Генераторы постоянного тока

Лабораторная работа № 1

Цель работы: ознакомление с конструкцией генератора неизменного тока, аппаратурой измерения и управления, чертами, способами тесты.

Главные формулы и понятия

Электронные машины, которые конвертируют механическую энергию, подводимую к их валу от первичного мотора, в электронную энергию неизменного напряжения, именуют генераторами неизменного тока. Работа этих генераторов базирована на законе электрической Генераторы постоянного тока индукции, согласно которому при скрещении проводником магнитных силовых линий в проводнике индуктируется электродвижущая сила (ЭДС).

Различают несколько методов возбуждения машин неизменного тока: независящее возбуждение (рис. 1.1, а) – питание обмотки возбуждения от независящего источника и самовозбуждение – питание обмотки возбуждения от обмотки якоря самого генератора.

Самовозбуждение в генераторах неизменного тока может быть Генераторы постоянного тока осуществлено при соединении обмоток возбуждения с обмоткой якоря: параллельном (рис. 1.1, б), поочередном (рис. 1.1, в) и смешанном согласном либо встречном (рис.1.1, г).

Самовозбуждение генератора происходит при наличии трёх критерий:

1) остаточного магнитного потока, создающего остаточную ЭДС (Eост) (рис. 1.2);

2) совпадения направления поля обмотки возбуждения с направлением остаточного магнитного потока;

3) сопротивление обмотки возбуждения (при параллельном Генераторы постоянного тока возбуждении) меньше критичного, т.е. когда ток возбуждения способен добиться значения, обеспечивающего на характеристике холостого хода данное значение ЭДС (E).

Последнее вытекает из равенства RвIв=E–RяIя, которое на рис. 1.2 соответствует точке скрещения A зависимостей E=f(Iв) и Uв= IвRв. А при увеличении сопротивления (Rв) точка A будет передвигаться Генераторы постоянного тока по кривой (E) вниз, и когда (Rв) достигнет критичного значения, т.е. Rв=Rкр, генератор фактически не самовозбудится.


Рис. 1.1. Схемы возбуждения генераторов неизменного тока: а – независящее; б – параллельное; в – последовательное; г – смешанное

Рис. 1.2. Самовозбуждение генератора неизменного тока

В данной работе исследуются генераторы с независящим, параллельным и смешанным возбуждением. Основными величинами, характеризующими Генераторы постоянного тока работу генераторов неизменного тока, являются: мощность генератора P, напряжение на выводах U, ток возбуждения Iв, ток якоря Iя либо ток нагрузки I и частота вращения n (обычно n=const).

Зависимости меж отдельными величинами, характеризующими характеристики генератора, обычно даются в виде черт. Основными чертами являются: черта холостого Генераторы постоянного тока хода, наружняя и регулировочная свойства.

Черта холостого хода – зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения:

U=f(Iв) при Iн=0 и n=const,

где Iн – ток нагрузки; n – частота вращения.

При холостом ходе машины, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение на зажимах обмотки якоря равно ЭДС: E=СEФnn. Потому что Генераторы постоянного тока n=const, напряжение при холостом ходе зависит только от магнитного потока Фn, т.е. тока возбуждения Iв. Потому черта U=f(Iв) подобна магнитной характеристике Ф=f(Iв) (рис. 1.3).


Рис. 1.3. Свойства холостого хода генератора

Расхождение восходящей и нисходящей веток разъясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины.

Наружняя черта – зависимость напряжения на зажимах Генераторы постоянного тока генератора от тока нагрузки U=f(Iн) при n=const и Rв=const; Rв – сопротивление параллельной обмотки возбуждения.

В генераторе параллельного возбуждения при увеличении тока нагрузки Iн ток якоря возрастает, потому что Iя=Iв+Iн, а напряжение на зажимах миниатюризируется U=E–RяIя.

Уменьшение напряжения приводит к понижению тока возбуждения, потому что Генераторы постоянного тока , что в свою очередь ещё больше уменьшит напряжение. Не считая того, с повышением тока увеличивается реакция якоря, которая ведет к понижению напряжения (рис. 1.4).

Чтоб скомпенсировать такое ненужное падение напряжения, в генераторах добавляют ещё одну обмотку возбуждения, включаемую поочередно с нагрузкой. Таковой генератор именуется генератором смешанного возбуждения Генераторы постоянного тока. Через поочередную обмотку возбуждения проходит ток нагрузки, при его возрастании поток возбуждения возрастает, как следует, становится больше и ЭДС генератора.

Такое соединение обмоток именуется согласным включением. Можно так высчитать поочередную обмотку, что повышение падения напряжения скомпенсируется и величина напряжения на зажимах будет неизменной либо даже незначительно возрастет (см. рис Генераторы постоянного тока. 1.4, кривая 3).


