9 Лабораторная работа № 9. Испытание генератора постоянного тока (гпт)

Тема: машины постоянного тока.

Цель работы:

Изучение устройства и принцип действия ГПТ, экспериментальное получение основных характеристик.

Краткие теоретические сведения

Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами. Генераторы приводятся во вращение ДВС, турбинами или электрическими двигателями.

ГПТ состоит из двух частей (рис. 9.1) неподвижной части-статора, и вращающейся части – ротора, называемая в машинах постоянного тока якорем.

Н еподвижная часть – статор (индуктор) включает: станину 1, главные 2 и дополнительные полюса, правый и левый подшипниковый щит 5, щеточной траверсы со щетками 6.

Станина представляет собой литой чугунный корпус, и составляет основу всей машины. И выполняет функцию магнитопровода. К внутренней поверхности станины крепятся главные и дополнительные полюса. Главные полюса имеют сердечник шихтованной конструкции, набранные из листов электротехнической стали, изолированные друг от друга специальным лаком. В пазы сердечника укладываются в общем случае обмотки параллельного и последовательного возбуждения, компенсационная и добавочных полюсов. Компенсационная обмотка предназначена для предотвращения возникновения кругового огня на коллекторе. Дополнительные полюса и обмотка дополнительных полюсов для улучшения коммутации.

Якорь – вращающаяся часть, состоит из вала, сердечника с обмоткой 3, коллектора 4. Якорь представляет собой сердечник цилиндрической формы, набранный из листов электротехнической стали толщиной 0,35, или 0,5 мм. В продольные пазы сердечника укладывается обмотка якоря. Обмотка якоря состоит из секций, которая состоит из одного или некоторого числа последовательно соединенных витков.

Коллектор – это механический преобразователь переменного тока в постоянный. Он состоит из отдельных пластин твердотянутой меди, изолированных друг от друга изоляционными прокладками из миканита. Коллекторные пластины имеют клинообразную форму трапециидального сечения. Верхняя часть коллекторных пластин называемая петушком, имеет узкий продольный паз, к которой присоединяются обмотка якоря. Нижняя часть коллекторных пластин имеет форму «ласточкиного хвоста», с помощью которого коллекторные пластины крепятся к якорю.

Электрический контакт с коллектором осуществляется посредством щеток (которые изготавливаются из графита или смеси графита с медью), располагаемых в щеткодержателях, которые крепятся к подшипниковому щиту. Вал якоря вращается в подшипниках, находящихся в подшипниковых щитах, закрывающих машину с торцов. Вентилятор служит для самовентиляции машины.

Машины постоянного тока можно классифицировать на машины с независимым возбуждением и машины с самовозбуждением.

Если ток, питающий обмотку возбуждения, поступает от постороннего источника постоянного тока, то машина называется генератором независимого возбуждения. Если для питания обмотки полюсов используется ток, вырабатываемый самой машиной, то машина называется генератором с самовозбуждением.

У машин с самовозбуждением возможны различные варианты питания обмоток полюсов. Так, например, обмотка возбуждения может быть присоединена по отношению к якорю как параллельно, так и последовательно. В первом случае генератор носит название генератора параллельного (шунтового), а во втором – последовательного (сериесного) возбуждения. Наконец, возможен еще такой вариант, когда машина снабжается двумя обмотками возбуждения, намотанными на одних и тех же полюсах и подключенными одна параллельно якорю, другая последовательно. Такой генератор называется генератором смешанного (компаундного) возбуждения.

Принцип действия ГПТ основан на явлении электромагнитной индукции. Пусть якорь генератора приводится во вращение от внешнего приводного двигателя. Магнитный поток, создаваемый м.д.с. обмотки возбуждения, пересекает проводники якоря, которые вращаются с некоторой частотой, и индуктируют в них переменную э.д.с., которая при помощи коллектора и щеток преобразуется в постоянную по направлению э.д.с. на зажимах генератора:

,

где - машинная постоянная;

p - число пар полюсов;

N - число проводников якоря;

a - число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

n - частота вращения, об/мин;

Ф - магнитный поток, Вб.

Уравнение напряжения ГПТ имеет вид: ,

где Iя - ток якоря, А;

- сопротивление якорной цепи, Ом.

При увеличении тока якоря магнитный поток будет немного уменьшаться вследствие размагничивающегося действия м.д.с. якоря.

