методические указания для лабораторных работ / ИCПЫТАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: изучить принцип действия, основные характеристики и свойства генераторов постоянного тока с параллельным и независимым возбуждением; провести сравнительный анализ их внешних характери-

стик.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Машина постоянного тока обладает свойством обратимости, т.е. может работать как генератором, так и двигателем, но обычно заводы изготавли-

вают машины конкретного назначения: двигатели или генераторы.

Машина постоянного тока состоит из двух частей (рис. 1):

неподвижной, которая выполняет роль индуктора, предназначенного для создания основного магнитного потока;

подвижной части – якоря, где происходит процесс преобразования меха-

нической энергии в электрическую (режим генератора) или преобразова-

ние электрической энергии в механическую (режим двига-

теля).

Индуктор состоит из сталь-

ной станины (3), к внутренней поверхности которой крепятся сердечники (2) главных полю-

сов, а в мощных машинах и добавочных полюсов. На сер-

дечниках полюсов размещены катушки (1), образующие об-

мотку возбуждения, которой создается основной магнитный поток Φ.

Якорь состоит из сердечника (7), набранного из тонких листов электротех-

нической стали, обмотки якоря (4), секции которой уложены в пазы на сердечнике якоря. Концы каждой секции присоединены к коллекторным

3

пластинам (5). К коллектору прижимаются графитовые или меднографито-

вые щетки (6), создающие скользящий контакт вращающейся обмотки с внешней цепью.В генераторном режиме коллектор выполняет роль меха-

нического выпрямителя.

Условные обозначения обмотки якоря и обмотки возбу-

ждения показаны соответственно на рис. 2. Число полу-

окружностей зависит от способа возбуждения. В зависи-

мости от того, как обмотка возбуждения соединена с об-

моткой якоря, различают несколько способов возбуждения:

независимое возбуждение, если обмотка возбуждения не соединена с об-

моткой якоря, а получает питание от отдельного источника;

параллельное возбуждение, если обмотка возбуждения соединена парал-

лельно с обмоткой якоря;

последовательное возбуждение, когда обмотка возбуждения соединена с обмоткой якоря последовательно;

смешанное возбуждение, если генератор снабжается обмотками последо-

вательного и параллельного возбуждения.

Генераторы с параллельным, последовательным и смешанном возбужде-

нием – машины с самовозбуждением.

На электрической схеме последовательная обмотка показывается тремя полуокружностями, а обмотки параллельного и независимого возбуждения

– четырьмя. В генераторе с параллельным возбуждением ток для питания обмотки возбуждения поступает от якоря (генератор с самовозбуждением рис.3а), в генераторе с независимым возбуждением от независимого ис-

точника (рис.3б). Самовозбуждение генератора осуществляется за счѐт по-

тока остаточной намагниченности стали индуктора. При вращении якоря этот остаточный поток наводит в обмотке якоря небольшую ЭДС, за счет которой в цепи возбуждения возникает небольшой ток.

4

Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются характеристики холостого хода Е = f (I). Характеристики холостого хода

(рис. 4а) генераторов независимого и параллельного возбуждений одина-

ковы. Регулировочные характеристики генераторов подобны показанной на (рис. 4в), а внешние-принципиально отличаются. На (рис. 4б) верхняя кривая – внешняя характеристика генератора с независимым возбуждени-

ем, ниже – внешняя характеристика генератора с параллельным возбужде-

нием.

Рис. 4

Характеристика холостого хода Е(IВ) снимается при отсутствии тока в цепи якоря IЯ = 0 частоте вращения равной номинальной n = nН. Из выра-

жения Е = СЕ n Φ видно, что ЭДС линейно зависит от магнитного потока.

Магнитный поток, в свою очередь, связан с током возбуждения не только не линейно, но и неоднозначно эта связь определяется петлей гистерезиса,

так как зависимость Е = f (IВ) в некотором масштабе повторяет зависимость Φ = f (IВ).

По форме характеристики холостого хода можно судить о магнитных свойствах стали машины, которые определяются степенью насыщения стали и не зависят от способа возбуждения. Примерный ход характеристи-

ки холостого хода показан на (рис. 4а). ЭДС генератора Еост. при разомкну-

той цепи возбуждения (IВ = 0) индуктируется потоком остаточной намаг-

ниченности и составляет в среднем 2 – 6 % от UН. При увеличении тока возбуждения ЭДС вначале линейно возрастает, затем рост ЭДС замедляет-

ся и при некотором значении тока возбуждения IВ max практически прекра-

6

щается, что является следствием магнитного насыщения стали машины. И

исходящая ветвь характеристики при уменьшении тока возбуждения от IВ max до нуля располагается несколько выше восходящей ветви, что является следствием явления гистерезиса. За расчетную характеристику холостого хода принимают среднюю кривую показанную на (рис. 4а).

Внешняя характеристика –зависимость нагружения U на зажимах гене-

ратора от тока нагрузки I при неизменном сопротивлении цепи возбужде-

ния (rв +Rр= const) и постоянной частоте вращения (n = nН = const). На (рис. 4б) представлена характеристика генератора с независимым возбуждени-

ем, из которой видно, что при увеличении тока нагрузки напряжение на зажимах генератора понижается; это объясняется падением напряжения в цепи якоря и размагничивающим влиянием реакции якоря.

Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость характери-

стики) оценивается изменением напряжения ∆U %:

E U

∆U % = H100%,

U

H

где UН – напряжение при номинальном токе нагрузки IН.

