Меню

Исследование генераторов постоянного тока лабораторная работа

Лабораторная работа по дисциплине «Электротехника». Исследование генератора постоянного тока параллельного возбуждения.

Лабораторная работа по дисциплине «Электротехника».

Исследование генератора постоянного тока параллельного возбуждения.

Цель работы. Изучить устройство генератора постоянного тока параллельного возбуждения и приобрести практические навыки в сборке схемы и опытном исследовании генератора по определению его основных характеристик; получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о свойствах генераторов постоянного тока параллельного возбуждения.

Программа работы

1. Ознакомиться с конструкцией генератора и приводного двигателя; записать их паспортные данные и данные измерительных приборов.

hello_html_13a91e8e.jpg

2. Собрать схему по рис. 16.1 и после проверки ее преподавателем выполнить пробный пуск генератора; проверить соблюдение

hello_html_m6daae439.jpg

Рис. 16.1. Схема включения генератора постоянного тока параллельного

возбуждения

условий самовозбуждения, возможность регулировки и нагрузки генератора.

1. Снять данные и построить характеристику самовозбуждения генератора.

2. Снять данные и построить внешнюю характеристику генератора и определить номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки.

3. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.

Подготовка к работе

1. Повторить теоретический материал: условия самовозбуждения генераторов постоянного тока; генератор параллельного возбуждения — схема соединений, основные характеристики (самовозбуждения, внешняя, регулировочная).

2. Подготовить в рабочей тетради таблицы для занесения результатов опытов и координатные сетки для построения графиков.

Порядок выполнения работы

Схема соединений и условия самовозбуждения. Представленная на рис. 16.1 схема соединений предусматривает применение двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в качестве приводного двигателя. Обмотка возбуждения исследуемого генератора включена параллельно обмотке якоря, а для регулировки тока возбуждения в цепи этой обмотки имеется регулировочный реостат г рг . Работа генератора основана на принципе самовозбуждения.

После сборки схемы и проверки ее преподавателем автоматом QF включают приводной двигатель и устанавливают номинальную частоту вращения. Затем приступают к проверке условий самовозбуждения. При разомкнутых рубильнике QS 1 и ключе QS 2 вольтметром РV измеряют напряжение на выходе генератора. Если вольтметр РV показывает небольшое напряжение, созданное электродвижущей силой остаточного магнетизма, то это свидетельствует о соблюдении первого условия самовозбуждения — магнитная система генератора обладает остаточным магнетизмом. Если же магнитная система размагнитилась, то ее можно намагнитить, подключив обмотку возбуждения на некоторое время к источнику постоянного тока.

Затем устанавливают на реостате г рг наибольшее сопротивление, замыкают ключ QS 2 и, постепенно уменьшая сопротивление г рг , наблюдают за показаниями вольтметра PV . При этом возможны три случая: а) напряжение генератора остается неизменным, что свидетельствует об обрыве цепи возбуждения (найти место обрыва и устранить его); б) напряжение генератора уменьшается, что указывает на неправильное подключение обмотки возбуждения к цепи обмотки якоря, при котором МДС обмотки возбуждения действует встречно магнитному потоку остаточного магнетизма и размагничивает машину; этот дефект можно устранить, изменив направление тока в обмотке возбуждения, т.е. поменять местами провода, подключенные к зажимам обмотки 1111 и Ш2;

в) напряжение генератора увеличивается — начинается процесс самовозбуждения.

