1.3. Характеристики генератора постоянного тока

О свойствах генератора судят по характеристикам, показывающим зависимость между основными величинами, определяющими работу машины. Основные характеристики генератора: холостого хода, внешняя, регулировочная.

Характеристика холостого хода – это зависимость ЭДС якоря от тока возбуждения при токе нагрузки и его частоте вращения(рис.1.4). При этом ЭДСпропорциональна магнитному потоку.

Благодаря остаточному магнитному полю при и характеристика не проходит через начало координат.

Характеристика состоит из трех частей: начальная прямолинейная часть, где магнитная система не насыщена, и при увеличении тока возбуждения магнитный

поток и ЭДС увеличиваются (участок); “колено” характеристики, где магнитная система находится в полунасыщенном состоянии и рост магнитного потока и ЭДС замедляются (участок 1 – 2); магнитная система насыщена (участок 2 – 3).

Рис. 1.4

Положение точки А, соответствующее номинальной ЭДС, дает возможность судить об устойчивости напряжения генератора при работе и о пределах, в которых можно регулировать напряжение.

Если бы точка А находилась на прямолинейной части характеристики, то незначительные изменения , вызывали бы значительные изменения ЭДС и напряжения. В этом случае работа генератора была бы неустойчивой.

Если точка А находится на участке 2 – 3, то колебания напряжения незначительны, и генератор работает устойчиво, но возможность регулирования напряжения невелика, так как магнитная система машины насыщена. Поэтому точка А, соответствующая номинальной ЭДС, расположена на “колене” характеристики холостого хода.

Генераторы независимого и параллельного возбуждения имеют аналогичные характеристики холостого хода.

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при;.

Уравнение электрического состояния цепи якоря

, (2)

где – внутреннее сопротивление цепи якоря, состоящее из сопротивления обмотки якоря, обмотки дополнительных полюсов, сопротивления щеток и коллектора;

–для генератора независимого возбуждения;

–для генератора параллельного возбуждения;

–ток нагрузки.

Как видно из уравнения (2), напряжение на зажимах генератора независимого возбуждения при увеличении тока нагрузки уменьшается по двум причинам:

1. Увеличение падения напряжения в цепи якоря.

2. Возрастающее влияние потока якоря на основной поток полюсов (размагничивающее действие реакции якоря), приводящее к уменьшению ЭДС .

Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения имеет вид кривой 1 (рис.5).

В генераторах параллельного возбуждения к двум указанным причинам добавляется третья – уменьшение тока возбуждения вследствие понижения напряжения, вызванного первой и второй причинами. Уменьшение тока возбуждения вызывает уменьшение магнитного потока, ЭДС () и дополнительное уменьшение напряжения (см. рис. 5. кривая 2) – внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения. Рис. 5

Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопротивления нагрузки, ток нагрузки увеличивается лишь до критического значения , а затем начинает самопроизвольно уменьшаться до тока короткого замыкания. При этом напряжение на зажимах генератора и ток возбуждения резко уменьшаются и исчезают. Ток короткого замыкания якоря генератора параллельного возбуждения определяется только потоком остаточной намагниченности и поэтому мал. Рис. 6.

Регулировочная характеристика – это зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при , и .

Очень важной характеристикой генератора является его КПД

, (3)

где – полезная мощность, отдаваемая генератором;

–мощность потерь в цепи возбуждения;

–мощность потерь в цепи якоря.

Формула (3) для расчета КПД генератора является приближенной, так как не учитывает магнитные и механические потери. Обычно магнитные и механические потери в генераторах очень малы.

2 Расчет

Программа работы:

1.) Исследовать и построить для генератора постоянного тока независимого возбуждения характеристики холостого тока, внешнюю, регулировочную.

2.) Исследовать и построить для генератора постоянного тока параллельного возбуждения характеристики внешнюю, регулировочную.

3.) Рассчитать КПД генератора.

Схема включения генератора для проведения исследований

Схема для исследования генератора независимого возбуждения и снятия его характеристик приведена на рис. 2.1, а, схема для исследования генератора параллельного возбуждения – на рис. 2.1,б. На рис. 2.2 приведена схема управления нагрузкой генератора.

Оборудование электрической установки

Лабораторная установка для исследования свойств генераторов постоянного тока состоит из генератора постоянного тока, включаемого по схеме независимого или параллельного возбуждения; нагрузочного реостата Кн, сопротивление которого изменяется при помощи промежуточных реле 1К -5К (рис. 2.1); трехфазного короткозамкнутого асинхронного двигателя для вращения якоря генератора. Для пуска в ход асинхронного двигателя на панели стенда предусмотрена кнопка «пуск»

В цепь возбуждения генератора включен регулировочный реостат К1 для изменения тока возбуждения и амперметр Аг на 2А для его измерения.А1 - амперметр постоянного тока на 30 А для измерения тока нагрузки;V - вольтметр постоянного тока на 150 В для измерения напряжения генератора.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с машинами, аппаратурой, приборами и записать технические характеристики генератора в табл. 1.

Таблица1

Рн,кВт	Uн,В	Iн,А	nн,об/мин	Rя,Ом
0,2	110	246	3000	0,5

2.) Собратьэлектрическую цепь по схеме (рис.2.1 а).

3.) Снять характеристику холостого хода: пустить в ход первичный двигатель нажатием кнопки «пуск»; записать ЭДС, индуктируемую в якоре полем остаточной намагниченности (1В = 0), включить цепь возбуждения и, не нагружая генератор, постоянно увеличивать ток возбуждения реостатами КЛ и К.2 от нуля до возможного максимума.

Рис 2.1

Рис 2.2

Для проведения опыта короткого замыкания нажать на несколько секунд кнопку 8В5, после чего кнопкой "XX" отключить нагрузку. Показания приборов записать в табл.2

Таблица 2

№,п/п	I,А	Iв,А	U,В
1(хх)
2
3
4
5
6
(кз)

Таблица 3

№ п/п	I,A	Iв,А	А
1
2
3

По данным табл. 5 рассчитать КПД генератора, Заполнить табл. 4и по ее данным построить график зависимости КПД от тока нагрузки.

Таблица 4

№ п/п	U,В	I,А	Iв,А	Iя,А	P2,Вт	∆Rя,Вт	∆Rв,Вт	ή	P1,Вт	Pn
1
2
3
4
5
6

Графики

Внешняя характеристика

110

100

90

80

70

60

40

20

10

1 2 3

Рис. 2.3. График зависимости U от I

Регулированная характеристика

Рис. 2.4. График зависимости IB от I

Рабочие характеристики

Рис. 2.5. График зависимости Iя от P2

Механическая характеристика

1200 - искусственная

1000

800

- естественная

600

200

0,5 2 4 7 11,5

Рис. 2.6. График зависимости n от M

Регулировочная характеристика двигателя

100

80

60

50

40

20

10

1 2 3 4

Рис. 2.7. Зависимость частоты вращения от тока возбуждения

3 Контрольные вопросы