Работа 1. ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

[1, с. 399…482; 2, с. 319…382; 3, c. 172…186]

Цель работы – экспериментальное исследование работы и получение основных характеристик генератора.

I. Общие сведения и описание установки

Машина постоянного тока состоит из неподвижной части статора – станины С с полюсами (рис.1.1,а) и вращающейся части – ротора –якоря Я. На станине укреплены основные ОП и добавочные ДП полюса. На основных полюсах имеется обмотка возбуждения ОВ с большим числом витков, подключаемая к независимому источнику тока. Ток независимой обмотки обычно не превышает (1…5)% номинального тока. Назначение основных полюсов – создание основного магнитного потока машины. На добавочных полюсах укреплены обмотки с небольшим числом витков, включаемые последовательно с обмоткой якоря и служащие для улучшения коммутации (уменьшения искрения под щетками).

а) б)

Рис. 1.1

В пазах якоря уложена обмотка ОЯ, состоящая из отдельных секций, соединенных через пластины коллектора К в замкнутую обмотку. Щетки Щ, наложенные на коллектор, разделяет якорную обмотку на четное число параллельных ветвей. Коллекторно-щеточный аппарат служит для изменения направления (выпрямления) тока, подводимого из вращающейся обмотки якоря к сопротивлению нагрузки.

На схеме включения (рис. 1.1,б) сопротивления обмоток генератора: R_f – независимая обмотка возбуждения, R_дп – обмотка добавочных полюсов, R_в – реостат возбуждения.

Начала и концы обмоток якоря и возбуждения машины постоянного тока типа 101.1 лабораторного комплекса обозначены в соответствии с рис.1.2, а.

В качестве приводного двигателя исследуемого генератора используется машина переменного тока типа 102.1, включаемая как синхронный двигатель, начала (U1, V1, W1), концы (U2, V2, W2), и нулевой вывод (N) обмотки статора, начала (Fl, F2, F3) обмотки ротора выведены на панель машины так, как показано на рис.1.2,б.

Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции. В обмотке якоря индуктируется переменная ЭДС E_o и выпрямляется при помощи коллекторно-щеточного аппарата. Величина ЭДС

, (1.1)

где с= pN/2 p a=9,55с_е – конструктивный коэффициент; р – количество пар полюсов, N – количество проводников якорной обмотки; a – количество пар параллельных ветвей ее; n –частота вращения, мин^-1; w - угловая скорость якоря, Ф – магнитный поток генератора.

а) б)

Рис.1.2

У генератора с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от отдельного источника и ток возбуждения I_f не зависит от напряжения якоря. Поэтому для возбуждения генератора (создания магнитного потока) требуется лишь включить напряжение этого источника, полярность которого определит полярность ЭДС генератора.

Характеристика холостого хода генератора (рис. 1.3) представляет собой зависимость ЭДС E₀ от тока возбуждения I_f при отключенной нагрузке. Для генератора с независимым возбуждением характеристика может быть снята в двух квадрантах с получением петли гистерезиса.

Рис. 1.3

Увеличение тока обмотки возбуждения вызывает рост ЭДС генератора. ЭДС нарастает до тех пор, пока не сказывается влияние насыщение магнитной системы.

Присоединение к якорю нагрузки вызывает увеличение тока в якоре. Для якорной цепи справедливо уравнение, составленное по II закону Кирхгофа, которое для принятых на рис. 1.1,б положительных направлений напряжений, ЭДС и тока имеет вид

, (1.2)

где R_a= r_a+ R_дп – сопротивление якорной цепи; I_a = I – ток якоря.

Внешняя характеристика генератора (рис. 1.4) – это зависимость U= f( I_а), показывающая как изменяется напряжение с ростом тока нагрузки генератора при I_f= const, n= const.

При увеличении тока нагрузки I (уменьшении сопротивления R_н) происходит снижение напряжения U вследствие увеличения падения напряжения в якорной цепи I_aR_a.

Изменение напряжения генератора оценивается относительным падением напряжения

, (1.3)

где U – напряжение якоря при заданной нагрузке; U₀= E₀ – напряжение при холостом ходе.

Для номинального режима в генераторах большой и средней мощности с независимым возбуждением DU достигает (5…10)%. Для генераторов 50-100 Вт DU равно 30-40%.

Рис. 1.4 Рис. 1.5

Стабилизация напряжения генераторов достигается регулировкой тока возбуждения.

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость I_f= f( I_a) при U=const, n=const, показывающую, как надо изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки для получения постоянного напряжения (рис. 1.5).