Характеристика самовозбуждения представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора в режиме холостого хода U Q = Е ь от частоты вращения якоря п при неизменном сопротивлении цепи возбуждения (г рг = const ). Установив номинальное напряжение генератора при отключенном рубильнике QS 1 и номинальной частоте вращения, повышают частоту вращения до п = 1,2п ном , а затем постепенно уменьшают ее и снимают пять показаний вольтметра PV и тахометра (либо другого измерителя частоты вращения). По этим показаниям строят характеристику самовозбуждения (рис. 16.2). Для уменьшения частоты вращения до весьма малых значений необходимо на время этого опыта подключить приводной двигатель к источнику постоянного тока с регулируемым напряжением. На некотором участке характеристики самовозбуждения при небольшой частоте вращения показания вольтметра PV не зависят от частоты вращения. Соответствующая этому явлению частота вращения называется критической п кр . Из этого следует, что самовозбуждение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей критическую. Величина зависит от сопротивления цепи возбуждения; с увеличением этого сопротивления величина 7\ р возрастает. В этом можно убедиться при выполнении опыта.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на выходе генератора U от тока нагрузки I при неизменных частоте вращения п = п ном , сопротивлении цепи возбуждения Е г рг = const .

Включив приводной двигатель (автомат QF ), подключают нагрузку (замыкают QS 1) и замыкают цепь возбуждения (включают QS 2). Регулируя сопротивление нагрузки R Hr и сопротивление регулировочного реостата г рп устанавливают номинальный режим работы генератора (частота вращения при этом должна быть номинальной и оставаться такой в течение всего опыта). Сняв показания вольтметра Р V и амперметра1 Рис. 16.2. Характеристика самовозбуждения, уменьшают нагрузку (увеличивают сопротивление R Hr ), сопротивление г рг должно оставаться при этом неизменным. Разгружая генератор вплоть до режима холостого хода, снимают не менее пяти показаний приборов и заносят их в таблицу, аналогичную табл. 15.3, а затем строят внешнюю характеристику генератора.

hello_html_14d0b97b.jpg

Номинальное изменение напряжения генератора при сбросе нагрузки

определяется выражением . A U ,„,м = E »

U «™ too.

Анализ результатов лабораторной работы

Анализируя результаты лабораторной работы, устанавливают соответствие номинальных данных генератора, полученных опытным путем, его паспортным. При анализе характеристики самовозбуждения необходимо указать полученное значение критической частоты вращения. Для внешней характеристики генератора нужно перечислить причины, вызывающие уменьшение напряжения на выходе генератора при увеличении его нагрузки.

Контрольные вопросы

1. Каковы условия, необходимые для процесса самовозбуждения генератора постоянного тока?

2. Какое условие самовозбуждения нарушено, если при замыкании цепи возбуждения ЭДС генератора уменьшается до нуля?

3. Что представляет собой характеристика самовозбуждения?

Почему внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения имеет более падающий вид, чем внешняя характеристика генератора независимого возбуждения

Источник

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

НЕЗАВИСИМОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы.Исследование рабочих свойств генераторов постоянного тока путем снятия опытных характеристик.

Задачи работы:

— изучить схему для экспериментального исследования генератора постоянного тока (в дальнейшем изложения ГПТ), состав и назначение модулей, используемых в работе.

— в лаборатории собрать схему для каждого опыта и провести пробное включение.

— снять внешнюю характеристику ГПТ параллельного возбуждения (с самовозбуждением) UЯ = f (Iя) при регулировочном сопротивлении в цепи возбуждения rРГ = 0.

— снять характеристику короткого хода ГПТ независимо возбуждения UЯ = f (iВ) при IЯ = 0 и n = const.

— снять характеристику короткого замыкания ГПТ независимого возбуждения IЯ = f (iЯ) при UЯ = 0 и n = const.

— снять внешнюю характеристику ГПТ независимого возбуждения UЯ = f (iЯ) при iЯ = const.

— снять регулировочную характеристику ГПТ незаменимого возбуждения iВ = f (iЯ) при UЯ = const.

— обработать результаты экспериментов и составить отчет по работе.

Подготовка к работе:

1. Пройти инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.

2. Ознакомиться с описанием работы.

3. Выполнить практическую часть лабораторной работы: изучить имеющееся оборудование, собрать схему, провести необходимые исследования.

Читайте также:  Сила тока для настольной лампы

Приборы и принадлежности: модуль питания стенда (МПС), модуль питания (МП), модуль добавочных сопротивления № 1 (МДС1), модуль добавочных сопротивления № 2 (МДС2), силовой модуль (СМ), модуль измерительный (МИ).

