Обработка опытных данных

Потери в стали сердечника статора, механические и добавочные потери приведены на рабочем месте.

Рассчитать ток фазы обмотки статора, мощность, потребляемую из сети АД, скорость вращения , потери в меди обмотки статора , суммарные потери в статоре , электромагнитную мощность , скольжение , мощность во вращающемся роторе , сумму потерь мощности в АД, полную мощность на валу АД, КПД, коэффициент мощности АД , электромагнитный момент, развиваемый двигателем .

Результаты расчета занести в табл. 2.1. Построить зависимости.

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Цель работы

Изучить конструкцию и принцип действия генератора постоянного тока. Экспериментально получить данные для построения характеристики холостого хода, внешней и регулировочной. По экспериментальным данным рассчитать электромагнитный момент и КПД генератора.

Краткие теоретические сведения

Конструкция машины постоянного тока (МПТ) показана на рис. 3.1. Статор-индуктор МПТ (см. рис. 3.1,  в) создает магнитный поток возбуждения. Корпус статора – литой из электротехнической стали. К внутренней поверхности корпуса крепят главные и дополнительные полюсы (рис. 3.2). Катушки главных полюсов образуют обмотку возбуждения. Обмотка дополнительных полюсов (см. рис. 3.2) соединяется последовательно с обмоткой ротора, но встречно.

При вращении ротора-якоря (см. рис. 3.1, в) в его обмотке согласно закону электромагнитной индукции наводится ЭДС. На валу ротора крепят сердечник, набранный из изолированных листов электротехнической стали. В пазы сердечника укладывают петлевую или волновую обмотку. Основной элемент обмотки – одно- или многовитковая секция (рис. 3.3). Начало и конец каждой секции подсоединяют к коллекторным пластинам коллектора (рис. 3.4). С помощью скользящего контакта щетка-коллектор (рис. 3.5) к генератору постоянного тока (ГПТ) подключают внешнюю электрическую сеть постоянного тока.

Машины постоянного тока обратимы, т.е. генератор может работать в режиме двигателя, а двигатель – в режиме генератора.

В основу классификации ГПТ положен вид источника питания обмотки возбуждения. Различают ГПТ с независимым, параллельным, смешанным и магнитоэлектрическим возбуждением.

Электродвижущая сила обмотки якоря представляет собой ЭДС, которая создается в обмотке и измеряется между двумя разнополярными щетками. Обмотка якоря содержит параллельных ветвей. Следовательно, ЭДС якоря можно вычислить как алгебраическую сумму мгновенных значений ЭДС в проводниках обмотки, входящих в одну параллельную ветвь:

, (3.1)

где – число проводников в обмотке якоря; – число проводников, входящих в одну параллельную ветвь; – магнитная индукция; – активная длина проводника, находящаяся в магнитном поле возбуждения; – линейная скорость ротора-якоря. Если заменить сумму магнитных индукций средним значением и учесть, что и длина окружности якоря, приходящаяся на один полюс (полюсное деление), (D – диаметр якоря, – число пар полюсов), то ЭДС обмотки якоря определяют по формуле

, (3.2)

где – скорость вращения ротора-якоря.

В режиме холостого хода существует только магнитный поток возбуждения, создаваемый обмоткой возбуждения полюсов, симметричной относительно их осевой линии.

Когда к обмотке якоря ГПТ присоединена нагрузка , то в обмотке протекает ток якоря , который создает магнитный поток якоря . Влияние на магнитный поток возбуждения называется реакцией якоря.

В результате реакции якоря магнитная индукция в зазоре ГПТ становится неравномерной, что приводит к разности потенциалов между соседними пластинами коллектора и к возникновению искрения на коллекторе.

Кроме того, реакция приводит к уменьшению ЭДС якоря.

Отрицательное влияние реакции якоря можно уменьшить, сдвигая щетки на физическую нейтраль и применяя компенсационную обмотку. Компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря, но встречно.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением является генератором с самовозбуждением.

Чтобы произошло возбуждение ГПТ, в нем должен быть остаточный магнитный поток . Магнитный поток , созданный обмоткой возбуждения, должен быть сонаправлен с , а сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть меньше критического .

Одна из важнейших величин, определяющих работу генератора, – напряжение

, (3.3)

где – сопротивление цепи обмотки якоря.

Поэтому главная задача характеристик генератора – выяснить, как зависит напряжение от тока возбуждения , тока якоря и скорости вращения ротора генератора . Кроме того, большой интерес представляет зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при заданном значении напряжения .

Чтобы выяснить, как зависит напряжение от тока возбуждения, снимаем нагрузочную характеристику при и . Когда , получаем характеристику холостого хода .

Для ответа на вопрос, как зависит от тока , снимаем внешнюю характеристику при и . По данным внешней характеристики определяем номинальное изменение напряжения генератора

.

Регулировочная характеристика при и показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока якоря, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным.

На рис. 3.6 – 3.8 изображены характеристики холостого хода, внешняя и регулировочная.

Умножив левую и правую части уравнения (3.3) на , получим

. (3.4)

В формуле (3.4) – мощность, отдаваемая генератором во внешнюю цепь; – электромагнитная мощность, передаваемая магнитным полем возбуждения в обмотку якоря и преобразуемая в электрическую энергию; – электрические потери мощности в цепи обмотки якоря.

Электромагнитная мощность определяет электромагнитный момент ГПТ, который является нагрузочным для первичного двигателя,

.