Генератор постоянного тока с параллельным
Цель работы: изучение эксплуатационных характеристик генератора постоянного тока.
Приборы и принадлежности: генератор постоянного тока, миллиамперметр, амперметр, вольтметр, нагрузка в виде набора электрических ламп накаливания, реостаты.
краткие теоретические сведения
Важнейший классификационный признак электрических машин постоянного тока заключается в способе получения (возбуждения) в них магнитного поля. Это поле может быть создано постоянными магнитами, однако чаще применяют электромагнитное возбуждение. Генераторы последнего типа разделяются на два класса: с независимым возбуждением и самовозбуждением. В первом случае обмотка возбуждения (ОВ) генератора запитывается от автономного источника, во втором - ОВ подключается к электрической цепи якоря генератора. В зависимости от варианта соединения ОВ с цепью якоря различают генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Наибольшее распространение в электротехнике получили генераторы параллельного возбуждения. Электрическая схема такого генератора приведена на рис. 9.1, а.
e e, U
С
eуст
Iя Iв Д Lовdiв/dt
emin
ОВ eост iвRов
+ Iн -
0 Iвуст Iв
Rн а б
Рис. 9.1
Для возбуждения (приведения в рабочее состояние) генератора достаточно обеспечить вращение якоря. Эту процедуру обычно выполняют в режиме холостого хода (при отключенной нагрузке). При изготовлении сердечник генератора намагничивают. Поэтому в исходном состоянии обмотку якоря пронизывает остаточный магнитный поток Фост, составляющий 1-3 % от номинального. В результате вращение якоря с частотой n приводит к возникновению в его обмотке небольшой остаточной ЭДС:
eост = СnФост,(9.1)
где С - конструкционная постоянная генератора.
Под действием eост в обмотке возбуждения появляется незначительный ток Iв, который создает дополнительный магнитный поток, пронизывающий обмотку якоря. Этот поток может быть направлен встречно или согласно Фост. В первом случае сердечник размагничивается, во втором - происходит усиление суммарного магнитного потока. В результате увеличивается ЭДС якоря, которая вызывает дальнейшее нарастание тока возбуждения и т. д. Процесс изменения тока возбуждения описывается уравнением:
e = iвRов + Lв diв/dt,(9.2)
где e - мгновенное значение ЭДС в обмотке якоря; iв - мгновенное значение тока возбуждения; Lв - суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря (активное сопротивление якоря мало); Lв diв/dt – ЭДС самоиндукции, возникающая в якоре при изменении тока возбуждения.
После стабилизации тока возбуждения ЭДС самоиндукции якоря становится равной 0, а ЭДС якоря -
eуст = iвRов. (9.3)
График, приведенный на рис. 9.1, б, иллюстрирует эти закономерности: самовозбуждение генератора заканчивается в тот момент (точка С), когда прямая u=iвRов пересечет зависимость e=f(Iв). При возрастании Rов это пересечение произойдет уже в точке Д. Начиная с некоторого критического значения Rовкр, самовозбуждение генератора становится невозможным – ЭДС снижается до eост.
Таким образом, для самовозбуждения генератора постоянного тока необходимо выполнение трех условий:
1) наличие потока остаточного намагничивания Фост;
2) совпадение по направлению магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, с Фост;
3) обеспечение оптимального сопротивления ОВ (Rов< Rовкр).