1. Характеристика холостого хода - зависимость ЭДС генератора от силы тока в обмотке возбуждения при постоянной частоте вращения якоря и отсутствии нагрузки (Iн=0) (рис. 9.2).
 |
e
eост
Iв
Pис. 9.2
Так как ЭДС генератора e=СnФ, то при постоянной скорости вращения якоря она определяется только магнитным потоком. В связи с этим характеристика холостого хода качественно повторяет зависимость Ф=f(Iв). При Iв =0 в обмотке якоря потоком остаточного намагничивания наводится eост. Затем, по мере роста Iв, увеличиваются Ф и соответственно e. После насыщения магнитной системы машины e стабилизируется. При уменьшении Iв из-за дополнительного намагничивания сердечника наблюдается гистерезис зависимости e=f(Iв) (рис. 9.2).
2. Внешняя характеристика - зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки Iн (тока якоря Iя) при неизменных частоте вращения якоря и сопротивлении цепи возбуждения.
Для объяснения этой зависимости, состоящей из трех характерных участков (рис. 9.3), целесообразно воспользоваться уравнением электрического состояния генератора:
U=e-IяRя=CnФ-(Iн+Iв)Rя. (9.4)
При отсутствии тока в нагрузке U=e=eном. Рост этого тока вызывает уменьшение выходного напряжения генератора вследствие увеличения падения напряжения на внутреннем сопротивлении якоря (участок ab). При этом магнитная система генератора находится в насыщении. Поэтому e остается постоянной - уменьшение U, а следовательно, и Iв=U/Rов не влияют на установившийся магнитный поток.
На участке bc снижение U по-прежнему обусловлено возрастанием падения напряжения на якоре. Кроме этого появляются еще два фактора, способствующие ускорению данного процесса. Первый фактор - “реакция якоря”. Он обусловлен тем, что при значительных токах якоря его собственное магнитное поле накладывается на основное магнитное поле генератора, уменьшая его. Второй фактор вызван снижением ЭДС генератора - его магнитная система выходит из насыщения.
U
а
b
Uном
c
d
0 Iя(Iн)
Iкз
Iном
Iкр
Pис. 9.3
На участке cd ускоренное снижение U приводит к аналогичному поведению тока в цепи возбуждения, что сопровождается лавинообразным уменьшением магнитного потока, ЭДС и тока якоря. Этот процесс заканчивается полным размагничиванием генератора. При этом в системе продолжает действовать лишь небольшой остаточный магнитный поток, обеспечивающий eост. Ток возбуждения в таком режиме отсутствует, напряжение на зажимах генератора равно 0, а (9.4) приобретает вид:
eост-IкзRя = 0. (9.5)
Полученное уравнение позволяет определить так называемый ток короткого замыкания
Iкз = eост/Rя, (9.6)
который в генераторах параллельного возбуждения значительно
меньше номинального, поэтому плавный переход генератора в режим короткого замыкания для него безопасен. Иная ситуация возникает при внезапном коротком замыкании нагрузки. В этом случае из-за значительной индуктивности обмотки возбуждения ток в ней резко измениться не может. В результате ЭДС генератора некоторое время остается близкой к номинальной, а ток в нагрузке существенно превышает допустимый.
3. Регулировочная характеристика показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при варьировании тока нагрузки, чтобы при постоянной частоте вращения якоря поддерживать неизменным напряжение на клеммах генератора (рис. 9.4).
Iв с
b
а
0 Iн
Pис. 9.4
Регулировочная характеристика может быть объяснена на основании уравнения (9.4). В генераторах параллельного возбуждения Iв<<Iя, а Iя=Iн+Iв»Iн. Поэтому при росте тока якоря выходное напряжение падает и единственная возможность его поддержания на неизменном уровне заключается в увеличении ЭДС (повышении Iв). Участок ab регулировочной характеристики соответствует состоянию насыщения магнитной системы генератора (участку ab внешней характеристики). Увеличение скорости роста тока возбуждения на участке bc связано с выходом магнитной системы генератора из насыщения.
Если внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (рис. 9.3) не удовлетворяет требованиям потребителя, то используют генераторы смешанного возбуждения. В них, наряду с основной параллельной обмоткой ОВ1, последовательно с электрической цепью якоря подключена еще одна дополнительная (последовательная) обмотка ОВ2. Электрическая схема такого генератора представлена на рис. 9.5, а.
Последовательная обмотка подключается таким образом, чтобы приращение ЭДС, индуцированное ее магнитным потоком, компенсировало уменьшение напряжения на зажимах генератора, вызванное выходом его магнитной системы из насыщения и ростом падения напряжения на якоре. При увеличении тока нагрузки в генераторах смешанного возбуждения автоматически возрастает магнитный поток, создаваемый последовательной обмоткой. Данный процесс замедляет падение выходного напряжения (кривая 1 на рис. 9.5, б). В этом случае говорят, что обмотки ОВ1 и ОВ2 включены согласно (их магнитные потоки складываются). Возможно и встречное включение обмоток. Оно приводит к регистрации резко падающей внешней характеристики генератора - кривая 2 на рис. 9.5, б. Такой режим работы генератора используется, например, в устройствах дуговой сварки. Его полезное качество заключается в поддержании неизменным разрядного тока при колебаниях напряжения, вызванных изменением длины дугового разряда.
e
U
Iя
ОВ1
Iв ОВ2 2
Iн
- +0 Iн
Rн б
а
Рис. 9.5
описание экспериментальной установки
Первая часть лабораторной работы связана с исследованием эксплуатационных характеристик генератора параллельного возбуждения, электрическая схема которого приведена на рис. 9.6.