В генераторе с независимым возбуждением изменение напряжения при увеличении нагрузки от холостого хода до номинальной составляет 7 – 10 %.

Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением ме-

нее жѐсткая, чем при независимом возбуждении. Объясняется это тем, что в генераторе с параллельным возбуждением, кроме названных двух причин уменьшения напряжения, действует ещѐ и третья: при уменьшении напря-

жения происходит уменьшение тока возбуждения, а значит и ослабление магнитного потока.

При увеличении нагрузки, что соответствует уменьшению еѐ сопротив-

ления rнагр. , ток увеличивается лишь до критического значения Iкр.; при

7

кратковременном допустимом критическом токе Iкр. = (2÷3) IН начинается быстрое снижение напряжения до 0.

Изменение напряжения в генераторе с параллельным возбуждением при увеличении нагрузки до номинального значения составляет 10 – 16 %.

Регулировочная характеристика (рис. 4в) IВ = f(I) снимается при n = const; U = const, она показывает, как необходимо изменять ток возбужде-

ния, для того, чтобы при изменении нагрузки напряжение на зажимах ге-

нератора оставалось неизменным.

Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбужде-

нием практически не отличается от соответствующей характеристики ге-

нератора с независимым возбуждением.

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ

Принципиальная схема экспериментальной установки приведена на рис. 5. В качестве генератора используется машина постоянного тока типа П-22

со следующими номинальными данными: PН = 0,6 кВт, UН = 110 В, n =

1450 об/мин, rя = 0,60 м, rв = 140 Ом.

Якорь генератора приводится во вращение трѐхфазным асинхронным дви-

гателем (АД) типа АО2-12-4, установленным на общем основании с гене-

ратором.

Измерительные приборы и пускорегулирующая аппаратура установлены на передней панели лабораторного стенда. Выключателем К1 производится подключение параллельной обмотки возбуждения ОВ генератора. Регули-

рование тока возбуждения производится реостатом Rp.

В качестве нагрузки генератора используется набор параллельно соеди-

нѐнных резисторов R4 – R15, которые включаются выключателями К4 – К15.

8

К1

Рис.5

Поворотный выключатель ПВ1 предназначен для включения асинхронно-

го двигателя. В установке используются измерительные приборы: вольт-

метр U с пределом измерения 150 В, кл. точн. 1,5; амперметр А с пределом измерений 7, 5 А, кл. точн. 1,0.Переключатели П1 и П2 позволяют пере-

ключать обмотку возбуждения ОВ с параллельного на независимое возбу-

ждение.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

Для обеспечения безопасности выполнения лабораторной работы необ-

ходимо:

1.Сборку схемы проводить при выключении напряжения.

2.Схему включать под напряжение только после проверки еѐ препода-

вателем или лаборантом.

9

3.На рабочем столе не должно быть посторонних предметов.

4.Студенты, не прошедшие инструктаж по технике безопасности, к ра-

боте не допускаются.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Ознакомиться с установкой и собрать схему, приведѐнную на рис. 5.

2.Записать паспортные данные машины постоянного тока П-22 в табл. 1 и технические характеристики измерительных приборов.

3. Снять данные для построения характеристики холостого хода гене-

ратора постоянного тока с параллельным возбуждением Е(Iв) при n = const , I = 0.

Для этого необходимо:

а) с помощью ключа К1 отключить нагрузку от генератора;

б) ключом К2 замкнуть цепь якоря;

в) реостат Rp в цепи возбуждения полностью ввести и разомкнуть выключателем К3 цепь возбуждения;

г) пакетным выключателем ПВI произвести пуск асинхронного дви-

гателя;

д) измерить вольтметром V величину ЭДС Е0, индуцируемую в об-

мотке якоря потоком остаточной намагниченности полюсов и записать в табл. 2;

е) замкнуть цепь обмотки возбуждения ключом К3 и, постепенно увеличивать ток возбуждения от нуля до IВ max, записывая показания ам-

перметра А1 и вольтметра V, пока регулировочный реостат Rp не будет полностью выведен ( зафиксировать 5 – 7 точек ). Ток возбуждения

10

следует изменять только в одном направлении без возврата к предыдущим значениям. Данные наблюдения занести в табл.2.

4. Снять внешнюю характеристику генератора при параллельном возбу-

ждения, для чего следует замкнуть ключи К1, К2, К3, пакетный выключа-

тель ПВI. Регулируя ток возбуждения реостата Rр , установить напряже-

ние на зажимах генератора, превышающее номинальное на 20 – 25 % . Из-

меняя нагрузку ключами К4 – К12, установить номинальный режим:U = UH

установить I = IН. До окончания этого опыта сопротивление реостата Rp

не изменять:

а)ключами К4 - К15 изменить нагрузку в диапазоне I = 0 до I = 1,25Iн ;

снять показание амперметра А2 и вольтметра, результаты занести в таб-

лицу 3;

б)увеличить ток нагрузки, подключая дополнительные резисторы, так,

чтобы получить явление опрокидывания. Внимательно наблюдая за ам-

перметром А2, записать значения Iкр., Uкр. и тока Iкз при U = 0. Результа-

ты наблюдений занести в таблицу 3.

Внимание! Испытание в перегрузочном режиме следует проводить

быстро во избежании перегрева генератора.

Таблица 2

Таблица 3

11