ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

Исследование генератора постоянного тока

с независимым возбуждением

Цель работы. Ознакомление с устройством и снятие основных характеристик генератора постоянного тока.

1.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основными частями машины постоянного тока (генератора постоянного тока) являются вращающийся якорь 1 с расположенной на нем обмоткой и неподвижные электромагниты 2, создающие магнитное поле и укрепленные на станине 8 (рис. 1).

Якорь имеет форму цилиндра и набирается из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. В пазы якоря укладываются изолированные проводники 3 обмотки якоря, соединенные соответствующим образом между собой и с пластинами коллектора 5. Коллектор укрепляется на валу якоря 4 и состоит из отдельных медных пластин 5, изолированных друг от друга и от вала.

Внешняя цепь соединяется с цепью якоря машины постоянного тока при помощи металлографитных щеток 6, укрепленных в щеткодержателях и образующих обмотку якоря, выводы которой на рис. 1, б обозначены Я1, Я2, на этом рисунке показано условное обозначение машины постоянного тока на электрических схемах.

Магнитное поле электромагнитов создается обмоткой возбуждения ОВ, проводники которой 7 расположены на полюсах электромагнитов. Обмотка возбуждения питается постоянным током, как в режиме двигателя так и в режиме генератора.

При использовании машины постоянного тока в качестве генератора, якорь приводится во вращение с помощью какого то приводного двигателя, а обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока.

Пропущенный через обмотку возбуждения (электромагнитов) постоянный ток создает магнитное поле полюсов. При вращении якоря его обмотка пересекает магнитное поле полюсов и в проводниках обмотки якоря будут индуктироваться синусоидальные ЭДС, которые с помощью коллектора и щеток суммируются и преобразуются в постоянную ЭДС , снимаемую со щеток.

,

где ЭДС индуктируемая в обмотке якоря генератора;

конструктивная постоянная генератора (машины), зависит от конструкции генератора;

угловая скорость вращения якоря (приводного двигателя).

Из формулы видно, что ЭДС генератора можно регулировать либо изменением скорости приводного двигатели , либо изменением магнитного потока , который регулируется изменением тока в обмотке возбуждения (при увеличении тока магнитный поток увеличивается, что приводит к увеличению ЭДС).

Рабочие свойства генератора определяются его характеристиками: Характеристика холостого хода генератора (рис. 2, а) - это зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения , при разомкнутой внешней цепи якоря ( ) и постоянной скорости вращения якоря, равной номинальной ( ).

Практически характеристика холостого хода совпадает с кривой намагничивания магнитопровода генератора. С увеличением тока возбуждения ЭДС вначале интенсивно возрастает почти по прямолинейному закону. С последующим увеличением тока возбуждения прямолинейность характеристики холостого хода нарушается вследствие явления насыщения магнитной системы генератора.

При (цепь обмотки возбуждения разомкнута) ЭДС холостого хода генератора не равна нулю и составляет от двух до пяти процентов от номинального напряжения генератора . Объясняется это тем, что в магнитной системе генератора имеется остаточный магнитный поток , который и обуславливает появление остаточной ЭДС .

Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением (рис. 2, б) – это зависимость напряжения на зажимах генератора от силы тока нагрузки при неизменном токе возбуждения и постоянной скорости вращения якоря . Из графика внешней характеристики видно, что с ростом тока нагрузки, напряжение на зажимах генератора уменьшается. Происходит это за счет увеличения падения напряжения в обмотке якоря ( ), а также за счет уменьшения ЭДС генератора от действия реакция якоря, приводящей к уменьшению магнитного потока генератора . У генераторов с независимым возбуждением при номинальном токе понижение напряжения может достигать от номинального напряжения .

Регулировочной характеристикой (рис. 2, в) называется зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянной скорости и при условии обеспечения постоянства напряжения на зажимах генератора, т. е. зависимость при и . Регулировочная характеристика показывает как надо регулировать ток возбуждения генератора для поддержания неизменного напряжения на его зажимах при различных нагрузках.

2. Программа работы

2.1. Экспериментальная часть

2.1.1. Ознакомиться с устройством генератора постоянного тока на демонстрационном стенде лаборатории и лабораторной установкой для исследования генератора, схема установки приведена на рис. 3.

Номинальные данные исследуемого генератора:

Тип генератора …………………………………………П – 41

Номинальная мощность ( ), кВт…………………..1,5

Номинальное напряжение ( ), В………………….220

Номинальный ток ( ), А……………………………...9,4

Номинальная частота вращения ( ), об/мин…..1000

Номинальный КПД ( )……………………………0,725

Установка состоит из генератора постоянного тока и приводного асинхронного электродвигателя М, которые установлены на общем стенде и соединены между собой муфтой. Якорь генератора приводится во вращение асинхронным электродвигателем, который подключается к сети трехфазного тока с помощью автоматического выключателя Р1 и магнитного пускателя МП.

Обмотка возбуждения генератора ОВГ питается от источника постоянного тока (выпрямителя) напряжением 220 В и подключается к выпрямителю рубильником Р2. Ток возбуждения регулируется реостатом . Замер тока возбуждения осуществляется амперметром .

Нагрузкой генератора является ламповый реостат , который подключается к зажимам якоря генератора рубильником П3. Для замера нагрузочного тока и напряжения на зажимах генератора используется амперметр и вольтметр . Изменение тока нагрузки производится ламповым реостатом с помощью шести выключателей, которые последовательно подключают к генератору по группе ламп.

2.1.2.Снять характеристику холостого хода генератора с независимым возбуждением при и в следующей последовательности:

а) отключить нагрузку рубильником Р3, ввести полностью реостат , разорвать цепь возбуждения ( ) рубильником Р2;

б) включить асинхронный электродвигатель магнитным пускателем, замерить значение ;

в) подключить обмотку возбуждения к источнику постоянного тока рубильником Р2 и плавно увеличивая ток возбуждения выводя сопротивление реостата , замеряя при этом ток возбуждения ( ) и ЭДС генератора ( ) в шести точках. Результаты измерения занести в таблицу 1.

Таблица 1

№	1	2	3	4	5	6	7
	0

2.1.3.Снять внешнюю характеристику генератора при , в следующей последовательности:

а) вывести полностью реостат в цепи обмотки возбуждения;

б) замерить напряжение на зажимах генератора при холостом ходе (рубильник Р3 выключен);

в) подключить нагрузку рубильником Р3;

г) увеличивая нагрузку с помощью лампового реостата замерять при этом нагрузочный ток ( ) и напряжение на зажимах генератора ( ) для шести точек. Результаты измерений свести в таблицу 2.

Таблица 2

№	1	2	3	4	5	6	7
	0

2.1.4. Снять регулировочную характеристику генератора при и . Для этого необходимо:

а) регулируя ток в обмотке возбуждения регулировочным реостатом , установить на зажимах генератора заданное преподавателем напряжение, ток нагрузки при этом должен быть равным нулю, т. е. рубильник Р3 выключен;

б) подключить нагрузку рубильником Р3;

в) увеличивая нагрузку генератора нагрузочным реостатом , поддерживать реостатом напряжение на нагрузке генератора неизменным и равным заданному, для чего сопротивление необходимо выводить, увеличивая ток возбуждения ( ), т.е. после каждого увеличения тока нагрузки ( ) с помощью выключателя, уменьшается напряжение на зажимах генератора ( ) и эту просадку напряжения необходимо скомпенсировать увеличением тока возбуждения ( ), увеличивая напряжение генератора до заданного. Результаты измерений для шести точек свести в таблицу 3.

Таблица 3

№	1	2	3	4	5	6	7
	0