Работа 2. ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

[1, с. 399…449; 2, с. 383…385; 3, c. 186…192]

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

I. Общие сведения и описание установки

Конструкция машины постоянного тока параллельного возбуждения не отличается от конструкции машины с независимым возбуждением, представленной в лабораторной работе 1 на рис.1.1. Машина состоит из станины и ротора-якоря. На станине машины укреплены основные и добавочные полюса. Обмотка возбуждения с большим числом витков, размещенная на основных полюсах, включается параллельно якорю. Ток параллельной обмотки возбуждения 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 якорной обмоткой и служащие для улучшения коммутации (уменьшения искрения под щетками).

В пазах якоря уложена обмотка, состоящая из отдельных секций, соединенных через пластины коллектора в замкнутую обмотку. Щетки, наложенные на коллектор, служат в режиме генератора для изменения направления (выпрямления) тока, подводимого к сопротивлению нагрузки (для изменения направления тока в секциях обмотки якоря, подводимого из сети к вращающемуся якорю – в двигательном режиме).

На схеме включения сопротивления обмоток генератора (рис. 2.1) r_f – параллельная обмотка возбуждения, R_дп – обмотка добавочных полюсов, R_в – реостат возбуждения.

Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции. В обмотке якоря индуктируется переменная ЭДС

, (2.1)

где с=р N/2πа = 9,55^.с _e – конструктивный коэффициент; р – количество пар полюсов, N – количество проводников якорной обмотки; a – количество пар параллельных ветвей обмотки якоря; ω –угловая скорость вращения, рад/с; Ф – магнитный поток генератора.

У генератора с параллельным возбуждением обмотка возбуждения питается от собственного якоря. Поэтому для самовозбуждения необходимо выполнение ряда условий – полюса или станина машины должны иметь остаточную намагниченность (Ф_ост≠0); направление возбуждаемого током магнитного потока Ф должно совпадать с направлением потока остаточного намагничивания; сопротивление цепи возбуждения, состоящей из обмотки (r_f) и реостата (R_в), не должно превышать определенной величины, называемой критической R_в+ r_f < R_кр (a < a_кр на рис.2.2), а частота вращения должна быть больше критической (достаточной).

Рис. 2.1 Рис. 2.2

При наличии остаточной намагниченности потоком Ф_ост в якоре возбуждается начальная ЭДС

Правильность включения обмотки возбуждения проверяется в момент подключения ее к якорю. Возрастание ЭДС говорит о правильности включения обмотки. Если ЭДС не возрастает, необходимо пересоединить обмотку возбуждения.

Характеристика холостого хода генератора Е_о = f ( I_f), при n = const, I=0 (рис. 2.2) повторяет характеристику намагничивания машины Ф = f ( F_f). Так как обычно током обмотки возбуждения генератора I_f≈(1…5)% I_а.ном, нагружающим якорь, ввиду его малости можно пренебречь, то характеристика холостого хода имеет такой же вид как при независимом возбуждении, но по условиям самовозбуждения может сниматься в одном квадранте.

При самовозбуждении генератора ЭДС нарастает до тех пор, пока E > I_f ( r_f+ R_в), следовательно, наибольшее значение ЭДС E_max= I_f R_f.

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 положительных направлений напряжений, ЭДС и тока имеет вид

, (2.2)

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

При увеличении тока нагрузки I_н= I (уменьшении сопротивления R_н) происходит уменьшение напряжения U вследствие увеличения падения напряжения в якорной цепи I_aR_a, а также уменьшения ЭДС E= f( I_f) из-за снижения тока возбуждения I_f= U/( r_f+ R_в). Это снижение можно приблизительно учесть (без точного учета нелинейности характеристики холостого хода), введя дополнительное вычитаемое в формулу (2.2)

– 0,5 I_а R_а, (2.3)

Внешняя характеристика генератора (рис.2.3) – это зависимость U= f( I), показывающая как изменяется напряжение с ростом тока нагрузки генератора при R_f= const, n= const.

При значительном постепенном снижении напряжения (при I= I_кр) дальнейшее уменьшение сопротивления нагрузки приводит к быстрому уменьшении тока возбуждения, уменьшению напряжения до нуля и уменьшению тока генератора до тока короткого замыкания I_к. Ток короткого замыкания

(2.4)

обычно незначительно отличается от номинального тока.

Рис.2.3 Рис. 2.4

Изменение напряжения генератора оценивается относительным падением напряжения

, (2.5)

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

Для номинального режима в шунтовых генераторах большой и средней мощности DU составляет (10…15)%. В генераторах малой мощности достигает 50%.

Стабилизация напряжения шунтовых генераторов достигается регулировкой тока возбуждения.

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость I_f= f( I) при U=const, n=const, которая показывает, как надо изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки для получения постоянного напряжения (рис. 2.4).

Нагрузочная характеристика U= f( I_f) при I= const определяется не только свойствами магнитной системы машины, но и степенью влияния реакции якоря.

Характеристика короткого замыкания I = f ( I_f) при n=const и замкнутых накоротко выводах обмотки якоря (U=0) может быть снята только при независимом возбуждении, так как при самовозбуждении в случае U=0 также I_f=0.

