Генератор постоянного тока с последовательным возбуждением.

С изменением тока нагрузки ЭДС изменяется в соответствии с характеристикой холостого хода (рис. 11, зависимость 1), а падение напряжения (R_а + R_в ) I_а по прямолинейному закону (зависимость 2). Напряжение определяется как разность ординат зависимостей 1 и 2. В результате внешняя характеристика генератора с после­довательным возбуждением приобретает вид зависимости U = f (I) (рис. 11). Подобная внешняя характеристика неудобна при работе с меняющейся нагрузкой, но допускает использование генератора в процессах с частыми короткими замыканиями (например, сварочные дуговые машины).

Генераторы постоянного тока со смешанным возбуждением

В этом генераторе имеютсядве обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная).

Рис. 11. Принципиальная схема генератора со смешанным возбуждением.

Вид внешней характеристики генератора зависит от способа включения обмоток. При использовании одной параллельной обмотки возбуждения получают внешнюю характеристику вида 1 на рис.12, одной последовательной обмотки – вида 2.

При согласном включении обмоток результирующий магнитный поток оказывается равным

Ф = Ф_парал + Ф_посл.

Рис.12. Внешняя характеристика генератора со смешанным возбуждением.

При встречном включении обмоток результирующий магнитный поток генератора будет равен

Ф = Ф_парал – Ф_посл.

Это приводит к тому, что с увеличением тока нагрузки на­пряжение на зажимах генератора резко падает (график 5 ). При увеличении числа витков обмотки возбуждения получают U_ном > U₀ (характеристика 4).

Генераторы со встречным включением обмоток целесообразно использовать в условиях, где требуется ограничить ток короткого замыкания (например, для питания дуговых сварочных машин).

3. Методические указания по выполнению работы

3.1. Ознакомиться с описанием и техническими характеристиками электромашинного агрегата. Записать в лабораторный отчет техничес­кие паспортные данные исследуемого генератора.

3.2. Ознакомиться с комплектом аппаратуры лабораторного стенда, используемым в лабораторной работе (Таблица 1)

Таблица 1

Исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения

Указания по проведению эксперимента

· Собрать электрическую схему для снятия характеристики (рис.13).

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока

· Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Переключатели режима работы источника G2, возбудителя G3 и выключателей А2 и А4 установите в положение "РУЧН.".

· Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

·

Рис.13. Схема опыта по определению характеристики холостого хода ГПТ независимого возбуждения

·. Включите «СЕТЬ» выключателя А4

· Включите выключатель А4 кнопкой «ВКЛ».

· Установите в каждой фазе реостата А3 сопротивление 8 Ом.

· Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

· Осуществите асинхронный пуск двигателя М1 включением выключателя А2.

· Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя G3.

· Регулировочной рукояткой возбудителя G3 установите ток возбуждения, достаточный для перехода двигателя М1 из асинхронного в синхронный режим работы с сетью.

· Отключите выключатель А4 кнопкой «ОТКЛ».

· Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

· Вращая регулировочную рукоятку источника G2, изменяйте ток возбуждения генератора G4 и заносите показания амперметра Р2.1 и вольтметра Р2.2 в таблицу 3.3.1

Таблица 3.3.1

· По завершении эксперимента сначала у источника G2, а затем у возбудителя GЗ поверните регулировочную рукоятку против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ".

· Отключите выключатель А2 нажатием кнопки "ОТКЛ.". Отключите источник G1 нажатием на кнопки «гриб», и последующим отключением ключа - выключателя.

· Постройте характеристику Е_а = f(I_в).

3.4 Определение внешней U = f (I_a), регулировочной I_в = f (I_a), и нагрузочной U = f(I_в) характеристик

Указания по проведению эксперимента

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока.

· Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

·

Рис.14. Схема опыта по определению внешней, регулировочной и нагрузочной характеристик ГПТ независимого возбуждения

· Переключатели режима работы источника G2, возбудителя GЗ и выключателей А2 и А5 установите в положение "РУЧН.".

· Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя GЗ поверните против часовой стрелки до упора.

· Установите в каждой фазе реостата АЗ сопротивление 8 Ом.

· Регулировочные рукоятки нагрузки А4 поверните против часовой стрелки до упора (в положение "О").

· Установите переключателем в блоке А1 номинальные напряжения: вторичной обмотки трансформаторов - 127 В.

· Включите «СЕТЬ» выключателя А5.

· Включите выключатель А5 кнопкой «ВКЛ».

· Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

· Осуществите асинхронный пуск двигателя М1 включением выключателя А2.

· Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя GЗ.

· Вращая регулировочную рукоятку возбудителя GЗ установите ток возбуждения, достаточный для перехода двигателя М1 из асинхронного в синхронный режим работы с сетью.

· Отключите выключатель А5 кнопкой «ОТКЛ».

· Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." источника G2.

· Вращая регулировочную рукоятку источника G2, установите и не меняйте ток возбуждения I_в генератора G4, при котором напряжение U на его якоре составит, например, 220 В.

· Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А4, изменяйте ток якоря I_а генератора G4 и заносите показания вольтметра Р2.2 и амперметра Р2.3 в таблицу 3.4.1

Таблица 3.4.1

· Верните регулировочные рукоятки нагрузки А4 в положение "О".

· Установите путем регулирования тока возбуждения I_в напряжение U якоря генератора равным, например, 220 В.

· Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А4 по часовой стрелке и поддерживая напряжение U якоря равным 220 В, путем регулирования тока возбуждения I_в, изменяйте ток I_а якоря генератора и заносите показания амперметров Р2.1 и Р2.3 в таблицу 3.4.2.

Таблица 3.4.2

Меняя положение регулировочных рукояток нагрузки А4 и поддерживая ток якоря I_а на заданном уровне, например равным 0,3 А, путем регулирования тока возбуждения I_в, изменяйте напряжение U якоря и заносите показания вольтметра Р2.2 и амперметра Р2.1 в таблицу 3.4.3

Таблица 3.4.3

По завершении эксперимента сначала у источника G2, а затем у возбудителя G3 поверните регулировочные рукоятки против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Отключите выключатель А2 нажатием кнопки "ОТКЛ.". Отключите источник G1 нажатием на кнопку «гриб» и последующим отключением ключа - выключателя. Постройте

− внешнюю характеристику U = f (I_а), при n = const, I_в = const; по данным табл. 3.4.1;

− регулировочную характеристику I_в= f (I_а), при n = const, U = const по данным табл. 3.4.2;

− нагрузочную характеристику U = f (I_в) при n = const, I_а = const; по данным табл. 3.4.3.

3.5. Определение внешней U = f (I_а), регулировочной I_в= f (I_а) и нагрузочной U = f (I_в)характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Указания по проведению эксперимента

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока

· Соедините гнезда защитного заземления устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рис.15).

Рис.15. Схема опыта по определению внешней, регулировочной и нагрузочной характеристик ГПТ параллельного возбуждения

· Переключатели режима работы возбудителя 03 и выключателей А2, А6 переведите в

· положение "РУЧН.".

· Регулировочную рукоятку возбудителя GЗ поверните против часовой стрелки до упора.

· Установите в каждой фазе реостата АЗ сопротивление 8 Ом.

· Регулировочную рукоятку реостата А4 поверните по часовой стрелке до упора.

· Регулировочные рукоятки нагрузки А5 поверните против часовой стрелки до упора (в положение "О").

· Установите переключателем в блоке А1 номинальные напряжения: вторичной обмотки трансформаторов - 127 В.

· Включите «СЕТЬ» выключателя А6.

· Включите выключатель А6 кнопкой «ВКЛ».

· Включите источник G1. О наличии напряжений фаз на его выходе; должны сигнализировать светящиеся лампочки.

· Осуществите асинхронный пуск двигателя М1 включением выключателя А2.

· Включите выключатель "СЕТЬ" и нажмите кнопку "ВКЛ." возбудителя ОЗ.

