Исследуемый генератор постоянного тока с 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Исследуемый генератор постоянного тока с



Независимым возбуждением 2ПН100L-УХЛ1

 

Номинальная мощность 1,1 кВт
Напряжение питания 220 В
Номинальный ток якоря 6,8 А
Номинальная частота вращения К.п.д. Номинальный ток возбуждения 1500 об/мин 74% 0,76 А
Сопротивление постоянному току обмотки якоря (по щеткам) 2,33 Ом
Сопротивление добавочных полюсов (комплекта) 1,4 Ом
Масса 39 кг

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Генераторы постоянного тока (далее ГПТ) являются источниками постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии, подводимой к его валу в электрическую, снимаемую с якорной цепи. ГПТ находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходим постоянный ток (на предприятиях цветной промышленности при использовании электролиза, авиации, транспорте и т.д.).Также они используются в качестве тахогенераторов и возбудителей синхронных генераторов.

ГПТ подразделяются по способу их возбуждения на ГПТ независимого возбуждения (далее ГПТ с НВ) и ГПТ с самовозбуждением.

ГПТ с НВ подразделяются на генераторы, возбуждаемые электромагнитным путем, и генераторы с постоянными магнитами. Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмотки возбуждения бывают параллельного возбуждения, последовательного и смешанного возбуждения.

На рис. 4.1 приведена принципиальная схема генератора не­зависимого возбуждения. Ток возбуждения I в зависит только от напряжения на зажимах цепи возбуждения и сопротивления этой цепи. Мощность, теряемая на возбуждение, обычно не превыша­ет 1... 3 % мощности генератора. Независимое возбуждение доста­точно широко распространено — оно применяется в машинах низкого напряжения (4... 12 В), высокого напряжения (свыше 500 В), в машинах большой мощности, когда требуется регулировка напряжения в широком диапазоне.

На рис. 4.2 изображена принципиальная схема генератора па­раллельного возбуждения в котором обмотка возбуждения приключена к за­жимам якоря.

На схеме видно, что ток возбуждения I в зависит от напряжения на зажимах якоря, а ток якоря Iа = I н + I в. Обычно ток I в не превышает 2...3 % значения номинального тока генератора. Самым распространенным типом генератора постоянного тока является генератор параллельного возбуждения, так как ему не нужен особый источник тока для возбуждения и в пределах нор­мальной нагрузки он обеспечивает устойчивое напряжение.

 

 

 

 

Рис. 4.2. Принципиальная схема генератора параллельного возбуж­дения

 

Рис. 4.1. Принципиальная схема генератора независимого возбуж­дения

 

 

На рис. 4.3 приведена принципиальная схема генератора пос­ледовательного возбуждения. На схеме видно, что ток возбужде­ния I в = Ia т.е. зависит от нагрузки на генератор. В этом случае напряжение генератора изменяется в зависимости от тока нагруз­ки, тогда как обычно требуется, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось более или менее постоянным.

На рис. 4.4 представлена принципиальная схема генератора смешанного возбуждения. Генератор имеет две обмотки возбуждения — параллельную и последовательную. Обычно не менее 70 % МДС возбуждения дает параллельная обмотка. Наличие двух обмо­ток возбуждения позволяет получить почти постоянное напряже­ние на зажимах генератора.

Рассмотрим энергетическую схему, определим уравнение ЭДС и электромагнитный момент генератора. Пусть, P 1 — мощность, подводимая к генератору от первичного двигателя. Если генератор не нагружен и не возбужден, то эта мощность тратится на покры­тие только механических потерь Рмх, т. е. Р1 = Рмх.

 

 

 

Рис. 4.3. Принципиальная схема генератора последовательного возбуж­дения

 

Рис. 4.4. Принципиальная схема генератора смешанного возбуж­дения

 

Если генератор возбужден от независимого источника постоян­ного тока, но не нагружен (1а =0), то в нем, кроме механических потерь, возникают еще потери в стали якоря Рс. В этом случае P1 = Рмх + Рс = P 0, где Р0 — потери при холостом ходе генератора.

Если нагрузить генератор, то вся мощность, за вычетом потерь Р0, преобразуется в электромагнитную мощность Рэм = ЕаIa. Таким образом,

Рэм = ЕаIа = Р1 - Р0. (4.1)

 

 

Рис. 4.5. Энергетическая схема генератора постоянного тока независимого возбуждения

Рис. 4.6. Электромагнитный момент генератора

 

 

Полезная мощность Р2, отдаваемая в сеть, меньше мощности Рэм на величину потерь в меди обмотки якоря и всех последовательно соединенных с ней обмоток, а также в контакте щеток Рмащ. Следовательно,

Р2 = Рэм - (Рм2 + Рщ) (4.2)

Добавочные потери не учитываются, так как они входят отча­сти в потери при холостом ходе, частично в потери в меди. Энергетическая схема генератора постоянного тока независимого воз­буждения приведена на рис. 4.5. Мощность Рв, необходимая покрытия потерь в цепи возбуждения, не входит в мощность Р1 и показана на схеме отдельно от основного потока мощности.

