Лабораторная работа 3 испытание генератора постоянного тока независимого возбуждения

I. Цель работы

Ознакомиться с устройством и принципом действия генератора постоянного тока (ГПТ) независимого возбуждения и методами его испы­тания, в частности, с монтажом схемы, раскруткой, возбуждением, загруз­кой ГПТ и снятием его характеристик: холостого хода, внешней и регули­ровочной.

II. Основные теоретические положения

Генераторы постоянного тока до сих пор находят применение в про­мышленности в качестве источников питания двигателей постоянного то­ка, а также автономных электрических потребителей - автомобилей, элек­тровозов, пассажирских вагонов, самолётов и др.

Недостаток ГПТ - наличие щёточно-коллекторного аппарата для вы­прямления и снятия напряжения с вращающейся части машины (якоря). Этот аппарат требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надёж­ность работы машины. Поэтому в последнее время ГПТ в стационарных установках вытесняются полупроводниковыми преобразователями.

Основными частями генератора постоянного тока являются статор-индуктор и ротор-якорь, отдалённые друг от друга воздушным зазором (0,3...0,5 мм). На неподвижном статоре расположены главные и дополнительные полюса с обмотками возбуждения. Подвижный якорь изготавли­вают из тонких, изолированных друг от друга листов электротехнической стали для уменьшения потерь мощности в магнитопроводе якоря. В пазах якоря размещают обмотку, выводы которой соединяют с пластинами кол­лектора, монтируемого на валу машины; к пластинам коллектора пружи­нами прижимаются неподвижные медно-графитовые щётки.

При подаче постоянного напряжения в обмотку возбуждения стато­ра и вращении якоря в каждом проводнике якорной обмотки индуктирует­ся ЭДС, мгновенное значение которой

е_пр=Вlv,

где В - магнитная индукция, Тл; l - длина проводника, м; v - скорость пе­ремещения проводника, м/с.

Среднее значение ЭДС машины

E=(pNФ_вn)/60a= С_ЕФ_вn

где р - число пар полюсов машины; а и N- число пар параллельных ветвей и число проводников обмотки якоря; Ф_в - магнитный поток одного полюса индуктора, Вб; п - частота вращения якоря, об/мин; С_Е = рN/60а - коэффи­циент ЭДС, зависящий от конструктивных особенностей машины.

Как видно, ЭДС якоря пропорциональна произведению магнитного потока статора на частоту вращения якоря.

Напряжение на зажимах обмотки якоря

U=Е_я- R_яI_я=С_ЕФ_вп-R_яI_я,

где R_я - сопротивление, включающее в себя сопротивление обмотки якоря и сопротивление дополнительных элементов цепи якоря. Ом; I_Я - ток яко­ря, А.

В зависимости от схемы возбуждения ГПТ подразделяют на четыре типа: независимого, параллельного, последовательного и смешанного воз­буждения. В ГПТ независимого возбуждения обмотка возбуждения ОВ подключается через регулировочный реостат РР непосредственно к сети постоянного тока с напряжением 110 В (рис. 4.1).

110 В

Рис. 4.1. Принципиальная схема испытания ГПТ независимого возбуждения

Свойства ГПТ независимого возбуждения определяются его основ­ными характеристиками: холостого хода, внешней и регулировочной.

Характеристика холостого хода U_х = Е_я = f(I_я), п = сопst; I=0, снимается при разомкнутом ступенчатом нагрузочном реостате (СНР) и показывает, как необходимо менять ток возбуждения I_в посредством реостата РР, чтобы получить те или иные значения ЭДС Е_я генератора (рис. 4.2, а).

Важнейшей характеристикой ГПТ является внешняя характерис­тика U=f(I), представляющая собой зависимость напряжения U на выво­дах якорной обмотки генератора от тока нагрузки I при п = соnst и I_е = соnst( (рис. 4.2, б). Внешняя характеристика ГПТ независимого возбуждения жёсткая: напряжение U незначительно уменьшается с ростом тока нагрузки из-за падения напряжения в цепи якоря R_ЯI_Я (U = Е_Я - R_ЯI_Я) и ре­акции якоря (воздействия магнитного потока, созданного МДС якорной обмотки, на основной магнитный поток машины, созданный МДС обмот­ки возбуждения, вследствие чего ЭДС обмотки якоря Е_я уменьшается).

Рис. 4.2. Характеристики ГПТ независимого возбуждения:

а) холостого хода Е_я = f(I_в); б) внешняя U=f(I) и в) регулировочная I_в = f(I)

Регулировочной характеристикой (рис. 4.2, е) называют характе­ристику I_в = f(I) при n=const и U=const. Она показывает, как следует регулировать ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряже­ние U генератора при изменении нагрузки (тока I).