Основные теоретические положения

Задача испытания генератора заключается в исследовании его электрических свойств. Испытания разделяются на типовые – более подробные при выпуске новой машины и контрольные испытания. Для нормальной эксплуатации генератора постоянного тока необходимо знать:

1. Номинальные величины, на которые рассчитана работать машина (Р_н, I_н, U_н, n_н, и т.д.).

2. Характеристики, выражающие зависимость между основными электрическими величинами. Такие, как характеристики холостого хода внешняя и регулировочная.

Генератор постоянного тока состоит из двух основных частей: статора (индуктора) – неподвижной части и якоря – вращаемая часть.

Статор – это станина в виде полого стального цилиндра. на внутренней поверхности которого укреплено четное число выступающих главных полюсов, собранных из изолированных друг от друга листов электротехнической стали с обмотками возбуждения постоянного тока, которые соединены так, чтобы полярность полюсов чередовалась. Таким образом, статор является индуктором.

Якорь – представляет собой вал, на котором находится барабан-сердечник, набираемый также из листовой стали. В пазы на наружной поверхности барабана укладывается обмотка якоря, представляющая собой секции соединенные последовательно через коллекторные пластины коллектора, выпрямляющие ток.

На коллектор устанавливаются неподвижные щетки (в геометрической нейтрали), которые делят обмотку якоря на параллельные ветви и соединяют ее с внешней цепью (нагрузкой).

По способу возбуждения главного магнитного поля генераторы делятся:

1. Генераторы независимого возбуждения. Обмотка возбуждения которого получает постоянный ток от независимого источника электроэнергии, благодаря чему ток возбуждения Iв не зависит от напряжения на зажимах якоря машины, а магнитный поток от нагрузки генератора.

2. Генераторы с самовозбуждением – обмотка возбуждения питается от якоря этого же генератора. В зависимости от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря эти генераторы делятся на генераторы с параллельным (шунтовым), последовательным (сериесным) и смешанным (компаудные) возбуждением.

У генераторов параллельного возбуждения обмотка возбуждается с выводными зажимами Ш1 и Ш2 через реостат возбуждения РВ (регулировочный реостат), соединяется параллельно с цепью якоря (выводными зажимами Я1 и Я2). Ток якоря равен Iя сумме токов во внешней цепи (ток нагрузки Iн) и в цепи возбуждения Iв.

                                              Iя = Iн + Iв                                               (1)

Сила тока возбуждения Iв мала (0,05+ 0,01) Iя, а напряжение на зажимах цепей якорей и возбуждения одно и тоже. Следовательно, сопротивление обмотки возбуждения (rв = u / Iв) должно быть относительно велико, для чего она имеет большое число витков тонкого провода.

Характеристика холостого хода.

При вращении якоря в магнитном поле в обмотке его наводится э.д.с. сначала небольшая (за счет остаточного магнетизма), а затем при насыщении стали достигает величины:

                                             Е=PN/ 60а                                                        (2)

                                            Фn= Кe Фn                                                                 (3)

Из формулы следует, что величина э.д.с., наводимая в обмотке якоря (параллельной ветви ее) при постоянной частоте якоря зависит только от значения магнитного потока главных полюсов или от возбуждающего его тока.

Зависимость э.д.с. якоря от тока возбуждения Е = f (Iв), снятая при отсутствии тока нагрузки Iн (холостой ход генератора – внешняя цепь отключена) и постоянной (номинальной) частота вращения ротора nн, называется характеристикой холостого хода. Она также отражает магнитные свойства машины ( Iя = Iв ).

Изменения величины тока возбуждения осуществляется регулировочным реостатом. Если число оборотов отличается от номинального, то Еn пересчитывают на Ен.

                                                     Ен = Е nн /n                                               (4)

Внешняя характеристика – зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки Iв ( Iв мал и Iя = Iн ) при постоянных сопротивлениях цепи возбуждения rв и частоте вращения.

При загрузке не генератор напряжение его падает.