Примечание: генератор постоянного тока (М2) входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя асинхронную машину переменного тока (М1), а также импульсный датчик частоты вращения (М3).

Краткие теоретические сведения

Генератор постоянного тока – электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока.

Принцип действия генераторов тока

Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции – индуцировании электродвижущей силы в прямоугольном контуре (проволочной рамке), находящейся в однородном вращающемся магнитном поле.

Рисунок 1 – В прямоугольном контуре вращается постоянный магнит.

Допустим, что однородное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом вращается вокруг своей оси в проводящем контуре (проволочной рамке) с равномерной угловой скоростью . Две равные порознь вертикальные стороны контура являются активными, так как их пересекают магнитные линии магнитного поля. Две равные порознь горизонтальные стороны контура — не активные, так как магнитные линии магнитного поля их не пересекают, магнитные линии скользят вдоль горизонтальных сторон, электродвижущая сила в них не образуется.

В каждой из активных сторон контура индуктируется электродвижущая сила, величина которой определяется по формуле:

и

где е1 и е2 – мгновенные значения электродвижущих сил, индуктированных в активных сторонах контура, в вольтах;

В – магнитная индукция магнитного поля в вольт-секундах на квадратный метр (Тл, Тесла);

l – длина каждой из активных сторон контура в метрах;

v – линейная скорость, с которой вращаются активные стороны контура, в метрах в секунду;

t – время в секундах;

ωt и ωt + π – углы, под которыми магнитные линии пересекают активные стороны контура.

Так как электродвижущие силы, индуктированные в активных сторонах контура, действуют согласно друг с другом, то результирующая электродвижущая сила, индуктируемая в контуре, будет равна е = 2∙Вl∙v∙sinωt, то есть индуктированная электродвижущая сила в контуре изменяется по синусоидальному закону. Если в контуре вращается однородное магнитное поле с равномерной угловой скоростью, то в нём индуктируется синусоидальная электродвижущая сила.

Характеристики генератора показывают его рабочие свойства. Они представляют собой зависимости между основными величинами – э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах U, ток в якоре Iя, ток возбуждения Iв и число оборотов якоря n.

Каждая из характеристик показывает зависимость между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов.

Снятие всех характеристик машины производится при постоянном числе оборотов якоря, так как при изменении скорости вращения значительно изменяются все характеристики генератора, а нормально большинство генераторов работает при постоянной скорости.

Характеристика холостого хода генератора показывает зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения Е = f (Iв), снятую при отсутствии нагрузки (Iн = 0) и постоянном числе оборотов (n = соnst).

Для генераторов независимого возбуждения при отсутствии нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю (Iя = 0). Так как э. д. с., индуктированная в обмотке якоря, равна Е = СnΦ, то при постоянной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характеристика холостого хода представляет собой магнитную характеристику машины.

Рисунок 2 – Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения: а – при изменении направления тока в обмотке возбуждения,

б – при изменении скорости вращения якоря.

При Iв = 0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Φост, который индуктирует в обмотке якоря э. д. с. Вост (рис. 2, а). Эта э. д. с. составляет несколько процентов (2–5 %) от номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения возрастает как магнитный поток, так и э. д. с., индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении Iв увеличивается и э. д. с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви этой зависимости до точки А начать постепенно уменьшать ток возбуждения Iв, то э. д. с. также уменьшится, но под действием остаточного намагничивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше восходящей ветви этой характеристики. Изменяя Iв не только по величине, но и по направлению, можно определить весь цикл перемагничивания стали машины.

Практически восходящая и нисходящая ветви магнитной характеристики имеют часто незначительное расхождение и за основную характеристику можно принять среднюю зависимость (кривая 3).

На рис. 2, б показаны характеристики холостого хода, снятые при различных скоростях вращения якоря генератора.

Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номинальной скоростью nя, указанной в паспорте генератора. Для всех машин нормального типа точка номинального напряжения (точка А) находится на перегибе магнитной характеристики, что соответствует наиболее удачным рабочим и регулировочным свойствам генератора.

Выбор точки номинального напряжения на линейном ненасыщенном участке магнитной характеристики приводит к резким колебаниям напряжения на зажимах генератора при изменениях нагрузки, так как незначительные приращения намагничивающей силы вызывают резкие изменения э. д. с. Выбор этой точки на насыщенном пологом участке магнитной характеристики приводит к ограничению регулирования напряжения на зажимах генератора, так как для изменения э. д. с. требуются очень большие изменения тока возбуждения.
При изменении скорости вращения якоря генератора изменит свое положение характеристика холостого хода, так как э. д. с. пропорциональна скорости. При n′ > nн характеристика холостого хода пойдет выше (кривая 2), а при n

Дата добавления: 2018-06-27 ; просмотров: 1759 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Лабораторная работа № 1. Тема: Исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения

date image2015-02-27
views image1572

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Тема: Исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения

Цель: Ознакомится с конструкцией генератора постоянного тока независимого возбуждения и научится снимать его характеристики

Оборудование: Генератор постоянного тока независимого возбуждения, асинхронный двигатель (в качестве привода генератора), стрелочный амперметр, стрелочный вольтметр, цифровые мультиметры МУ64 и МУ65.

Опыт №1 Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением

Собрать схему и подсоединить

Модуль электропривода АД: L1-A, L2-B, L3-C

На АД: A*, B*, C*, N; N-S10

1) Убедиться, что АТр в «0» положении.

2) Включить АВ1, МУ64, АВ3.

3) Включить АВ2 и нажать кнопку «Пуск» на модуле электропривода АД.

4) Снять характеристику холостого хода генератора. Для этого плавно подавая напряжение с АТр, следим за током в ОВ и напряжением на якоре (Внимание! Напряжение на ОВ не должно превышать 180В). Сделать 5 – 7 измерений.

Читайте также:  Лабораторная работа по физике по теме электрический ток в

5) Результаты записать в таблицу

№ опыта
IОВ, А
ЕЯ, В

6) Построить график характеристики холостого хода генератора IОВ = f (ЕЯ).

1) АТр в положение «0».

3) Нажать кнопку «Стоп» на модуле электропривода АД

2) Выключить АВ1, АВ2, АВ3

3) Отсоединить провода.

Опыт №2: Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения

Собрать схему и подсоединить

Модуль электропривода АД: L1-A, L2-B, L3-C

На АД: A*, B*, C*, N; N-S10 ПК2 в положение «0»

1) Убедиться, что АТр в «0» положении.

2) Включить АВ1, МУ64, МУ64

3) Включить АВ2, АВ3 и нажать кнопку «Пуск» на модуле электропривод АД.

4) Установить рукояткой АТр напряжение ОВ 180 В.

5) Определить ток в обмотке возбуждения (IОВ) и напряжение на якоре (UЯ). Значения записать в таблицу.

6) Снять внешнюю характеристику генератора, для этой цели перевести ПК2 в 1 положение, что будет соответствовать мощности нагрузки 40 Вт и записать значение тока обмотки возбуждения (IОВ) и напряжения на якоре (UЯ) в таблицу.

7) Аналогично последовательно перевести ПК2 во «2» и «3» положения, что соответствует 80 Вт и 120 Вт соответственно. Значения записать в таблицу.

№ опыта
IОВ, А
UЯ, В
IЯ, А

8)Внимание! в каждом случае необходимо следить, чтобы ток в ОВ не изменялся.

9) Построить графики внешних характеристик генератора IЯ = f (UЯ),

1) АТр в положение «0».

2) Нажать кнопку «Стоп» на модуле электропривода АД.

3) Выключить АВ1 и АВ2.

4) Выключить МУ64 и МУ65

5) Отсоединить провода.

Подготовить отчет, который содержит:

5) Схемы электрические

6) Выводы по проделанной работе

7) Графики внутренней и внешней характеристик генератора постоянного тока независимого возбуждения.

