Лабораторная работа Исследование принципа действия генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Цель работы. 1. Получить характеристику холостого хода.

2. Испытать генератор в нагрузочном режиме и определить изменение напряжения (в про­центах) на зажимах машины при переходе от номинальной нагрузки к режиму холостого хода.

Общие теоретические положения. Генератор постоянного тока является машиной, которая служит для преобразования механической энергии в элек­трическую. Работа генератора основана на явлении электромагнитной индук­ции. Основными частями генератора являются якорь с расположенной на нем обмоткой и главные полюсы, на которых помещается обмотка возбуждения. Пропущенный через обмотку возбуждения постоянный ток создает магнит­ный поток между полюсами. Помимо главных полюсов в машинах повышенной мощности устанавливаются дополнительные полюсы меньших размеров, пред­назначенные для улучшения работы машины. На валу якоря укрепляется кол­лектор, который служит для выпрямления тока и отвода его при помощи не­подвижных щеток во внешнюю сеть.

Если обмотки возбуждения получают питание от этого же генератора, то он называется генератором с самовозбуждением. Генератор, у которого обмот­ки возбуждения присоединяются к зажимам якоря параллельно, называется генератором параллельного возбуждения. Ток якоря Iя=I+1в, где I — ток нагрузки; Iв, — ток возбуждения, составляющий всего 1—5% от но­минального тока Iном машины.

Для самовозбуждения этого генератора необходимо, чтобы магнитный по­ток, создаваемый током возбуждения, совпадал по направлению с потоком ос­таточной индукции. Если оказывается, что генератор не возбуждался, то не­обходимо изменить направление тока Iв в обмотке возбуждения. Однако самовозбуждение генератора может не произойти и по другим причинам, а именно: из-за отсутствия остаточной намагниченности главных полюсов, обрыва цепи возбуждения, повышенного сопротивления цепи возбуждения, загрязнения коллектора, неправильного положения щеток на коллекторе, а также из-за недостаточной частоты вращения якоря.

При вращении якоря в неподвижном магнитном поле машины в обмотке якоря наводится переменная ЭДС, которая с помощью коллектора и щеток преобразуется в ЭДС постоянного направления Е=CепФ, где Cе — посто­янная величина для данной машины, п — частота вращения якоря, Ф — маг­нитный поток окало одного полюса. Из этой формулы следует, что ЭДС, наводимая в обмотке якоря, вращаемого с постоянной частотой, зависит только от магнитного потока около полюсов или от возбуждающего его тока Iв. Зависимость Е= f(Iв), снятая при постоянной частоте вращения якоря и при отсутствии нагрузки генератора (холостом ходе), называется характе­ристикой холостого хода (рис.10.1).

Рис 10.1

Рис 10.2

При нагрузке генератора с параллельным возбуждением напряжение его меняется в зависимости от тока нагрузки. Это происходит из-за падения на­пряжения в обмотке якоря и переходном контакте щеток вследствие уменьше­ния магнитного потока, вызнанного действием реакции якоря. Под действием этих причин напряжение генератора с нагрузкой уменьшается. Ток возбужде­ния при постоянном сопротивлении цепи возбуждения пропорционален напря­жению на щетках якоря. Поэтому с уменьшением напряжения на якоре ток возбуждения также уменьшается, что приведет к уменьшению магнитного по­тока около полюсов, а это, в свою очередь, вызовет дополнительное уменьше­ние ЭДС и напряжения на зажимах генератора.

Зависимость напряжения U нерегулируемого генератора, работающего на переменную нагрузку, от тока I приемников при неизменном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной частоте n вращения якоря называется внешней характеристикой генераторы (рис. 10.2). При снятия внешней характеристи­ки увеличение тока осуществляется за счет уменьшения сопротивления на­грузки r. Как указывалось, с увеличением тока I уменьшается напряжение U на зажимах генератора. Следовательно, при уменьшении r одновременно уменьшается и U. При некотором значении тока нагрузки скорость уменьше­ния напряжения U сравнивается со скоростью уменьшения сопротивления нагрузки r и, как следует из формулы закона Ома I=U/r, увеличение тока прекращается. Это максимально возможное значение тока называется крити­ческим Iкрит. При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки r на­пряжение U падает относительно быстрее и ток нагрузки I тоже начинает уменьшаться. Если сопротивление нагрузки r=0 (короткое замыкание), то U=0 и Iв=0. В якоре будет индуцироваться небольшая ЭДС E₀ от потока остаточного намагничивания, поэтому ток короткого замыкания I=Ik=E₀/rя, где rя — сопротивление якоря, не может быть большим. Обычно Ik < Iном. Однако внезапное короткое замыкание на зажимах генератора па­раллельного возбуждения опасно, так как в течение некоторого времени мо­жет существовать ток, во много раз превышающий номинальный. Это может привести к возникновению кругового огня на коллекторе и значительным ме­ханическим перегрузкам, опасным для вала генератора и первичного двига­теля.

Величина DU=(Ux-Uном) / Uном × 100 называется процентным изменением напряжения и достигает для генераторов с параллельным возбуждением 30%.Для поддержания напряжения неизменным при изменении нагрузки приходится регулировать ток возбуждения. Зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки I при постоянной частоте n и якоря и неизменном напряжении U на зажимах генератора, называемая регулировочной характеристикой, представлена графиком на рис. 10.3.

Рис. 10.3

Эта кривая при увеличении нагрузки генератора постоянного тока параллельного возбуждения плавно поднимается вверх.

Приборы и оборудование: источник питания(трехфазная сеть переменного тока), трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, генератор постоянного тока, два амперметра и вольтметра магнитоэлектрической системы, регулировочный и нагрузочный реостаты, трехполюсный автоматический выключатель, соединительные провода.

1. Получить характеристику холостого хода. При токе возбуждения Iв=0 (выключатели S1 и S2 разомкнуты) снять показание вольтметра и записать в таблицу 1. Затем замкнуть цепь возбуждения выключателем S1 и, передвигая ползунок регулировочного реостата rр, довести напряжение генератора до значения, равного (1,1-1,2) ´ Uном , записывая показания приборов в ту же таблицу.

Таблица 1

Номер опыта	Ток возбуждения Iв,А	Напряжение генератора при холостом ходе Uх»Е, В
1 2 3 4 5 6 7