Лабораторная работа №1 Исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения

Лабораторная работа №1
Исследование
возбуждения
генератора
постоянного
тока
независимого
1 Цель работы
Ознакомиться с конструкцией электрической машины постоянного
тока. Изучить принцип действия генератора постоянного тока с
независимым возбуждением. Построить и проанализировать основные
характеристики генератора.
2 Ход работы
2.1 Изучить раздел дисциплины «Электрические машины», в котором
рассматривается устройство и принцип действия генератора постоянного
тока с независимым возбуждением.
2.2 Согласно экспериментальным данным (п.5) построить
характеристики генератора (холостого хода, внешнюю, регулировочную).
2.3 Оформить отчѐта и ответить на контрольные вопросы.
3 Теоретический материал
Генератор предназначен для преобразования механической энергии,
поступающей от первичного двигателя, в электрическую энергию
постоянного тока.
Основными частями генератора постоянного тока являются
неподвижный индуктор (статор) и вращающийся якорь (ротор).
Индуктор состоит из станины (ярма), представляющей полый цилиндр,
к внутренней поверхности которого крепятся главные полюса для
возбуждения главного магнитного поля и дополнительные полюса для
уменьшения искрения между коллектором и щетками из-за причин
электромагнитного характера.
Главные полюса состоят из ферромагнитных сердечников с
насаженными на них обмотками, которые называются обмотками
возбуждения главного магнитного поля генератора.
Якорем называется часть машины, в обмотке которой наводится
ЭДС.
Якорь состоит из вала с насаженным на него сердечником и
коллектором.
Сердечник
якоря
выполняется
из
листовой
электротехнической стали, в пазы по наружной поверхности которого
укладываются секции обмотки. Концы каждой секции присоединяются к
отдельным пластинам коллектора. Коллектор и прижатые к его поверхности
щетки служат в генераторе постоянного тока для пребразования переменной
ЭДС якоря в постоянное напряжение на щетках, к которым подключается
внешняя цепь.
При вращении якоря в магнитном поле полюсов в его обмотке
индуктируется ЭДС, которая определяется по формуле:
E
NР
60a
где
Фn  С Фn ,
е
NР
 Ce  const .
60a
Напряжение генератора выражается формулой U = E − IяRя.
В генераторах независимого возбуждения обмотка возбуждения
получает питание от постороннего источника питания.
Генераторы параллельного возбуждения являются генераторами с
самовозбуждением. Параллельная обмотка возбуждения генератора получает
питание от собственного якоря. Начальной причиной самовозбуждения
является ЭДС Еост от остаточного магнитного потока, который почти всегда
существует в магнитной цепи машины.
Процесс самовозбуждения при n=nHOM=const возможен, если
соблюдаются следующие условия:
1) наличие в магнитной цепи машины остаточного магнитного потока;
2) поток, создаваемый обмоткой возбуждения, направлен согласно с
остаточным магнитным потоком;
3) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше
критического.
Если не выполняется первое условие, то необходимо намагнитить
машину при питании обмотки возбуждения от постороннего источника
постоянного тока.
Если не выполняется второе условие, то необходимо изменить
направление тока в обмотке возбуждения.
Если не выполняется третье условие, то характеристика холостого хода
и вольтамперная характеристика цепи возбуждения пересекаются при очень
малых значениях тока возбуждения и самовозбуждение заканчивается в
точке пересечения этих характеристик.
Свойства генератора постоянного тока с независимым
и
параллельным возбуждением определяются его характеристиками,
основными из которых являются характеристики холостого хода, внешняя и
регулировочная.
Характеристика холостого хода
Так называется зависимость ЭДС, наводимой в обмотке якоря
генератора, от тока возбуждения при отсутствии тока во внешней цепи (IГ =
0) и постоянной частоте вращения якоря (n = const).
E(Iв) при IГ = 0 , n =nн= const.
Внешняя характеристика
Внешние характеристики определяют собой зависимость напряжения
на зажимах генератора U от величины тока во внешней цепи IГ при
постоянной частоте вращения якоря nн и при постоянном сопротивлении
цепи параллельной обмотки возбуждения.
U(IГ) при Rв=const, nн= const.
