Лабораторная работа № 1

Испытание генератора независимого возбуждения

1.1 Краткие теоретические сведения

Электрические и магнитные свойства генераторов и их соответствие предъявляемым к ним требовани­ям возможно выяснить при помощи анализа статических характеристик, которые представляют собой зави­симости между двумя какими-либо величинами, обуславливающими рабочий процесс генератора.

Большое теоретическое и практическое значение имеют зависимости напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения — характеристика холостого хода и нагрузочные характеристики, от тока нагрузки — внешние характеристики, а также зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при неизменном напряжении на зажимах генератора — регулировочная характеристика. Все эти зависимости снимают, как правило, при постоянной скорости вращения генератора.

Анализ характеристик может быть произведен с помощью основных уравнений генератора:

где U - напряжение на зажимах генератора;

Е - электродвижущая сила, индуктируемая в обмотке якоря генератора;

І_я - ток в обмотке якоря (ток нагрузки);

R_Я - опротивление цепи якоря;

n - скорость вращения якоря генератора;

Ф - результирующий (полезный) магнитный поток генератора;

ΔФ - изменение магнитного потока, обусловленное реакцией якоря;

Ф_{0 -} основной магнитный поток, обусловленный током в обмотке возбуждения генератора;

С_е – постоянная машины;

Эти основные уравнения и определяют все характеристики генератора.

Целью данной работы является общее ознакомление с устройством генератора постоянного тока, опытное снятие характеристик генератора и графическое построение некоторых из них по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику.

1.2 Программа работы

1. Измерить омическое сопротивление обмотки возбуждения и определить сопротивление цепи якоря.

2. Установить щетки на геометрическую нейтраль, для чего определить ее положение методом наибольшего напряжения и индуктивным методом.

3. Снять и построить характеристику холостого хода. Определить степень насыщения магнитной цепи генератора..

4. Снять и построить нагрузочную характеристику.

5. Снять и построить внешнюю характеристику при возрастании и убывании нагрузки.

6. Определить относительное изменение напряжения в обоих случаях.

7. Снять и построить регулировочную характеристику.

8. Снять и построить характеристику короткого замыкания.

9. По характеристикам холостого хода и короткого замыкания построить основной характеристический треугольник (основной треугольник короткого замыкания).

10. Пользуясь характеристикой холостого хода и основным характеристическим треугольником, построить внешнюю - при возрастании нагрузки, нагрузочную при I_я =I_н и регулировочную характеристики. Сравнить аналогичные характеристики, построенные по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику и по данным опыта.

1.3 Выполнение работы

Прежде чем начать опыт в соответствии с программой работы, необходимо изучить устройство испытуемого генератора и разобраться в обозначениях выводов его обмоток.

Для электрических машин постоянного тока начало и конец каждой обмотки обозначаются согласно таблице 1.1 одной и той же прописной буквой со следующими цифрами: для начала - 1, для конца - 2.

Концы обмоток, соединяемые внутри электрической машины и не выведенные наружу, не обозначаются.

Выводы должны быть обозначены так, чтобы при правом вращении в режиме электродвигателя ток во всех обмотках протекал в направлении от начала 1 к концу 2.

Таблица 1.1 – Обозначение начала и конца каждой обмотки МПТ.

№ п/п	Наименование обмотки	Обозначение выводов
		начало	конец
1. 2. 3. 4.	Обмотка якоря Параллельная обмотка возбуждения Последовательная обмотка возбуждения Обмотка дополнительных полюсов	Я1, Ш1 C1 Д1	Я2, Ш2 C2 Д2

1. Измерение омического сопротивления обмотки возбуждения и определение сопротивления цепи якоря

Омическое сопротивление обмотки возбуждения генератора R_B, как и других обмоток, может быть измерено постоянным током с помощью моста Уинстона или по методу вольтметра-амперметра. Чаще всего применяют последний метод, главным образом, ввиду его простоты и надежности получаемых результатов.

Рисунок 1.1 - Схема измерения омического сопротивления обмотки возбуждения.

Измерение сопротивления обмотки возбуждения по методу вольтметра-амперметра производят по схеме, представленной на рисунке 1.1.

Напряжение источника постоянного тока должно быть примерно равным номинальному напряжению возбуждения.

Сопротивление обмотки измеряют обычно три раза при токах, несколько отличающихся друг от друга, но не превышающих величи­ну порядка 0,3 от номинального тока возбуждения.

