Основы электропривода. Лабораторный практикум

Т. В. Бачило

Э. А. Петрович

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве 

учебного пособия для учащихся учреждений образования,  

реализующих образовательные программы среднего специального  

образования по специальностям «Городской электрический транспорт», 

«Автоматизированные электроприводы», «Монтаж  

и эксплуатация электрооборудования», «Автоматизация  

технологических процессов и производств», «Электроснабжение»

Минск
РИПО
2021

УДК 62-83(075.32)
ББК 31.291я723

Б32

А в т о р ы:

преподаватели филиала Белорусского национального  

технического университета «Минский государственный  
политехнический колледж» Т. В. Бачило, Э. А. Петрович

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия по специальностям «Мехатроника»,  

«Автоматизация технологических процессов и производств»,  

«Программируемые мобильные системы» УО «Минский  
государственный колледж электроники» (А. И. Бабёр);

доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных 

установок и технологических комплексов» Белорусского  

национального технического университета кандидат  

технических наук, доцент О. Ф. Опейко

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 

образования Республики Беларусь.

Б32

Бачило, Т. В.

Основы электропривода. Лабораторный практикум : учеб. по
собие / Т. В. Бачило, Э. А. Петрович. – Минск : РИПО, 2021. – 
83  с. : ил.

ISBN 978-985-7253-68-5.

Данное учебное пособие содержит методические указания для прове
дения практических и лабораторных работ. Практические работы предусматривают решение задач по темам типовой учебной программы учебной 
дисциплины «Основы электропривода». Выполнение лабораторных работ 
осуществляется на учебно-лабораторном стенде НТЦ-25 «Основы электропривода и преобразовательной техники», изготовленном УП «НТП 
«Центр» (г. Могилев). 

Пердназначено для учащихся учреждений образования, реализующих 

образовательные программы среднего специального образования.  

УДК 62-83(075.32)

ББК 31.291я723 

ISBN 978-985-7253-68-5      
 © Бачило Т. В., Петрович Э. А., 2021

 
 
 
              © Оформление. Республиканский институт

 
 
 
 
        профессионального образования, 2021

ВВЕДЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Современные машины и механизмы в большинстве случаев 

приводятся в движение с помощью электропривода. 

Электропривод (ЭП) – это электромеханическая система, 

состоящая из силового преобразователя, электродвигателя, передаточного механизма и системы управления, предназначенная 
для приведения в движение рабочих органов машин и механизмов и управления этим движением.

Сегодня используют ЭП, мощность которых составляет еди
ницы микроватт. Мощность ЭП компрессора для перекачки 
газа – десятки мегаватт, т. е. диапазон современных ЭП по мощности очень широк. Область применения ЭП ограничивается 
только местом, где их использовать невозможно по внешним 
причинам. 

По виду движения различают ЭП вращательного и поступа
тельного однонаправленного и реверсивного движения, а также 
возвратно-поступательного движения.

В зависимости от вида используемого электродвигателя нахо
дят применение ЭП постоянного и переменного тока.

Электроприводы могут быть нерегулируемые и регулируемые 

по скорости. В нерегулируемом ЭП исполнительный орган рабочей машины приводится в движение с одной постоянной скоростью. В регулируемом ЭП скорость движения исполнительного 
органа изменяется в соответствии с требованиями технологического процесса. 

Регулирование скорости электродвигателя постоянного тока 

(ДПТ) независимого возбуждения (НВ) осуществляют одним 
из трех способов: с помощью резисторов в цепи якоря, измене

Введение

нием магнитного потока электродвигателя и изменением напряжения, подводимого к обмотке якоря.

Для регулирования скорости асинхронного электродвигате
ля (АД) наиболее распространены следующие способы: изменение сопротивления добавочного резистора в цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора двигателя, 
изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

Для ограничения тока и момента АД с короткозамкнутым 

ротором в различных переходных процессах (пуске, реверсе, 
торможении) используют добавочные резисторы в цепи статора. 
В электродвигателях постоянного тока для этих целей используют добавочные резисторы (реостаты), включенные в цепь якоря.

При проектировании ЭП электродвигатель необходимо 

выбирать так, чтобы его механические характеристики соответствовали механическим характеристикам производственного механизма. Механические характеристики показывают взаимосвязь 
переменных в установившихся режимах.

Механической характеристикой электродвигателя называют 

зависимость его угловой скорости от развиваемого им момента. 
Зависимость угловой скорости электродвигателя от тока называют электромеханической характеристикой.

Различают естественную и искусственные механические 

(электромеханические) характеристики электродвигателей. Естественную характеристику получают в том случае, если электродвигатель подключен к сети с номинальными параметрами, 
а также включен по схеме, на которую он разработан и в его 
обмотках отсутствуют добавочные резисторы. При невыполнении хотя бы одного из перечисленных условий электродвигатель 
будет работать на искусственной характеристике.

