Генератор постоянного тока с последовательным возбуждением.

Обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой (рис. 10). Ток якоря является одновременно и током возбуждения и током нагрузки:

I_а = I_в = I_н

Обмотка возбуждения рассчитывается на большой ток, имеет небольшое количество витков и изготовляется из провода большого сечения.

Рис. 10. Принципиальная схема генератора с последовательным возбуждением.

Характеристика холостого хода генератора с последо­вательным возбуждением снимается искусственно при питании обмотки возбу­ждения от независимого источника и имеет тот же вид, что и у ге­нераторов других типов (см. рис. 3).

Уравнение электрического равновесия, записанное для замкну­той цепи генератора с последовательным возбуждением согласно второму закону Кирхгофа, имеет вид

E = U + (R_а + R_в ) I_а,,

где R_в – сопротивление обмотки последовательного возбуждения.

При этом уравнение внешней характеристики для этого генератора запишется в виде

U = E – (R_а + R_в ) I_а,

Рис. 11. Построение внешней характеристики генератора 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.

Это позволяет скомпенсировать суммарное падение напряжения и получить почти постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки (график 3).

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

Номер блока в стенде	Наименование	Параметры
101.1	Машина постоянного тока	90 Вт; 220 В; ,56 А (якорь) 220 В; 0,7А (возбуждение)
102.1	Машина переменного тока	50 Вт; 230 В ~; 1500 мин-1
	Преобразователь угловых перемещений	0... 6000 мин-1
201.2	Трехфазный источник питания	400 В ~; 16 А
206.1	Источник питания двигателя постоянного тока	0…250В – ; 3А (якорь) 200В –; 1А (возбуждение)
209.2	Возбудитель машины переменного тока	0... 40 В – ; 3,5А
	Трехполюсный выключатель	400 В ~; 10 А
306.1	Активная нагрузка	3*0...50 Вт; 220/380 В
307.1	Реостат для цепи ротора машины переменного тока	З*0...40 Ом;1 А
308.1	Реостат возбуждения машины постоянного тока	0...2000 Ом; 0,1... 0,5 А
347.1	Трёхфазная трансформаторная группа	3*80 ВА; 230 В/242, 235, 230, 226, 220, 133, 127В
506.2	Указатель частоты вращения	-2000…0…2000 мин-1
509.1	Мультиметр	0...1000В; 0…100А

Исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения

3.3. Определение характеристики холостого ходаЕ_а = f(I_в)

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.

·

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

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

Iв,А
Еа, В

· 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.

·

Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рис.14).

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

Iа, А
U, В

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

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

· Перемещая регулировочные рукоятки нагрузки А4 по часовой стрелке и поддерживая напряжение Uякоря 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

Iа, А
Iв, А

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

Iв, А
U, в

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.

Iа, A
U, B

· 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.

Iа, A
Iв, A U, B

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

Составители:

Ст. преподаватель Шаталова Н.В. Доцент, к.т.н. Савиных Ю.А.

Подписано к печати Заказ № Формат 60/90/1/16 Отпечатано на RISO GR 3750

Бум. писч. №1 Уч. изд.л. Усл. печ. л. Тираж экз

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