Исследование генератора постоянного тока при различных способах возбуждения

(Л.С. Гришуков)

Цель работы – изучение основных свойств генератора постоянного тока при различных способах возбуждения; снятие опытном путем основных характеристик генератора; приобретение практических навыков в управлении работой генератора.

Программа работы

Для генератора с независимым возбуждением:

 

1. Снять характеристику холостого хода и определить коэффициент насыщения генератора;

2. Снять внешнюю характеристику и определить относительное падение напряжения при номинальном токе якоря;

3. Снять регулировочную характеристику и определить относительное увеличение тока при номинальном токе якоря.

Для генератора с параллельным возбуждением:

Снять внешнюю характеристику и определить относительное падение напряжения при номинальном токе якоря.

Для генератора смешанного возбуждения:

Снять внешние характеристики при согласном и встречном включении обмоток возбуждения. Для случая согласного включения обмоток определить относительное падение напряжения при номинальном токе якоря.

Выполнение работы

Независимое возбуждение

Для исследования генератора постоянного тока при независимом возбуждении собирают схему, представленную на рис.1. Пуск двигателя осуществляется при помощи трехзажимного пускового реостата. После сборки схемы необходимо предъявить ее на проверку преподавателю и произвести опробование с целью приобретения практических навыков управления работой генератора и приводного двигателя. После этого генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и приступают к снятию характеристик.1

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость напряжения генератора в функции тока возбуждения, т.е.

, .

Снятие характеристики холостого хода следует начинать со значения тока возбуждения , при котором напряжение на зажимах якоря превышает номинальное на 20%, т.е. .

После этого постепенно уменьшают ток возбуждения до нуля. Через равные интервалы записывают напряжение на зажимах генератора с таким расчетом, чтобы снять 5 – 7 точек. Затем увеличивают ток возбуждения до тех пор, пока напряжение не достигнет значения .

Проводя опыт, необходимо иметь в виду, что регулировать ток возбуждения можно только в одном направлении (в сторону уменьшения или в сторону увеличения), так как в противном случае будем переходить из одной петли характеристики в другую. Опытные данные записывают в табл.24.

Таблица 24

А	В

По экспериментальным кривым характеристики холостого хода (кривые ве) можно судить о свойствах магнитной цепи машины. Точка характеристики при свидетельствует о величине потока остаточного магнетизма .

На рис.2 представлен примерный вид характеристики холостого хода генератора независимого возбуждения.

За характеристику холостого хода принимают кривую, проходящую через точку «в» и начало координат (точку «0»). Эта кривая проходит несколько ниже, чем кривые полученные экспериментально.

По положению точки N на характеристике холостого хода, соответствующей номинальной ЭДС, можно судить о степени насыщения магнитной цепи машины. Обычно эта точка лежит на перегибе кривой (так называемое колено кривой), так как работа на прямолинейной части кривой вызвала бы неустойчивое напряжение, а работа за перегибом, т.е. в насыщенной части кривой, ограничивала бы возможность регулирования напряжения.

Прямая 0 с является касательной к кривой 0 Nв холостого хода. При этом отрезок dN соответствует величине намагничивающей силы, создающей номинальный поток машины. Отрезок dc характеризует часть намагничивающей силы необходимой для проведения номинального потока через зазор. Отношение этих отрезков является коэффициентом насыщения

.

Из этого следует, что характеристика холостого хода имеет большое значение для оценки свойств генератора.

Внешняя характеристика

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах якоря от тока якоря при неизменном токе возбуждения и частоте вращения якоря

при , .

Для снятия внешней характеристики устанавливают номинальное значение напряжения при холостом ходе генератора (). Затем генератор постепенно нагружают до значения тока якоря , снимая при этом 5 – 7 точек. При записи каждой точки необходимо проверить постоянство частоты вращения якоря и тока возбуждения. Результаты записывают в табл.25.

Таблица 25

В	А	А

На рис.3 показана внешняя характеристика генератора независимого возбуждения, из которой видно, что с ростом нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается. Анализ внешних характеристик необходимо проводить на основании уравнения:

.