Свойства генератора выражаются с помощью его характеристик: характеристики холостого хода, нагрузочной, внешней, регулировочной.

Характеристикой холостого хода (х.х.х.) ГПТ называется зависимость э.д.с. Е от тока возбуждения IВ при токе якоря I_я = 0 и n = const.

Нагрузочной характеристикой называется зависимость напряжения на зажимах U от тока возбуждения I_В при токе якоря I_я =const и n = const.

Внешней характеристикой называется зависимость напряжения на зажимах U от тока якоря и при I_В = const и n = const. Стабильность поддержания напряжения ГПТ оценивается с помощью номинального изменения напряжения

,

где U_Н - напряжение при номинальном токе якоря.

Р егулировочной характеристикой называется зависимость тока возбуждения I_В от тока якоря I при U = const и n=const. Регулировочная характеристика генератора дает возможность установить, по какому закону необходимо изменять ток возбуждения в зависимости от изменения нагрузки, чтобы напряжение генератора сохранялось постоянным.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка (Рис. 9.2) состоит из ГПТ, приводимого во вращение асинхронным двигателем; регулировочного реостата, включенного последовательно с параллельной обмоткой возбуждения; лампового нагрузочного реостата, а также измерительных приборов и коммутационной аппаратуры, собранных по схеме, представленной на лицевой панели стенда.

На рисунке 9.3 изображена принципиальная схема лабораторной установки.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте установку к испытаниям, для чего отключите нагрузку, введите полностью реостат цепи обмотки возбуждения, разомкните цепь возбуждения и запустите приводной асинхронный двигатель.

2. Снимите характеристику холостого хода. Первое значение напряжения ГПТ получите при разомкнутой обмотке возбуждения. Затем замкните через введенный полностью реостат параллельную обмотку возбуждения и постепенно увеличивайте ток возбуждения, отмечая для каждого его значения показания вольтметра до тех пор, когда реостат окажется полностью выведенным. Показания приборов запишите в таблицу 9.1 - .

Таблица 9.1 - Показания приборов

IВ,А	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Ег,В

3. Снимите нагрузочную характеристику. Для этого включите тумблер S6 и регулируя ток возбуждения I_В, установите ток I_я, равным 2А. Постепенно уменьшая I_В, поддерживайте, пока это возможно, при помощи выключателей величину тока нагрузки на прежнем уровне. Полученные данные сведите в таблицу 9.2 - .

Таблица 9.2 - Показания приборов

Замкнуты	S5	S5 и S4	S5, S4, S3	С S5 по S2	С S5 по S1
IВ,А
Uг,В

4. Снимите внешние характеристики. С этой целью, изменяя ток возбуждения I_В, установите на холостом ходу Е_г=220В и, постепенно увеличивая ламповую нагрузку, получите внешнюю характеристику. Данные для построения характеристики сведите в таблицу 9.3 - .

Таблица 9.3 - Показания приборов

Замкнуты	S5	S5 и S4	S5, S4, S3	с S5 по S2	с S5 по S1
Iя, А
Uг, В

5. Снимите регулировочные характеристики, для чего снова установите на холостом ходу Е_г=150В и, постепенно увеличивая нагрузку, изменяйте ток возбуждения I_В таким образом, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось на прежнем уровне.

Таблица 9.4 - Показания приборов

Замкнуты	S5	S5 и S4	S5, S4, S3	с S5 по S2	с S5 по S1
Iя, А
IВ, A

Задания для студентов

По данным таблиц постройте:

- характеристику холостого хода;

- нагрузочную характеристику;

- внешнюю характеристику;

- регулировочную характеристику.

Содержание отчета

В отчете представляются схема электрическая принципиальная лабораторной установки, таблицы с результатами измерений, графики с характеристиками.

Контрольные вопросы

1. Поясните устройство, принцип действия генератора постоянного тока (ГПТ),

2. От каких величин зависит ЭДС ГПТ?

3. Поясните процесс самовозбуждения ГПТ параллельного возбуждения?

4. Объясните вид нагрузочных, внешних и регулировочных характеристик у ГПТ с разными схемами возбуждения. 5. Уравнительные соединения обмотки якоря. Комбинированная обмотка МПТ.

5. Условия параллельной работы ГПТ с различными схемами возбуждения.

Литература: [1], [2], [3] [4].