Для определения КПД генератора вычисляют полезную мощность генератора

(2.6)

и потребляемую мощность генератора

, (2.7)

где p_ст+ p_мех – постоянные потери, равные сумме потерь в стали и механических; p_в=UI_вп – потери на возбуждение; p_я= I_а² R_а – потери в обмотке якоря; p_щ= D U_щ I_а – потери в щеточном контакте, D U_щ=0,5 В.

КПД генератора

. (2.8)

Контрольные вопросы и задания

Определить ЭДС генератора 101.1, если сФ=1,15 Вб, n=1500 мин^-1.

Определить относительное падение напряжения DU генератора П-41 с учетом снижения тока шунтовой обмотки возбуждения, если ток якоря в долях от номинального (18 А) указан в табл. Р2.1, сопротивление якорной цепи R_я= 1 Ом, а ЭДС якоря E₀=230 В.

Таблица Р2.1

Номер бригады	1	2	3	4	5	6	7	8
I_я/I_ян	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 независимого источника Е_о=230 В.

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 с параллельным возбуждением. В чем заключается принцип самовозбуждения. Какие условия должны быть выполнены для самовозбуждения генератора?

4. Назовите отличия генератора постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением (конструкция, принцип действия, характеристики, достоинства).

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? Какому генератору не опасно «медленное короткое замыкание»?

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

10. Как можно рассчитать внешнюю и регулировочную характеристики генератора параллельного 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.2.5.

Рис. 2.5. Электрическая схема включения генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

1. Асинхронный пуск синхронного двигателя.

Разомкните цепь возбуждения Е1–Е2, вынув гибкий проводник от реостата А6 из гнезда Е1 панели генератора G2.

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

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

Установите сопротивление фаз реостата А4 8…20 Ом.

Регулировочную рукоятку реостата А6 поверните по часовой стрелке до упора (2000 Ом).

Регулировочные рукоятки нагрузки А5 поверните против часовой стрелки до упора (в положение "0").

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.

Внимание! 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».

2. Изучение процесса самовозбуждения

Измерьте с помощью вольтметра Р3 величину ЭДС Е_нач обмотки якоря при остаточном магнитном потоке (I_f=0) и занесите показание в первый столбец таблицы 2.1.

Замкните цепь обмотки возбуждения генератора, вставив гибкий проводник от реостата А6 в гнездо Е1 панели генератора G2.

Медленно вращая регулировочную рукоятку реостата А6, установите ее в положение «0» (R_в=0) для получения максимального тока возбуждения I_f генератора G2 и наблюдайте процесс самовозбуждения. По положению рукоятки, в момент резкого изменения напряжения определите величину критического сопротивления R_кр. (Если генератор не возбуждается, повторите опыт, поменяв местами гибкие проводники в зажимах Е1 и Е2 панели генератора G2).

3. Характеристика холостого хода.

Убедитесь, что регулировочная рукоятка реостата А6 и регулировочные рукоятки нагрузки А5 установлены в положение «0» .

Вращая регулировочную рукоятку реостата А6 по часовой стрелке уменьшайте ток возбуждения генератора G4 и заносите показания амперметра Р2 и вольтметра РЗ в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

I_f, A
Е, B

4. Внешняя характеристика.

Вращая регулировочную рукоятку реостата А6, установите ее в положение «0», и в течение всего опыта не меняйте положение рукоятки реостата А6 (R_f= const).

Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А5 от «0» до положения «50 Вт», увеличивайте ток I генератора G2 и заносите показания вольтметра РЗ и амперметра Р4 в табл. 2.2.

Оставьте рукоятки нагрузки А5 в положении «50 Вт» для опыта 5.

Таблица 2.2

I_a, A
U,B

5. Регулировочная характеристика генератора

Запишите токи I_f, I, полученные при положении рукояток нагрузки А5 «50 Вт» и рукоятки реостата А6 «0 Ом» в первый столбец, а напряжение U_н якоря, которое надо поддерживать при снятии характеристики – в верхнюю строку таблицы 2.3.

Переместите против часовой стрелки регулировочные рукоятки нагрузки А5, а затем рукоятку реостата А6 в следующее положение. Для получения заданного напряжения U_н= const якоря при новом положении рукоятки реостата А6, откорректируйте положение рукояток нагрузки А5, и заносите показания амперметров Р2 и Р4 в таблицу 2.3.

Таблица 2.3.

U=
I_a, A
I_f, A

По завершении эксперимента у возбудителя G3 поверните регулировочную рукоятку 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.

III. Содержание отчета

1. Схема проведения опытов и краткое описание порядка испытаний.

2. Таблицы опытных и расчетных данных с расчетными формулами.

3. Графики характеристик:

- холостого хода Е₀= f( I_f) при n = const, I =0 (табл. 2.1);

- внешней U = f(I) при n = const, R_f=const (табл. 2.2);

- регулировочной I_f = f (I) при n = const, U = const (табл. 2.3).

4. Паспортные данные машин.

ЛИТЕРАТУРА

1. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины и микромашины. М.: Высш. шк., 1990.

2. Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высш. шк., 2000.

3. Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1966.

4. Сенигов П.Н., Галишников Ю.П. Руководство по выполнению базовых экспериментов «Электрические машины». Челябинск, изд. ЮгУрГУ, 2001.

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

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 34

Мы поможем в написании ваших работ!