Напряжение на зажимах генератора независимого возбуждения уменьшается из – за увеличения падения напряжения в обмотке якоря генератора при увеличении тока якоря (). Кроме того, происходит некоторое уменьшение магнитного потока (Ф) из–за размагничивающего действия реакции якоря при насыщенной магнитной системе генератора.

Относительное падение напряжения при нагрузке определяется

,

где - напряжение при номинальном токе якоря генератора.

 

Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость тока возбуждения от тока якоря при поддержании номинального напряжения и номинальной частоты вращения якоря

при , .

Снятие регулировочной характеристики производится при возрастании нагрузки генератора от до . Записывают показания приборов, как генератора, так и двигателя. Результаты заносят в табл.26.

Таблица 26

Генератор	Двигатель
А	А	В	Вт	А	В	Вт	%	%

 

Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения представлена на рис.4.

Относительное увеличение тока возбуждения при номинальном токе якоря определяется ,

где - ток возбуждения при холостом ходе;

- ток возбуждения при номинальном токе якоря.

Коэффициент полезного действия агрегата определяется

,

где - мощность, потребляемая двигателем из сети;

- полезная мощность генератора.

В лабораторных условиях приводной двигатель и испытуемый генератор являются машинами одного типа, поэтому их КПД принимаем равным, тогда КПД генератора можно определить

.

Параллельное возбуждение

Испытания генератора при параллельном возбуждении проводят по схеме, представленной на рис. 5.

Перед началом испытания необходимо проверить возможность самовозбуждения генератора. При этом надо исходить из условий самовозбуждения:

а) наличия остаточного магнетизма;

б) поток, создаваемый током возбуждения, должен совпадать по направлению с потоком остаточного магнетизма;

в) сопротивление в цепи возбуждения должно быть меньше критического.

Внешняя характеристика

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах якоря от тока якоря при постоянном значении частоты вращения якоря и величины сопротивления в цепи возбуждения

при , .

Снятие внешней характеристики осуществляется аналогично опыту для генератора независимого возбуждения. Опыт заканчивается коротким замыканием обмотки якоря генератора. Опытные данные записываются в табл. 25.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения изображена на рис. 6.

Смешанное возбуждение

Испытания проводятся по схеме, изображенной на рис.7.

Предварительно производят проверку включения обмоток возбуждения. Если при нагрузке напряжение на зажимах якоря изменяется незначительно, то обмотки возбуждения включены согласно; если же при нагрузке напряжение начинает заметно уменьшаться, то обмотки включены встречно.

Снимают внешние характеристики при согласном и встречном включении обмоток возбуждения. Порядок проведения опытов аналогичен опыту при независимом и параллельном возбуждении генератора. Опытные данные записывают в табл.25.

 

На рис.8 представлены внешние характеристики генератора смешанного возбуждения. Кривая 1 соответствует согласному включению обмоток возбуждения, а кривая 2 – встречному включению обмоток возбуждения.

Содержание отчета

1. Паспортные данные генератора и двигателя, также электроизмерительных приборов;

2. Схемы, по которым проводились опыты;

3. Характеристика холостого хода;

4. Регулировочная характеристика;

5. Внешние характеристики, построенные на одном графике;

6. Зависимость КПД генератора от тока якоря;

7. Выводы по работе.

Вопросы для самоконтроля

1. Какова классификация генераторов постоянного тока по типу возбуждения.

2. При каком включении обмоток возбуждения генератор постоянного тока работает в режиме самовозбуждения.

3. Назовите причины изменения напряжения на зажимах генератора постоянного тока при изменении тока нагрузки при независимом возбуждении.

4. Перечислите условия самовозбуждения.

5. Назовите причины изменения напряжения на зажимах генератора постоянного тока параллельного возбуждения при его работе в режиме внешней характеристики.

6. Отличается ли регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения от регулировочной характеристики генератора параллельного возбуждения? Если не отличается, то почему?

7. Чем определяется величина тока к.з. генератора постоянного тока при параллельном возбуждении.

Лабораторная работа № 10