ЛАБЫ / ЛР 7 2
.2.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа энергетики Отделение: «Электроэнергетика и электротехника»
Направление: «Электроэнергетика и электротехника 13.03.02»
Лабораторная работа №7
«Исследование генератора постоянного тока»
|
|
Электрические машины |
|
Исполнители: |
|
|
|
|
|
Кондрашов М. А. |
|
студенты |
|
Пайгель О. А. |
|
5А33 |
03.12.2025 |
||
группы |
|||
|
Бадмаев Т. Г. |
||
|
|
Граф В. Е.
Руководитель: |
|
доцент, к.т.н. |
Гирник А. С. |
Томск – 2025
Цель работы
Изучить конструкцию и принцип действия генератора постоянного тока. Приобрести практические навыки получения характеристик генератора независимого возбуждения; экспериментально подтвердить сведения о генераторе постоянного тока.
Программа работы
1.Ознакомиться с лабораторной установкой.
2.Получить характеристики: холостого хода, нагрузочную, внешнюю, регулировочную, короткого замыкания.
3.Проанализировать полученные характеристики и сделать основные
выводы.
Общие указания
Лабораторная работа дает возможность качественно и количественно оценить эксплуатационные свойства генератора постоянного тока независимого возбуждения.
Электрическая схема для исследования генератора изображена на рис.1. Якорь генератора G приводится во вращение асинхронным двигателем М. Обмотку возбуждения F генератора подключают к источнику постоянного тока переключателями SA1 и SA2. Кроме того, переключатель SA1 служит для изменения полярности напряжения на обмотке возбуждения F. Регулирование тока возбуждения осуществляется резистором R1. Переключатель SA3 служит для выбора режима работы генератора: холостой ход, нагрузка, короткое замыкание. Резистор R2 является регулируемой нагрузкой генератора G при переключении SA3 в поз.2. Для защиты генератора от аварийных коротких замыканий в цепи якоря установлен автоматический выключатель Q.
Рис. 1. Электрическая схема для исследования генератора постоянного тока
Характеристика холостого хода
Зависимость ЭДС генератора Е от тока возбуждения IВ при отсутствии тока якоря (Iа 0) и неизменной частоте вращения (n const) называют характеристикой холостого хода E = f (IB).
Таблица 1. Характеристика холостого хода
№ опыта |
Нисходящая |
№ опыта |
Восходящая |
|
Примечание |
||
|
ветвь |
|
|
ветвь |
|
|
|
|
IB |
E |
|
IB |
|
E |
|
|
A |
B |
|
A |
|
B |
|
1 |
0,34 |
250 |
1 |
0,38 |
|
250 |
UH = 250 В |
2 |
0,22 |
200 |
2 |
0,22 |
|
200 |
Eoc = 10 B |
3 |
0,16 |
150 |
3 |
0,14 |
|
150 |
Eoc% = 4 % |
4 |
0,1 |
100 |
4 |
0,1 |
|
100 |
KH = |
5 |
0,04 |
50 |
5 |
0,04 |
|
50 |
1,15(о.е.) |
6 |
0 |
-10 |
6 |
0 |
|
10 |
|
7 |
-0,04 |
-50 |
7 |
-0,08 |
|
-100 |
|
8 |
-0,1 |
-100 |
8 |
-0,14 |
|
-150 |
|
9 |
-0,16 |
-150 |
9 |
-0,22 |
|
-200 |
|
10 |
-0,22 |
-200 |
10 |
-0,36 |
|
-250 |
|
Затем опыт повторяют в обратном направлении, т.е. уменьшают ток в I до нуля (5 6 значений), меняют направление тока в обмотке возбуждения, увеличивают его до значения, при котором Е (1,2 1,3)UH (56 точек) и получают «восходящую» ветвь ХХХ.
Расчетную ХХХ проводят как среднюю линию между «нисходящей» и «восходящей» ветвями. Расчетная ХХХ проходит через начало координат. По результатам опыта определяют процентное значение остаточной ЭДС.
E |
|
100 E |
|
100 10 |
4% |
|
|
ос |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
ос% |
|
U |
|
|
250 |
|
|
|
Н |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Строим «нисходящую» и «восходящую» ветвь ХХХ, а затем проводим через начало координат расчетную ХХХ.
0.5
E
0.4
0.3
0.2
0.1
IB
0
-300 |
-200 |
-100 |
0 |
100 |
200 |
300 |
-0.1
-0.2
-0.3 -0.4
Нисходящая ветвь |
Восходящая ветвь |
Рис. 2. Нисходящая и восходящая ветвь ХХХ
Нагрузочная характеристика
Зависимость напряжения U на зажимах якоря генератора от тока возбуждения IВ при неизменной величине тока якоря (тока нагрузки) (Iа = const) и неизменной частоте вращения (n const) называют нагрузочной характеристикой U f (IB).