Источник

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННГО ТОКА

Содержание

Введение
Электрическая схема соединений тепловой защиты машины переменного тока
Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра
Лабораторная работа № 1 Исследование генератора постояннго тока
Лабораторная работа № 2 Исследование двигателей постоянного тока параллельного возбуждения
Лабораторная работа № 3 Исследование режимов работы однофазного трансформатора.
Лабораторная работа № 4 Исследование работы АД с фазным ротором

Введение

Лабораторные работы по разделу курса «Электротехника» Электрические машины позволяют эксперимен­тально проверить основные положения теории, приобрести навыки по сборке схем. выработать у студентов навыки по методике проведения опытов и обработке их результатов.

Предварительная подготовка студентов к лабораторной работе и понимание ее цели и содержания важнейшее условие. Поэтому сначала студент должен изучить содержание работы и порядок ее выполнения, повторить теоретический материал, связанный с выполнением данной работы, подготовить таблицы для занесения результатов наблюдений и вычислений.

Лабораторная работа завершается составлением отчета и сдачей зачета по ней.

Отчет должен содержать необходимые схемы, таблицы и графики, выполненные правильно и аккуратно. Студент должен знать назначение всех элементов схемы, уметь объяснить порядок действий при выполне­нии любого эксперимента в лабораторной работе, знать ответы на кон­трольные вопросы, которые приводятся в конце каждой лабораторной работы.

Электрическая схема соединений тепловой защиты машины
переменного тока

Перечень аппаратуры

Подготовка и проведение измерений с помощью электронного мультиметра

Для измерения трех базовых электрических величин (тока, напряжения и омического сопротивления) используется мультиметр. До его подключения к цепи необходимо выполнить следующие операции:

установить род тока (постоянный/переменный);

выбрать диапазон измерений соответственно ожидаемому результату измерений;

правильно подсоединить зажимы мультиметра к измеряемой цепи.

Присоединение мультиметра (как вольтметра) для измерения напряжения

Присоединение мультиметра (как амперметра) для измерения тока

Присоединение мультиметра( как омметра) для измерения омического сопротивления

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННГО ТОКА

Цель работы:

1. Изучить конструкцию генератора постоянного тока.

2. Научится экспериментальным путем определять основные характе­ристики генератора независимого возбуждения.

Теоретическое введение

Генератором постоянного тока называется электрическая машина, в которой механическая энергия, поступающая со стороны вала от приводного двигателя, преобразуется в электрическую энергию постоянного тока.

Генератор состоит из неподвижной части – индуктора и вращающейся части – якоря. В тех случаях, когда обмотка основных полюсов питается от постороннего источника посто­янного тока, генератор называется генератором независимого возбуждения. Если источником питания этих обмоток служит сама машина, то ее называют самовозбуждающимся генератором.

У самовозбуждающихся генераторов обмотки возбуждения, на­ходящиеся на основных полюсах, соединяются с обмоткой якоря в зависимости от их конструкции параллельно или последовательно.

Обмотка с большим числом витков, имеющая значительное сопротивление подключается па­раллельно, а обмотка с малым числом витков, обладающая малым сопротивлением включается пос­ледовательно.

Генераторы, имеющие обмотку возбуждения первого типа, называются генераторами параллельного возбуждения, а машины с обмотками второго типа – генераторами последовательного возбуждения.

При одновременном использовании обеих обмоток машина называется генератором смешанного возбуждения, причем эти обмотки могут включаться как сог­ласно, так и встречно.

Соединение, при котором намагничивающие силы обмоток возбуждения складываются, называется согласным; иногда применяется встречное соединение, при котором последовате­льная обмотка своей намагничивавший силой ослабляет поток, создаваемый параллельной обмоткой. Такое соединение целесооб­разно в тех случаях, когда машина работает в условиях частых коротких замыканий (дуговая сварочная машина), тогда при ко­ротком замыкании последовательная обмотка почти размагничивает машину и понижает ток короткого замыкания до значения, безо­пасного для генератора. В зависимости от принятой системы воз­буждения основных полюсов генераторы постоянного тока приобре­тают те или иные свойства.

