И.И. Романенко Электрические машины и аппараты

30

5.2. Регулировочная характеристика

Это зависимость Iв = f(Iн) при неизменном напряжении на зажимах генератора и неизменной частоте вращения приводного двигателя. По данным табл. 4.1 построить на одном рисунке три регулировочных характеристики для генератора с параллельным и смешанным возбуждением встречного и согласованного включения обмоток возбуждения. Регулировочные характеристики выражают закон регулирования тока возбуждения, т.е. как необходимо менять ток возбуждения, чтобы напряжение оставалось неизменным.

6. Контрольные вопросы

1. Как можно получить постоянное напряжение на зажимах генератора?

2.Начертить принципиальные схемы генераторов различных типов возбуждения.

3.Каковы необходимые условия самовозбуждения шунтового генератора?

4.Начертить эскиз магнитной цепи 4-полюсной машины постоянного тока.

5.Что сделать, если при выведении реостата возбуждения шунтовый генератор не возбуждается?

6.Почему при одном и том же токе напряжение различно при различных токах возбуждения?

7.Как определить процентное изменение тока и напряжения при номинальной нагрузке?

8.Объяснить различие регулировочных характеристик при различных токах возбуждения.

9.Основные причины падения напряжения на зажимах якоря генератора.

10.Назначение основных частей машины постоянного тока.

11.Основные законы электротехники, на которых основан принцип действия генераторов постоянного тока.

Литература

[1,§ 14.1 – 14.3, 14.4 – 14.6, 14.12; 2, § 13.1 – 13.3, 13.5, 13.6, 13.8 – 13.10; 3, § 9.1 – 9.4, 9.6 – 9.10].

31

Лабораторная работа №5

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

Цель работы: изучение основных рабочих свойств двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, получение навыков управления пуском двигателя.

1. Описание установки

Объект исследования представляет собой установку из двух одинаковых машин постоянного тока, соединенных между собой с помощью муфты общим валом. Одна из них служит двигателем и испытывается в работе, а вторая работает в качестве генератора и создает тормозной момент на валу двигателя. Нагрузка в якорной цепи генератора дает возможность регулировать величину тормозного момента. Мнемоническая схема электрических машин постоянного тока приведена в левой части стенда.

На стенде имеются два амперметра с пределами 10 А, два амперметра для цепей возбуждения с пределами 1 А, два вольтметра с пределами 150 В, автомат АП–25–3Т для подачи постоянного напряжения на двигатель. Регулировочный реостат Rв1 для цепи возбуждения генератора, пусковой реостат для двигателя Rп и регулировочный реостат в цепи возбуждения двигателя Rв2.

2. Основные электрические величины двигателя постоянного тока

2.1. Электромагнитная сила

Выходной эл. величиной двигателя постоянного тока является эл. магнитный момент, вращающий якорь. Для возникновения эл. магнитного момента необходимо и достаточно наличие постоянного магнитного поля и обмотки якоря с током. Следовательно, в постоянном магнитном поле будет находиться проводник с током, на который действует эл. магнитная сила по закону Ампера:

где В – магнитная индукция (характеристика постоянного магнитного поля); l – длина проводника; Ia – ток якоря, протекающий по проводнику.

Таким образом, принцип действия двигателя постоянного тока основан на законе Ампера.

32

2.2. Эл. магнитный момент

Обмотка якоря представляет собой параллельные ветви с последовательно соединенными проводниками. Два последовательно соединенных проводника образуют секцию (рамку) обмотки, на которую будет действовать пара сил. Проводники или секции обмотки уложены в пазы сердечника якоря, который закреплен на валу. Следовательно, есть пара сил и диаметр сердечника якоря, что приводит к возникновению эл. магнитного момента:

висит от числа пар полюсов Р, количества активных проводников обмотки якоря N и числа пар параллельных ветвей а; Ф – магнитный поток в зазоре между полюсами и сердечником якоря.

Основное уравнение двигателя постоянного тока соответствует выражению (5.6), когда напряжение на зажимах двигателя уравновешенно противоЭДС и падением напряжения IaRa в цепи якоря.

3. Домашнее задание

3.1. Ознакомиться (по учебнику и конспекту лекций) с принципом работы двигателя постоянного тока, электромагнитными процессами в них и рабочими свойствами. Подготовить ответы на вопросы к работе.

