Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова»

В.М.Коротких, Ю.А. Квашнин, Т.М. Халина, М.В. Халин,

Г.П. Суворова

Учебно - методические материалы

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО

ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ

(электрические машины постоянного тока)

Барнаул 2010

УДК 621.3

В.М.Коротких, Ю.А. Квашнин, Т.М. Халина, М.В.Халин, Г.П.Суворова. учебно-методические материалы к лабораторным работам по электротехнике и электронике (электрические машины постоянного тока)/ Алт. гос. техн. ун-т им. И.И.Ползунова.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010.- 35 с.

В работе представлены учебно-методические материалы для выполнения лабораторных работ по электрическим машинам постоянного тока, а также теоретические сведения и тестовые задания.

Учебно-методические материалы предназначены для студентов неэлектротехнических специальностей.

Рассмотрены и одобрены на заседании

кафедры общей электротехники

Протокол № 5 от 29.01.2 010 г.

Рецензент: Заведующий кафедрой электрификации и автоматизации сельского хозяйства Алтайского государственного аграрного университета, доктор техн. наук, профессор А.А. Багаев

ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Приступая к выполнению цикла лабораторных работ, студенты проходят вводный инструктаж на рабочем месте у преподавателя, ведущего занятия, о чем делается соответствующая запись в журнале по технике безопасности за подписями студентов и преподавателя.

2. Лабораторные работы выполняются фронтальным способом на универсальных стендах.

3. Каждый стенд имеет выключатель, позволяющий обесточить электрооборудование стенда. Кроме того, все стенды могут быть отключены общим рубильником, отключающим электрическое питание, поступающее в лабораторию.

4. В лаборатории запрещается курить, сорить, громко разговари­вать, находиться в верхней одежде, без нужды переходить с места на место и загромождать рабочие места посторонними предметами.

5. Перед выполнением лабораторной работы каждому студенту необходимо чётко уяснить цель и задачи работы, ознакомиться с описанием лабораторной установки и порядком выполнения работы, знать правила эксплуатации используемых в работе приборов и устройств.

6. Запрещается включать цепь и приступать к измерению без предварительной проверки преподавателем всех соединений. Студент должен рассказать преподавателю о назначении приборов цепи, объяснить в каком порядке будут проводиться опыты и каким образом будут устанавливаться их необходимые режимы.

7. Категорически запрещается при включенном стенде произ­водить какие-либо присоединения отдельных элементов цепи или подсоединение новых элементов проводниками.

8. В случае каких-либо пересоединений в цепи, она должна быть вновь проверена преподавателем.

9. Не касаться руками контактов и зажимных клемм стендов, не будучи убежденными, в отсутствия напряжения. При включенном питании стенда категорически запрещается прикасаться к клеммам стенда, к штангам и обмоткам реостатов. .

10. Регулировку реостатов производить плавно и только, с помощью пластмассовой ручки реостата.

11. Операции переключения и регулирования производить только одной рукой, не прикасаясь при этом к корпусу стенда.

12. В случае короткого замыкания или других повреждений в стен­де необходимо быстро отключить питание путем перевода переключателя в положение "Откл".

13. Всегда помнить, что в схемах, содержащих индуктивности и емкости, напряжение на отдельных участках цепи может значитель­но превышать напряжение на входе. Следить, чтобы напряжение и токи в цепи не превышали допустимых.

14. Измерения напряжений с помощью переносного вольтметра можно производить только при хорошо изолированных проводниках.

15. Все коммутационные переключения, а также их последователь­ность производить согласно данным рекомендациям в методических указаниях.

16. При включении рубильника, подающего напряжение к стенду, каждый раз предупреждать об этом товарищей по работе.

17. При обнаружении поломки оборудования или неисправности в работе стенда, вызвать лаборанта или преподавателя.

I8. Запрещается оставлять без надзора установки, приведенные в рабочее состояние.

19. По окончании эксперимента отключить питание электроустановки, согласно указаниям, приведенным в методических указаниях.