Способ возбуждения генератора определяет его свойства, которые проще всего выражаются графическим путем, т.е. в виде кривых, так называемых характеристик, устанавливающих зависимо­сть между основными величинами, определяющими работу генера­тора. Такими величинами являются:

1) напряжение на зажимах генератора U;

2) ток нагрузки I;

3) ток возбуждения IВ. Так как генератор обычно работает при постоянной скорости вращения, то все характеристики получают при n = const.

Основными характеристиками являются:

1. Характеристика холостого хода – это зависимость Е = f (Iв)при Iа = 0 и n = const.

2. Внешняя характеристика — это зависимость Uа = f (Iа) при постоянном напряжении в цепи обмотке возбуждения UВ = const и n = const.

3. Регулировочная характеристика — это зависимость IВ = f (Ia)при Ua = const и n = const.

Все характеристики могут быть определены как эксперимен­тальным, так и расчетным путем.

Описание установки

Экспериментальная установка включает в себя: синхронный приводной двигатель генератора (М1); генератор постоянного тока G4; источники питания обмотки возбуждения генератора G2; источники питания обмотки возбуждения синхронного двигателя G3; датчик скорости G5; трехфазную трансформаторную группу для согласования напряжения сети с напряжением двигателя М1; измерительные приборы (блок мультиметров Р1) и указатель угловых перемещений Р3, а также вспомогательное оборудование – сопротивления, используемые в цепи возбуждения СД – М1 при его пуске (А13); сопротивления нагрузочные в цепи якоря генератора G4 (А10) используемые при снятии внешней и регулировочной характеристик.

А2

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема исследования характеристик генератора

Данные по оборудованию приводятся в таблице 1.1.

Перечень аппаратуры.

Рисунок 1.2 – Схема соединений

Описание электрической схемы соединений

Источник G1 — источник синусоидального напряжения промышленной частоты. Источник питания двигателя постоянного тока G2 используется для питания регулируемым напряжением обмотки возбуждения машины постоянного тока G4, работающей в режиме генератора с независимым возбуждением. Возбудитель G3 служит для питания обмотки возбуждения машины переменного тока М1, работающей в режиме синхронного двигателя. Преобразователь угловых перемещений G5 генерирует импульсы, поступающие на вход указателя частоты вращения Р3 электромашинного агрегата. Машина (синхронный двигатель) М1 получает питание от источника G1 через трехфазную трансформаторную группу А2 и выключатель А6.Реостат А9 выполняет роль резистора синхронизации и подключается выключателем А8 к обмотке возбуждения синхронного двигателя М1 на этапе пуска последнего. С помощью мультиметров блока Р1 контролируются ток возбуждения Iв и э.д.с. E испытуемого генератора G4.

Указания по проведению опытов

1) Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

Источник



Практическая работа №12 Исследование работы генератора постоянного тока независимого возбуждения Т-21
учебно-методический материал

Практическая работа №12

Исследование работы генератора постоянного тока независимого возбуждения

Скачать:

Вложение Размер
22.04.20_pr_no12.docx 119.53 КБ

Предварительный просмотр:

Практическая работа №12

Исследование работы генератора постоянного тока независимого возбуждения

Цель работы: изучение способов пуска и регулирования частоты вращения якоря, снять и исследовать рабочие характеристики.

Оборудование: лабораторный стенд, электроизмерительные приборы, материалы

Основные понятия и определения

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части ( индуктора) и вращающейся части (якоря с барабанной обмоткой).
На рис. 9.1 изображена конструктивная схема машины постоянного тока.

Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.
Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.
Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5.

Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

Принцип действия машины постоянного тока

Рассмотрим работу машины постоянного тока на модели рис.9.2,

где 1 — полюсы индуктора, 2 — якорь, 3 — проводники, 4 — контактные щетки.

