Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, устанав-ливающих зависимости между основными величинами, определяющими работу генератора. Такими величинами являются напряжение на зажимах генератора U; ток возбуждения i в; ток якоря I а и частота вращения n.
Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются:
х а р а к т е р и с т и к а х о л о с т о г о х о д а E а = f (i в) при n = const; I а = 0. В определенном масштабе эта характеристика повторяет зависимость Ф = f (i в), т.е. представляет собой характеристику намагничивания машины и, следовательно, позволяет судить о насыщении магнитной цепи генератора при номинальном режиме работы;
н а г р у з о ч н а я х а р а к т е р и с т и к а U а = f (i в) при n = const; I а = const, она при токе нагрузки I а = 0 переходит в характеристику х.х. Нагрузочная харак-теристика проходит ниже характеристики х.х., поскольку при нагрузке генератора током I а напряжение на зажимах генератора уменьшается вследствие падения напряжения I а R а и реакции якоря, и тем больше, чем выше ток I а. Поэтому по виду нагрузочной характеристики можно судить о падении напряжения при данной нагрузке с изменением тока возбуждения, а также о величине размагничивающего действия поперечной реакции якоря;
в н е ш н я я х а р а к т е р и с т и к а U а = f (I а) при n = const и R в = const, она позволяет оценить номинальное изменение напряжения генератора, т.е. изменение напряжения на зажимах генератора при изменении нагрузки от номинальной до нулевой при сохранении номинальной частоты вращения и номинального тока возбуждения;
р е г у л и р о в о ч н а я х а р а к т е р и с т и к а i в = f (I а) при n = const и U а = const.
Поскольку при постоянном токе возбуждения напряжение U а на зажимах генератора уменьшается при увеличении тока нагрузки I а и наоборот, регулировочная характеристика показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки I а, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным.
Экспериментальная часть
1) Ознакомиться с рабочим местом, приборами, конструкцией машины и записать ее паспортные данные.
2) Собрать схему, приведенную на рис. 16.
3) Снять характеристику холостого хода (х.х.х.) E а = f (i в) при n = const и I а = 0.
4) Снять нагрузочную характеристику U а = f (i в) при n = const и I а = const.
5) Снять внешние характеристики U а = f (I а) при n = const и двух токах воз-буждения i в.н и (0,7–0,8) i в.н.
6) Снять регулировочную характеристику i в = f (I а) при n = const; U а = const.
Расчеты и построения
1) Построить на одном графике х.х.х. и нагрузочную.
2) Определить степень насыщения магнитной системы и величину ос-таточной ЭДС.
3) Построить внешние и регулировочную характеристики.
4) Определить процентное изменение напряжения по внешним ха-рактеристикам.
Методические указания
1) Характеристика холостого хода по ГОСТ 10159-79 представляет собой зависимость U а = E а = f (i в) при n = n н = const; I а = 0. Характеристику х.х. снимают, начиная с наибольшего тока возбуждения (1,25–1,50) i в.н (рис. 17, точка 1) и постепенно уменьшая ток i в до нуля. Необходимо следить, чтобы ток возбуж-дения на протяжении опыта изменялся в одну сторону, так как возможен разброс точек из-за гистерезиса.
После уменьшения тока до нуля изменяют полярность тока возбуждения на обратную, плавно увеличивают ток возбуждения до максимального (точка 2) и снова уменьшают до нуля. Изменив вновь полярность обмотки возбуждения переключателем S на первоначальную, доводят ток возбуждения до перво-начального.
На каждой ветви характеристики следует сделать пять-шесть измерений. За расчетную обычно принимают среднюю линию, проходящую через начало координат (штриховая линия на рис. 17). Характеристика х.х. позволяет судить о степени насыщения магнитной системы машины.
Для определения коэффициента насыщения необходимо построить расчетную характеристику х.х. и провести линию параллельно оси абсцисс через точку Е 0 = U н (рис. 18). Если провести касательную к х.х.х. в начале координат, она отсечет на линии DQ отрезок DH, соответствующий намагничивающей силе (н.с.) в воздушном
зазоре машины Fδ. Коэффициент насыщения в этом случае
(23)
Если К н < 1,2 – машина слабо насыщена, К н = 1,2–1,4 – средне насыщена,
К н > 1,4 – сильно насыщена. Наиболее выгодную конструкцию по весовым показателям машины имеют со средне насыщенной магнитной системой.