20. Лица, виновные в нарушении настоящих правил техники безопасности, от дальнейшего прохождения лабораторных работ отстраняются и подвергаются взысканиям в зависимости от степени и характера нарушения в административном или уголовном порядке.

21. Если нарушение студентом требований данной инструкции не повлекло за собой порчи лабораторного оборудования и не вызва­ло несчастного случая, такой студент проходит повторный вводный инструктаж в отделе охраны труда института и инструктаж на рабочем месте - у преподавателя; о чем далее делается соответствующая запись в журнале техники безопасности.

ОКАЗАНИЕ ДОВРАЧЕБНОЙ ПОМОЩИ ПРИ ПОРАЖЕНИИ ЧЕЛОВЕКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

1. При поражении человека электрическим током необходимо как можно быстрее освободить его от действия тока, так как от време­ни действия тока зависит тяжесть электротравм. Поэтому первым действием оказывающего помощь должно быть отключение того стенда (установки), которой касается пострадавший.

2. Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, оказать первую помощь пострадавшему: удобно уложить, расстегнуть одежду и создать приток свежего воздуха, дать понюхать нашатырный спирт, растереть и согреть тело.

3. В случае отсутствия дыхания у пострадавшего, помощь должна быть направлена на восстановление жизненных функций путем искусст­венного дыхания и наружного массажа сердца.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1. Изучить назначение и области применения машин постоянного тока.

2. Изучить конструкцию машин постоянного тока.

3. Изучить принцип действия машин постоянного тока.

4. Научиться читать паспорт машин постоянного тока.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Данная работа делается без включения лабораторных стендов. Электрические машины изучаются в разобранном виде.

2. При осмотре электрических машин и их отдельных частей не следует переставлять на другое место или ставить в неустойчивое положение, чтобы не вызвать падения частей машины. Падающая часть может причинить травму. Кроме того, при небрежном обращении можно повредить отдельные узлы машины.

ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ

1. С помощью настоящих методических указаний, макетов машин, плакатов изучить конструкцию принцип действия машин постоянного тока, преимущества, недостатки, области применения.

2. Записать паспортные (номинальные) данные, указанные на паспортном щитке машины.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Номер работы, название работы.

2. Цель работы.

3. Рисунки и краткое описание, поясняющие устройство, принцип действия машины.

4. Уравнения, необходимые для объяснения принципа действия машины.

5. Преимущества, недостатки, области применения машин посто­янного тока.

Отчет должен быть оформлен в соответствии с действующими стандартами. Рисунки и схемы чертить с помощью чертежного инстру­мента. На титульном листе указать номер, название работы, группу и фамилию студента.

Каждый студент защищает работу по своему отчету.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Охарактеризовать назначение, преимущества, недостатки и области применения машин постоянного тока (МПТ).

2. В чем заключается принцип обратимости электрических машин?

3. Объяснить конструкцию, назначение отдельных элементов машины постоянного тока.

4. Из какого материала изготавливается станина в машине пос­тоянного тока?

5. Почему сердечник якоря собирают из отдельных листов стали?

6. Для чего предназначены основные полюса? Какова роль полюсных наконечников?

7.Объяснить назначение, конструкцию щеточно-коллекторного узла.

8. Объяснить принцип действия машины постоянного тока, работающей в режиме генератора.

9. Объяснить принцип действия МПТ, работающей в режиме двигателя.

10. Объяснить назначение, принцип действия щеточно-коллекторного узла МПТ, работающей в режиме генератора.

11. Объяснить назначение, принцип действия щеточно-коллекторного узда МПТ, работавшей в режиме двигателя.

12. Какая по величине и направлению э.д.с. наводится в обмотках якоря в генераторном и двигательном режимах?

13. Что представляет собой электромагнитный момент в двига­тельном и генераторном режимах? Какова его величина и направле­ние?

14. Что такое “искрение на коллекторе”, причины его возник­новения. Почему недопустимо “искрение на коллекторе”, и какие меры применяются для борьбы с искрением.

