4.Работа№4.Испытаниегенераторапостоянноготока

1. Цельработы

Ознакомитьсясустройством,принципомдействия,основнымихарактери-стикамииметодамииспытанийгенераторовпостоянноготокаспараллельнымвозбуждением.

2. Пояснениякработе

Электромашинныйгенераторпостоянноготокапреобразуетмеханическуюэнергиювращенияв электрическуюэнергию.Он состоит изтрехосновныхчастей:неподвижной–остовамашинысэлектромагнитамипостоянноготока(обмоткойвозбуждения);вращающегосяякоря,ккоторомуподводитсямеханическаяэнергияивкотороминдуктируетсяпеременнаяэдс.;коллекторасощетками,преобразую-щимипеременнуюэдсвпостоянную.

Принципдействиягенераторовоснованназаконеэлектромагнитнойиндук-ции.Угенератораснезависимымвозбуждениемобмоткавозбужденияподключа-етсякисточникуэлектропитания.Генераторспараллельнымвозбуждениемявля-етсягенераторомссамовозбуждением.Егообмоткавозбужденияподключаетсяпараллельноглавнымвыводамгенератора,тоестьпараллельнообмоткеякоря,итоквозбужденияI_Ввнейзависитотвеличинынапряженияназажимахякоряисо-противленияцепиобмоткивозбуждения.Длярегулировкитокавозбуждениявце-пиобмоткивозбуждениявключаетсярегулировочныйреостатR_Р.

Самовозбуждениегенераторавозможноприналичииостаточногомагнитно-

гопотокавсердечникахосновныхполюсовФ_ОСТ,создающеговякореэдс,состав-ляющую2…5%отноминальногонапряженияЕ_ОСТ=с_ЕnФ_ОСТ.Засчетэтойэдсвобмоткевозбужденияпротекаеттоквозбуждения

I_ВОСТ=Е_ОСТ/(R_Я+R_В+R_Р),

гдеR_В–сопротивлениеобмоткивозбуждения,R_Я–сопротивление обмоткиякоря,R_Р–сопротивлениерегулировочногореостата.Токвозбуждениясоздаетдополни-тельныймагнитныйпотокФ_В.

Самовозбуждениегенераторапроизойдеттольковтомслучае,когда этотдо-полнительныймагнитныйпотокФ_Вбудетнаправленсогласносостаточныммаг-нитнымпотокомФ_ОСТ.Увеличениепотокавсердечникахполюсоввызоветповы-шениеэдсякоряЕ_Я=с_Еn(Ф_ОСТ+Ф_В),дальнейшееповышениетокавозбужденияI_{Ви магнитного}потокаФ_{Вдо наступления}равновесия,определяемогосопротивлени-емцепивозбуждения.Приэтомсопротивлениецепивозбуждениядолжнобытьменьшетакназываемогокритическогосопротивления.

Привстречномнаправлениимагнитныхпотоковвсердечникахполюсовса-мовозбуждениегенератораневозможно.Чтобыгенераторвозбудился,необходимовэтомслучаеизменитьнаправлениетокавозбуждениявобмоткевозбужденияпе-реключениемпроводовнаеёзажимах.

Длярегулированиянапряженияназажимахгенератораизменяютвеличинумагнитногопотокамашины,зависящуюотвеличинытокавозбуждения,которыйспомощьюреостатаR_{Рустанавливают}нужнойвеличины.

Параллельнуюобмоткувозбужденияназываютшунтовой,поэтомуклеммы

параллельнойобмоткивозбужденияобозначают«Ш1»и«Ш2».

Основнымивеличинами,характеризующимиработугенераторапостоянноготокаявляются:вырабатываемаямощностьР=UI,напряжениеназажимахU,токвозбужденияI_В,токякоряI_ЯилитокнагрузкиI,частотавращенияn(обычноn

=const).Зависимостьмеждуэтимивеличинамиописываетсядвумяосновными

уравнениями–уравнениемЭДС(Е=с_ЕnФ)иуравнениемэлектрическогосостоя-нияцепиякоря(U=E–I_ЯRЯ).Обэксплуатационныхсвойствахгенераторовсудятпоегоосновнымхарактеристикам,показывающимзависимостьосновнойвеличи-ныгенератора–напряжения–оттокавозбужденияI_В,токанагрузкиIискоростивращенияякоря.Прииспытаниигенератораобычноснимаюттрихарактеристики:характеристикухолостогохода,внешнююхарактеристикуирегулировочнуюха-рактеристику.