Основой ЭП является электродвигатель. Соответствие его 

конструктивных, механических и энергетических параметров условиям работы производственного механизма обеспечивает заданную производительность, качество продукции, надежность 
и экономичность.

Правильный выбор мощности электродвигателя имеет боль
шое значение. Недостаточная мощность может при вести к нарушению нормальной работы механизма, снижению его производительности, чрезмерному повышению температуры от

Введение

дельных частей и обмоток электродвига теля и в итоге к выходу 
его из строя. Исполь зование же электродвигателя завышенной 
мощности спо собствует неоправданному увеличению капитальных за трат, снижению электрических показателей, уменьшению 
КПД, а в установках переменного тока – ухуд шению коэффициента мощности, что, в свою очередь, влияет на загрузку преобразовательных устройств и электрических сетей. 

При выборе электродвигателя для производственного меха
низма необходимо рассчитать его мощность. Основой для этого 
является нагрузочная диаграмма механизма, которая представляет зависимость приведенного к валу двигателя статического 
момента (мощности) нагрузки от времени.

Выбранный по мощности электродвигатель должен удов
летворять условиям допустимого нагрева, перегрузочной способности и пуска.

Современный ЭП должен быть эффективным по энергопре
образованию, т. е. иметь минимальные потери энергии и соответственно максимальный КПД. В ЭП переменного тока к энергетическим показателям добавляется еще коэффициент мощности.

Будущему технику-электрику важно понимать работу машин 

и механизмов, физическую сущность происходящих в них процессов. Но этого недостаточно. Ему также необходимо уметь рассчитывать различные параметры электрических машин, их характеристики, энергетические показатели, выбирать электродвигатели по мощности и проверять по необходимым условиям. Это 
позволит специалистам среднего звена умело и наиболее эффективно использовать эти машины и механизмы.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Цель практических работ по учебной дисциплине «Основы 

электропривода» – формирование умений решать задачи, связанные с расчетом параметров электродвигателей постоянного и переменного тока, сопротивлений добавочных резисторов 
в их цепях, энергетических показателей, построением пусковой 
диаграммы ДПТ, выбором электродвигателей по мощности. Полученные умения необходимы для изучения последующих специальных дисциплин и на этапе дипломного проектирования, 
а также в предстоящей профессиональной деятельности.

При выполнении практических работ понадобятся ручка, 

простой карандаш, линейка, ластик, калькулятор. Для выполнения практической работы № 6 необходим справочник с техническими данными электродвигателей постоянного и переменного 
тока.

Исходные данные для решения задач берутся согласно ва
рианту, указанному преподавателем. Перед решением задач необходимо изучить основные теоретические сведения, в которых 
изложен материал, необходимый для выполнения практической 
работы. Рекомендуется предварительные расчеты выполнять 
на черновике, а затем оформлять отчет. 

Отчет оформляется в соответствии с ГОСТ 2.105–95 ЕСКД. 

Общие требования к текстовым документам и Р 50-77–88 Рекомендации. ЕСКД. Правила выполнения диаграмм. 

Для подготовки учащихся к защите отчета рекомендуется 

ответить на контрольные вопросы, приведенные в каждой практической работе.

Практическая работа № 1 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1 
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1 

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПУСКОВОГО РЕОСТАТА, ВКЛЮЧЕННОГО  
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПУСКОВОГО РЕОСТАТА, ВКЛЮЧЕННОГО  
В ЦЕПЬ ОБМОТКИ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА  
В ЦЕПЬ ОБМОТКИ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА  

НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель: научиться рассчитывать сопротивления секций пу
скового реостата, включенного в цепь обмотки якоря ДПТ НВ 
и строить его пусковую диаграмму.

Порядок выполнения работы
Порядок выполнения работы

1. Изучить основные теоретические сведения.
2. Выписать технические данные электродвигателя согласно 

варианту.

3. Выполнить задание.
4. Составить отчет о выполненной работе.
5. Ответить на контрольные вопросы.

Основные теоретические сведения
Основные теоретические сведения

Ток в цепи якоря ДПТ НВ в переходных режимах не должен 

превышать некоторых допустимых значений, иначе электродвигатель может выйти из строя. В простейших случаях ограничение 
тока и, тем самым момента, осуществляется введением в цепь 
якоря добавочного резистора. Для того, чтобы уменьшить пределы изменений тока и момента в переходных процессах резистор 
секционируют на соответствующее число секций, которые последовательно закорачивают по мере разгона электродвигателя. 

Устройство, служащее для введения и выведения сопротив
лений в цепи якоря в период пуска и разгона электродвигателя, 
называют пусковым реостатом. Введение и выведение сопротивлений производят ступенчато (секциями). Для регулирования 
угловой ско рости двигателя применяют регулировочный реостат.