15. Какова роль дополнительных полюсов?

16. Какие вы знаете номинальные величины машины постоянного тока?

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Машины постоянного тока - электромеханические устройства, используемые в качестве двигателей, в которых электрическая энер­гия постоянного тока преобразуется в механическую энергию, и генераторов преобразующих механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока.

Применение двигателей постоянного тока обусловлено их существенными преимуществами перед электродвигателями других типов: они позволяют плавно и глубоко регулировать скорость вращения, создавать большой пусковой момент. Это определило их широкое использование в качестве тяговых двигателей на электрическом транспорте, для привода различного оборудования.

Следует отметить, что первый электродвигатель был двигателем постоянного тока, изобретенный и изготовленный нашим соотечественником Б.C. Якоби (1838г.).

Генераторы постоянного тока применяются для питания электролитических ванн, зарядки аккумуляторов, высококачественной сварки и т.д.

Машины постоянного тока выпускаются на различные мощности: от 6000 кВт - для прокатных станков, до долей ватт - микро - машины для схем автоматики.

Наибольшее распространение имеют машины, выполняемые на напряжение до 1000 В, хотя в специальных типах машин напряжение может составить 30 кВ и выше. В транспортных и т.п. установках устройства постоянного тока имеют низкое напряжение (6 - 12 В). Низкое напряжение имеет также сварочные генераторы и генераторы для электролиза (20 - 70В).

Частота вращения машины постоянного тока колеблется в широ­ких пределах: от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту.

Промышленность выпускает электрические машины двух категорий:

1) общего применения, 2) специализированного назначения. Машины общего применения создаются в виде серий с заранее установ­ленной шкалой скоростей вращения и мощностей. В настоящее вре­мя в нашей стране широко применяются машины постоянного тока серии П. Создана также новая единая серия 2П, которая имеет более высокие показатели по сравнению с серией П.

УСТРОЙСТВО МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА И НАЗНАЧНИЕ ИХ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Машины постоянного тока состоят из неподвижной части –статора и вращающейся части - якоря с щеточно-коллекторным узлом (устройства).

На рис. 1 представлена машина постоянного тока (МПТ).

Статор предназначен для создания магнитного поля и сос­тоит из станины 1, на внутренней поверхности которой укреплены полюсы 2 с полосными наконечниками 3 и катушками 4, образующими обмотку возбуждения машины. Между основными полюсами находятся добавочные полюса 5 со своими катушками 6. К торцам станины 1 прикреплены подшипниковые виты с подшипниками, в которых вращается вал якоря 13.

Станина 1 является элементом магнитной цепи машины и одновременно служит основанием для крепления всех частей машины. Она изготавливается из стали или чугуна, в которых сочетаются высокая механическая прочность с большой магнитной проницаемостью.

Полюсы 2 набираются из листов электротехнической стали (также, как и станина с большой магнитной проницаемость) тол­щиной порядка 0,5 мм и изолированных друг от друга лаком. Заканчиваются полюса расширенной частью - полюсными наконечниками 3, которые позволяют уменьшить величину магнитного сопротивления участка воздушного зазора, так как увеличивают площадь прохождения магнитного потока через зазор, образованный полюсными наконечниками и магнитопроводом якоря.

Катушки 4 (наматываются медным или алюминиевым проводом) образует обмотку возбуждения машины. Постоянный ток, пропускае­мый по катушкам, возбуждает магнитное поле.

Рисунок 1

Дополнительные полюса 5 устанавливаются между главными полюсами 2 по линиям геометрической нейтрали и предназначены для улучшения коммутации машины. Для этого катушку 6 добавоч­ных полюсов включают последовательно в цепь якоря.