Характеристикахолостогохода–этозависимостьэ.д.с.генератораЕ_0оттокавозбужденияI_Вприразомкнутойвнешнейцепи.Характеристикухолостогоходарекомендуетсяснимать,отключивобмоткувозбужденияотякоряиспытуемо-гогенератораипропускаятоквозбужденияотпостороннегоисточникапостоянно-готока.Вэтомслучаеполучаетсянезависимоевозбуждение.Снятиехарактери-стикиначинаетсяизаканчиваетсяприразомкнутойобмоткевозбуждения.Приснятиихарактеристикитоквозбуждениясначалаплавноичерезравныеинтервалыувеличиваютдономинальногозначения(восходящаяветвь),азатемуменьшаютдонуля(нисходящаяветвь).Полученнаяхарактеристикааналогичнакривойнамаг-ничиваниямагнитныхматериаловмагнитнойцепигенератора.

Похарактеристикехолостогоходасудятовозможнойустойчивостиработыгенератораиостепенииспользованиямагнитныхматериалов.

Внешняяхарактеристикагенератора–этозависимостьнапряженияUназажимахгенератораоттоканагрузкиI.

Уравнениевнешнейхарактеристикигенераторапостоянноготокаспарал-лельнымвозбуждениемлегкополучитьизуравненияэлектрическогосостоянияцепиякорь–нагрузка,записанногонаоснованиивторогозаконаКирхгофа:

Е=U+I_ЯRЯ.

Так кактоквозбужденияI_{Взначительно}меньшетока якоряI_Я,то можносчи-тать,чтоII_Я.ТогдаможнозаписатьU=E–IR_Я.

Вдействительностивнешняяхарактеристикагенератораспараллельнымвозбуждениемимеетвидниспадающейкривой.Уменьшениенапряженияназажи-махгенератораспараллельнымвозбуждениемприувеличениитоканагрузкипро-исходитпоследующимосновнымпричинам:

1. сувеличениемтоканагрузкиувеличиваетсяпадениенапряжениянаоб-моткеякоряIR_Я;

2. сувеличениемтоканагрузкиувеличиваетсятормозноймоментискорость

вращениядвигателяуменьшается,следовательно,уменьшаетсяЭДС,индуктируе-маявякорегенератора;

3. сувеличениемтоканагрузки,из-зареакцииякоряпроисходитуменьшениерезультирующегомагнитногопотока,следовательно,иЭДС,индуктируемойвоб-моткеякоряЕ_Я.

Уменьшениенапряженияприводиткуменьшениютокавозбужденияи,сле-

довательно,куменьшениюмагнитногопотока,ЭДСякоряисоответственнокдо-полнительномууменьшениюнапряженияназажимахякоря.

Повнешнимхарактеристикамсудятопроцентномизменениинапряжениягенератора ΔU=100(U_0–U_Н)/U_Н.

Регулировочнаяхарактеристикапредставляетзависимостьтокавозбужде-нияI_ВоттоканагрузкиII_В=f(I)припостоянномнапряженииназажимахгенера-тораU=const.

Приснятиирегулировочнойхарактеристикиизменяюттокнагрузкидоно-минальногозначения,анапряжениеназажимахгенератораподдерживаютпосто-яннымприпомощирегулировочногореостатавцепивозбуждения.Таккакприувеличениитоканагрузкинапряжениедолжноуменьшаться,тодляподдержанияегопостояннымнеобходимоувеличиватьЭДСзасчетувеличениятокавозбужде-ния.

Порегулировочнойхарактеристикеопределяютпределырегулированияна-пряжениягенератора.

3. Порядоквыполненияработы

   1. Ознакомитьсяслабораторнойустановкой(компьютер,модульввода,модульгенераторапостоянноготока,модульдвигателяпостоянноготока,модульмультиметров).

   2. Перевестимультиметрврежимизмерениясопротивления,иизмеритьзначениясопротивленийобмотокякоряивозбуждения.

   3. Всоответствиисрис.1нарисоватьпринципиальнуюсхемуустановкидляснятияхарактеристикгенератораснезависимымвозбуждением.Собратьсхе-мудляснятияхарактеристикихолостогоходагенератораснезависимымвозбуж-дением(рис.1).ПереключательSA2модулягенератораустановитьвположение

«6»,переключателимодулядвигателяSA2иSA3–впозицию«0»и«1»соответст-венно.

Рис.1

4. Снятьхарактеристикухолостогоходагенератораснезависимымвозбу-ждениемЕ_Я=f(I_В)приI_Я=0(разомкнутойвнешнейцепигенератора).

Включитькомпьютер,открытьпрограммуDeltaРrofi.Выбрать«Электроме-

ханика–Работа№4.Испытаниегенераторапостоянноготока».Выбратьвкладку

«Генераторснезависимымвозбуждением».Запуститьпрограммувработу,нажа-тиемкнопки«Пуск» иликомандойглавногоменю«Управление–Пуск».