Измеряемое сопротивление определяют по формуле:

По полученным величинам сопротивлений при каждом измерении находят его среднее арифметическое значение:

где I - число измерений;

- сумма сопротивлений всех измерений.

Если сопротивление измеряли при холодном состоянии машины, то его среднее арифметическое значение необходимо привести к стандартной рабочей температуре --75° С по формуле:

где α - температурный коэффициент сопротивления; t° - температура обмотки, условно принимаемая равной температуре воздуха в лаборатории (по Цельсию).

Учитывая, что температурный коэффициент сопротивления для меди , формула приведения сопротивления медных обмоток электрических машин к температуре 75° С будет;

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 - Измерение омического сопротивления обмотки возбуждения и определение сопротивления цепи якоря

№ п/п	1	2	3
U
I
rB
rBcp= ом		rB(75)= ом

Сопротивление цепи якоря R_я состоит из сопротивлений обмотки якоря r_я, обмотки дополнитель­ных полюсов r_д и контактов щеток с коллектором r_щ, т.е. R_я = r_a + r_д + r_щ.

Рисунок 1.2 - Схема измерения омических сопротивлений обмотки якоря и обмотки дополнительных полюсов.

Сопротивления обмотки якоря и обмотки дополнительных полюсов определяют методом вольтметра -амперметра по такой схеме (рисунок 1.2). От источника постоянного тока к зажимам неподвижного якоря через регулировочный реостат подводят напряжение величиной 6 - 12 в, при котором в цепи неподвижного якоря ток I не превышал бы величину 0,3 от номинального тока якоря. При этом измеряют падения напряжений на обмотке якоря ΔU_я и обмотке дополнительных полюсов ΔU _д.

Для измерения падения напряжения на обмотке якоря применяют вольтметр со специальными «щупами», один из которых присоединяют к коллекторной пластине, находящейся под щеткой одной полярности, а второй - к соответствующей пластине под щеткой другой полярности. Так как щетка может перекрывать две-три коллекторные пластины, то для большей точности рекомендуют измерять падение напряжения между всеми соответствующими пластинами, находящимися под щетками противоположной полярности, например, между пластинами 1-1’, 2-2’ 3-3’, как показано на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3- Изменение падения напряжения на сопоставлении обмотки якоря

Падение напряжения на обмотке дополнительных полюсов измеряют, подключая вольтметр к выводам обмотки.

Сопротивления обмоток обычно измеряют при трех отличающихся друг от друга значениях тока в цепи якоря.

Сопротивление обмотки якоря и сопротивление обмотки дополнительных полюсов определяют по формулам:

Средние арифметические и приведенные к стандартной рабочей температуре 75° С значения сопротивлений обмоток определяют по вышеприведенным формулам для аналогичных расчетов сопротивления обмотки возбуждения.

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 - Измерени падения напряжения на обмотке якоря.

№ п/п	1	2	3
I
ΔUЯ
ΔUД
rЯ
rД
rЯcp= ом; rЯ(75)= ом		rДcp= ом; rД(75)= ом

Сопротивление контактов щеток с коллектором зависит от многих факторов и может изменяться в широких пределах. Поэтому ГОСТ 183-55 предусматривает упрощенный метод расчета сопротивления кон­тактов щеток с коллектором по среднему значению падения напряжения ΔU_Щ в одном щеточном контак­те.

Сопротивление контактов щеток с коллектором при номинальном токе якоря І_н определяют из со­отношения:

Величина ΔU_Щ, согласно ГОСТу, составляет 1 В для угольных и графитных щеток и 0,3 В для металлографитных щеток.

Рисунок 1.4. Схема измерения сопротивления цепи якоря.

Сопротивление цепи якоря при номинальном токе определяют еще и другим способом. Собирают схему, представленную на рисунке 1.4. Невозбужденный генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и к зажимам обмотки якоря подводят напряжение от постороннего источника постоянного тока. При помощи регулировочного реостата устанавливают в цепи якоря номинальный ток и измеряют напряжение на зажимах генератора. Затем изменяют направление тока в цепи якоря и при том же номинальном его значении, отрегулированном реостатом, измеряют напряжение на зажимах генератора. Так как при вращении в обмотке якоря генератора наводится электродвижущая сила - Е_ост. определяемая остаточным намагничиванием полюсов, то напряжение на зажимах генератора при одном направлении тока будет равно:

а при другом направлении тока:

Решая эти два уравнения относительно R_Я, получают:

Необходимо иметь в виду, что опыт по измерению сопротивления цепи якоря производят после прогрева генератора.