Якорем (8) называют подвижную часть машины, в обмотке (9) которой, при вращении её в магнитном поле машины, индуцируется э.д.с. Якорь (8) барабанного типа - зубчатый цилиндр, набирается из листов электротехнической стали изолированных, друг от друга лаком(для уменьшения потерь на вихревые токи) с большой магнитной проницаемостью, следовательно, с малым магнитным сопротивлением магнитному потоку Ф. В пазах якоря укладывается обмотка якоря (9), выводы которой подсоединены к коллектору (10). Якорь и коллектор укрепляются на валу (l3)

Щёточно-коллекторный узел (устройство) осуществляет скользящий контакт внешней цепи с вращающейся обмоткой якоря, а также:

а) в режиме генератора преобразует периодическую (пере­менную) э.д.с., индуцируемую в обмотке якоря, вращающемся в магнитном поле машины, в э.д.с. одного направления (постоянную) на щетках.

б) в режиме двигателя щеточно-коллекторный узел обеспе­чивает постоянство направления вращения якоря.

Коллектор (10) - полый цилиндр, набранный из медных пластин (ламелей) трапецеидального сечения и изолированных друг от друга, а также от вала. Каждая пластина коллектора имеет короткий выступ, к которому припаивают проводники, соединенные с витками обмотки якоря. Коллектор укрепляется на валу якоря и вращается вместе с якорем.

Щётки (11) относительно статора неподвижны. Они укреплены в щеткодержателях, прижимаются к коллектору пружинами, располагаются на геометрических нейтралях ГН машины и скользят по коллектору во время работы машины. Щетки бывают графитовые и медно- графитовые.

Наличие щеточно-коллекторного узла усложняет конструкцию, повышает стоимость, уменьшает надежность машин постоянного тока по сравнению с электрическими машинами других типов. Все это составляет общий недостаток машин постоянного тока, ограничивающий область их применения.

На валу машины со стороны, противоположной коллектору, ук­реплен вентилятор центробежного типа, который, прогоняя воздух, обеспечивает охлаждение машины (на рисунке 1 вентилятор не показан).

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимость.

А. Режим генератора

Работа генератора основана на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле перпендикулярно магнитному потоку, индуцируется э.д.с.

е = B L v

где B - магнитная индукция, L - активная длина проводника, v- линейная скорость проводника.

На рисунке 2 показана простейшая модель генератора постоянного тока, в якоре которого имеется всего один виток, представленный в виде двух проводников ab-cd (сердечник якоря не показан на рисунке). Коллектор в этом случае состоит из двух полуколец, к ко­торым подсоединены выводы витка.

На рисунке 3 представлена схема генератора.

Допустим, якорь машины, следовательно, и закрепленный в нем виток ab-cd приведен во вращение в направлении движения часовой стрелки с постоянной скоростью  (n). Проводники будут пересекать магнитные линии поля статора и в них наведется э.д.с. Направление действия э.д.с. может быть определено по известному правилу правой руки (рисунок 2). Применяя это правило, в рассматриваемом случае видим, что в проводнике ab, движущемся в зоне северного полюса N, направление э.д.с. будет от “а” к “в”. В проводнике cd, движущемся в зоне южного пояса S, от “d” к “с”. То есть противоположное. Следовательно, направление э.д.с. в проводниках меняется при переходе проводника из зоны одного полюса в зону другого полюса.

При синусоидальном распределении магнитной индукции В, э.д.с. в витке также изменяется по закону синусоиды (рисунок 5). В момент перехода проводников через геометрическую нейтраль э.д.с. в них наводиться не будет, так как они лишь скользят вдоль магнитных линий, а не пересекают их. Но, так как вместе с витком вращается коллектор, а щётки неподвижны, то с правой щёткой машин, изображенных на рисунке 2,4 при указанных направлениях вращения якоря, всегда соединён проводник, находящийся под южным полюсом, э.д.с. которого направлена к щётке.