Рис. 1.4. Наружные свойства генераторов: 1 – при смешанном соединении (встречное соединение обмоток возбуждения); 2 – при параллельном возбуждении; 3 – при смешанном соединении (согласное соединение обмоток возбуждения).

Если же включить поочередную обмотку возбуждения встречно с параллельной, то повышение тока нагрузки приведёт к резкому падению напряжения (см. рис. 1.4, кривая 1). Такое встречное (несогласное) включение делают, к примеру, в Генераторы постоянного тока сварочных генераторах для ограничения тока недлинного замыкания.

Регулировочная черта генератора– это зависимость тока возбуждения от тока нагрузки Iв=f(Iн) при неизменном напряжении на зажимах генератора и постоянной частоте вращения якоря (U=const; n=const).

Регулировочная черта указывает, как надо изменять ток возбуждения генератора при изменении тока нагрузки, чтоб напряжение на Генераторы постоянного тока зажимах генератора оставалось постоянным.

Из наружной свойства генератора параллельного возбуждения (см. рис. 1.4, кривая 2) видно, что с повышением тока нагрузки напряжение на его зажимах снижается, чтоб вновь вернуть его прежнее значение, нужно прирастить ток возбуждения. Регулировочные свойства генераторов приведены на рис. 1.5.


Рис. 1.5. Регулировочные свойства генератора: 1 – при смешанном соединении (согласное соединение Генераторы постоянного тока обмоток возбуждения); 2 – при параллельном возбуждении; 3 – при смешанном соединении (встречное соединение обмоток возбуждения).

Методика выполнения лабораторной работы (лаборатория № 221)

1. Ознакомиться на демонстрационном щите «Машины неизменного тока» с устройством генератора неизменного тока, а на лабораторном щите – с устройствами, аппаратами и подлежащим испытанию генератором.

Записать в отчёт по лабораторной работе технические Генераторы постоянного тока паспортные данные генератора.

2. На рабочей панели щита «Генератор неизменного тока» в согласовании с принципной схемой (рис. 1.6) собрать электронную цепь для снятия свойства холостого хода генератора независящего возбуждения.

В качестве независящего источника электронной энергии для питания обмотки возбуждения генератора употребляется блок неизменной регулировки напряжения +110 В (ручка «Регулировка возбуждения» синхронной машины и генератора Генераторы постоянного тока неизменного тока). В случае генератора с параллельным возбуждением изменение тока возбуждения осуществляется резистором Rв «Регулировка возбуждения». Нагрузка генератора меняется ступенчатым нагрузочным реостатом, переводя ручку из положения «1» в положение «7». Все нужные электроизмерительные приборы показаны на электронной схеме и на фронтальной панели щита «Машины неизменного тока».


Рис. 1.6. Принципная электронная схема Генераторы постоянного тока генератора неизменного тока

Установка электронной цепи создавать согласно монтажной схеме, обозначенной на рис. 1.7.

Перед запуском исследуемого генератора нужно убедиться в том, что:

а) нагрузка генератора отключена (ручка нагрузочного реостата находится в последнем левом положении «1»;

б) сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения генератора вполне выведено (ручка реостата «Регулировка возбуждения» на панели Генераторы постоянного тока «Машины неизменного тока» находится в последнем правом положении;

в) напряжение на обмотке возбуждения генератора равно нулю (ручка «Регулировка возбуждения» синхронной машины и генератора неизменного тока находится в последнем левом положении).

3. Произвести запуск генератора независящего возбуждения. Для этого нужно:

а) надавить кнопку «ВКЛ» на нагрузочной панели щита;

б) надавить Генераторы постоянного тока кнопку «ВКЛ» на панели «Машины неизменного тока» (зажгется лампа «Сеть»);

в) надавить кнопку «ВКЛ» – включение синхронной и асинхронной машин на панели «Синхронная машина».;

г) надавить кнопку «ВКЛ» возбуждения синхронной машины и генератора неизменного тока;

д) плавненько изменяя ток возбуждения ручкой «Регулировка» на панели «Синхронная машина», снять характеристику холостого хода генератора неизменного Генераторы постоянного тока тока независящего возбуждения.


Рис. 1.7. Монтажная схема лабораторной работы

При всем этом ток возбуждения Iв повышайте ступенями от нуля до Iв =

Iв max, а потом уменьшайте ток возбуждения до нуля. Приобретенные результаты запишите в табл. 1.1.

Таблица 1.1

№ п/п Iв, А E, В (повышение) E, В (уменьшение)
× × ×

4. Снять внешнюю характеристику генератора независящего Генераторы постоянного тока возбуждения, U=f(I) при постоянных частоте вращения n=nн=const и токе возбуждения Iв=Iвн=const.

Для этого в режиме холостого хода установить номинальное напряжение U=Uн, воспользовавшись советами п. 3 а, б, в, г.