2. Определение геометрической нейтрали генератора

Проверка правильности положения щеток (в нейтральной зоне) является одним из важных элементов подготовки генератора к снятию его характеристик.

В машинах с дополнительными полюсами щетки устанавливаются на геометрической нейтрали и по­ложение их остается неизменным при всех нагрузках.

Геометрическую нейтраль машины можно определить:

1. методом наибольшего напряжения,

2. индуктивным методом,

3. методом двигателя и др.

Рисунок 1.5. Схема измерения сопротивления цепи якоря.

Определение геометрической нейтрали машины и установление на ней щеток первым методом производят по схеме рисунок 1.5 в такой последовательности. Генератор приводят во вращение и возбуждают от постороннего источника постоянного тока. Затем при неизменных скорости вращения и токе возбуждения перемещают щетки и одно временно наблюдают за показанием вольтметра, подключенного к зажимам якоря генератора. Положение щеток, которое соответствует наибольшему отклонению стрелки вольтметра при незначительном искрении щеток, фиксируют. После этого изменяют направление вращения генератора и при прежних значениях скорости вращения и тока в обмотке возбуждения замечают показание вольтметра. Если напряжение на зажимах якоря генератора окажется меньшим, то щетки незначительно сдвигают по направлению вращения якоря генератора. Если же в этом случае напряжение окажется большим, то щетки несколько сдвигают против направления вращения якоря генератора. Положение щеток, при котором напряжение на зажимах якоря генератора остается неизменным при неизменном токе возбуждения и различном направлении вращения, соответствует расположению их на геометрической нейтрали.

Определение геометрической нейтрали индуктивным методом производят по такой же схеме рисунок 1.5 следующим образом.

При неподвижном состоянии якоря генератора и небольшом токе возбуждения от независимого источника постоянного тока передвигают щетки до тех пор, пока стрелка чувствительного вольтметра, подключенного к зажимам якоря генератора, не будет отклоняться при внезапном замыкании и размыкании цепи возбуждения. Найденное положение щеток и будет соответствовать расположению их на геометрической нейтрали.

Во избежание возможного пробоя изоляции обмотки возбуждения от перенапряжений, возникающих при прерывании тока возбуждения, можно вольтметр подключить к зажимам обмотки возбуждения, а прерывать ток в цепи якоря.

3. Характеристика холостого хода

Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость электродвижущей силы Е_о, индуктируемой в обмотке якоря, от тока возбуждения I_B при постоянной скорости вращения п_н и отсутствии тока во внешней цепи, т. е.

при

Рисунок 1.6 - Схема испытаний генератора постоянного тока с независимым возбуждением

Cнять характеристику холостого хода можно по схеме рисунок 1.6 следующим образом. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и поддерживают ее во время опыта постоянной. Перед включением обмотки возбуждения к источнику постоянного тока замечают величину э. д. с, индуктируемую потоком остаточного магнетизма. Затем при крайнем положении движка делителя напряжения, соответствующем минимальному подводимому напряжению к обмотке возбуждения, подключают последнюю к источнику постоянного тока. При помощи делителя напряжения постепенно увеличивают ток возбуждения до такой величины, при которой напряжение на зажимах генератора превысит его номинальное напряжение на 15—20%, после чего ток возбуждения постепенно уменьшают до нуля. При этом получают восходящую и нисходящую ветви характеристики, которые в определенном масштабе соответствуют кривой намагничивания стали магнитной цепи генератора

В = f (H), т.к. E_o ≡Ф ≡ B, a i_В ≡ Н

Для каждой ветви достаточно получить 8—10 точек. Причем для более точного отображения отдельных участков кривой, точки должны находиться на примерно равном расстоянии по оси абсцисс — по току возбуждения.

При снятии характеристики изменение тока возбуждения от нуля до наибольшего его значения и обратно следует производить в одном направлении (или только увеличивать или только уменьшать). В противном случае, вследствие явления гистерезиса, характеристика примет «пилообразный» вид.