С левой щёткой всегда соединён проводник, находящийся под северным полюсом, э.д.с. которого направлена от щётки. В результате полярность щёток остаётся неизменной, следовательно, остаётся неизменным направление э.д.с. на щётках ещ (рисунок 6) и напряжение на зажимах генератора U

Таким образом, щёточно-коллекторный узел выполняет очень важную роль в машине постоянного тока, работающей в режиме генератора – преобразует переменную э.д.с., индуцируемую в обмотке якоря, в постоянную на зажимах. То есть, выполняет функции выпрямителя.

В реальном генераторе обмотка якоря состоит из большого числа витков, присоединённых в этом случае к соответствующему числу коллекторных пластин. За счёт этого пульсации э.д.с. на щётках уменьшатся. Поэтому э.д.с. на щётках и напряжение на зажимах генератора можно считать постоянным не только по направлению, но и по величине.

Для машин постоянного тока э.д.с. определяется выражением: E=Cе Ф n,

где Cе– постоянный коэффициент, Ф – магнитный поток, n=60   - частота вращения, угловая скорость,

Поскольку в работающем генераторе с подключенной нагрузкой по проводникам якоря проходит ток, а якорь находится в магнитном поле, то на каждый проводник будет действовать электромагнитная сила, направление которой определяется известным правилом левой руки. Эта сила, как показано на рисунке 2, направлена против направления вращения генератора. Поэтому сила Fпр и вызванный ею момент Мпр получили название в генераторе постоянного тока – противодействующих (рисунок 2,3).

В. Режим двигателя

Двигатель предназначен для приведения в движение механизма, а значит преодоления его противодействующего момента Мпр. Для этого электрическая энергия от внешнего источника питания подводится к его обмоткам якоря и возбуждения.

На рисунке 7 изображена упрощённая модель двигателя постоянного тока, на рисунке 8 – его схема.

По обмотке возбуждения проходит ток возбуждения Iв и создает основное магнитное поле машины.

Таким образом, щёточно-коллекторный узел выполняет очень важную роль в машине постоянного тока, работающей в режиме генератора – преобразует переменную э.д.с., индуцируемую в обмотке якоря, в постоянную на зажимах. То есть, выполняет функции выпрямителя.

В реальном генераторе обмотка якоря состоит из большого числа витков, присоединённых в этом случае к соответствующему числу коллекторных пластин. За счёт этого пульсации э.д.с. на щётках уменьшатся. Поэтому э.д.с. на щётках и напряжение на зажимах генератора можно считать постоянным не только по направлению, но и по величине.

Для машин постоянного тока э.д.с. определяется выражением: E=Cе Ф n,

где Cе– постоянный коэффициент, Ф – магнитный поток, n=60   - частота вращения, угловая скорость,

Поскольку в работающем генераторе с подключенной нагрузкой по проводникам якоря проходит ток, а якорь находится в магнитном поле, то на каждый проводник будет действовать электромагнитная сила, направление которой определяется известным правилом левой руки. Эта сила, как показано на рисунке 2, направлена против направления вращения генератора. Поэтому сила Fпр и вызванный ею момент Мпр получили название в генераторе постоянного тока – противодействующих (рисунок 2,3).

Ф=Фo+Фв

где Фо - остаточный магнитный поток машины, сохранившийся от его предыдущей работы, Фв=Iв*Wв/Rм магнитный поток, созданный током Iв обмотки возбуждения (ОВ) полюсов, Wв - число витков обмотки возбуждения, Rм - магнитное сопротивление.

Ток Iя в проводниках якоря создает магнитное поле якоря. Известно, что на проводник с током действует электромагнит­ная сила ,

F=L B I_я

где L- активная длина проводника обмотки якоря,

I_я - ток в проводнике якоря,

B - магнитная индукция.

Направление действия силы F определяется известным прави­лом левой руки (рисунок 7).

Взаимодействие магнитного поля статора, созданного полюсами машины и магнитного поля якоря, созданного токами в проводниках якоря, создает вращающийся момент двигателя Мвр (рисунок 7,8), определяемый как:

Мвр=См Ф I_я

где См- постоянный коэффициент.

Таким образом, электромагнитный момент машины пропорционален магнитному потоку и току якоря.

