Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение Высшего Профессионального Образования
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Электромеханика и автомобильное электрооборудование»
Лабораторная работа
«Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением»
Выполнил студент III-ЭТ-4 Егоров Илья
Принял Зубков Ю.В.
Самара 2012 г.
Цель работы: ознакомиться с основными свойствами генератора постоянного тока с
независимым возбуждением, его характеристиками и эксплуатационными показателями.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ
О ГЕНЕРАТОРАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Генератором постоянного тока называется электрическая машина, преобразующая механическую энергию вращательного движения в электрическую энергию постоянного тока.
Генератор постоянного тока обычной конструкции состоит из неподвижной части – статора, выполняющего роль индуктора, и вращающейся части – якоря, с коллектора которого снимается полезная электрическая мощность.
Статор машины состоит (см. рисунок) из массивной стальной или чугунной станины 1, на которой укреплены главные магнитные полюсы 2и между ними дополнительные полюсы 8, служащие для уменьшения искрения щеток на коллекторе.
Сердечники главных и добавочных полюсов обычно набираются из изолированных стальных листов, стянутых в осевом направлении шпильками.
На сердечниках главных полюсов размешаются одна или несколько обмоток возбуждения 3и 4.
На валу 9 генератора крепится сердечник якоря 6, набранный из листовой электротехнической стали. На внешней поверхности сердечника выштампованы пазы, в которые укладывается обмотка якоря 5, соединенная с коллектором. Обычно коллектор представляет собой цилиндр, набранный из изолированных друг от друга медных коллекторных пластин.
|
|
Поперечный разрез машины постоянного тока
Обмотка якоря состоит из отдельных соединенных между собой секций. Концы секций припаиваются к соответствующим коллекторным пластинам.
В генераторе постоянного тока для осуществления токосъема с обмотки якоря по коллектору скользят графитовые или металлографитовые щетки. Щетки удерживаются щеткодержателями, которые с помощью щеточных болтов крепятся к травepce, расположенной, как правило, на подшипниковом щите.
При вращении якоря приводным двигателем в обмотке якоря, проводники которой перемещаются в магнитном поле, созданном системой возбуждения, наводится ЭДС.
,
где 
– магнитный поток в воздушном зазоре, Вб;
– постоянный для данной машины коэффициент;
– угловая частота вращения якоря, рад/с.
Если к генератору подключить какую-либо нагрузку, то по цепи якоря начнет протекать ток 
, при этом уравнение электрического равновесия будет иметь вид
,
где 
– суммарное сопротивление якорной цепи генератора, включающее сопротивления всех последовательно соединенных обмоток и сопротивление щеточного контакта.
Ввиду того, что сопротивление щеточного контакта непостоянно и зависит от тока якоря, его учитывают непосредственно падением напряжения в контакте (
), и выражение уравнения электрического генератора принимает вид
,
где 
– сопротивление последовательно включенных обмоток.
|
|
Магнитное поле в машине создается либо постоянными магнитами, либо за счет протекания тока по обмотке возбуждения главных полюсов. В последнем случае обмотка возбуждения может подключаться к постороннему источнику постоянного тока (генератор независимого возбуждения) или к обмотке якоря самой машины (генератор с самовозбуждением).
Результирующее магнитное поле машины есть результат наложения магнитного поля возбуждения и магнитного поля якоря. Влияние магнитного поля якоря, возникающего при протекании тока нагрузки по обмотке якоря, на результирующее магнитное поле называется реакцией якоря.
В большинстве случаев реакция якоря ослабляет магнитный поток главных полюсов, кроме того, она оказывает неблагоприятное воздействие на процесс коммутации. Для борьбы с отрицательными последствиями действия реакции якоря в машинах постоянного тока применяют добавочные полюсы, обмотка которых включается последовательно с обмоткой якоря, и компенсационную обмотку [1].
При протекании тока нагрузки по обмотке якоря создается тормозной генераторный момент
,
направленный против вращающего момента приводного двигателя. Это объясняется тем, что на проводники обмотки якоря, находящиеся в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется по правилу правой руки. Складываясь, эти силы создают электромагнитный момент, направленный против вращающего момента.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОСТОГО ХОДА E0=F(IF) ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА
С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
ПЕРЕЧЕНЬ АППАРАТУРЫ
|
|
Таблица 1.1
| Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
| G1 | Трехфазный источник питания | 201.2 | ~ 400 В / 16 А |
| G2 | Источник питания двигателя постоянного тока | 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 | Машина постоянного тока | 101.2 | 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение) |
| G5 | Преобразователь угловых перемещений | 6 выходных каналов / 2500 импульсов за оборот | |
| М1 | Машина переменного тока | 102.1 | 100 Вт / ~230 В / 1500 мин-1 |
| А2 |  Трёхфазная трансформаторная
группа
| 347.1 | 3´80 В×А / 230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В |
| А6, А8 | Трехполюсный выключатель | 301.1 | ~400 В / 10 А |
| А9 | Реостат для цепи ротора машины переменного тока | 307.1 | 3 ´ 0…40 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 |
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫСОЕДИНЕНИЙ
Р и с. 1.1. Электрическая схема соединений тепловой защиты
машины переменного тока
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ IК=F(IF) ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА
С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА СОЕДИНЕНИЙ
ДЛЯ ОПЫТА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ АППАРАТУРЫ
Таблица 2.1
| Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
| G1 | Трехфазный источник питания | 201.2 | ~ 400 В / 16 А |
| G2 | Источник питания двигателя постоянного тока | 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 | Машина постоянного тока | 101.2 | 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение) |
| G5 | Преобразователь угловых перемещений | 6 выходных каналов / 2500 импульсов за оборот | |
| М1 | Машина переменного тока | 102.1 | 100 Вт / ~230 В / 1500 мин-1 |
| А2 | Трёхфазная трансформаторная
группа
| 347.1 | 3´80 В×А / 230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В |
| А6, А8 | Трехполюсный выключатель | 301.1 | ~400 В / 10 А |
| А9 | Реостат для цепи ротора машины переменного тока | 307.1 | 3 ´ 0…40 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 |
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНЕШНЕЙ U=F(I), РЕГУЛИРОВОЧНОЙ IF=F(I) И НАГРУЗОЧНОЙ U=F(IF) ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА
С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
3.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА СОЕДИНЕНИЙ
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНЕШНЕЙ, РЕГУЛИРОВОЧНОЙ
И НАГРУЗОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК
ПЕРЕЧЕНЬ АППАРАТУРЫ
Таблица 3.1
| Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
| G1 | Трехфазный источник питания | 201.2 | ~400 В / 16 А |
| G2 | Источник питания двигателя постоянного тока | 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 | Машина постоянного тока | 101.2 | 90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,25 А (возбуждение) |
| G5 | Преобразователь угловых перемещений | 6 выходных каналов / 2500 импульсов за оборот | |
| М1 | Машина переменного тока | 102.1 | 100 Вт / ~230 В / 1500 мин-1 |
| А2 | Трёхфазная трансформаторная
группа
| 347.1 | 3´80 В×А / 230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В |
| А6, А8 | Трехполюсный выключатель | 301.1 | ~400 В / 10 А |
| А9 | Реостат для цепи ротора машины переменного тока | 307.1 | 3 ´ 0…40 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 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните принцип действия генератора постоянного тока.
Простейший генератор постоянного тока представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине — приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря.