3.2.По описанию ознакомиться с паспортными данными двигателя, стендом и расположением приборов.

3.3.Подготовить бланк отчета, в котором:

а) написать формулы противоЭДС, напряжения на якоре машины, электромагнитного момента двигателя, скорости вращения, по паспортным данным рассчитать номинальный момент;

б) начертить принципиальную схему включения двигателя с параллельным возбуждением и генератора, указав при этом включение реостатов, измерительных приборов;

в) записать номинальные данные двигателя; г) подготовить таблицы на 5–7 замеров для снятия регулировоч-

ной, скоростной характеристик и для расчета рабочих характеристик.

34

4. Лабораторное занятие 4.1. Собрать схему цепей двигателя и генератора постоянного тока

спусковым и регулировочным реостатами согласно рис.5.1.

4.2.Произвести пуск двигателя постоянного тока. В момент пуска регулировочный реостат в цепи возбуждения двигателя должен быть

полностью выведен, а пусковой – введен (положение рукоятки ″ стоп″ ). Затем плавно вывести рукоятку пускового реостата Rn в положение

″ход″ .

4.3.Произвести первый замер регулировочной характеристики (при снятии данной характеристики генератор не должен быть возбужден).

Рис. 5.1

4.4.Постепенно уменьшая ток возбуждения двигателя с помощью

Rв2, произвести еще 5–6 замеров. При этом необходимо следить, чтобы скорость вращения двигателя не превышала на 25 % номинальной, указанной в паспорте.

4.5.Возбудить генератор и установить на его зажимах номинальное напряжение с помощью Rв1.

35

4.6.Произвести первый замер скоростной характеристики. При этом ток нагрузки генератора должен быть равен нулю.

4.7.Постепенно увеличивая нагрузку, произвести еще 5–6 замеров. При этом напряжение на зажимах двигателя должно оставаться постоянным!

4.8.Данные по регулировочной и скоростной характеристикам занести в табл. 5.1.

4.9. Выключить нагрузку, двигатель, ввести пусковой реостат и разобрать схему.

5. Обработка результатов

5.1. Регулировочная характеристика

Это зависимость n = f(Iв) при неизменном напряжении на зажимах двигателя Uа = const и токе якоря Iа ≈ 0 (х.х. двигателя). Данную характеристику построить в координатной сетке, где по вертикали откладывать частоту вращения, а по горизонтали – ток возбуждения. Формула, объясняющая вид характеристики (нелинейная) и соотношение величин, имеет вид

где Сф – постоянная по магнитному потоку величина.

Согласно (5.12) характеристика является практически гиперболической, асимптотически приближаясь к осям, т.е. при Iв = 0 частота

36

вращения стремится к бесконечно большой величине и при Iв =∞ частота вращения стремится к бесконечно малой величине (″ ползучая″ скорость).

5.2. Скоростная характеристика

Под скоростной характеристикой понимают зависимость n = f(Iа) при неизменном напряжении Uа = const и сопротивлении регулировочного реостата Rв2 = const. При неизменном Rв2 ток возбуждения Iв будет также неизменной величиной. Формула (5.7) объясняет вид характеристики (линейная) и соотношение величин (например, с увеличением Iа обороты двигателя уменьшаются). Тогда зависимость n = f(Iа) можно представить в виде:

тоты вращения.

5.3. Рабочие характеристики

Это зависимость Р1, М1, η = f(Р2) при неизменном напряжении и сопротивлении регулировочного реостата. Графики необходимо строить на одном рисунке, имеющем координатную сетку. Зависимые переменные величины Р1, М1, η необходимо откладывать по вертикальным осям, а независимую переменную Р2 – по горизонтальной оси. Данные зависимости отражают рабочие свойства двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

6. Контрольные вопросы

1. В чем заключается принцип обратимости машин постоянного тока?

2.Как возникает вращающий момент в двигателе?

3.От чего зависит скорость вращения двигателя?

4.От чего зависит величина пускового тока двигателя?

5.Назначение пускового реостата.

6.Способы регулирования скорости вращения двигателя.

7.Почему нельзя пускать двигатель при полностью введенном регулировочном реостате?