Направление Мвр совпадает с направлением действия силы (рисунок 7).

Благодаря щёточно-коллекторному узлу, подводимый постоянный ток в проводниках обмотки якоря меняет направление, когда при вращении якоря они переходят в другую параллельную ветвь, то есть, попадают в пространство под другим полюсом. Таким обра­зом, направление тока в проводниках обмотки якоря, находящихся под данным полюсом, остается неизменным, следовательно, остает­ся неизменным направление момента Мвр и скорости вращения  (n) ( рисунок 7,8).

При вращении якоря двигателя проводники его обмотки пересе­кают магнитный поток машины (полюсов) и в них индуцируется э.д.с. Е , направление которой определяется известным правилом правой руки. Видим, что в каждом проводнике обмотки якоря ток и э.д.с. направлены навстречу друг другу. Поэтому э.д.с. якоря дви­гателя называют противодействующей э.д.с. (противо - э.д.с. ).

При работе машины постоянного тока в месте контакта щеток и вращающегося коллектора может возникнуть искрение - искровой или дуговой разряд, появляющийся при размыкании цепи постоянного тока, обладающей индуктивностью.

Разрыв в цепи тока якоря при переходе щетки с одной пласти­ны (ламели) коллектора на другую или при отрыве щетки от коллек­тора из-за недостаточно ровной поверхности контакта, приводит к появлению значительного напряжения между щеткой и коллектором, которое вызывает пробой воздушного промежутка между краями щеток и коллектором – искрение. Искрообразование ведет к разрушению коллектора и щеток, так как электрическая искра обладает высокой температурой. Увеличивается переходное сопротивление скользящего контакта, начинается местный нагрев, что вызывает дальнейшее раз­рушение щеточно-коллекторного перехода. Кроме того, искрение создает радиопомехи. Оно недопустимо при работе машины во взрывоопас­ных средах.

Для борьбы с искрением необходимо:

1) следить за поверхностью коллектора, не допускать неров­ностей цилиндрической поверхности, образованной пластинами (ламелями); следить за качеством закрепления щеток в щеткодержателях; следить за правильностью выбора пружин, прижимающих щетку к коллектору; не допускать вращения якоря в направлении обратном, указанному на машине, так как при этом щетки могут неплотно прижиматься к кол­лектору;

2) принимать меры к уменьшению э.д.с., наводимой в контуре образованном секцией обмотки якоря и замыкающей соседние пластины (ламели) коллектора, щеткой. Эта э.д.с. наводятся при движении сек­ций в магнитном поле, и вызывает ток секции в момент ее замыкания щеткой. При дальнейшем движения якоря секция размыкается - щетка перестает замыкать соседние пластины коллектора, то есть, происхо­дит разрыв цепи, в которой существует ток секции и возникает искре­ние. Для устранения искрения по этой причине в магнитной цепи с по­мощью дополнительных полюсов создают магнитное поле, равное по величине и противоположное по направлении полю токов якоря. Благодаря этому суммарная э.д.с. в коммутируемом контуре равна нулю и искрения не будет. Для этого дополнительные полюсы устанавли­ваются на геометрических нейтралях машины так, чтобы магнитный поток, созданный ими, был направлен навстречу потоку якоря. Катушки возбуждения добавочных полюсов включают последовательно в цепь, так что с ростом тока якоря увеличивается поток поля якоря и противоположный ему поток поля добавочных полюсов.

НОМИНАЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

Номинальным режимом работы электрической машины называется режим работы при условиях, для которых она предназначена изготовившим ее заводом.

Номинальный режим работы характеризуется величинами, обозна­ченными на заводском щитке машины и называемыми номинальными:

номинальная мощность, номинальное напряжение, номинальный ток и.т.д.

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы:

1. Ознакомиться с устройством и схемой включения генератора пос­тоянного тока независимого возбуждения.