Пуститьвходдвигательпостоянноготока(выключательSA1модулядвига-теляпостоянноготока).ПослепускадвигателяпереключательSA3перевестивпозицию«0».ПритокевозбужденияI_В=0измеритьЭДСотпотокаостаточноймагнитнойиндукцииЕ_ОСТ.Включитьэлектропитаниегенераторапостоянноготока(выключательSA1).ИзменяявеличинутокавозбуждениягенератораспомощьюпереключателяSA2снятьвосходящуюветвьхарактеристикихолостогохода.Уменьшаятоквозбуждения,снятьнисходящуюветвьхарактеристики.Результатыизмеренийзанестивтабл.1.Выключитьпитаниемодулей.

Таблица1

IВ,А
ЕЯ ВОЗР,В
ЕЯУБЫВ,В

5. Снятьвнешнююхарактеристикугенератораснезависимымвозбуждени-емU=f(I_Я).УстановитьпереключательSA2модулягенераторавпозицию«0».ПереключательSA3модулядвигателяустановитьвпозицию«1».Пуститьвходприводнойдвигательпостоянноготока(выключательSA1модулядвигателяпо-стоянноготока).ПослепускадвигателяпереключательSA3двигателяперевестивпозицию«0».Податьпитаниенаобмоткувозбуждениягенератора(выключательSA1модулягенератора).УвеличиваяспомощьюнагрузочногореостатаR_Н(пере-ключательSA2)токнагрузкиотнуляснятьвнешнююхарактеристикугенератора.Результатызанестивтабл.2.Выключитьэлектропитание.Остановитьпрограмму,нажатиемкнопки«Стоп» иликомандойглавногоменю«Управление–Стоп».Пополученнымданнымпостроитьвнешнююхарактеристику.

Таблица2

U,В
I,А

3.6Снятьвнешнююхарактеристикугенератораспараллельнымвозбуждени-емU=f(I_Я)приR_В=const.Дляэтогособратьсхемупорис.2.

УстановитьпереключателимодулядвигателяSA2иSA3–впозицию«0»и

«1»соответственно.УстановитьпереключательSA3нагрузочногореостатамодулягенераторавпозицию«0».

ОткрытьпрограммуDeltaРrofi.Выбрать«Электромеханика–Работа№4.Испытаниегенераторапостоянноготока».Выбратьвкладку«Генераторспарал-лельнымвозбуждением».Запуститьпрограмму в работу,нажатиемкнопки«Пуск»

иликомандойглавногоменю«Управление–Пуск».

Запуститьприводнойдвигатель(см.п.3.5)ивключитьгенератор.Изменяятокнагрузкигенератораотнуля(переключательSA3),снятьвнешнююхарактери-стикугенератора.Результатыизмеренийзанестивтабл.3.Выключитьпитаниемо-дулейистенда.Остановитьпрограмму,нажатиемкнопки«Стоп» иликомандойглавногоменю«Управление–Стоп».Пополученнымэкспериментальнымданнымпостроитьвнешнююхарактеристикугенератораспараллельнымвозбуждениемисравнитьеёсвнешнейхарактеристикойгенератораснезависимымвозбуждением.

Рис.2

Таблица3

U,В
I,А

4. Содержаниеотчета

   1. Наименованиеицельработы.

   2. Паспортныеданныеисследуемогогенераторапостоянноготока.

   3. Схемавключениягенератораиприводногодвигателя.

   4. Таблицысрезультатамииспытаниягенератора.

   5. Графикиполученныххарактеристикхолостогохода,внешнихирегули-ровочных.

   6. Выводыорабочихирегулировочныхсвойствахгенератораспараллель-ныминезависимымвозбуждением.

5. Контрольныевопросы

1. Какустроенгенераторпостоянноготока?

2. Покакимвнешнимпризнакамможноотличитьмашинупостоянноготокаотмашиныпеременноготока?

3. Каковпринципдействиягенераторапостоянноготока?

4. Каковыусловиясамовозбуждениягенератораспараллельнымвозбужде-нием?

5. Какпротекаетпроцесссамовозбуждениягенератораспараллельнымвоз-буждением?

6. Покакимпричинамгенераторможетневозбудиться?

7. Чтоотражаетхарактеристикахолостогохода?

8. Укажитепричиныуменьшениянапряженияназажимахгенератораспа-раллельнымвозбуждениемприувеличениитоканагрузки.

9. Какможнорегулироватьнапряжениеназажимахгенераторапостоянного

тока?

10. Покакимпризнакамможносудитьотом,чтогенераторпостоянноготока

непригодендлядальнейшейэксплуатации?

1