Проводники якорной обмотки расположены на поверхности якоря. Очистим внешние поверхности проводников от изоляции и наложим на проводники неподвижные контактные щетки.
Контактные щетки размещены на линии геометрической нейтрали, проведенной посредине между полюсами.
Приведем якорь машины во вращение в направлении, указанном стрелкой. Определим направление ЭДС, индуктированных в проводниках якорной обмотки по правилу правой руки.

На рис. 9.2 крестиком обозначены ЭДС, направленные от нас, точками — ЭДС, направленные к нам. Соединим проводники между собой так, чтобы ЭДС в них складывались. Для этого соединяют последовательно конец проводника, расположенного в зоне одного полюса с концом проводника, расположенного в зоне полюса противоположной полярности (рис. 9.3).

Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или одну катушку. ЭДС проводников, расположенных в зоне одного полюса, различны по величине. Наибольшая ЭДС индуктируется в проводнике, расположенном под срединой полюса, ЭДС, равная нулю, — в проводнике, расположенном на линии геометрической нейтрали.
Если соединить все проводники обмотки по определенному правилу последовательно, то результирующая ЭДС якорной обмотки равна нулю, ток в обмотке отсутствует. Контактные щетки делят якорную обмотку на две параллельные ветви. В верхней параллельной ветви индуктируется ЭДС одного направления, в нижней параллельной ветви — противоположного направления. ЭДС, снимаемая контактными щетками, равна сумме электродвижущих сил проводников, расположенных между щетками.
На рис. 11.4 представлена схема замещения якорной обмотки.

В параллельных ветвях действуют одинаковые ЭДС, направленные встречно друг другу. При подключении к якорной обмотке сопротивления в параллельных ветвях возникают одинаковые токи , через сопротивление R H протекает ток I Я .

ЭДС якорной обмотки пропорциональна частоте вращения якоря n 2 и магнитному потоку индуктора Ф

где С е — константа.
В реальных электрических машинах постоянного тока используется специальное контактное устройство — коллектор. Коллектор устанавливается на одном валу с сердечником якоря и состоит из отдельных изолированных друг от друга и от вала якоря медных пластин. Каждая из пластин соединена с одним или несколькими проводниками якорной обмотки. На коллектор накладываются неподвижные контактные щетки. С помощью контактных щеток вращающаяся якорная обмотка соединяется с сетью постоянного тока или с нагрузкой.

Работа электрической машины постоянного тока
в режиме генератора

Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток

где U — напряжение на зажимах генератора;
R я — сопротивление обмотки якоря.

На рис. 9.5 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки.

Воспользовавшись правилом левой руки, видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент М эм , препятствующий вращению якоря генератора.
Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент.

Генераторы с независимым возбуждением
Характеристики генераторов

Магнитное поле генератора с независимым возбуждением создается током, подаваемым от постороннего источника энергии в обмотку возбуждения полюсов.
Схема генератора с независимым возбуждением показана на рис. 9.6.
Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться
от постоянных магнитов (рис. 9.7).

Зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения называется характеристикой холостого хода E = U хх = f (I в ).
Характеристику холостого хода получают при разомкнутой внешней цепи (I я ) и при постоянной частоте вращения (n 2 = const) .
Характеристика холостого хода генератора показана на рис. 9.8.
Из-за остаточного магнитного потока ЭДС генератора не равна нулю при токе возбуждения, равном нулю.
При увеличении тока возбуждения ЭДС генератора сначала возрастает пропорционально.
Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейна. Но при дальнейшем увеличении тока возбуждения происходит магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. При последующем возрастании тока возбуждения ЭДС генератора почти не меняется. Если уменьшать ток возбуждения, кривая размагничивания не совпадает с кривой намагничивания из-за явления гистерезиса.
Зависимость напряжения на внешних зажимах машины от величины тока нагрузки
U = f (I) при токе возбуждения I в = const называют внешней характеристикой генератора.

Внешняя характеристика генератора изображена на рис. 9.9.

С ростом тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падения напряжения в якорной обмотке.

Источник