Исследование генератора постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

1. Цель работы

Ознакомление с конструктивным устройством генератора постоянного тока (ГПТ), измерительной аппаратурой, методами испытания генератора. Получение опытным путем основных характеристик и оценка свойств генераторов независимого и параллельного возбуждения.

2. Теоретические сведения

ГПТ является машиной, которая служит для преобразования механической энергии в электрическую. Работа генератора основана на явлении электромагнитной индукции. Основными частями генератора являются якорь с расположенной на нем обмоткой и главные полюсы, на которых помещается обмотка возбуждения. Пропущенный через обмотку возбуждения постоянный ток создает магнитный поток между полюсами. Помимо главных полюсов в машинах повышенной мощности устанавливаются дополнительные полюсы меньших размеров, предназначенные для улучшения работы. На валу якоря укрепляется коллектор, который служит для выпрямления тока и отвода его при помощи неподвижных щеток во внешнюю сеть.

По способу возбуждения ГПТ делятся на генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Последние, в свою очередь, подразделяются на генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Для исследования взяты ГПТ независимого и параллельного возбуждения, как наиболее часто применяющиеся.

Характеристики ГПТ независимого и параллельного возбуждения практически идентичны за исключением внешних характеристик.

3. Методика измерений

Лабораторный анализ состоит из исследуемого ГПТ и сочлененного с ним на одном валу приводного двигателя. В качестве последнего используется трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

1. Характеристика холостого хода ГПТ

При вращении якоря в неподвижном магнитном поле машины в обмотке якоря наводится переменная э.д.с., которая с помощью коллектора и щеток преобразуется в э.д.с. постоянного направления Е = С_Е nФ, С_Е – постоянная

величина для данной машины; n – частота вращения якоря; Ф – магнитный поток. Из этой формулы следует, что э.д.с., наводимая в обмотке якоря, вращаемого с постоянной частотой, зависит только от магнитного потока около полюсов или от возбуждающего его тока I_В . Зависимость Е = f(I_В), полученная при постоянной частоте якоря и при отсутствии нагрузки генератора (холостом ходе), называется характеристикой холостого хода.

Первый отсчет по вольтметру делают при отключенной цепи возбуждения. В этом случае при I_В = 0 в якоре индуцируется э.д.с. вследствие остаточного магнетизма. Затем включают цепь возбуждения и монотонно при помощи регулировочного реостата увеличивают ток в обмотке возбуждения генератора

от нуля до наибольшего значения. Измерения производят в 6-7 точках, затем

постепенно монотонно уменьшают ток возбуждения от наибольшего значения до нуля.

3.2. Регулировочная характеристика ГПТ

Для поддержания напряжения неизменным при изменении нагрузки приходится регулировать ток возбуждения. Зависимость тока возбуждения I_В от тока нагрузки I_В=f(I_Н) при постоянной частоте вращения якоря n и неизменном напряжении U на зажимах генератора называется регулировочной характеристикой.

При снятии характеристики в цепи возбуждения устанавливают такой ток, чтобы напряжение на зажимах генератора при холостом ходе составляло 0,8U_Н, далее постепенно нагружают генератор до номинальной нагрузки, напряжение на зажимах генератора поддерживают постоянным, при помощи тока возбуждения.

3.3. Внешняя характеристика ГПТ

Зависимость напряжения U нерегулируемого генератора, работающего на переменную нагрузку, от тока I_Н приемника при неизменном сопротивлении цепи возбуждения (R_В=const) и постоянной частоте n вращения якоря, называется внешней характеристикой. Генератору создают такое возбуждение,

чтобы при холостом ходе напряжение на зажимах равнялось номинальному; после этого постепенно начинают нагружать генератор до номинального тока.

При нагрузке ГПТ напряжение U на его зажимах будет меньше э.д.с. на величину падения напряжения в якорной обмотке:

U=E-I_ЯR_Я .

При этом для ГПТ независимого возбуждения напряжение U падает с ростом нагрузки из-за увеличения падения напряжения в цепи якоря (рис.7, кривая 1), а э.д.с. же практически не меняется, т.к. обмотка возбуждения питается независимо от источника постоянного тока и ток возбуждения постоянный (при R_В=const).

В ГПТ параллельного возбуждения э.д.с. не остается постоянной, а уменьшается с ростом нагрузки, так как величина тока возбуждения падает вследствие уменьшения напряжения U на якоре

.

В силу указания обстоятельств для ГПТ параллельного возбуждения внешняя характеристика падает более резко, и соответствующая кривая имеет вид как показано на рис.7 (кривая 2).

Для выполнения условий самовозбуждения у ГПТ с параллельной обмоткой необходимо, чтобы магнитный поток, создаваемый током возбуждения, совпадал по направлению с потоком остаточной индукции. Если оказывается, что генератор не возбуждается, то необходимо изменить

направление тока I_В в обмотке путем переключения соединительных проводов на зажимах Ш1 и Ш2.

Примерный вид внешних характеристик ГПТ независимого

и параллельного возбуждения

Рис. 7

22

Величина называется процентным изменением напряжения и достигает для генераторов с параллельным возбуждением 30%.

3. Порядок выполнения работы

4.1. Записать паспортные данные оборудования и используемых приборов, в том числе и номинальные данные испытуемого генератора постоянного тока и приводного асинхронного двигателя:

- АД

- ГПТ .

4.2. Изучить схему лабораторной установки для исследования характеристик ГПТ независимого возбуждения.

4.3. Собрать схему, изображенную на рис. 8 и снять характеристику холостого хода Е=f(I_В) ГПТ независимого возбуждения. Опыт проводится при условии n=const. Данные эксперимента заносятся в таблицу по форме 7.

4.4. Снять регулировочную характеристику I_B=f(I_Н) ГПТ независимого возбуждения. В течение опыта поддерживают U_Н = const и n = const. Данные эксперимента занести в таблицу по форме 8.

4.5. Снять внешнюю характеристику U = f(I_H) независимого возбуждения. В течение опыта поддерживают U_Н = const и n = const. Данные эксперимента занести в таблицу по форме 9.

4.6. Собрать схему, изображенную на рис. 9, и снять внешнюю характеристику U = f(I_H) ГПТ параллельного возбуждения. Опыт проводится в условиях, когда поддерживаются R_В=const и n = const. Данные эксперимента заносят в таблицу по форме 9.

3. Содержание отчета

1. Цель и содержание работы

2. Перечень оборудования и приборов, их паспортные данные

3. Принципиальные схемы установки

4. Таблицы экспериментальных результатов

5. График характеристики холостого хода Е=f(I_В)

6. График регулировочной характеристики I_B = f(I_H)

7. График внешней характеристики ГПТ независимого и параллельного возбуждения на одном листе: U = f(I_H)

8. Выводы по работе

9. Дата выполнения. Подпись студента.

3. Контрольные вопросы

1. Как устроена машина постоянного тока?

2. В чем заключается принцип действия ГПТ?

3. Почему происходит падение напряжения на зажимах ГПТ с ростом нагрузки?

4. Как сохранить неизменным напряжение на зажимах ГПТ с ростом нагрузки?

5. Почему отличают внешние характеристики генератора независимого и параллельного возбуждения?

Рис.8

Рис.9

форма 7 форма 8 форма 9

№ п/п	U	Iн	Iв
	В	А	А

№ п/п	Iв	E↑	Iв	E↓
	А	В	А	В

№ п/п	U	Iн	Iв
	В	А	А

Лабораторная работа № 8