Ток нагрузки наращивать ступенями, переводя ручку нагрузочного реостата генератора из положения «1» в положение Генераторы постоянного тока «7».

Приобретенные данные записать в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Iн, А
U, В

5. Снять регулировочную характеристику генератора независящего возбуждения Iв=f(I) при условии поддержания неизменных напряжения на выводах генератора (U=const) и частоты вращения якоря n=nн=const.

Изменяя нагрузку генератора нагрузочным реостатом, напряжение генератора поддерживайте неизменным с помощью Генераторы постоянного тока ручки «Регулировка» на панели «Синхронная машина».

Приобретенные данные записать в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Iн, А
Iв, А

6. На рабочей панели щита «Генератор неизменного тока» собрать электронную цепь генератора неизменного тока параллельного возбуждения. Для этого нужно перемычки из положения А–А переставить в положение А–Б (см. монтажную схему лабораторного щита).

Перед запуском генератора Генераторы постоянного тока нужно убедиться в том, что:

а) нагрузка генератора отключена (ручка нагрузочного реостата находится в последнем левом положении «1»;

б) сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения генератора вполне введено (ручка реостата «Регулировка возбуждения» на панели «Машины неизменного тока» находится в последнем левом положении;

в) напряжение на обмотке возбуждения генератора равно Генераторы постоянного тока нулю (ручка «Регулировка возбуждения» синхронной машины и генератора неизменного тока находится в последнем левом положении).

7. Снять внешнюю характеристику генератора параллельного возбуждения.

Для этого, воспользовавшись советами п. 3 а, б, установить номинальное напряжение U=Uн, изменяя сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения (ручка реостата «Регулировка возбуждения» на панели «Машины неизменного тока»).

Ток Генераторы постоянного тока нагрузки наращивать ступенями, переводя ручку нагрузочного реостата генератора из положения «1» в положение «7».

Приобретенные данные записать в табл. 1.4 аналогичную предшествующей (см. табл. 1.2).

8. Снять регулировочную характеристику генератора параллельного возбуждения.

Изменяя нагрузку генератора нагрузочным реостатом, напряжение генератора поддерживать неизменным с помощью ручки реостата «Регулировка возбуждения» на панели «Машины неизменного тока Генераторы постоянного тока».

Приобретенные данные записать в табл. 1.5 аналогичную предшествующей (см. табл. 1.3).

9. По данным табл. 1.1 – 1.5 выстроить характеристику холостого хода, наружные и регулировочные свойства. Наружные и регулировочные свойства для различных видов возбуждений выстроить в одной системе координат.

10. Высчитать:

а) ток якоря генератора при номинальной нагрузке:

Iя=Iн для генератора независящего возбуждения,

Iя=Iн Генераторы постоянного тока+ Iвн для генератора параллельного возбуждения;

б) номинальную мощность генератора: Pн=UнIн;

в) изменение напряжения генераторов независящего и параллельного возбуждений при номинальной нагрузке, воспользовавшись наружными чертами:

;

г) мощность на валу первичного мотора генераторов независящего и параллельного возбуждений:

(механические и магнитные утраты составляют 4% от Pн);

д) коэффициент полезного деяния генератора: .

11. Сделать и записать Генераторы постоянного тока выводы по работе.

Описание лабораторного щита (лаборатория № 421)

В нижней части щита установлены генератор неизменного тока и асинхронный движок, приводящий через ременную передачу во вращение якорь генератора. В закрытой части щита также расположены нагрузочные реостаты, пускатель асинхронного мотора.

Все нужные коммутации осуществляются оковём переключений переключателей, размещённых на рабочей панели щита Генераторы постоянного тока. Тут же находятся измерительные приборы РА1, РА2, PV, регулировочный реостат генератора R1, нагрузочный реостат R6.

Подключение щита осуществляется автоматом на распределительном пт.

Включение и выключение электродвигателя осуществляется клавишами «Пуск» и «Стоп», расположенными на рабочей панели щита.

Подключения нужного вида возбуждения осуществляются оковём переключения SA2 в положение Генераторы постоянного тока «параллельное» (позиция 1) либо «смешанное» (позиция 2); в случае смешанного возбуждения тумблером SA3 устанавливается «согласное» (позиция 1) либо «встречное» (позиция 2) включение.

Цепи возбуждения врубаются выключателем SA1.

Нагрузка осуществляется поочередным включением выключателей SA4, SA5, SA6, SA7, SA8.

Из схемы (рис. 1.8) видно, что при выключении нагрузки цепь обмотки возбуждения L2 (сериесная) разомкнута, потому опыт Генераторы постоянного тока холостого хода проводится только для генератора с параллельным возбуждением.

Реостат R6 позволяет плавненько выводить нагрузку до нуля и закоротить цепь обмотки возбуждения.

