ОТЧЕТ
по лабораторной работе №1:
«Исследование генератора постоянного тока»
Выполнил: студент гр. ЭТ-21-10
Шоглев Р.Г.
Преподаватель:
Пичугин Ю.П.
Чебоксары 2012
Лабораторная работа №1
«Исследование генератора постоянного тока»
Цель работы: исследование генератора постоянного тока с различными видами возбуждения, снятие и изучение различных характеристик, в частности нагрузочная и характеристика холостого хода.
Необходимые исходные сведения
Устройство и принцип действия
На статоре машин постоянного тока (рис. 6) имеются обмотки возбуждения, расположенные на главных полюсах, а также обмотка якоря, расположенная на роторе.
В установившемся режиме полюсная система статора создает неизменное по направлению магнитное поле, которое пронизывает якорь. При вращении якоря в этом поле в его проводниках наводится переменная ЭДС. Специальное устройство - коллектор и щетки, которые можно рассматривать как механический выпрямитель, позволяет получить на выводах обмотки якоря практически постоянную во времени ЭДС.
Способы возбуждения генераторов постоянного тока
Генераторы с независимым возбуждением
Если независимая обмотка возбуждения L1G (см. рис.1) получает питание от стороннего источника постоянного тока, возбуждение называется независимым. Обычно у крупных генераторов таким источником служит вспомогательный генератор небольшой мощности, называемый возбудителем.
В учебной лаборатории независимая обмотка возбуждения питается от внутренней сети постоянного тока.
Генераторы с параллельным возбуждением
Обмотку возбуждения L1G можно питать от выводов обмотки якоря самого генератора (см. рис. 2). В этом случае отпадает надобность в дополнительном источнике постоянного тока, что является существенным преимуществом генератора с параллельным возбуждением. Недостатком параллельного возбуждения является значительное уменьшение выходного напряжения при увеличении тока нагрузки генератора.
Генераторы со смешанным возбуждением
Генераторы со смешанным возбуждением снабжаются двумя обмотками возбуждения: параллельной L1G и последовательной L2G (см. рис.З).
Применение последовательной обмотки, МДС которой пропорциональна току нагрузки, обеспечивает автоматическое увеличение потока возбуждения с ростом нагрузки и позволяет поддерживать достаточно стабильное напряжение при изменении тока нагрузки в широких пределах.
Самовозбуждение генераторов
В генераторах с параллельным, последовательным и смешанным возбуждениями источником питания обмоток возбуждения является якорь самой машины (см. рис. 2, 3).
Рассмотрим процесс самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением на холостом ходу. Магнитная система машины, будучи однажды намагниченной, сохраняет небольшой поток остаточного магнетизма. При вращении якоря в поле остаточного магнетизма в его обмотке возникает ЭДС Еост, которая создает в обмотке возбуждения первоначальный ток. Этот ток усиливает магнитное поле машины, вследствие чего напряжение на зажимах якоря и обмотке возбуждения возрастает, что приводит к увеличению тока возбуждения и т.д. Таким образом, процесс самовозбуждения есть одновременное нарастание напряжения на выводах обмотки якоря и тока возбуждения генератора. Пренебрегая сопротивлением якоря, можно считать, что ЭДС в обмотке якоря уравновешивается ЭДС самоиндукции и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки возбуждения:
где eо - мгновенное значение ЭДС в обмотке якоря; iв - мгновенное значение тока в обмотке возбуждения; RB, LB – активное сопротивление и коэффициент самоиндукции обмотки возбуждения.
Падение напряжения на активном сопротивлении обмотки возбуждения иRв = iBRB с ростом тока iв растет линейно и изображается (см. рис. 4) прямой О А. Зависимость e0=f(iв) представляет собой характеристику холостого хода генератора.
При значении тока возбуждения, равного iв (рис. 5), производная
Это означает, что ток iв увеличивается во время переходного процесса при самовозбуждении. В точке А пересечения характеристики холостого хода и прямой О А 
, ток iв в этой точке перестает нарастать (iв =const) и процесс самовозбуждения заканчивается.
Процесс самовозбуждения (
) возможен при выполнении следующих условий:
а) в машине должен быть поток остаточного магнетизма. При отсутствии остаточного магнетизма магнитную систему машины следует намагнитить, пропустив постоянный ток по обмотке возбуждения от постороннего источника;
б) направления потока остаточного магнетизма и потока возбуждения должны быть одинаковыми. Если ток в обмотке возбуждения создает магнитный поток, направленный встречно остаточному, то генератор не возбуждается, нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, изменив полярность присоединения ее зажимов к обмотке якоря;
в) сопротивление в цепи возбуждения должно быть меньше критического. Критическому сопротивления цепи обмотки возбуждения соответствует зависимость иRв = iBRB.КР представляющая собой касательную О В к характеристике холостого хода.
Реакция якоря
Магнитное поле в машине постоянного тока создается при холостом ходе только обмоткой возбуждения (рис. 6, а). При вращении ротора по направлению стрелки в проводниках обмотки якоря наводится ЭДС (на рис. 6, а направления ЭДС показаны знаками «+» и «•».
При нагрузке по обмотке якоря протекает ток. В проводниках обмотки якоря генератора направление тока совпадает с направлением ЭДС. Такое распределение тока в проводниках обмотки якоря имеет место, когда щетки располагаются на геометрической нейтрали (их расположение совпадает с поперечной осью q). В результате возникает поле якоря. Воздействие МДС обмотки якоря на поле машины, созданное обмоткой возбуждения, называется реакцией якоря. Пояснить, как изменяется поле машины в результате этого воздействия, мы можем с помощью рис.6. Поле машины при ее холостом ходе (рис, 6, а) создается только МДС обмотки возбуждения. Поле якоря (рис. 6, 6) получается в машине при наличии тока только в обмотке якоря. Его поле имеет ось, совпадающую с линией расположения щеток. Из сопоставления рис 6, а и 6, б видно, что МДС обмотки возбуждения и обмотки якоря складываются в пределах одной половины полюса и вычитаются в пределах другой половины полюса. Из-за насыщения ферромагнитных участков, расположенных близко к воздушному зазору (это в основном зубцы ротора), увеличение МДС на половине полюса не приводит к пропорциональному увеличению индукции в воздушном зазоре. В то же время на другой половине полюса, где МДС меньше, насыщение отсутствует. Магнитная индукция здесь уменьшается практически пропорционально уменьшению МДС. В результате при нагрузке магнитный поток Ф уменьшается. Таким образом, поперечная реакция якоря является размагничивающей.
При смещении щеток с геометрической нейтрали по направлению вращения ротора возникает продольная размагничивающая МДС якоря (при смещении щеток против направления вращения МДС якоря будет намагничивающей).