Нагрузочная характеристика U= f( I_f) снимается аналогично характеристике холостого хода, с тем только отличием, что поддерживается постоянный по величине ток нагрузки I_a>0 ( I_a= const).

Характеристика короткого замыкания I_a = f ( I_f) (n=const) снимается при замкнутых накоротко выводах обмотки статора путем постепенного от нуля повышения тока возбуждения (I_a< 1,5 I_ном).

Замыкание выводов обмотки якоря и все переключения в обмотках при снятии характеристик мощных электрических машин проводится после остановки и обесточивания машины. В лабораторном комплексе микромашин обеспечены условия для переключений без остановки машины.

Все характеристики снимаются при поддержании постоянной частоты вращения,поэтому в качестве приводного используется синхронный двигатель.

Для определения КПД генератора вычисляют полезную мощность генератора

(1.4)

и потребляемую мощность генератора

, (1.5)

где p_ст+ p_мех – постоянные потери, равные сумме потерь в стали и механических; p_в=UI _f – потери на возбуждение; p_я= I_a² R_a – потери в обмотке якоря; p_щ= D U_щ I_a – потери в щеточном контакте, D U_щ=0,5 В.

КПД генератора

. (1.6)

Определить ЭДС генератора, если р=2, a=2, N=800, n=1500 об/мин, Ф=115·10^–4 Вб.

Определить относительное падение напряжения DU генератора, если ток якоря в долях от номинального (18 А) указан в табл. Р1.1, сопротивление якорной цепи R_a= 1 Ом, а обмотка возбуждения питается от независимого источника и ЭДС E₀=230 В постоянна.

Табл.Р1.1

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8
I_a/I_ном	0,9	0,4	0,8	0,5	0,3	1,0	0,6	1,1

Объяснить изменение относительного падения напряжения, если обмотку возбуждения переключить на питание от собственного якоря.

Контрольные вопросы

1. Как устроен генератор постоянного тока? Перечислите основные конструктивные элементы генератора и укажите их назначение.

2. На какие типы разделяются генераторы постоянного тока в зависимости от способа питания обмоток возбуждения основных полюсов и от способа соединения обмоток возбуждения по отношению к якорю? Нарисуйте принципиальные схемы генераторов различного возбуждения.

3. Объясните принцип действия генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

4. Чем отличается генератор с параллельным возбуждением от генератора с независимым возбуждением?

5. От чего зависит ЭДС обмотки якоря генератора постоянного тока, как и за счет чего ее можно регулировать?

6. Что называется характеристикой холостого хода? Какой вид имеет характеристика холостого хода у генераторов независимого и параллельного возбуждения и как она снимается экспериментально?

7. Напишите уравнение II закона Кирхгофа для цепи якоря генератора постоянного тока и объясните, от чего зависит напряжение на зажимах генератора.

8. Что называется внешней характеристикой генератора? Какой вид имеют внешние характеристики у генераторов различного возбуждения, как снимаются экспериментально?

9. Что называется регулировочной характеристикой генератора? Какой вид имеют регулировочные характеристики у генераторов различного возбуждения и как они снимаются экспериментально?

10. Как можно построить нагрузочную характеристику генератора независимого возбуждения с помощью характеристики холостого хода?

11. От чего зависит электромагнитная мощность и момент генератора постоянного тока?

12. Какие потери наблюдаются в нагрузочном режиме генератора постоянного тока? Чему равен КПД генераторов? Нарисуйте энергетическую диаграмму генератора.

13. Какими номинальными паспортными данными характеризуются генераторы постоянного тока?

14. Где и для каких целей используются генераторы постоянного тока в технике?

II. Порядок выполнения работы

Собрать электрическую схему, приведенную на рис.1.6.

Рис.1.6. Электрическая схема включения генератора постоянного тока с независимым возбуждением

1. Асинхронный пуск синхронного двигателя.

Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3, выключателей А2 и A3 установите в положение "РУЧН.".

Регулировочную рукоятку источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора (напряжение возбуждения синхронного двигателя равно нулю).

Установите регулировочные рукоятки нагрузки А5 в положение "0".

Установите сопротивление фаз реостата А4 8…20 Ом.

Установите переключателями в блоке А1 номинальные напряжения трансформаторов: первичные - 127 В, вторичные - 230 В.

Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

Включите выключатели "СЕТЬ" возбудителя G3, выключателей А2 и A3.

Включите выключатель A3 нажатием кнопки "ВКЛ.", введя в цепь ротора сопротивление А4.

Подключите двигатель Ml к сети для асинхронного пуска нажатием кнопки "ВКЛ." выключателя А2.

Нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3 и вращая регулировочную рукоятку возбудителя G3, установите по амперметру блока G3 номинальный ток возбуждения I_f (1,5 А) двигателя Ml, достаточный для втягивания его в синхронизм при n=1500 мин^-1 (указатель Р1).

Отключите выключатель А3 нажатием на кнопку «ОТКЛ».

После этого можно приступать к снятию характеристик.

2. Характеристика холостого хода.

Измерьте с помощью вольтметра Р3 величину ЭДС Е_нач обмотки якоря при остаточном магнитном потоке (I_f=0) и занесите в первый столбец таблицы 1.1. Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

Вращая регулировочную рукоятку источника G2 увеличивайте ток возбуждения генератора G4 и заносите показания (6–10 измерений) амперметра Р2 и вольтметра РЗ в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

I_f, A
Е_о, В

Выключите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВЫКЛ." источника G2.

Измените полярность на обмотке возбуждения Е1-Е2, поменяв присоединение выводов обмотки возбуждения. Убедитесь, что полярность ЭДС якоря генератора меняется. Предварительно снизив ток возбуждения G2 до нуля, верните полярность ОВ в исходное состояние.

3. Внешняя характеристика генератора

Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите, и не меняйте в ходе эксперимента ток возбуждения I_f генератора G4, при котором напряжение U на его якоре составит, например, 160 В.

Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А5 от «0» до положения «50 Вт», увеличивайте ток якоря I_а генератора G4 и заносите показания вольтметра РЗ и амперметра Р4 в таблицу 1.2.

Оставьте рукоятки нагрузки А5 в положении «50 Вт» для опыта 4.

Таблица 1.2

l_a, A
U, B

4. Регулировочная характеристика генератора

Установите регулировочной рукояткой источника G2 ток возбуждения, обеспечивающий напряжение якоряравное, например, 140 В.

Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А5 против часовой стрелки и поддерживая напряжение U якоря равным 140 В, путем регулирования тока возбуждения I_f, уменьшайте ток I_а якоря генератора и заносите показания амперметров Р2 и Р4 в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

U=
I_a, А
I_f, A

5. Нагрузочная характеристика генератора

Установите рукоятки нагрузки А5 в положение «50 Вт» и, определив напряжение, при котором ток обмотки якоря I_а равен, например, 0,1 А, заполните первый столбец и верхнюю строку таблицы 1.4. Увеличивайте ток возбуждения I_f на 0,02…0,03 А рукояткой источника G2. Затем регулировочными рукоятками нагрузки А5 при каждом положении рукоятки источника G2 восстанавливайте ток I_а на заданном уровне, например, 0,1 А, после чего заносите полученные показания вольтметра РЗ и амперметра Р2 в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

I_a =
I_f, A
U, B

У источника G2 поверните регулировочные рукоятки против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Дождитесь, когда напряжение станет равно нулю.

6. Характеристика короткого замыкания.

После отключения питания обмотки возбуждения замкните накоротко с помощью гибкого проводника якорные зажимы генератора на гнездах блока нагрузки А5. При этом якорь G4 замыкаются через амперметр Р4.

Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

Медленно вращая регулировочную рукоятку источника G2 изменяйте ток возбуждения генератора G4, чтобы ток якоря составил максимальную величину I_а< 1,2 I_.ном, и заносите показания (6–10 измерений) амперметров Р2 и Р4 в таблицу 1.5.

Таблица 1.5

I_f, A
I_a, В

По завершении эксперимента сначала у источника G2, а затем у возбудителя G3 поверните регулировочные рукоятки против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Отключите выключатель А2 нажатием кнопки "ОТКЛ.". Отключите источник G1 нажатием на кнопку – гриб.

Разомкните обмотку якоря.

III. Содержание отчета

1. Схема проведения опытов и краткое описание порядка испытаний.

2. Результаты расчета ЭДС и Δ U с расчетными формулами. Таблицы опытных данных.

3. Графики характеристики холостого хода Е_о = f ( I_f), с отмеченной точкой Е= U_ном и соответствующим этому напряжению током возбуждения I_f (табл. 1.1); графики внешней характеристики U = f(I_а) при n = const, I_f= const (табл. 1.2) с указанным относительным изменением напряжения D U; графики регулировочной характеристики I_f = f ( I_а) при n = const, U = const (табл. 1.3); графики нагрузочной характеристики U= f( I_f) при n = const. I_a = const (табл. 1.4); графики характеристики короткого замыкания I_a = f ( I_f) (табл. 1.5).

Краткие выводы о влиянии тока возбуждения и нагрузки на напряжение генератора.

4. Паспортные данные машин.

Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 33; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!