2. Изучить влияние тока возбуждения и тока нагрузки на величину напряжения генератора.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ И ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

Работа выполняется по схеме, приведенной на рисунке 1. Стенд включают нажатием Ап в положение "включено". Асинхронный двигатель (АД), который вращает якорь генератора и тахогенератора (ТГ), включают нажатием кнопки "ПУСК" (К).

Величина тока возбуждения Iв, регулируется реостатом R2 и регистрируется амперметром РА7. Нагрузка генератора устанав­ливается реостатом R1. Амперметром РА6 измеряется ток якоря Iя Вольтметром PV4 измеряется напряжение на зажимах генератора.

При включенном питании категорически запрещается прикасаться к клеммам стенда, к штангам и обмоткам реостатов.

Регулировку производить только через подвижный движок (пластмассовая ручка) и осторожно.

При регулировке запрещается держаться за корпус стенда. В случае короткого замыкания или других нарушений режима работы установки необходимо отключить стенд, установив Ап в положе­ние “откл”.

ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ

1. Проверить исходное состояние переключателей и выключате­лей стенда:

2. УП-1 в положение - генератор

УП-2 в положение - генератор

УП-3 -"- - независимое

УП-4 -"- - звезда

трансформатор - отключен

АМПТ - отключен

АСД - отключен

АП - отключен

Т2 - отключен

Т4 - отключен

R1 - "I"

R2 - "2"

ПНО - "О"

2. Ознакомиться со схемой включения генератора (рисунок 1). Определить цену деления измерительных приборов и их назначение.

3. Снять характеристику холостого хода Е = f (Iя)

при Iя = 0, n = const.

а) включить стенд, для чего переключатель АП перевести в положение “включено”,

б) нажать кнопку "ПУСК" - К (включение АД).

в) по вольтметру РV4 записать остаточную ЭДС Ео при Т2, ПНО в положении “отключено” и внести в таблицу 1.

Таблица 1

Е (В)
Iв (А)

Рисунок 1

г) включить Т2, изменяя R2 (сопротивление в цепи возбужде­ния) от положения "2" до "I", снять зависимость Е = f (Iв) (Е по прибору PV4, Iя по PA7). Данные внести в таблицу 1 и пост­роить характеристику холостого хода.

4. Снять внешнюю характеристику U = f (Iя)

n = const, Iя = const.

а) поставить переключатели в следующие положения

ПНО - в "I" - включение нагрузки R1,

R1 - в "I",

R2 - в "I";

б) реостатом R2 установить ток возбуждения по амперметру PA7 равным 0,25 В:

в) изменяя R1, установить ток в цепи якоря 8 А. Если не устанавливается ток 8 А в цепи якоря, то увеличить ток возбуждения ;

г) снять зависимость U = f (Iя) от 8 А до 0 (записать 4 - 5 значений тока и напряжения). Данные внести в таблицу 2 и построить график U = f (Iя).

Таблица 2

U (B)
Iя (A)

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1. Номер работы, название работы.

2. Цель работы.

3. Краткие сведения из теории. Основные расчетные уравнения.

4. Схема генератора (рисунок 1).

5. Таблицы и результаты наблюдений.

6. Графики характеристик.

7. Выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как классифицируются генераторы постоянного тока?

2. Какие технические данные обычно указываются в справочной литературе на генераторы постоянного тока?

3. Объяснить устройство и принцип действия генераторов с независимым возбуждением.

4. Назвать преимущества, недостатки, области применения генерато­ров с независимым возбуждением.

5. Объяснить устройство и принцип действия генераторов с самовоз­буждением. Условия самовозбуждения генераторов с самовозбуждением.

6. Назвать преимущества, недостатки, области применения генераторов с самовозбуждением.

7. Объяснить характер характеристик холостого хода генераторов пос­тоянного тока. Какая точка характеристики соответствует номиналь­ному режиму работы генератора и из каких соображений она выбирается?

8. Объяснить характер внешней характеристики генератора.

9. Что такое регулировочная характеристика генератора? Как её получить опытным путем? Каково ее практическое значение?