эльмаш

Таким образом, в рассматриваемых условиях характер изменения ЭДС в проводнике в зависимости от времени целиком определяется характером распределения магнитной индукции под полюсом.

Условимся называть линию, которая проходит через центр якоря точно посередине между полюсами N и S, геометрической нейтралью, а часть окружности якоря τ, соответствующую одному полюсу, – полюсным делением. Машина на рис. 4.14. имеет одну пару полюсов, т. е. два полюсных деления.

менив это правило, определим направление ЭДС в проводнике ab на рис. 4.14. Когда проводник проходит под северным полюсом, то в нем наводится ЭДС, направленная к нам из-за плоскости чертежа, а когда он проходит под южным полюсом, то в обратном направлении – от нас за плоскость чертежа. Таким образом, в проводнике ab наводится переменная во времени ЭДС, изменяющая свое направление два раза за один оборот якоря.

Время T , за которое происходит одно полное изменение ЭДС, называется периодом ЭДС. Число периодов в одну секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц). В общем случае, когда машина имеет p пар плюсов, частота наведенной ЭДС увеличивается про-

где n – скорость вращения, измеряемая числом оборотов в минуту. В обоих проводниках (ab и cd) вследствие симметрии индукти-

руются одинаковые ЭДС, которые по контуру витка складываются, и поэтому полная ЭДС якоря рассматриваемой машины

91

Рассмотрим форму полной ЭДС якоря еa. Из рис. 4.14 видно, что полпериода щетка А будет соприкасаться с коллекторной пластиной и соответственно с проводником ab, находящимся под северным полюсом. Вторую часть периода, когда виток повернется на 180°, щетка А будет соединена с проводником cd, находящимся также под северным полюсом, т. е. под полюсом той же полярности. Щетка А всегда соприкасается только с той пластиной, с которой соединен проводник, находящийся под северным полюсом; наоборот, щетка В со-

единяется только с тем проводником, который находится под южным полюсом. Следовательно, во внешней цепи ток будет протекать только в одном направлении: от щетки А к щетке В. Происходит выпрямле-

ние переменной ЭДС, наводимой в витке ab−cd, и переменного тока в пульсирующую ЭДС на щетках и пульсирующий ток во внешнем участке цепи (рис. 4.16).

Полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. Щетка А, от которой ток отводится во внешнюю цепь, считается положительной и обозначается «плюс», а щетка В считается отрицательной и обозначается «минус».

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Щетки необходимо установить на пластинах коллектора так, как показано на рис. 4.14. В этом случае в момент перехода щетки с одной коллекторной пластины на другую, когда виток замыкается накоротко, наводимая ЭДС равна нулю. Переменная ЭДС выпрямляется полностью, напряжение на щетках максимально.

Ток во внешней цепи изменяется от нуля до максимального значения, т. е. пульсации тока велики (рис. 4.16). Для уменьшения пульсаций тока следует на сердечнике якоря разместить несколько витков, равномерно распределенных по его окружности, и соответственно увеличить количество коллекторных пластин, т. е. применить более сложную по устройству обмотку якоря и соответственно более сложный коллектор.

Напряжение на зажимах генератора постоянного тока определяется выражением

92

стрелки. В проводниках якоря наводится ЭДС – Ea. Направление Ea определено по правилу правой руки. При подключении нагрузки к цепи обмотки якоря по обмотке потечет ток Ia. Направление тока Ia в генераторе совпадает с направлением Ea. На проводники с током в магнитном поле действуют электромагнитные силы Fэм. Как видно из рис. 4.18, а, электромагнитные силы в режиме генератора являются тормозными, так как направлены против направления вращения.

Рассмотренная простейшая машина постоянного тока может работать также двигателем, если обмотку якоря подключить к источнику постоянного тока (рис. 4.18, б). Направление тока в обмотке якоря зависит от полярности источника питания. Пусть полярность источника питания такова, что ток в обмотке якоря двигателя будет направлен, как и в генераторе, к нам.

На проводники обмотки якоря действуют электромагнитные силы Fэм. Пары сил образуют электромагнитный момент Мэм. При достаточной величине Мэм якорь машины придет во вращение и будет развивать механическую мощность. В проводниках обмотки якоря будет индуктироваться ЭДС Ea.

В двигателе ЭДС Ea в отличие от генератора (рис. 4.18, б) направлена против тока Ia, поэтому ЭДС якоря двигателя называется про- тиво-ЭДС.

