Методические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей всех форм обучения Казань (стр. 5 из 7)
U = ƒ ( IН ), при IВ= const, n = const
а) возбудить генератор до UН = 120 В;
б) постепенно изменяя ток нагрузки генератора IН включением нагрузки
от 0 до номинальной величины, снять показания приборов для 5 точек и
записать в таблицу 2.
19
Таблица 2
| № п/п | IН, ( А ) | U, ( В ) | Примечание |
| IВ = const |
5. По данным опыта построить внешнюю характеристику: U = ƒ (IН ).
6. Снять регулировочную характеристику:
Опыт проводится при поддержании неизменном значении напряжения (равного 120В):
IВ = ƒ (IН ), при U = UН = const, n = const.
Изменяя нагрузку генератора реостатом от нуля до номинального значения, снять показания приборов (5 измерений).
Полученные данные записать в таблицу 3.
Таблица 3
| № п/п | IН, ( А ) | IВ, ( А ) | Примечание |
| U = const |
По данным опыта построить регулировочную характеристику: IВ = ƒ ( IН ).
Контрольные вопросы
1. Устройство и принцип действия генератора.
2. Уравнение электрического равновесия генератора.
3. Как можно изменить ЭДС в синхронных генераторах?
4. Что такое реакция якоря?
5. Почему генератор называется синхронным?
6. Формулы действующего значения ЭДС и частоты этой ЭДС синхронного генератора.
7. Объясните характер регулировочной характеристики генератора.
8. Объясните характер внешней характеристики.
МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Общие сведения
Машины постоянного тока подразделяются на генераторы постоянного тока и двигатели постоянного тока. Генератор постоянного тока представляет собой электрическую машину, в которой происходит процесс преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока. Двигатель постоянного тока – электрическая машина, в которой происходит процесс преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую.
Машины постоянного тока, как и все электрические машины, обратимы, т.е. они без существенных конструктивных изменений могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
20
Конструктивная схема машины постоянного тока показана на рис.14. Она имеет три основные части: статор (индуктор), якорь и коллектор.
Индуктор (1) - неподвижная часть машины, представляет собой полый литой стальной цилиндр из электротехнической стали – ярмо или станина, к которому с внутренней стороны болтами крепятся сердечники (полюса), на которых располагается обмотка возбуждения, подключаемая к щеткам.Помимо основных магнитных полюсов
Рис. 14. Конструктивная схема часто между ними крепятся дополнительные
машины постоянного тока дополнительные магнитные полюса, для
1 – индуктор, 2 – якорь, уменьшения эффекта реакции якоря (это
3 – коллектор уменьшает искрение коллектора).
Индуктор предназначен для создания основного магнитного поля.
Якорь (2) (вращающаяся внутренняя часть машины) представляет собой цилиндр, собранный из стальных листов. В пазах якоря уложена якорная обмотка.
На одном валу с якорем закреплен коллектор (3), который представляет собой полый цилиндр, составленный из отдельных медных пластин (ламелей), изолированных друг от друга и от вала якоря и электрически связанных с отдельными частями обмотки якоря. Назначение коллектора - механическое выпрямление переменных синусоидальных ЭДС в постоянное по величине и направлению напряжение, снимаемое во внешнюю цепь с помощью щеток, примыкающих к коллектору.
Классификация. В зависимости от способа возбуждения основного магнитного потока машины постоянного тока классифицируют на 2 типа: с независимым возбуждением (рис.15а) и самовозбуждением (рис.15 б, в, г)
 |
а б в г
Рис.15
ОВ - обмотка возбуждения, Я – якорь.
21
Обмотка возбуждения в машинах постоянного тока с независимым возбуждением питается от отдельного источника постоянного тока (от полупроводникового выпрямителя, аккумулятора или возбудителя - генератора постоянного тока).
В самовозбуждающихся машинах постоянного тока цепи якоря и индуктора электрически связаны, т.е. обмотка возбуждения питается от ЭДС якоря машины. В зависимости от электрической схемы соединения обмоток якоря и индуктора машины с самовозбуждением делятся еще на три типа: параллельного, последовательного и смешанного возбуждения (рис.15б, в, г).
ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Общие сведения
Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Якорь генератора вращается каким-либо первичным двигателем. В обмотку возбуждения подается ток от возбудителя, создающий основное магнитное поле машины. При вращении якоря проводники его обмотки пересекают магнитное поле полюсов и, согласно закону электромагнитной индукции в якоре наводится ЭДС, действующее значение которой равно:
Е = с·n·Ф, где c - постоянный коэффициент;
n - скорость вращения;
Ф - магнитный поток.
Напряжение на зажимах генератора определяется из уравнения электрического равновесия генератора:
U = Е – IЯ∙RЯ ( 2 )
где IЯ - сила тока якоря;
Е - ЭДС;
RЯ - сопротивление цепи якоря.
Работа генератора с самовозбуждением заключается в следующем: в магнитной системе машины (в полюсах, ярме) всегда имеется небольшой поток остаточного магнетизма (Фост), который при вращении якоря индуцирует в его обмотке небольшую ЭДС - Еост. Под действием этой ЭДС в обмотке возбуждения возникает ток, который при согласованном присоединении обмотки возбуждения к обмотке якоря усиливает поток Фост, что в свою очередь повышает наводимую в якоре ЭДС и увеличивает ток возбуждения. Процесс возрастания ЭДС будет проходить до тех пор, пока напряжение U на клеммах обмотки якоря не достигнет вполне определенного значения, зависящего от параметров генератора.
22
Характеристики генератора постоянного тока
Работа генератора постоянного тока оценивается следующими основными характеристиками: - характеристикой холостого хода, внешней и регулировочной.
Характеристика холостого хода (рис.16): Е = ƒ (IВ), при n = const и IН = 0, т.е. нагрузка от генератора отключена.
Так как при холостом ходе генератора постоянного тока ЭДС создается магнитным потоком машины:
Е = c·n·Ф, при n = const, Е = к·Ф ,
кривая зависимости ЭДС от магнитного потока может рассматриваться как Ф = ƒ(IЯ), т.е. кривая подобна кривой намагничивания магнитной цепи машины с характерными явлениями магнитного насыщения и остаточного магнетизма в сердечниках магнитной цепи. Характеристика генератора начинается от значения остаточной ЭДС – Еост.
С увеличением тока возбуждения IВ, ЭДС генератора возрастает, т.к. возрастает магнитный поток. При приближении к состоянию магнитного насыщения полюсов рост ЭДС замедляется. При обратном уменьшении тока возбуждения до 0 нисходящая ветвь кривой – 2 располагается несколько выше восходящей ветви - 1, что объясняется явлением гистерезиса магнитной цепи. С учетом этого явления изменять ток возбуждения в процессе снятия каждой ветви характеристики следует плавно в обоих направлениях.
Внешняя характеристика (рис.17). Внешняя характеристика генератора отражает зависимость напряжения на выходе (клеммах) генератора от тока нагрузки при неизменной скорости вращения и тока в цепи возбуждения (IВ):
U = ƒ ( IН ), при n = const, IВ = const
 |
Рис.16 Рис.17 Рис.18
В основе этой зависимости лежит уравнение электрического равновесия генератора ( 2 ). При увеличении нагрузки ( RН ), а следовательно, и тока
якоря (IЯ) напряжение на зажимах генератора постепенно уменьшается от трех причин: 1 - вследствие увеличения падения напряжения в цепи якоря;
2 - реакции якоря, оказывающей размагничивающее действие поля якоря на основное магнитное поле; 3 – при одновременном действии первых двух причин, что ведет к уменьшению тока возбуждения (IВ) (где IВ = U / RВ) и к
23
уменьшению Е в якоре, а, следовательно, к дополнительному снижению напряжения.
Процентное снижение напряжения, возникающее при переходе от режима холостого хода генератора к режиму номинальной нагрузки, составляет 12-20%.
Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика устанавливает зависимость между током возбуждения и током нагрузки при неизменных оборотах и постоянном напряжении на зажимах генератора (рис.18): IВ = ƒ(IН ), при U = const, n = const,
где IВ – ток возбуждения;
IН – ток нагрузки;
U – напряжение на клеммах генератора.
Регулировочная характеристика позволяет судить о том, каким образом и в каких пределах необходимо регулировать ток возбуждения, чтобы при изменении тока нагрузки напряжение на зажимах генератора оставалось неизменным.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Конструкцию и общие сведения о генераторах постоянного