Указания к работе. Испытание генератора постоянного тока

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Испытание генератора постоянного тока

Цель работы:

1. Изучить принцип действия, конструкцию и свойства генераторов постоянного тока с параллельным и независимым возбуждением.

2. Ознакомиться с методикой снятия основных характеристик генераторов: холостого хода, внешней, регулировочной.

3. Выявить по снятым характеристикам рабочие свойства генераторов.

Указания к работе

Используя рекомендованную литературу, ознакомьтесь с принципом действия, конструкцией и назначением основных частей генератора. Обратите внимание на конструкцию таких элементов, как якорь, коллектор, обмотка возбуждения. Четко уясните процессы, происходящие в генераторе и роль коллектора. Уясните процесс самовозбуждения. Выясните, какие характеристики определяют эксплуатационные возможности генератора и почему они имеют такой вид.

Генератор постоянного тока (рис. 1) состоит из двух частей: неподвижной и вращающейся. Неподвижная часть (статор) является остовом машины и одновременно служит для создания магнитного потока. Во вращающейся части, называемой якорем (ротором), индуцируется электродвижущая сила - ЭДС.

Неподвижная часть состоит из станины (1), главных полюсов (2) с обмоткой возбуждения (3) и дополнительных полюсов (4), уменьшаемых искрение под щетками.

Якорь имеет сердечник (5), набираемый из тонких стальных листов, обмотку якоря (6), заложенную в пазы сердечника и коллектор (7). На поверхность коллектора наложены угольно-графитовые щетки (8), обеспечивающие скользящий контакт с обмоткой вращающегося якоря. Коллектор имеет форму цилиндра и выполняется из изолированных медных пластин - ламелей - к которым подсоединены секции якорной обмотки. Вращаясь вместе с обмоткой, коллектор выполняет роль механического выпрямителя.

Обмотка возбуждения (3) создает главный магнитный поток Ф полюсов. В генераторах с независимым возбуждением она питается от постороннего источника постоянного тока (выпрямителя, аккумулятора и т.п.). С генератором с параллельным возбуждением обмотка главных полюсов подключена к главным щеткам, т.е. параллельно цепи якоря. В связи с этим для возникновения магнитного потока и ЭДС необходим хотя бы слабый остаточный магнитный поток. Благодаря наличию остаточного магнетизма возникает процесс самовозбуждения генератора.

Рис. 1. Конструкция генератора постоянного тока 1. Станина. 2. Главные полюса. 3. Обмотка возбуждения. 4. Дополнительные полюса. 5. Сердечник. 6. Обмотка якоря. 7. Коллектор. 8. Угольно-графитовые щетки.

ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря, определяется следующим выражением:

,

(1)

где: р - число пар полюсов генератора;

N - число активных проводников обмотки якоря;

а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

- угловая частота вращения в (рад/с)

Ф - магнитный поток полюса.

Обычно используется сокращенная запись выражения (1):

,

(2)

где - конструктивная постоянная.

Поскольку в паспорте генератора приведена частота вращения n, выраженная в (об/мин), то на практике удобнее пользоваться следующей формулой для ЭДС:

,

(3)

где .

Рис. 2. Характеристика холостого хода

Зависимость ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря от тока возбуждения I_B при постоянной частоте вращения n и токе нагрузки равном нулю, называют характеристикой холостого хода.

Характеристика холостого хода (рис. 2) имеет вид петли гистерезиса и отражает свойства магнитной цепи генератора. По ней можно судить о степени использования (насыщения) стали, остаточном магнетизме, потерях в стали.

Эксплуатационные свойства генератора постоянного тока определяются величиной изменения напряжения при изменении тока нагрузки.

Зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки I (или тока якоря) при постоянной частоте вращения n и неизменном сопротивлении цепи обмотки возбуждения, называют внешней характеристикой.

Из сравнения внешних характеристик, приведенных на рис. 3, видно, что напряжение на зажимах генератора с параллельным возбуждением (кривая 1) уменьшается с ростом тока нагрузки в большей степени, чем у генератора с независимым возбуждением (кривая 2).

Напряжение генератора определяется следующим выражением:

где r_я - сопротивление якорной цепи;

I_я - ток якоря. (В генераторах с параллельным возбуждением ток якоря принимают равным току нагрузки I, поскольку мал ток возбуждения I_B).

Рис. 3. Внешние характеристики генераторов

Уменьшение напряжения с ростом тока нагрузки (или тока якоря) происходит по следующим причинам:

- увеличение падения напряжения в цепи якоря (I_яr_я);

- реакция якоря оказывает размагничивающее действие на магнитный поток полюсов. Вследствие этого уменьшается ЭДС.

- в генераторах с параллельным возбуждением уменьшается ток обмотки возбуждения I_В. Уменьшение тока I_B вызывает уменьшение магнитного потока, ЭДС и напряжения генератора. Следствием этого является дальнейшее уменьшение тока возбуждения и размагничивание полюсов.

Рис. 4. Регулировочная характеристика

У генератора с независимым возбуждением отсутствует третья причина, поэтому напряжение изменяется менее интенсивно.

Регулировочная характеристика (рис. 4) показывает зависимость тока возбуждения I_B от тока нагрузки I при постоянном напряжении на зажимах генератора U и постоянной частоте вращения n. Регулировочная характеристика показывает как нужно изменять ток возбуждения, чтобы напряжение генератора оставалось неизменным.

Генераторы постоянного тока применяются в электрохимии для питания электролизных ванн, для сварки, в качестве возбудителей синхронных машин, в регулируемом электроприводе и т.п.