                                                    U = E – Iя rя                                             (5)

Причинами падения напряжения являются:

1. Увеличение падения напряжения в обмотке якоря (Iя rя);

2. Уменьшение э.д.с. Е в результате реакции якоря;

3. Уменьшение тока возбуждения Iв = u / rв при снижении напряжения в результате чего уменьшается поток, а следовательно и э.д.с. Е. Это снижение напряжения определяется: ΔU = (Uo – Uн )/uн *100%, и при номинальной нагрузке составляет 10-15% от напряжения при холостом ходе.

При дальнейшем медленном увеличении нагрузки снижение напряжения происходит так быстро, что ток достигнув наибольшего значения Iкр. (критического) Iкр. = (2 + 2,5) Iн, самопроизвольно начинает уменьшаться вместе с резким снижением напряжения от нуля. Генератор размагничивается и «сбрасывает нагрузку», переходя режим установившегося замыкания (u = 0).

Ток короткого замыкания Iкв. обычно меньше номинального тока и определяется лишь действием э.д.с. якоря, создаваемой потоком остаточного намагничивания.

При внезапном коротком замыкании эта система не успевает сработать и ток якоря может достигнуть величины (20 + 30) Iкв.

Регулировочная характеристика.

Для поддержания постоянства номинального напряжения на зажимах генератора необходимо регулировать ток возбуждения реостатом в цепи возбуждения, изменяя тем самым поток, а следовательно и величину э.д.с. Е.

Зависимость тока возбуждения от тока нагрузки Iн.Iв. = f (Iн) при постоянном напряжении (u = const) и частоте вращения (n = const) называется регулировочной характеристикой.

 Проведение лабораторной работы.

1. Ознакомиться с приборами, необходимыми для производства работы, записать систему приборов, номинальные значения величин, классы точности, заводские номера.

2. Снять характеристику холостого хода. Для этого рубильником I разомкнуть внешнюю цепь. Снять характеристику холостого хода сначала при нарастающих значениях тока возбуждения. Изменение тока возбуждения производить при помощи щунтового (регулировочного) реостата. В первоначальном положении движок реостата находится на максимуме.

Для удобства расчетов рекомендуется менять ток так, чтобы э.д.с. устанавливалась (кроме первой и последней точек) 20,40,60,80,120, 140 В. Первую точку снять при Iв. = 0 (цепь возбуждения размыкается выключателем).

Все данные занести в таблицу 1. По данным опыта построить кривую Е=f(Iв.).

3. Снять внешнюю характеристику. Схема остается без изменения. Пустить в ход генератор и установить номинальное напряжение. Включить рубильник 1, нагрузить генератор до номинальной нагрузки включением ламп. Затем не меняя сопротивление цепи возбуждения и нагрузки генератора произвести регулировку частоты вращения. Частоту вращения якоря генератора изменять с шагом 200 мин^-1. Все данные занести в таблицу 2. По данным опыта построить кривую U=f(n.).

4. Снять внешнюю характеристику. Схема остается без изменения. Пустить в ход генератор и установить номинальное напряжение. Включить рубильник 1, нагрузить генератор до номинальной нагрузки включением ламп. Затем не меняя сопротивление цепи возбуждения выключая лампы уменьшить нагрузку до нуля.

Показания записать в таблицу 3. По данным опыта построить график U =f(Iн.)

5. Снять регулировочную характеристику. Схема остается без изменения. Пустив генератор, установить напряжение генератора, которое должно оставаться неизменным. Включив рубильник 1, производить нагрузку генератора (от нуля до номинального тока, включая лампы) и с помощью щунтового реостата увеличивать ток, чтобы напряжение оставалось постоянным.

Данные занести в таблицу 4, по ним построить кривую Iв. = f (Iн.)

6. Составить отчет установленной формы. Проанализировать различные схемы работы генератора (шунтового, компаундного, сериесного и с независимой обмоткой возбуждения). Проанализировать графические зависимости и сформулировать выводы.

Таблица 1.

Таблица 2.

Таблица 3.

Таблица 4.