147

Лабораторная работа № 8 Генератор постоянного тока Цель работы:

• ознакомиться с устройством, принципом действия, основными режимами работы генератора постоянного тока с независимым возбуждением;

• приобрестипрактические навыки пуска, эксплуатации и остановки генератора постоянного тока;

• экспериментально подтвердить теоретические сведения о характеристиках генератора постоянного тока.

Основные теоретические положения

Электрические машины постоянного тока могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т.е. обладают свойством обратимости.

Генератор постоянного тока — это электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока —электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую.

Общий вид электрической машины постоянного тока представлен на рис. 1.

Устройство электрической машины постоянного тока

Как и любая другая электрическая машина, машина постоянного тока состоит из неподвижной части — статора и вращающейся части —ротора 1, выполняющего функциюякоря, так как в его обмотках наводится ЭДС.

В статоре машины находится обмотка возбуждения, создающая необходимый магнитный поток Ф. Статор состоит из цилиндрической станины 2 (стальное литье, стальная труба или сваренная листовая сталь), к которой крепятся главные 3 и дополнительные 4 полюса с обмотками возбуждения. С торцов статор закрывают подшипниковые щиты 5. В них впрессовываются подшипники и укрепляется щеточная траверса с щетками 6.

Якорь состоит из цилиндрического пакета (набранного из лакированных листов электротехнической стали для ослабления вихревых токов). В пазы сердечника якоря укладывается обмотка, соединенная с коллектором7; все это закрепляется на валу якоря.

Рис. 1

Принцип действия

Простейшую электрическую машину можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 2,а,б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Рис. 2

Принцип работы электрической машины основан на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим принцип работы электрической машины в режиме генератора. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя (ПД). Виток пересекает магнитное поле, и в нем по закону электромагнитной индукции наводится переменная ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него - к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя щетка - отрицательным. При повороте витка на 180⁰ проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменится на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя пластина—с верхней щеткой, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т.е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Для уменьшения пульсаций в генераторе постоянного тока вместо одной катушки по окружности якоря размещается несколько равномерно разнесенных обмоток, которые образуют обмотку якоря, и присоединяются для изменения полярности ЭДС к коллектору, состоящему из большего числа сегментов. Поэтому ЭДС в цепи между выводами щеток пульсирует уже не так сильно, т.е. получается практически постоянной.

Для этой постоянной ЭДС справедливо выражение

Е=с₁Фn ,

где с₁—коэффициент, зависящий от конструктивных элементов якоря и числа полюсов электрической машины;Ф— магнитный поток;n— частота вращения якоря.

При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток i = I_я, направление которого совпадает с направлением ЭДС (см. рис. 2,б). По закону Ампера взаимодействие тока iи магнитного поляВсоздает силуf, которая направлена перпендикулярноВиi. Направление силыfопределяется правилом левой руки: на верхний проводник сила действует влево, на нижний—вправо. Эта пара сил создает вращающий моментМ_вр, направленный в данном случае против часовой стрелки и равный

М=с₂ФI_я.

Этот момент противодействует моменту привода, т.е. является тормозящим моментом.

Ток якоря I_явызывает в якорной обмотке с сопротивлениемR_япадение напряженияR_яI_я,так что при нагрузке напряжениеUна выводах щеток получается меньше, чемЭДС, а именно

U = E – R_яI_я.