37

8.Почему изменяется КПД двигателя при изменении нагрузки?

9.Для чего служит генератор в данной работе?

10.Как и почему происходит изменение скорости вращения при изменении момента нагрузки на валу двигателя.

Литература

[1, § 14.1, 14.2, 14.7 – 14.12; 2, § 13.1, 13.2, 13.5, 13.12 – 13.15; 2, § 9.1, 9.2, 9.11 – 9.21].

Лабораторная работа № 6

Синхронный генератор

Цель работы: ознакомление с конструкцией синхронной машины, принципом действия синхронного генератора, снятие и изучение характеристик.

1. Описание установки

В качестве синхронного генератора используется 4-полюсная машина с номинальным напряжением (линейное) 220 В при токе возбуждения 4 А. Обмотка якоря синхронного генератора соединена на звезду. Генератор приводится во вращение двигателем постоянного тока. Нагрузкой для генератора является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, который соединен с генератором постоянного тока.

Таким образом, установка содержит две пары: одна – двигатель постоянного тока и синхронный генератор; другая – трехфазный асинхронный двигатель и генератор постоянного тока.

2. Основные электрические величины

2.1. Принцип действия синхронного генератора основан на законе электромагнитной индукции. Величина ЭДС, наведенная в обмотке якоря, равна:

где Се – постоянная по ЭДС величина; Ф – Магнитный поток от обмотки возбуждения индуктора.

38

2.2. ЭДС в фазах А, В и С

ÅÀ = Emsinω t , EB = Emsin(ω t – 1200), EC = Emsin(ω t + 1200) . (6.2)

Выражения (6.2) представляют симметричную систему ЭДС, каждая из которых изменяется по синусоидальному закону. Форма изменения ЭДС зависит от распределения магнитной индукции в зазоре между якорем и индуктором, т.е. для того, чтобы ЭДС в каждой фазе изменялась по синусоидальному закону, необходимо, чтобы и магнитная индукция изменялась по тому же закону. Синусоидальность распределения магнитной индукции достигается в синхронных генераторах за счет формы наконечников полюсов индуктора (генератор с явно выраженными полюсами) или больших зубцов на индукторе (генератор с неявновыраженными полюсами).

Угол сдвига между ЭДС ЕА, ЕВ и ЕС, равный 1200, достигается за счет соответствующего расположения фаз обмотки индуктора.

Угловая частота вращения вектора ЭДС ω зависит от числа пар полюсов и частоты вращения индуктора. Например, если р = 2, то индуктор должен вращаться с n = 1500 об/мин.

2.3. Циклическая частота

где Р – число пар полюсов индуктора.

В четырехполюсном генераторе (Р = 2) для получения частоты f

=50 Гц необходимо вращать индуктор со скоростью 1500 об/мин.

2.4.Фазные напряжения

Данные равенства выполняются в том случае, если падение напряжения в фазах имеет небольшую величину. Тогда UА= UВ= UС= UФ.

2.5. Линейное напряжение

Линейное напряжение больше фазного на 3 , так как обмотка якоря соединена на звезду.

где Uа – напряжение на зажимах двигателя постоянного тока; I1дв – ток двигателя; η дв – КПД двигателя (паспортная величина).

Выражение (6.6) следует из того, что приводом синхронного генератора является двигатель постоянного тока. Поэтому мощность, снимаемая с вала двигателя (Р2дв = UаI1двη дв), равна мощности на входе генератора, т.е. подводимой мощности Р1. С увеличением нагрузки на генераторе растет величина I1дв. При этом напряжение на зажимах двигателя необходимо поддерживать неизменной величиной.

где РА, РВ, РС – мощности, измеренные комплектом К – 505 в фазах синхронного генератора.

где IА, IВ, IС – токи, измеренные комплектом К – 505 в фазах синхронного генератора.

2.9. КПД синхронного генератора

Р1

3. Домашнее задание

3.1. Изучить (по учебнику и конспекту лекций) устройство синхронных машин, способы и основные схемы возбуждения синхронного генератора, электромагнитные процессы, проходящие в нем, принцип действия синхронного генератора.

3.2. Ознакомиться со стендом, паспортными данными синхронного генератора, измерительным комплектом К – 505.