Если при снятии характеристики скорость вращения генератора не удается поддержать постоянной, то скорость вращения генератора необходимо фиксировать для каждой опытной точки. Так как электродвижущая сила прямо пропорциональна скорости вращения, то э. д. с, измеренную при некоторой скорости вращения, можно пересчитать на номинальную скорость по формуле:

где Е’₀ - э д. с. генератора при скорости вращения n';

E₀ - электродвижущая сила генератора при скорости вращения n_H.

Результаты измерений заносят в таблицу 1.4.

Таблица 1.4 – Снятие характеристики холостого хода.

IB
E(восходящая)
E(низходящая)

По данным опыта строят характеристику холостого хода, примерный вид которой представлен на рисунке 1.7. Она имеет две ветви: восходящую и нисходящую. Нисходящая ветвь кривой вследствие возросшей величины остаточного магнитного потока (явление гистерезиса) проходит несколько выше восходящей. За практическую характеристику принимают среднюю кривую, показанную на рисунке 1.7 пунктиром.

Рисунок 1.7 - Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением.

Характеристика холостого хода начинается не с начала координат потому, что э, д. с, индуктируемая потоком остаточного магнетизма, составляет величину 2—5% от номинального напряжения генератора. В начальной своей части характеристика холостого хода прямолинейна, так как при небольшом токе возбуждения насыщение магнитной цепи генератора мало и магнитодвижущая сила обмотки полюсов расходуется в основном на преодоление магнитного сопротивления воздушного зазора, которое постоянно. Поэтому магнитный поток и соответствующая ему электродвижущая сила изменяются пропорционально намагничивающему току — току возбуждения. С увеличением магнитного насыщения полюсов прямая пропорциональность между магнитным потоком и током возбуждения нарушается вследствие увеличения магнитного сопротивления стали полюсов. Поэтому характеристика отклоняется от прямой в сторону оси абсцисс, переходя в пологую часть, все более приближаясь к прямой с небольшим наклоном к оси абсцисс.

Характеристика холостого хода является одной из основных характеристик генератора. При помощи ее можно судить о ряде его свойств в условиях эксплуатации, о материале магнитной цепи генератора, а также о его весовых показателях. Кроме того, при помощи характеристики холостого хода и характеристики короткого замыкания можно построить ряд других характеристик.

По степени расхождения восходящей и нисходящей ветвей характеристики можно судить о материале, из которого выполнена магнитная цепь генератора. Максимальная разность ординат ветвей в 2—4% от номинального напряжения указывает на то, что ярмо и полюсные наконечники генератора изготовлены из стали. В машинах с ярмом из чугуна эта разность доходит до 6%. Кроме того, по гистерезисной петле можно оценить потери на гистерезис в материале магнитной цепи генератора при статическом перемагничивании, так как площадь ее прямо пропорциональна удельным потерям на гистерезис за один цикл перемагничивания.

По расположению на практической характеристике холостого хода точки N(рисунок 1.7), соответствующей номинальному напряжению, можно судить о степени насыщения магнитной цепи генератора. В генераторах, изготовляемых электропромышленностью в настоящее время, эта точка обычно лежит на перегибе кривой, так как работа генератора на прямолинейном участке характеристики (ненасыщенное состояние магнитной цепи) связана со значительным изменением напряжения на зажимах генератора при изменении нагрузки вследствие уменьшения результирующего (полезного) потока, а следовательно, и электродвижущая сила из-за реакции якоря. Работа за перегибом (насыщенное состояние магнитной цепи) требует значительного увеличения тока возбуждения, что экономически нецелесообразно и ограничивает возможность регулирования напряжения генератора изменением тока возбуждения.

Для определения степени насыщения магнитной цепи генератора при холостом ходе, через точку N характеристики (рисунок 1.7) сначала проводят прямую, параллельную оси абсцисс, а затем касательную к характеристике холостого хода в ее начале. Эта касательная, являющаяся продолжением прямолинейной части характеристики холостого хода, разделяет отрезок MN на два — МК и KN. Отрезок МК в масштабе тока возбуждения представляет собой магнитодвижущую силу, расходуемую на преодоление сопротивления воздушного зазора магнитному потоку, соответствующему номинальному напряжению генератора при холостом ходе; отрезок KN —магнитодвижущую силу, необходимую для проведения того же магнитного потока через все остальные участки магнитной цепи генератора.

Степень насыщения магнитной цепи генератора определяют отношением магнитодвижущей силы, необходимой для проведения магнитного потока через все участки магнитной цепи (не включая воздушного зазора), ко всей магнитодвижущей силе, необходимой для создания магнитного потока, обеспечивающего номинальное напряжение на зажимах генератора при холостом ходе, т.е.