Поскольку полезная мощность Р2 = UIа, мощность Рэм = EaIa, потери Рма + Рщ = Ia2Ra, (где Ra сумма всех активных сопротив­лений в цепи якоря, включая сопротивление контакта щеток), то уравнение электромагнитной мощности можно представить в следующем виде:

UIa = EaIa-Ia2Ra. (4.3)

Сократив обе части уравнения (4.3) на Iа, получим

U=Еa-IaRa (4.4)

или

Еa = U+IaRa

Уравнение называется уравнением ЭДС генератора. Будем считать, что под действием момента М1 первичного двигателя ге­нератор приводится во вращение против часовой стрелки (рис. 4.6). В этом случае в проводнике обмотки якоря, находящемся под се­верным полюсом, индуцируется ЭДС и в том же направлении течет; по нему ток Iа. Между магнитным полем и расположенным в нем' проводником с током возникает сила Fnp. Если проводник с током I представляет собой прямолинейный отрезок, имеющий длину l и расположенный в однородном магнитном поле (В = const) нор­мально к вектору магнитной индукции, то

Fпр=BlI (4.5)

Применительно к проводнику, изображенному на рис. 4.6, имеем: В = Вδ, l =l’ и I = ia. Следовательно, электромагнитный момент, создаваемый проводником на валу генератора определя­ется следующим выражением:

Мпр = FnpDa/2 = Bδl’iaDa/2. (4.6)

Чтобы определить направление момента достаточно совместить основное магнитное поле и поле, созданное током в проводнике «пр» (рис. 4.7, а). Результирующее поле показано на рис. 4.7, б. В данном случае сила Fnp, приложенная к проводнику, направле­на слева направо, встречно относительно силы F1 первичного дви­гателя, и следовательно, момент М1 этого двигателя является по отношению к последнему тормозящим.

Чтобы определить полный электромагнитный момент генера­тора М, будем исходить из расчетной картины магнитного поля, представленной на рис. 4.8. Из рисунка следует, что момент со­здается только N'a проводниками, расположенными на полюсной дуге b' = α/τ.

Таким образом,

M = MпрNa’=Bδlia

Учтем, что

= = и ia= ,

 

Рис. 4.7. Совмещение магнитных полей

 

 

а - основного и от проводника с током; б – результирующего поля и электромагнитного усилия

 

Рис. 4.8. Картина магнитного поля для расчета электромагнитного момента

 

Тогда

M= Bδl’ατIa= ΦIa (4.7)

Эту формулу можно записать в следующем виде:

M= ,

т.е. электромагнитный момент генератора пропорционален мaгнитному потоку р пар полюсов машины (рФ) и МДС якоря (NIa)

В любой машине р, N u а заданы, следовательно,

M=CMΦIa,

где

CM=(p/2π)(N/a). (4.8)

Кроме тормозящего электромагнитного момента М на валу генератора существует второй тормозной момент — момент холостого хода Мо, соответствующий мощности Ро, которую нужно подвести к генератору при холостом ходе, чтобы покрыть потери холостого хода Рмх + Рс. По общему правилу

Если n = const, то полный тормозящий момент генератора определяется суммой М+ Мо = МГ. Между этим моментом и вращающим моментом М1 первичного двигателя существует соотношение, определяемое законом равновесия моментов, согласно которому вращающий и тормозящий моменты генератора должны находиться во взаимном равновесии, т. е. должны быть равны друг другу по величине, но направлены в разные стороны.

Следовательно, при n = const

M1=-MГ=-(M+M0). (4.9)

Под M и M0 можно понимать составляющие момента первичного двигателя, каждая из которых уравновешивает соответствующий момент генератора. В этом случае

M1= М+М0. (4.10)

 

Характеристики генераторов. Свойства генераторов определяют по их характеристикам. Поскольку основным параметром, опре­деляющим работу генератора, является напряжение U на его за­жимах, то характеристики генераторов представляет собой зави­симость напряжения U оттока возбуждения I в, нагрузочного тока I и частоты вращения генератора п.

Наряду с этим имеет значение также зависимость тока возбуж­дения I в от нагрузочного тока I при заданном характере измене­ния U, обусловленного требованиями эксплуатации генератора.

Генераторы чаще всего работают при постоянной частоте вра­щения, т. е. при п = const. Поэтому обычно представляют интерес следующие характеристики.

нагрузочные характеристики — зависимости U = f(IB) при I =
= const и п = const. В частном случае, когда I = 0, получаем харак­теристику холостого хода Uo = f(I в), имеющую важное значение для оценки генератора и построения его других характеристик;

внешние характеристики — зависимости U = f(I) при п =
=
const и при RB = const. Основное значение имеют две внешние
характеристики: первая, когда номинальное напряжение UHOM име­ется при номинальной нагрузке машины, а вторая, когда напря­жение UH0M соответствует холостому ходу;

регулировочные характеристики — зависимости I в = f(I) при
п = const и при заданном характере изменения напряжения на за­
жимах U. Обычно считают, что U= const. К регулировочным харак­теристикам следует отнести и так называемую характеристику ко­роткого замыкания, представляющую собой зависимость I к = f (I в)
при п = const и U =0. Эта характеристика наряду с характеристи­кой холостого хода имеет важное значение.

