Исследование генератора постоянного тока
Цель работы:
1. Изучить конструкцию генератора постоянного тока.
2. Определять экспериментальным путем 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 и обозначение выводов Ш1и Ш2, подключается параллельно, а обмотка с малым числом витков, обладающая малым сопротивлением с обозначением выводов C1 и С2, включаются 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.
| (А13) |
| А2 |
Рисунок 1.1 – Принципиальная схема исследования характеристик генератора
Данные по оборудованию приводятся в таблице 1.1.
Перечень аппаратуры.
Таблица 1.1
| Обозначение | Наименование | Код № блока | Параметры |
| G1 | Трехфазный источник питания | 201.2 | ~400 В / 16 А |
| G2 | Источник питания обмотки возбуждения генератора | 206.1 | - 0…250 В / 3 А (якорь) / - 200 В / 1 А (возбуждение) |
| G3 | Возбудитель синхронной машины | 209.2 | -0…40 В / 3,5 А |
| G4 | Генератор постоянного тока | 101.2 | 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение) |
| G5 | Преобразователь угловых перемещений (датчик скорости) | 6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот | |
| М1 | Синхронный двигатель | 102.1 | 100 Вт / ~230 В / 1500 мин- |
| А2 | Трёхфазная трансформаторная группа | 347.1 | 3´80 В×А / U1=220 В/ U2=230 В/ U3=123В |
| А6, А8, А9 | Трехполюсный выключатель | 301.1 | ~400 В / 10 А |
| А12 | Реостат для цепи ротора машины переменного тока | 307.1 | 3 ´10 Ом / 1 А |
| А10 | Активная нагрузка | 306.1 | 220 В / 3´0…50 Вт; |
| А11 | Реостат возбуждения машины постоянного тока | 308.1 | 0…2000 Ом / 0.3 А |
| А13 | Реостат | 323.2 | 2×0…100 Ом / 1 А |
| Р1 | Блок мультиметров | 508.2 | 3 мультиметра  0...1000 В / 0...10 А / 0…20 МОм |
| Р3 | Указатель частоты вращения | 506.2 | -2000…0…2000 мин-1 |
| А14 | Блок питания стенда однофазным переменным током I | 220 В |
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. E0 испытуемого генератора G4.
Указания по проведению опытов
1) Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.