Условно считают, что при k < 20% магнитная цепь генератора слабо насыщена, при k = (20— 40)% —средне и при k > 40% —сильно насыщена.

4. Нагрузочные характеристики

Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора U от тока возбуждения i_в, при постоянном токе нагрузки и постоянной номинальной скорости вращения п_H, т. е.

при

Oбычно снимают только нисходящую ветвь характеристики.

Рисунок 1.8 - Нагрузочные характеристики генератора с независимым возбуждением:

1 – при номинальном токе;

2 – при токе менше номинального;

3 – при токе равном 0.

Нагрузочную характеристику снимают по схеме рисунок 1.8 следующим образом. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью, возбуждают его до напряжения выше номинального на 15— 20% и, замкнув рубильник в цепи нагрузки, нагружают генератор заданным током нагрузки. Записав показания приборов, постепенно уменьшают ток возбуждения до нуля, поддерживая при этом ток нагрузки и скорость вращения генератора постоянными. С уменьшением тока возбуждения будет уменьшаться и напряжение на зажимах генератора. Ток возбуждения необходимо изменять только в одном направлении, снижая его через примерно равные промежутки так, чтобы получить 7— 8 точек характеристики.

Указанным образом можно снять целый ряд (семейство) нагрузочных характеристик для различных токов нагрузки. Но, так как нагрузочная характеристика имеет вспомогательное значение, обычно ограничиваются снятием только одной нагрузочной характеристики при номинальном токе нагрузки.

Результаты измерений заносят в таблицу 1.5.

Таблица 1.5 – Снятие нагрузочной характеристики

№ п/п	Опытные данные
	I	iB	U
1
…
8

По данным опыта строят нагрузочную характеристику, примерный вид которой представлен на рисунок 1.8 — кривая 1. Здесь также представлены: нагрузочная характеристика при токе нагрузки меньше номинального — кривая 2 и характеристика холостого хода — кривая 3, которую получают в частном случае при отсутствии тока нагрузки.

Нагрузочные характеристики по своему виду подобны характеристике холостого хода, но располагаются ниже ее. Это объясняется тем, что напряжение на зажимах генератора при нагрузке меньше э. д. с, индуктируемой при холостом ходе, вследствие падения напряжения на сопротивлении цепи якоря и снижение э. д. с, индуктируемой в цепи якоря при нагрузке, из-за реакции якоря. Причем, чем больше нагрузка, тем больше проявляются выше указанные факторы. Поэтому нагрузочная характеристика, снятая при большем токе нагрузки, располагается ниже нагрузочных характеристик, снятых при меньших токах нагрузки генератора.

5. Внешние характеристики

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора U от тока нагрузки при постоянной номинальной скорости вращения n_н, и неизменном токе возбуждения i_B т. е.

при

Она позволяет судить об устойчивости напряжения на зажимах генератора при изменении его нагрузки в тех или иных пределах, а также о режиме работы отдельных генераторов в условиях их параллельной работы на какую-либо нагрузку.

Внешние характеристики снимают при двух различных режимах работы генератора: при возрастающей и убывающей нагрузках.

Опыт производят по схеме рисунок 1.6.

Снимают внешнюю характеристику для режима работы генератора при возрастающей нагрузке следующим образом. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и возбуждают его до номинального напряжения при холостом ходе, затем подключают нагрузку. Изменением сопротивления внешней цепи увеличивают ток нагрузки генератора от нуля до номинального тока якоря. Скорость вращения и ток возбуждения генератора в течение всего опыта поддерживают постоянными. Для удобства построения характеристики целесообразно ток нагрузки изменять через равные интервалы так, чтобы получить в требуемых пределах изменения тока нагрузки 5—6 точек внешней характеристики.

Результаты измерений заносят в таблицу 1.6.

Таблица 1.6 – Снятие внешних характеристик

№ п/п	Опытные данные
	I	U	IB=const
1
…
6

По данным таблицы 1.6 строят внешнюю характеристику генератора в действительных или относительных единицах. Примерный вид характеристики представлен на рисунке 10 (кривая 1).