Рассмотрим характеристики генератора с независимым возбуж­дением.

Характеристика холостого хода — Uo = f (I в) при I = 0 и п = const. Снятие характеристики следует начинать со значения I в = Оа (рис. 6.51), при котором напряжение Uo = ab превышает номи­нальное на 5... 10 %. После этого постепенно уменьшают ток воз­буждения до I в = 0, а затем изменяют его направление на обрат­ное и снова увеличивают его до значения Ос = Оа. Это дает нисхо­дящую ветвь характеристики холостого хода 1—1. Чтобы получить восходящую ветвь 2— 2 характеристики, достаточно повернуть ветвь 1— 1 на 180° вокруг точки О. На практике пользуются кривой 3— 3, проведенной посредине между ветвями 1—1 и 2—2 через то­чку О.

Рис. 4.9. Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения

При холостом ходе и постоянной частоте вращения генератора имеем U0 Е Ф. Следовательно, характеристика холостого хода, представляющая собой зависимость U0 = f (I B), является также за­висимостью Ф = f (I в), т.е. представляет собой кривую намагничи­вания машины.

По характеристике холостого хода можно судить о свойствах магнитной цепи машины. Точка С характеристики холостого ходапри I в = 0 свидетельствует о величине потока остаточного магнетизма Фост. Обычно Фост = 2... 5 % нормального потока машины Ф. Ветви 1—1 и 2—2 ограничивают некоторую площадь. Это объясняется явление гистерезиса и свидетельствует о свойствах стали полюсов и ярма.

По положению на характеристике холостого хода точки N соответствующей нормальной ЭДС, можно судить о степени насыщения магнитной цепи. Обычно эта точка лежит на перегибе кривой или так называемом «колене» кривой. Это объясняется тем, что работа на прямолинейной части кривой вызвала бы неустойчивое напряжение, а работа за перегибом, т.е. в насыщенной части кривой, ограничивала бы возможность регулирования напряжения.

Характеристика короткого замыканияI к =f(Iв), при U= 0 и п = const. Эта характеристика снимается следующим образом. Зажимы якоря замыкают накоротко через амперметр и при токе возбуждения I в = 0 вращают якорь с номинальной частотой вращения. В якоре индуцируется небольшая ЭДС от потока остаточного намагничивания, а в короткозамкнутой цепи якоря появляется ток I к = Оа (рис. 4.10). Увели­чивая ток возбуждения I в, можно довести значение тока I к до I к = I н (или I к 1,25 I н). Обычно характеристика короткого замыка­ния имеет вид прямой линии, так как при коротком замыкании машина не насыщена, следовательно, Еа I в. Пренебрегая переменным сопротивлением контакта щеток, можем считать, что Ra = const. Тогда I к = I в.

Рис. 4.10. Характеристика короткого замыкания генератора независимого возбуждения

При заданных значениях частоты вращения п и тока возбужде­ния I в режим короткого замыкания генератора определяется дву­мя факторами: падением напряжения в цепи якоря IaRa и реакци­ей якоря. Треугольник короткого замыкания учитывает в графи­ческой форме оба эти фактора. Поскольку машина замкнута нако­ротко и U = 0, то Еак = IaRa, где Еак — ЭДС, индуцируемая в

генераторе при коротком замыкании. Для создания этой ЭДС ну­жен ток возбуждения IкR, который можно определить, воспользо­вавшись начальным прямолинейным участком характеристики хо­лостого хода (рис. 4.22, кривая 1). Задавшись током I к, например I к = I ном, и измерив или подсчитав сопротивление Rа, определяем IкRa = Еак. Если на рис. 4.11 ЭДС Еак = ОA1 = Аа, то I кR = Оа. Отрезок Аа представляет собой первую сторону треугольника короткого замыкания, учитывающую падение напряжения в машине. Чтобы определить реакцию

Рис. 4.11. Треугольник короткого замыкания:

1 – характеристика холостого хода; 2 – характеристика короткого замыкания

 

якоря, нужно воспользоваться характерис­тикой короткого замыкания, построенной в той же координат­ной системе (рис. 4.11, кривая 2). Для тока I к = I н = ток возбуж­дения I кR = ОС. Если бы в машине не было реакции якоря, то ток возбуждения был равен IkR = Оа. Следовательно, разность I кв- IkR=1ак=аС= =ОС - Оа представляет собой вторую сторону тре­угольника короткого замыкания, учитывающую реакцию якоря в масштабе тока возбуждения. Соединив точки А и С, получим тре­угольник короткого замыкания АаС.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 372; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.198.57.9 (0.036 с.)