Таблица 2. Нагрузочная характеристика
№ опыта |
U |
IB |
Примечание |
||
|
B |
A |
|
|
|
1 |
200 |
0,3 |
|
|
|
2 |
185 |
0,2 |
|
Iан = 1 |
А |
3 |
150 |
0,16 |
Ra = 2,4 Ом |
||
4 |
130 |
0,14 |
|
∙ = |
2,4 В |
|
|
|
ан |
|
|
5 |
110 |
0,11 |
|
|
|
6 |
98 |
0,1 |
|
|
|
Строим в одних осях нагрузочную характеристику и расчетную ХХХ.
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
E, U |
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
IB |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-300 |
-200 |
-100 |
-0.1 0 |
100 |
200 |
300 |
|
|
|
-0.2 |
|
|
|
|
|
|
-0.3 |
|
|
|
|
|
|
-0.4 |
|
|
|
|
Нисходящая ветвь |
Восходящая ветвь |
|
Нагрузочная х-ка |
|
|
Рис. 3. Расчётная характеристика и нагрузочная ХХХ
Внешняя характеристика
Зависимость напряжения U на зажимах якоря генератора от тока нагрузки (тока обмотки якоря) I при неизменной величине тока возбуждения (IВ = const) и неизменной частоте вращения (n const) называют внешней характеристикой U f (Iа).
Таблица 3. Внешняя характеристика
№ опыта |
Ia |
U |
Примечание |
|
A |
B |
|
1 |
0 |
210 |
|
2 |
1 |
200 |
Iн = 1 А |
3 |
1,2 |
200 |
|
4 |
1,4 |
195 |
|
5 |
1,6 |
192 |
|
6 |
1,8 |
190 |
|
Строим внешнюю характеристику U f (Iа).
2
1.8 U
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
Iа
0
185 |
190 |
195 |
200 |
205 |
210 |
215 |
|
|
|
|
|
Внешняя х-ка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4. Внешняя характеристика U f (Iа)
По характеристике находят процентное увеличение напряжения при сбросе нагрузки:
U |
|
|
U |
0 |
U |
н |
100% |
|
210 200 |
100% 5% |
|
|
|
|
|
|
|||||||
% |
|
U |
|
|
200 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Uн – напряжение при Ia = Iан.
Регулировочная характеристика
Зависимость тока возбуждения в I от тока якоря, a I генератора при неизменном напряжении (U const) на зажимах нагрузки и неизменной частоте вращения якоря генератора (n const) называют регулировочной характеристикой IВ f (Iа) .
Таблица 4. Регулировочная характеристика
№ опыта |
IB |
Ia |
Примечание |
|
A |
A |
|
1 |
0,22 |
0 |
|
2 |
0,26 |
0,09 |
UН = 200 В |
3 |
0,28 |
1,2 |
Iан = 1 А |
4 |
0,29 |
1,8 |
|
5 |
0,3 |
2 |
|
Строим регулировочную характеристику IВ f (Iа).
|
0.35 |
Ia |
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.25 |
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
0.15 |
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
0.05 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
IB |
|
|
|
|
|
|
|
-0.5 |
0 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
Регулировочная х-ка
Рис. 4. Регулировочная характеристика IВ f (Iа)
По регулировочной характеристике определяется процентное изменение тока возбуждения:
I |
|
|
I |
вн |
I |
в 0 |
100% |
|
0, 28 0, |
22 |
100% 27% |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
В |
|
|
I |
|
|
0, 22 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
в 0 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Iвн – ток возбуждения при Ia = Iан, а Iв0 – ток возбуждения при Ia = 0.
Вывод
Характеристика холостого хода:
Зависимость E = f (IB) является нелинейной, т.к. сталь машины насыщается, и характеристика приобретает криволинейный характер.
Нисходящая и восходящая ветви ХХХ не совпадают, т.к. в процессе снятия данных происходит усиление магнитного потока остаточного намагничивания.
Прямолинейные участки графиков соответствуют ненасыщенной магнитной системе машины. По мере увеличения тока возбуждения, происходит насыщение магнитной системы и график начинает искривляться.
Нагрузочная характеристика:
Данная характеристика выражает зависимость напряжения U на выходе генератора от тока возбуждения Iв при неизменных токе нагрузки,
например номинальном, и частоте вращения. При указанных условиях
напряжение на выводах генератора меньше ЭДС, поэтому нагрузочная характеристика располагается ниже характеристики холостого хода.
Внешняя характеристика:
Для снятия этой характеристики устанавливается такой ток в обмотке возбуждения, чтобы при холостом ходе генератора напряжение на его зажимах было равно номинальному. Затем нагрузка генератора возрастает при неизменном токе в обмотке возбуждения. С возрастанием нагрузки (тока в якоре генератора IЯ) увеличивается как падение напряжения в сопротивлении его обмотки, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает понижение напряжения. При изменении нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора уменьшается на величину ΔUПН.
Регулировочная характеристика:
Для того чтобы сохранить напряжение неизменным, необходимо регулировать ток возбуждения. Закон регулирования тока возбуждения с целью сохранения постоянства напряжения при изменении нагрузки дает регулировочная характеристика. Начинают снимать ее в режиме холостого хода, когда I = 0. При увеличении тока нагрузки ток возбуждения IВ необходимо несколько увеличить, чтобы скомпенсировать уменьшение напряжения из-за падения напряжения и размагничивающего действия реакции якоря.