Относительное изменение напряжения на зажимах генератора при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке определяют по формуле:

Внешнюю характеристику для режима работы генератора при убывающей нагрузке снимают следующим образом. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью, нагружают его до номинального тока при номинальном напряжении на зажимах и прежней номинальной скорости вращения. Полученный ток возбуждения в дальнейшем поддерживают постоянным. Записав показания приборов в схеме, постепенно разгружают генератор, уменьшая ток нагрузки до нуля. В заданных пределах, изменения тока нагрузки снимают 5—6 точек через примерно равные интервалы.

Результаты измерений заносят в таблицу 1.6.

По полученным данным на том же графике (рисунок 1.9) строят внешнюю характеристику — кривая 2, снятую для режима работы генератора при убывающей нагрузке.

Относительное изменение напряжения на зажимах генератора, при переходе от номинальной на­грузки к холостому ходу, определяют по формуле:

Обычно относительное изменение напряжения на зажимах генератора при переходе от номинальной нагрузки к холостому ходу меньше относительного изменения напряжения при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке. Это объясняется тем, что в первом случае магнитная цепь генератора более насыщена и, следовательно, действие реакции якоря на изменение магнитного потока машины с изменением тока нагрузки оказывается меньшим. Внешние характеристики показывают, что с увеличением тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается. Это происходит вследствие увеличения падения напряжения на сопротивлении цепи якоря и уменьшения потока, а следовательно, и электродвижущая сила из-за реакции якоря.

Рисунок 1.9 - Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением.

1 – при возрастающей нагрузке;

2 – при убывающей нагрузке.

Причем падение напряжения на сопротивлении цепи якоря прямо пропорционально току нагрузки, а уменьшение напряжения, вызванное реакцией якоря, зависит от насыщения магнитной цепи генератора. С увеличением тока нагрузки увеличивается магнитное поле якоря, что ведет к уменьшению результирующего магнитного потока машины и насыщения ее магнитной цепи. Относительное изменение напряжения на зажимах генератора с ростом тока нагрузки увеличивается и кривая внешней характеристики на графике приобретает некоторую выпуклость в сторону, противоположную оси абсцисс.

6. Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость тока возбуждения генератора i_B от тока нагрузки I при постоянном напряжении на его зажимах U_H и постоянной номинальной скорости вращения n_н, т. е.

при

Она показывает, как необходимо изменять ток возбуждения генератора, чтобы напряжение на его зажимах оставалось постоянным и равным номинальному его значению при различных токах нагрузки.

Снимают регулировочную характеристику по схеме рисунок 1.6 следующим образом. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и возбуждают его при холостом ходе до номинального напряжения. Затем включают рубильник в цепи нагрузки и постепенно нагружают генератор до номинального тока. Одновременно с изменением тока нагрузки регулируют ток возбуждения так, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным и равным номинальному. Опыт производят так, чтобы получить 5—6 точек через примерно равные интервалы тока нагрузки.

Результаты измерений заносят в таблицу 1.7.

Таблица 1.7 – Снятие регулировочной характеристики.

№ п/п	Опытные данные
	I	iB	UB=const
1
…
6

По данным опыта строят регулировочную характеристику в действительных или относительных единицах; примерный вид этой характеристики показан на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10 - Регулировочная характеристика генератора с независимым возбуждением.

Вид регулировочной характеристики генератора определяется его внешней характеристикой. Так как с увеличением нагрузки напряжение на зажимах генератора независимого возбуждения уменьшается, то для поддержания его неизменным необходимо увеличивать ток возбуждения.

Выпуклость характеристики в сторону оси абсцисс объясняется неодинаковым насыщением магнитной цепи генератора при различных токах возбуждения, а также реакцией якоря, изменяющейся не строго прямо пропорционально изменению тока нагрузки.

Регулировочная характеристика является основой для расчета и выбора регулировочной аппаратуры и позволяет определить степень регулирования тока возбуждения.

Степень регулирования тока возбуждения определяют по формуле:

где

— ток возбуждения, необходимый для установления минимального напряжения на зажимах генератора номинальном токе нагрузки;

— ток возбуждения, необходимый для установления номинального напряжения на зажимах генератора при его холостом ходе.