В двигателе коллектор превращает потребляемый из сети постоянный ток в переменный ток обмотки якоря и является механическим инвертором.

Подаваемое на обмотку якоря напряжение уравновешивается ЭДС Ea и падением напряжения в цепи обмотки якоря

Uа = Ea + Iа ra.

4.2. Лабораторная работа 6. Исследование генераторов постоянного тока с независимым возбуждением

Цель работы

Ознакомиться с назначением, конструкцией, особенностями электромагнитных процессов и принципом работы генераторов постоянного тока (ГПТ). Экспериментально и аналитически исследовать характеристики ГПТ с независимым возбуждением.

94

Объект и средства исследования

В работе исследуется генератор постоянного тока ГПТ, якорь которого приводится во вращение трехфазным асинхронным двигателем. Электрическая схема ГПТ с независимым возбуждением приведена на рис. 4.19, номинальные данные ГПТ приведены на стенде.

АД

Рис. 4.19. Схема исследований генератора с независимым возбуждением

Рабочее задание

1. Снять характеристики генератора:

–характеристику холостого хода – зависимость напряжения якоря от тока возбуждения при разомкнутой цепи якоря;

–нагрузочную характеристику – зависимость напряжения якоря от тока возбуждения при определенном токе якоря;

–внешнюю характеристику – зависимость напряжения якоря от тока якоря при постоянном токе возбуждения;

–регулировочную характеристику – зависимость тока возбуждения от тока якоря при постоянном напряжении якоря;

–характеристику короткого замыкания – зависимость тока возбуждения от тока якоря при замкнутой накоротко обмотке якоря.

2. Построить снятые экспериментально зависимости и объяснить их характер.

95

Методические рекомендации к выполнению рабочего задания

иобработке результатов эксперимента

1.Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, конструкцией испытуемого ГПТ, записать его номинальные данные и подобрать соответствующие измерительные приборы.

2.Собрать схему ГПТ с независимым возбуждением (рис. 4.19)

иснять характеристики.

Характеристика холостого хода U0 = E0 = f(Iв) снимается при разомкнутой цепи обмотки якоря Ia = 0; n = nн = пост.

Первая точка характеристики снимается при токе возбуждения, которому соответствует напряжение на зажимах якоря U0 = 1,1 Uн. После этого ток возбуждения плавно уменьшается до нуля. В процессе уменьшения тока снимается 5−7 промежуточных точек. При снятии нисходящей части характеристики холостого хода необходимо следить за тем, чтобы ток возбуждения изменялся всегда в одном направлении, т. е. уменьшался. При Iв = 0 меняется направление тока обмотки возбуждения, после чего ток возбуждения плавно увеличивается от 0 до значения, при котором U0 = 1,1 Uн, т. е. снимается восходящая часть характеристики. При снятии восходящей части характеристики ток возбуждения должен также изменяться только в одном направлении, т. е. только увеличиваться.

Результаты измерений занести в табл. 1.

Нисходящую и восходящую части характеристики при обратном изменении тока возбуждения строят из условия их симметрии.

Нагрузочная характеристика U = f (Iв) снимается при Ia = Iaн= const,

n = nн = пост.

Первая точка снимается при токе возбуждения, которому соответствует U0 = (1,0–1,1)Uн. Сопротивление нагрузки при этом должно быть таким, чтобы Ia = Iaн. Следующие точки снимаются при уменьше-

96

нии сопротивления нагрузки и тока возбуждения. Сначала ступенчато уменьшается сопротивление нагрузки, затем плавно уменьшается ток возбуждения, пока не установится номинальный ток в якоре.

Результаты измерений занести в табл. 2.

Внешняя характеристика U = f (Iа) снимается при Iв = const,

n = nн = const.

В режиме холостого хода генератора (Iа = 0) устанавливается такой ток возбуждения, при котором U0 = Uн. Затем при неизменном токе возбуждения увеличивается ток нагрузки до номинального значения.

Результаты занести в табл. 3.

Регулировочная характеристика Iв = f(Iа)снимаетсяприU = Uн= const,

n = nн = пост.

На холостом ходу генератора, изменяя ток возбуждения с помощью регулировочного реостата Rрег, установить U0 = Uн , после чего ток нагрузки постепенно увеличить до номинального. Ток возбуждения необходимо изменять так, чтобы напряжение на зажимах якоря поддержать постоянным.