Регулировочная характеристика
Регулировочной
характеристикой
называется
зависимость,
показывающая как необходимо изменять ток параллельной обмотки
возбуждения Iв при изменении тока нагрузки IГ , чтобы при постоянной
частоте вращения якоря напряжение на зажимах генератора было
постоянным.
Iв(IГ) при U=Uн=const, n=nн= const.
4 Описание лабораторной установки
Электрическая схема лабораторной установки (рисунок 1) содержит
асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором Ml, механически
соединѐнный с валом якоря испытуемого генератора G. Асинхронный
двигатель Ml питается от сети трехфазного тока промышленной частоты
через воздушный автоматический выключатель QF1.
Обмотка возбуждения испытуемого генератора LG получает питание
от управляемого выпрямителя UD1. Величина тока возбуждения IВ
испытуемого генератора изменяется с помощью потенциометра RP
(регулятора), встроенного в схему управляемого выпрямителя.
Изменение величины тока якоря Iг испытуемого генератора
производится с помощью изменения величин сопротивлений реостатов RH1,
RH2, RH3 (может быть один резистор, если он подходит по параметрам).
Рисунок 1 – Схема экспериментальной установки
5 Экспериментальные данные
5.1 Данные восходящей и нисходящей ветви характеристики холостого
хода генератора ( ) при
Таблица 1 – Восходящая ветвь
Вариант 1
Uг, В
10,8
IB, мА
10
56
60
91,6
110
110
160
120,4
210
127,8
260
Вариант 2
Uг, В
20
IB, мА
24
48
50
85
100
108
150
118
200
128
250
Вариант 3
Uг, В
17
IB, мА
20,9
41,7
36,3
74
87
94
130,4
102,5
174
111
217,4
Вариант 4
Uг, В
23
IB, мА
27,6
55,2
57,5
97,8
115
124,2
172,5
135,7
230
147,2
287,5
Таблица 2 – Нисходящая ветвь
Вариант 1
Uг, В
127,2
IB, мА
260
122,3
210
113,5
160
99,1
110
72,2
60
25,2
10
Вариант 2
Uг, В
127,8
IB, мА
249
121
200
92
100
80
65
65
50
25
10
Вариант 3
Uг, В
111,1
IB, мА
216,5
105,2
173,9
80
87
69,6
56,5
56,5
43,5
21,7
8,7
Вариант 4
Uг, В
147
IB, мА
286,4
139,2
230
105,8
115
92
74,8
74,8
57,5
29
11,5
5.2 Данные внешней характеристики генератора ( ) при
Таблица 3 – Внешняя характеристика генератора
Вариант 1
Uг, В
100
Iг, А
1,3
103,5
1,1
107,2
0,9
110,5
0,7
114,5
0,5
117,7
0,3
123,2
0
Вариант 2
Uг, В
90
Iг, А
1,2
93,5
0,9
97,5
0,7
100,5
0,5
104,5
0,3
107,7
0,1
113,1
0
Вариант 3
Uг, В
110
Iг, А
1,5
113,5
1,3
117,5
1,1
120,5
0,9
124,5
0,5
127,7
0,3
133,1
0
Вариант 4
Uг, В
45
Iг, А
1,2
46,5
0,9
49
0,7
50,1
0,5
52,2
0,3
54,4
0,1
57,1
0
5.3 Данные регулировочной характеристики генератора ( ) при
Таблица 4 – Регулировочная характеристика генератора
Вариант 1
Iв, мА
245
Iг, А
1,3
200
1,1
165
0,9
160
0,7
140
0,5
130
0,3
110
0
Вариант 2
Iв, мА
205
Iг, А
1,3
180
1,1
145
0,9
120
0,7
100
0,5
90
0,3
70
0
Вариант 3
Iв, мА
255
Iг, А
1,3
210
1,1
175
0,9
170
0,7
150
0,5
120
0,3
120
0
Вариант 4
Iв, мА
102
Iг, А
1,3
90
1,1
75
0,9
60
0,7
50
0,5
45
0,3
35
0
6 Контрольные вопросы
1. При каких условиях и как снимается характеристика холостого хода
генератора постоянного тока с независимым возбуждением?
2. Объясните характер полученной характеристики холостого хода.
3. Что такое внешняя характеристика и при каких условиях она
снимается?
4. Почему при увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора
с независимым возбуждением уменьшается?
5. Что представляет собой регулировочная характеристика и при каких
условиях она снимается?