7. Характеристика короткого замыкания

Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость тока в якоре при коротком замыкании генератора при постоянной и равной номинальной скорости вращеня n_н, тоесть

при

Снимают характеристику короткого замыкания по схеме, приведенной на рисунке 1.11, в такой последовательности. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью, которая во время проведения опыта поддерживается постоянной. При токе возбуждения, равном нулю (рубильник SA1 в цепи возбуждения выключен) замечают значение тока в якоре. Этот ток обусловлен электродвижущая сила Е_ост, индуктируемой потоком остаточного магнетизма. Затем включают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и делителем напряжения плавно увеличивают ток возбуждения от нуля до такого значения, при котором ток в якоре будет на 20— 30% больше номинального тока генератора.

Рисунок 1.11 – Схема опыта короткого замыкания генератора

Ток возбуждения при снятии характеристики повышают всего до 5—10% от его номинального значения, так как при коротком замыкании напряжение на зажимах генератора равно нулю и вся индуктируемая электродвижущая сила в обмотке якоря уравновешивается падением напряжения на сопротивлении цепи якоря.

Для построения характеристики достаточно снять 3—4 точки, сходящихся на равном расстоянии друг от друга по оси абсцисс (по току возбуждения). Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 1.8.

Таблица 1.8 – Снятие характеристики короткого замыкания.

№ п/п	Опытные данные
	iB	IK
1
…
4

По полученным данным строят характеристику короткого замыкания в действительных или относительных единицах, как показано на рисунке 1.12 (прямая 1).

Рисунок 1.12 - Характеристика короткого замыкания.

1 – при согласованном направлении потока возбуждения с потоком остаточного магнетизма;

2 – при встречном.

Характеристика короткого замыкания имеет вид прямой линии. Это объясняется тем, что при снятии характеристики ток возбуждения мал и, следовательно, магнитная цепь генератора мало насыщена. Поэтому между током возбуждения и магнитным потоком, обуславливающим величину э. д. с, существует прямо пропорциональная зависимость. Так как сопротивление цепи якоря генератора практически постоянно, то ток короткого замыкания изменяется прямо про­порционально току возбуждения.

Характеристика короткого замыкания, вследствие наличия остаточного магнетизма, не проходит через начало координат. Угол наклона ее определяется величиной сопротивления цепи якоря и реакцией якоря.

В процессе проведения опыта можно получить характеристику короткого замыкания, представленную на рисунке 1.12 пунктирной прямой 2. Ее получают тогда, когда магнитный поток, созданный током в обмотке возбуждения, будет направлен против потока остаточного магнетизма. Но обычно характеристику короткого замыкания снимают только при совпадении направлений магнитного потока, созданного током в обмотке возбуждения, и потока остаточного магнетизма.

Характеристика короткого замыкания имеет большое значение для исследования генератора. С помощью ее и характеристики холостого хода возможно всестороннее исследование генератора, что особенно важно для генераторов большой мощности.

1.4 Контрольные вопросы

1. Что называют сопротивлением цепи якоря и как его определяют ?

2. Как привести сопротивления обмотки, установленные при температуре t°С, к стандартной рабочей температуре 75° С?

3. Как определить геометрическую нейтраль машины методом наибольшего напряжения и индуктивным методом?

4. Как снимают характеристику холостого хода?

5. Почему характеристика холостого хода не проходит через начало координат и имеет две ветви?

6. Чем объяснить нелинейность зависимости электродвижущая сила, генератора от тока возбуждения?

7. Где на характеристике холостого хода должна находиться точка, соответствующая номинальному напряжению генератора, и почему?

8. Как определить степень насыщения магнитной цепи генератора?

9. Как снимают нагрузочную характеристику генератора?

10. Почему нагрузочные характеристики по своему виду подобны характеристике холостого хода?

11. Как снимают внешнюю характеристику генератора при различных режимах работы: при возрастающей и убывающей нагрузках? Как в этих случаях изменяется напряжение на зажимах генератора?

12. Какой вид имеет внешняя характеристика генератора и какие факторы влияют на изменение напряжения при изменении тока нагрузки?

13. Почему относительное изменение напряжения на зажимах генератора при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке больше по сравнению с относительным изменением напряжения при переходе от номинальной нагрузки к холостому ходу?

14. Что называют регулировочной характеристикой и как ее снимают?

15. Изменяется ли электродвижущая сила генератора с изменением тока нагрузки, если напряжение остается неизменным?

16. Как определяют степень регулирования тока возбуждения?

17. Как снимают характеристику короткого замыкания и почему она представляет собой прямую линию?

18. Как строят характеристический треугольник?

19. Как по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику графически построить нагрузочную, внешнюю и регулировочную характеристики?