ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт нефти и газа

Кафедра «Электроэнергетика»

Методические указания

к лабораторной работе

«Исследование генератора постоянного тока»

по дисциплине «Электрические машины»

для студентов специальности 140604 «Электропривод и автоматика

промышленных установок и технологических комплексов»

очной и заочной форм обучения

Тюмень 2007 г

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители:

Доцент, к.т.н., член-корреспондент Международной Академии Наук нефти и газа Савиных Ю.А. Ст. преподаватель Шаталова Н.В.

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2007г.

Методические указания

к лабораторной работе

«Исследование генератора постоянного тока»

1. Цель работы:

1. Изучить конструкцию, принцип действия и характеристики генератора постоянного тока

2. Приобрести практические навыки в сборке схем и опытном исследовании генератора при снятии показаний и построении основных характеристик

3. Получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о генераторах постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

2. Основные теоретические сведения

Г енератор постоянного тока – электрическая машина, в которой механическая энергия преобразуется в энергию постоянного тока. Основными конструктивными элементами генератора являются: индуктор, якорь и коллектор (рис.1).

Рис. 1. Устройство машины постоянного тока

Индуктор предназначен для создания основного магнитного поля машины. Он расположен на неподвижной части машины – статоре (1) и состоит из полюсов (2), и обмоток возбуждения (3). Обмотка, в которой наводится ЭДС, называется якорной (5). Ротор с якорной обмоткой называется якорем (4). Коллектор (6), расположенный валу, – механический выпрямитель, – служит для уменьшения пульсаций ЭДС. Важным элементом конструкции является щеточный аппарат, который служит для соединения коллектора с внешней электрической цепью.

Способ создания основного магнитного потока машины называется возбуждением. Для этого на полюсах индуктора имеются обмотки возбуждения (ОВ), по проводникам которых течет ток возбуждения I_в, который составляет 2-5% от номинального тока машины.

Принцип действия генераторов постоянного тока основан на законе электромагнитной индукции. При вращении якоря каким-либо первичным двигателем, проводники обмотки якоря пересекают магнитное поле полюсов, и в каждом из них наводится ЭДС. Эта ЭДС является переменной е =f(t), так как она изменяется во времени по величине и направлению и зависит от положения проводников в межполюсном пространстве. Благодаря использованию коллектора с системой неподвижных щеток на зажимах генератора получают ЭДС, постоянную во времени.

Суммарная ЭДС проводников обмотки якоря определяется уравнением

Е = c_enФ,

где c_e – конструктивная постоянная машины;

п – частота вращения якоря, об/мин;

Ф – результирующий магнитный поток машины, (Вб).

Когда к зажимам генератора подключена нагрузка, по цепи якоря течет ток I_а. При работе в режиме генератора электрическая машина выполняет функции источника энергии, поэтому ток якоря I_а совпадает по направлению с индуцируемой ЭДС Е.

Напряжение на зажимах генератора при работе в режиме нагрузки равно

U = E – ∑R_а I_а = R_н I_а,

где R_н – сопротивление нагрузки, ∑R_а – суммарное сопротивление обмотки якоря, добавочных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта.

На якорь, по обмотке которого течет ток I_а действует электромагнитный момент М_эм, который является тормозным и преодолевается вращающим моментом М_вр приводного двигателя (М_эм = М_вр).

В зависимости от схемы подключения обмотки возбуждения к обмотке якоря (т.е. от способа питания обмотки возбуждения) различают генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением. У генераторов с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от постороннего источника, а у генераторов с самовозбуждением – непосредственно от зажимов якоря самой машины. В зависимости от способа включения обмоток возбуждения генераторы постоянного тока с самовозбуждением разделяют на генераторы с параллельным, последовательным и со смешанным возбуждением.