якоря включают регу
лировочный реостат Rя, рассчитанный на длительное протекание по нему тока, в отличие от пускового реостата. При 
увеличении сопротивления цепи якоря уменьшается частота 
вращения вала двигателя. Этот способ обеспечивает плавное 
регулирование в широком диапазоне, но только в сторону 
уменьшения от номинальной частоты. Но он неэкономичен 
из-за значительных потерь электроэнергии в регулировочном 
реостате, которые интенсивно растут с увеличением мощности 
двигателя. 

2. Изменение основного магнитного потока. 
Для изменения магнитного потока Ф в цепь обмотки воз
буждения включают регулировочный реостат Rв. При увеличении сопротивления реостата уменьшается ток возбуждения 
Iв и, следовательно, уменьшается магнитный поток Ф, а частота вращения увеличивается и наоборот. 

Электродвигатели постоянного тока

Рассмотренный способ регулирования частоты вращения 

прост и экономичен, так как в ДПТ параллельного возбуждения ток мал и составляет Iв = (0,01–0,07)Iя, а поэтому потери в 
регулировочном реостате невелики. Но диапазон регулирования также невелик. Объясняется это тем, что нижний предел 
частоты обусловлен насыщением машины, ограничивающим 
значение магнитного потока Ф, а верхний предел частоты – 
опасностью «разноса» двигателя и усилением влияния реакции якоря, искажающее действие которого при ослаблении 
основного магнитного потока Ф усиливается и ведет к искрению и круговому огню на коллекторе.

3. Изменение напряжения в цепи якоря.
При изменении напряжения U меняется только частота 

вращения холостого хода n0, а жесткость механической характеристики остается постоянной. Для регулирования двигателей малой и средней мощности в качестве регулятора напряжения применяют регулируемые выпрямители. Способ 
обеспечивает плавное экономичное регулирование в широком 
диапазоне. Наибольшая частота вращения ограничивается 
условиями коммутации (при ↑U => ↑Iя), а наименьшая – условиями охлаждения двигателя. Еще одним достоинством этого способа является то, что он допускает безреостатный пуск 
двигателя при пониженном напряжении. 

Применение ДПТ параллельного возбуждения 

Двигатели применяют в приводах вентиляторов, станков, 

а также в других случаях регулируемого электропривода, где 
требуется устойчивая работа при колебаниях нагрузки, так как 
они имеют жесткие механические характеристики и возможность плавного регулирования частоты вращения в широком 
диапазоне. 

Мощность Р1, потребляемая двигателем на холостом ходу, 

определяется по формуле

P1 = U (Iя + Iв) (Вт).                      (1.2)

Мощность на валу двигателя Р2

P2 = (M2n2) / 9,55 (Вт),                    (1.3)

где М2 – момент на валу двигателя, Н∙м;

n2 – частота вращения вала двигателя, мин-1.