Ток в обмотке возбуждения L1 (шунтовая) измеряется амперметром РА1, ток нагрузки – амперметром РА2, напряжение – вольтметром PV.

Ток якоря Iя=Iв+Iн.


Рис. 1.8. Схема лабораторного щита для исследования генератора неизменного тока

Методика Генераторы постоянного тока выполнения лабораторной работы

1. Запишите паспортные данные генератора.

2. Растолкуйте предназначение частей схемы (см. рис. 1.8).

3. Снимите характеристику холостого хода генератора.

При всем этом ток возбуждения Iв с помощью регулировочного реостата R1 повышайте ступенями от нуля (цепь возбуждения разомкнута) до Iв=Iв max, а потом уменьшайте ток возбуждения ступенями до нуля.

При Генераторы постоянного тока токе возбуждения Iв=0 ЭДС Е¹0, потому что машина обладает остаточным магнетизмом. Восходящая и нисходящая кривые не совпадут вместе из-за явления гистерезиса (см. рис. 1.3).

Приобретенные данные запишите в табл. 1.6

Таблица 1.6

№ измерения Iв, А Е, В (повышение) Е, В (уменьшение)
× × ×

4. Снимите наружные свойства генератора при разных видах Генераторы постоянного тока возбуждения (параллельное, смешанное согласное, смешанное встречное).

Для этого в режиме холостого хода установите номинальное напряжение U=Uн. Избрать и подключить подходящий вид возбуждения (тумблеры SA2, SA3, выключатель SA1). Ток нагрузки наращивать ступенями, подключая нагрузочные реостаты R2...R6. выключателями SA4...SA8. Последний застыл произведите при закороченной наружной цепи (вывести реостат R6), т Генераторы постоянного тока.е. Iя= Iк.з., при всем этом U=0.

Приобретенные данные генератора параллельного возбуждение запишите в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Iн, А
U, В

Приобретенные данные генератора смешанного согласного возбуждение запишите в табл. 1.8.

Таблица 1.8

Iн, А
U, В

Приобретенные данные генератора смешанного встречного возбуждение запишите в табл. 1.9.

Таблица 1.9

Iн, А Генераторы постоянного тока
U, В

5. Снимите регулировочные свойства генератора при разных видах возбуждения.

Напряжение во время опыта поддерживайте неизменным с помощью регулировочного реостата R1. (В связи с особенностями лабораторных щитов при выполнении п. 5 рекомендуется установить напряжение ниже номинального на 20 – 25%.)

Приобретенные данные генератора параллельного возбуждение запишите в табл. 1.10.

Таблица 1.10

Iн, А
Iв, А

Приобретенные данные генератора Генераторы постоянного тока смешанного согласного возбуждение запишите в табл. 1.11.

Таблица 1.11

Iн, А
Iв, А

Приобретенные данные генератора смешанного встречного возбуждение запишите в табл. 1.12.

Таблица 1.12

Iн, А
Iв, А

6. По данным табл. 1.6…1.12 постройте характеристику холостого хода, наружные и регулировочные свойства. Наружные и регулировочные свойства для различных видов возбуждений строить в одной Генераторы постоянного тока системе координат.

7. Проанализируйте приобретенные кривые, и разъяснить их ход.

8. Высчитайте:

а) ток якоря генератора параллельного возбуждения при номинальной нагрузке: Iя=Iн+ Iвн;

б) номинальную мощность генератора: Pн=UнIн;

в) изменение напряжения генераторов параллельного и смешанного возбуждений при номинальной нагрузке, воспользовавшись наружными чертами:

;

г) мощность на валу первичного мотора генераторов Генераторы постоянного тока параллельного и смешанного возбуждений:

(механические и магнитные утраты составляют 4% от Pн);

д) коэффициент полезного деяния генератора: .

9. Сделайте и запишите выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Растолкуйте принцип деяния генератора неизменного тока и предназначение его главных частей.

2. Растолкуйте предназначение щеточно-коллекторного узла.

3. Назовите условия самовозбуждения генератора.

4. От каких величин зависит напряжение на зажимах генератора Генераторы постоянного тока?

5. Какие системы возбуждения используются в генераторах неизменного тока?

6. Реакция якоря и её воздействие на работу генератора?

7. От каких величин зависит ЭДС, наводимая в якоре, величина противодействующего и электрического моментов?

8. Напишите уравнение электронного состояния для генератора.

Литература

[1, с. 386-464 с. 2, с. 332 – 359].

Лабораторная работа № 2


generalnij-plan-pospelovskogo-selskogo-poseleniya-elabuzhskogo-municipalnogo-rajona.html
generalnij-plan-poyasnitelnaya-zapiska-tom-1-materiali-po-obosnovaniyu-34-2011-pz-stranica-12.html
generalnij-plan-salaushskogo-selskogo-poseleniya-agrizskogo-municipalnogo-rajona-respubliki-tatarstan.html