Рис. 16
частоту вращения якоря, а ток возбуждения
| 2) Нагрузочные характеристики U а = f (i в) при I а = const; n = const позволяют оценить, как изменяется нап-ряжение генератора при данной нагрузке с изменением тока возбуждения, а также величину размагничивающего действия поперечной реакции якоря. Снимается нагрузочная харак-теристика следующим образом. Уста-навливают наибольший ток возбужде-ния, генератор нагружают номинальным или другим заданным током и делают замер. Затем, отключив часть нагру-зочного реостата, изменением тока воз-буждения вновь устанавливают перво-начально заданный ток якоря. Подоб- ным образом необходимо сделать изме-рения в 3–4 точках. В течение опыта не- необходимо поддерживать постоянную изменять только в одном направлении. |
Нагрузочная характеристика (см. рис. 18) проходит ниже х.х.х. из-за размагни-
чивающего действия поперечной реакции якоря и внутреннего падения напряжения
в цепи якоря I а R а.
3) Внешняя характеристика U а = f (I а), снятая при i в = const; n = const, яв-ляется основной с точки зрения изучения рабочих свойств генератора. В соответствии с ГОСТ 183-74 ее необходимо снимать при типовых испытаниях.
Согласно ГОСТ 10159-79 внешнюю характеристику снимают, изменяя ток якоря со 150% от номинального значения до нуля. Изменение напряжения для любой точки характеристики можно определить по формуле:
(24)
где U 0 – напряжение после сброса нагрузки с номинальной до нуля, В;
U a – напряжение в данной точке характеристики, В.
В условиях учебных лабораторий часто не удается установить номинальный
ток якоря, и тем более 1,5 I а.н. Поэтому рекомендуется следующий порядок работы.
В режиме х.х. устанавливается максимальный ток возбуждения, значение которого заносится в табл. 10. Затем поочередно включаются ступени нагрузоч-ного реостата и записываются ток якоря I а и напряжение U а. Вторая внешняя характеристика снимается аналогично при токе возбуждения на 20–30% ниже первоначального.
 Рис. 17
| 
Рис. 18
|
Генераторы независимого возбуждения имеют жесткую внешнюю харак-теристику (рис. 19), т.е. напряжение незначительно снижается при увеличении нагрузки, что вызвано падением напряжения в якорной цепи и размагничивающим действием реакции якоря. Обычно в номинальном режиме D u н = (5–8)% U н.
Рис. 19
| 
Рис. 20
|
4) Регулировочная характеристика I а = f (i в) при n = n н = const; U а = const по-казывает, как нужно регулировать ток возбуждения с изменением тока нагрузки, чтобы напряжение на выходе генератора оставалось постоянным (рис. 20). Согласно ГОСТ 10159-79 снимают две ветви характеристики: первую – при возрастании тока нагрузки, вторую – при убывании его.
В учебных целях достаточно снять одну ветвь – при снижении тока нагрузки. С этой целью при максимальном токе возбуждения включаются все ступени наг-рузочного реостата, т.е. устанавливается максимально возможный на данном ла-бораторном стенде ток нагрузки. Отмечается напряжение на зажимах генератора, ко-торое заносится в табл. 10 и поддерживается постоянным в течение всего опыта. Для этого по мере снижения тока нагрузки (отключение части реостата) уменьшается ток возбуждения. Последнее измерение проводится при отключенной нагрузке (I а = 0).
Таблица 10
Таблица экспериментальных данных
| Характеристика холостого хода E a = f (i в) | Нагрузочная характеристика U a = f (i в) при I a = | Внешняя характеристика U a = f (I a) | Регулировочная характеристика i в = f (I а) при U а = | ||||||||
| при i в = | при i в = | ||||||||||
| E a, В | I в, А | E a, В | I в, А | U a, B | i в, А | U a, B | I a, А | U a, B | I a, А | i в, А | I a, А |
В отчете по работе необходимо дать письменные ответы на контрольные вопросы 2, 4 – 7, 9, 10.
Контрольные вопросы
1) Назначение элементов схемы генератора постоянного тока с независимым возбуждением.
2) Уравнение равновесия ЭДС обмотки якоря.
3) Что такое характеристика холостого хода? Как получить ее опытным путем?
4) Как определить величину остаточной ЭДС и коэффициент насыщения по х.х.х.?
5) Как изменится х.х.х. если ее снимать при более высокой (низкой) частоте вращения якоря?
6) Нагрузочная характеристика, ее зависимость от тока якоря.
7) Внешняя характеристика, ее получение по ГОСТу 183-74. Причины, влияющие на изменение напряжения с ростом тока нагрузки.
8) Что такое процентное изменение напряжения? Как оно определяется по ГОСТ 10159-79?
9) Как можно регулировать напряжение на выходе генератора?
10) Что называется регулировочной характеристикой, и при каких условиях она снимается?
Лабораторная работа 7
ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ С ПОМОЩЬЮ РЕАКТИВНОГО ТРЕУГОЛЬНИКА
Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с косвенным методом испытаний генера-торов постоянного тока и построением его рабочих характеристик [1, c. 239–248; 2, c. 178–186; 3, c. 152–155].