Для пуска и торможения электродвигателей требуются оп
ределенные значения токов (моментов). Их определяют соответствующим расчетом сопротивлений в силовой цепи электродвигателя. Рассматриваемый ниже метод расчета справедлив 
для номинальных значений питающего напряжения и магнитного потока.

Схема включения и пусковые (электромеханические) харак
теристики ДПТ НВ для трехступенчатого пуска показаны на ри

Практические работы

сунке 1.1. Сопротивления R1, R2, R3 называют сопротивлениями 
секций пускового реостата. Контакты К1, К2, К3 служат для закорачивания секций пускового реостата во время разгона ДПТ НВ.

LM1

R1

R2

R3
K3

I
I1
I2
Iном

K2

K1

M1

+

+

–

–

ω

ω0

ωном

ω6

ω4

ω2

0

2
3

1

5
4

6
7

Рис. 1.1. Пусковые характеристики и схема включения ДПТ НВ

Наибольшее значение тока I1, А, при пуске ограничивается 

требованием допустимой коммутации тока якоря и для двигателей общего назначения принимается равным

I1 = (2...2,5)Iном,
(1.1)

где Iном – номинальный ток якоря электродвигателя, А.

Номинальный ток якоря электродвигателя равен

η

ном
ном
ном
ном
,
Р
I
U

(1.2)

где Рном – номинальная мощность электродвигателя, Вт; Uном – 
номинальное значение напряжения, подводимого к якорю электродвигателя, В; ηном – номинальный КПД электродвигателя, о.е.

В ряде случаев, наибольший пусковой ток на первой пуско
вой характеристике ограничивается не условиями коммутации, 
а допустимым пусковым момен том.

Практическая работа № 1 

Значение тока переключения I2, А, при шунтировании сек
ций пускового реостата определяют по формуле

λ

1
2
,
I
I

(1.3)

где λ – кратность пускового тока к току переключения. 

Кратность пускового тока к току переключения определяют 

по формуле

λ
ном

1
я
,
m U
I R

(1.4)

где m – число секций пускового реостата; Rя – сопротивление 
якоря, Ом.

Сопротивление якоря равно

я
я
дп
щ
1,25(
)
,
R
r
r
r



(1.5)

где rя – сопротивление обмотки якоря, Ом; rдп – сопротивление 
добавочных полюсов, Ом; rщ – сопротивление щеточного контакта, Ом.

Сопротивление щеточного контакта определяют по формуле

Δ
щ
щ

ном

,
U
r
I

(1.6)

где ΔUщ – падение напряжения в щеточном контакте (принимают ΔUщ = 2 В).

Сопротивление n-й секции пускового реостата Rn, Ом, равно

λ
λ
1
я
(
1),
n
n
R
R



(1.7)

где n = 1…...m.

Электромеханическую характеристику ДПТ НВ описывают 

следующим выражением:

ω
ω0
,
Ф
Ф
Ф

U
IR
IR
k
k
k




(1.8)

где ω – угловая скорость электродвигателя, рад/с; U – напряжение, подводимое к якорю электродвигателя, В; I – ток в цепи об

Практические работы

мотки якоря, А; R – сопротивление якорной цепи, Ом; k – конструктивный коэффициент электродвигателя; Ф – магнитный 
поток электродвигателя, Вб; ω0 – скорость идеального холостого 
хода электродвигателя, рад/с.

При номинальном магнитном потоке электродвигателя коэф
фициент kФ = kФном и определяется по формуле

ω

ном
ном
я
ном
ном

Ф
,
U
I
R
k


(1.9)

где ωном – номинальная угловая скорость электродвигателя, рад/с.

Номинальная угловая скорость электродвигателя равна

π
ω
ном
ном
,
30
n

(1.10)

где nном – номинальная частота вращения электродвигателя, об/мин.

Скорость идеального холостого хода электродвигателя рас
считывают по формуле

ω
ном
0

ном

.
Ф
U
k

(1.11)

Построение пусковой диаграммы (семейства электромехани
ческих характеристик) ДПТ НВ, выражающей зависимость угловой скорости электродвигателя от тока якоря, осуществляют 
в следующем по рядке (для трехступенчатого пуска):

1) строят естественную электромеханическую характеристи
ку электродвигателя по двум точкам:

I = 0, ω = ω0;

I = Iном, ω = ωном;

2) определяют токи I1 и I2 по формулам (1.1) и (1.3);
3) строят первую пусковую характеристику (при введении 

всех секций пускового реостата), которая проходит через точку 
идеального холостого хода (I = 0, ω = ω0) и точку 1 (I = I1, ω = 0) 
(см. рис. 1.1);

4) строят реостатные характеристики последующих ступе
ней. Для чего из точек 2, 4, 6 проводят горизонтальные линии 
до пересечения с вертикалью I1 в точках 3, 5, 7. Через эти точки 
пересечения и точку идеального холостого хода (I = 0, ω = ω0) 
проводят остальные пусковые характеристики.