Рис. 9.6
К
мА А
R1 Я1 К1 К2 ... Кn
V
Л1 Л2... Лn
R2 Я2
ОВ
Ш1 Ш2
Рис. 9.6
Цепь подлежит полной сборке, за исключением контактов Ш2 и Я2, которые соединены перемычкой на щитке генератора. Токи в цепях возбуждения и нагрузки измеряются соответственно миллиамперметром и амперметром электромагнитной системы, а напряжение на выходе генератора (ЭДС якоря) - вольтметром той же системы. В качестве нагрузки используются электрические лампы накаливания, каждая из которых включается автономным ключом. Регулировка тока возбуждения осуществляется с помощью реостатов R1 и R2. Для запуска двигателя, приводящего генератор в действие, на настенном сетевом щите необходимо предварительно включить предохранители-автоматы.
При исследовании генератора смешанного возбуждения используется цепь, схема которой представлена на рис. 9.7.
К
МА А
Я1
R К1 К2 ... Кn
Я2
С1(С2) V
ОВ2Л1 Л2... Лn
ОВ1 С2(С1)
Ш1 Ш2
Рис. 9.7
Данная электрическая цепь генератора собрана стационарно. Ее отличие от ранее рассмотренной состоит только в наличии дополнительной, включенной последовательно с якорем обмотки ОВ2. Установкой перемычек на щитке генератора обеспечивается согласное (рис. 9.8, а) и встречное (рис. 9.8, б) включение обмоток ОВ1 и ОВ2.
 |
Ш1 Я1 Ш1 Я1
а б
Рис. 9.8
Для запуска двигателя генератора также необходимо включить на сетевом щите автоматы-предохранители.
порядок ВЫПОЛНЕНИЯ работы
1. Соберите электрическую цепь, схема которой представлена на рис. 9.6. Ключ К приведите в разомкнутое состояние.
2. Осуществите запуск двигателя генератора. Затем, изменяя положение движков реостатов R1 и R2, снимите прямую и обратную зависимости ЭДС якоря от тока в цепи возбуждения. Прямая зависимость контролируется при росте тока возбуждения, обратная – при его уменьшении. Результаты занесите в таблицу 9.1.
Таблица 9.1
| Прямая зависимость | Iв, мА | |
| eя,В | ||
| Обратная зависимость | Iв, мА | |
| eя,В |
3. Изменяя реостатами R1 и R2 ток в цепи возбуждения, установите номинальное напряжение на выходе генератора, равное Uном = 220 В. Замкните ключ К. Подключая с помощью ключей К1-Кn лампы накаливания Л1-Лn (изменяя ток нагрузки), снимите внешнюю характеристику генератора. Результаты занесите в таблицу 9.2.
Таблица 9.2
Iн, А
U, B
4. Отключите нагрузку. Установите напряжение на выходе генератора, равное 150 В. Замкните ключ К. Последовательно подключая по одной лампе накаливания, поддерживайте с помощью реостатов R1 и R2 неизменным выходное напряжение генератора. Фиксируйте при этом каждый раз установившиеся значения токов в цепях возбуждения и нагрузки. Результаты занесите в таблицу 9.3.
Таблица 9.3
Iв, m А
Iн, A
5. Перейдите ко второй установке (рис. 9.7). Установив перемычки на щитке генератора в соответствии с рис. 9.8, а, осуществите согласное соединение обмоток возбуждения. Включите генератор и, изменяя реостатом R ток в цепи обмотки возбуждения ОВ1, обеспечьте выходное напряжение, равное 220 В. Замкните ключ К и снимите внешнюю характеристику генератора. Результаты занесите в таблицу 9.4.
6. Осуществите встречное включение обмоток возбуждения, установив перемычки на щитке генератора согласно рис. 9.8, б. Повторите п. 5. Полученные результаты занесите в таблицу 9.4.
Таблица 9.4
 |
Согласное Iн, А
включение
обмоток eя, В
Встречное Iн, А
включение
eя, В
обмоток eя, В
7. На основании данных таблицы 9.1 постройте характеристики холостого хода генератора параллельного возбуждения при увеличении и уменьшении тока в цепи возбуждения.
8. По данным таблицы 9.2 постройте внешнюю характеристику генератора параллельного возбуждения.
9. Определите полезную мощность в нагрузке Pн=UIн, полную электрическую мощность Pэл=UIя (где Iя=Iн+Iв) и КПД генератора h=Рн/Рэл. Постройте график зависимости КПД генератора от тока нагрузки.
10. На основании данных таблицы 9.3 постройте регулировочную характеристику генератора параллельного возбуждения.
11. По данным таблицы 9.4 постройте в одних координатных осях внешние характеристики генераторов параллельного и смешанного (при согласном и встречном включении обмоток) возбуждения.
контрольные вопросы
1. Опишите устройство генератора постоянного тока.
2. Объясните характеристику холостого хода генератора параллельного возбуждения.
3. Сформулируйте условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения.
4. Для чего в генераторах смешанного возбуждения используют дополнительную обмотку?
5. Объясните различие в поведении внешней характеристики генератора смешанного возбуждения при согласном и встречном включении обмоток.