Результаты занести в табл. 4.

Характеристика короткого замыкания Iан = f (Iвк) снимается при U = 0;

n = nн = const.

Концы обмотки якоря замыкаются через амперметр, т. е. обмотка якоря замыкается накоротко (Rн = 0). Невозбужденный генератор (Iв = 0) приводится во вращение и измеряется первое значение тока в якоре. После этого ток возбуждения с помощью регулировочного

97

реостата плавно увеличивается до тех пор, пока Iак= Iан. Так как величина тока возбуждения в опыте короткого замыкания весьма мала, его измерение нужно производить миллиамперметром.

Результат измерения занести в табл. 5.

3. Построить характеристики ГПТ, снятые экспериментально.

В одних координатных осях построить характеристику холостого хода и нагрузочную характеристику ГПТ с независимым возбуждением.

Контрольные вопросы

1.Назначение, устройство и принцип работы генераторов постоянного тока.

2.Схемы возбуждения генераторов постоянного тока. Достоинства и недостатки различных схем.

3.Реакция якоря МПТ. Влияние реакции якоря на вид исследуемых в работе характеристик ГПТ.

4.Методика снятия характеристик холостого хода, нагрузочной, внешней, регулировочной, короткого замыкания. Теоретически объяснить вид всех характеристик генератора независимого возбуждения.

4.3. Лабораторная работа 7. Исследование генераторов постоянного тока с параллельным и смешанным возбуждением

Цель работы

Ознакомиться с назначением, конструкцией и особенностями электромагнитных процессов и принципом работы генераторов постоянного тока ГПТ. Экспериментально и аналитически исследовать характеристики ГПТ с параллельным и смешанным возбуждением.

98

Объект и средства исследования

В работе исследуется генератор постоянного тока ГПТ, якорь которого приводится во вращение трехфазным асинхронным двигателем. Электрическая схема ГПТ с параллельным и смешанным возбуждением приведена на рис. 4.20. Номинальные данные ГПТ приведены на стенде.

Рис. 4.20. Схемы исследований генератора:

а − с параллельным возбуждением, б − смешанным возбуждением

Рабочее задание

1.При параллельном возбуждении снять характеристики генера-

тора:

– характеристику холостого хода – зависимость напряжения якоря от тока возбуждения при разомкнутой цепи якоря;

– внешнюю характеристику – зависимость напряжения якоря от тока якоря при постоянном сопротивлении цепи возбуждения;

– регулировочную характеристику – зависимость тока возбуждения от тока нагрузки постоянным напряжением на зажимах генератора.

2.При смешанном возбуждении снять характеристики генератора:

– внешние характеристики – зависимость напряжения якоря от тока нагрузки при постоянном сопротивлении регулировочно-

99

го реостата и при согласном и встречном включении обмоток возбуждения;

–регулировочные характеристики при согласном и встречном включении обмоток возбуждения.

Методические рекомендации к выполнению рабочего задания

иобработке результатов эксперимента

1.Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, конструкцией испытуемого ГПТ, записать его номинальные данные и подобрать соответствующие измерительные приборы.

2.Собрать схему ГПТ с параллельным возбуждением (рис. 4.20, a)

иснять характеристики.

Характеристика холостого хода U0 = E0 = f(Iв) снимается при разомкнутой цепи обмотки якоря Ia = 0; n = nн = пост.

Первая точка характеристики снимается при токе возбуждения, которому соответствует напряжение на зажимах якоря U0 = 1,1 Uн. После этого ток возбуждения плавно уменьшается до нуля. В процессе уменьшения тока снимается 5−7 промежуточных точек. При снятии нисходящей части характеристики холостого хода необходимо следить за тем, чтобы ток возбуждения изменялся всегда в одном направлении, т. е. уменьшался. В отличие от генератора независимого возбуждения в генераторе параллельного возбуждения не следует изменять направления тока возбуждения, так как в этом случае остаточный и основной магнитные потоки будут направлены навстречу, не будет выполняться одно из условий самовозбуждения, т. е. генератор параллельного возбуждения не будет возбуждаться.

Учитывая сказанное, после уменьшения тока возбуждения до минимального значения следует плавно увеличивать ток возбуждения, снимая промежуточные токи до значения U0 = 1,1 Uн.

Результаты измерений занести в табл. 1.

100