· Вращая регулировочную рукоятку возбудителя GЗ, установите ток возбуждения, достаточный для перехода двигателя М1 из асинхронного в синхронный режим работы с сетью.

· Отключите выключатель А6 кнопкой «ОТКЛ».

· Вращая регулировочную рукоятку реостата А4, установите и в течение всего опыта поддерживайте неизменным ток возбуждения I_в • генератора G2, например, равным 0,15 А, не меняйте определённое сопротивление r_в.

· Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А5, изменяйте ток якоря I_а генератора G2 и заносите показания вольтметра Р2.2 и амперметра Р2.3 в таблицу 3.5.1.

Таблица 3.5.1.

· Верните регулировочные рукоятки нагрузки А5 в положение "О".

· Вращая регулировочную рукоятку реостата А4, установите и в течение всего опыта поддерживайте неизменным напряжение U якорной обмотки генератора G2, равным, например, 200 В.

· Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А5, изменяйте ток якоря I_а генератора G2 и заносите показания амперметров Р2.1 и Р2.3 в таблицу 3.5.2.

Таблица 3.5.2.

По завершении эксперимента сначала у источника G2, а затем у возбудителя G3 поверните регулировочные рукоятки против часовой стрелки до упора, нажмите кнопку "ОТКЛ." и отключите выключатель "СЕТЬ". Отключите выключатель А2 нажатием кнопки "ОТКЛ.". Отключите источник G1 нажатием на кнопку «гриб» и последующим отключением ключа - выключателя. Постройте

− внешнюю характеристику U = f (I_а), при n = const, I_в = const; по данным табл. 3.5.1;

− регулировочную характеристику I_в= f (I_а), при n = const, U = const по данным табл. 3.5.2;

− нагрузочную характеристику U = f (I_в) при n = const, I_а = const; по данным табл. 3.5.3.

6. Контрольные вопросы.

1. Как снимается характеристика холостого хода генерато­ров независимого возбуждения?

2. Почему с увеличением тока возбуждения ЭДС, наводимая в якоре генератора, вначале резко возрастает, затем практически остается неизменной?

3. Почему с ростом тока нагрузки напряжение на зажимах якоря генератора с независимым возбуждением изменя­ется меньше, чем у генератора с параллельным возбуждением?

4. Почему с ростом тока нагрузки, напряжение на зажимах генератора постоянного тока независимого возбуждения уменьшает­ся при неизменном токе возбуждения?

5. Перечислите условия самовозбуждения генераторов?

6. Как изменятся параметры генератора (E, U, If, Ia) и вид характеристик при изменении частоты вращения приводного двигателя?

7. Сравните ХХХ и нагрузочную. Объясните причину снижения уровня напряжения

8. Отличаются ли значения эдс в режиме холостого хода и под нагрузкой?

9. Объясните вид внешней характеристики

10. Сравните внешние и регулировочные характеристики генераторов с независимым и параллельным возбуждением

11. Что такое регулировочная характеристика?

12. Какие характеристики используются для объяснения процесса самовозбуждения?

13. В каком режиме эксплуатировался генератор при снятии характеристик?

14. Найдите рабочую точку генератора на нужной характеристике и дайте заключение о режиме работы генератора в лабораторной работе.

7. Литература.

1. Копылов И.П. Электрические машины.- М.: Энергоатомиздат, 1984.

2. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. ч.1 ч.2,- М.: Энергия,1972

3. Вольдек А.И. Электрические машины. - М.: Энергия,1974, 840с.,ил.

4. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины.ч.1 ч.2. – М: Высшая школа, 1987.

5. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. – М: Высшая школа, 1985, 275 с., ил.

Методические указания

к лабораторным работам по дисциплине «Электрические машины»

для студентов специальности 140604 «Электропривод и автоматика

промышленных установок и технологических комплексов»

очной и заочной форм обучения

Издательство «Нефтегазовый университет»

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

625000, г.Тюмень, ул. Володарского, 38

отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»

625039, г.Тюмень, ул. Киевская,52