1603

Процесс самовозбуждения генератора протекает следующим образом. Во вращаемой с помощью приводного двигателя обмотке якоря благодаря наличию остаточного магнетизма главных полюсов индуцируется остаточная ЭДС. Под действием этой ЭДС в цепи обмотки возбуждения протекает ток, который при правильном соединении обмотки возбуждения увеличивает потоки главных полюсов. Наводимая ЭДС в обмотке якоря возрастает, что ведет к дальнейшему увеличению тока в обмотке возбуждения, потока и ЭДС. В дальнейшем рост ЭДС от тока возбуждения с насыщением магнитной цепи машины замедляется, а затем процесс самовозбуждения заканчивается при равенстве ЭДС якоря и падении напряжения в цепи возбуждения.

Генератор параллельного возбуждения, как и генератор независимого возбуждения, имеет характеристику холостого хода (рис.5) и внешнюю (рис.6). Однако эти характеристики отличаются по внешнему виду.

Е, В

Еном

ЕO IВ, А

О

Рис. 5. Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения

Как видно из рисунка характеристика холостого хода расположена только в одной четверти системы координат. Это объясняется условиями самовозбуждения генератора. Наличие остаточного магнитного потока дает остаточную ЭДС E0.

Связь между напряжением на якоре генератора U и ЭДС якоря Е определяется выражением (2), как и в генераторе с независимым возбуждением.

.

Однако по виду внешняя характеристика отличается (рис.6), так как напряжение на якоре U уменьшается по трем причинам:

11

1.С ростом тока якоря Ia увеличивается падение напряжения на якоре .

2.Уменьшается ЭДС якоря E благодаря реакции якоря.

3.Уменьшается ток возбуждения IВ , что приводит к уменьшению основного магнитного потока Ф и уменьшение Э.Д.С. якоря Е.

U, В

UO

Uном

Ia , А

О

Ik

Iном

Imax

Рис. 6. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения

Ток короткого замыкания Ik определяется величиной остаточной ЭДС E0 (рис. 5).

( 4)

Порядок выполнения лабораторной работы

На рис.7 приведена принципиальная электрическая схема генератора параллельного возбуждения. Асинхронный электродвигатель(AД) подключенный к сети трехфазного тока, служащий для привода генератора. Нагрузкой генератора является регулируемое сопротивление R1, величина которого изменяется переключателем SA-6. В цепи обмотки возбуждения включено регулирующее сопротивление R2, которое регулируется переключателем SA-7. В цепи обмотки возбуждения и нагрузки включены амперметры PA-4 и PA-5. Параллельно якорю включен вольтметр PV-4.

Подготовка стенда к работе

1.Установить переключатели (командоконтроллеры) SA-1, SA- 6, SA-7, SA-2 в нулевое положение.

2.Включить автоматические выключатели QF-1, QF-5.

12

3.Кнопкой «пуск» SB-2 осуществить запуск электромашинного агрегата. Наличие напряжения и запуск агрегата контролировать сигнальной лампой EL-1, вольтметром PV-1 и тахометром PC.

4.Разгон агрегата заканчивается переключением ротора асинхронного двигателя в режим короткого замыкания, это осуществляется переводом переключателя SA-2 во второе положение. Нормальным режимом работы агрегата при холостом ходе генератора считается режим, когда потребляемая мощность не превышает 880 Вт (прибор

PW).

5.В случае отклонения от нормальных показаний приборов агрегат следует отключить от сети нажатием кнопки «стоп» (SB-1).

380 B

А

В AD

С

R2

Г

РV-4

SA-7

0 1 2 3 4 5

R1

OB

SA-6

0 1 2 3 4 5

РA-5

РA-4

Рис. 7.Принципиальная электрическая схема

Выполнение работы 1.Снять опытные данные характеристики холостого хода гене-

ратора E=f(IВ) при Iа=0, n=nНОМ=const.

Установить переключатель SA-7 в крайнее правое (пятое) положение на максимальный ток возбуждения (IВ) и зафиксировать значения E и IВ, по показаниям приборов PV-4, PA-4. В случае отсутствия самовозбуждения необходимо произвести подмагничивание магнитной цепи машины включением кнопки SB-3.

13

Поочередно переводя переключатель SA-7 от крайнего до среднего (нулевого), зафиксировать показания приборов в табл.3, для пяти точек нисходящей ветви характеристики.

Отключить параллельную обмотку возбуждения, установив SA-7

внулевое положение и записать в табл. 3 значение остаточной ЭДС E0.

Вновь переключить SA-7 в первое, а затем постепенно переводя

вкрайнее левое (пятое) положение, записать значения в табл. 3 для восходящей ветви характеристики.

						Таблица 3
	Опытные данные характеристики холостого хода
№	Положе-	Нисходящая		Положе-	Восходящая
опы	ние	ветвь		ние	ветвь
та	SA-7	+E, В	+IВ, А	SA-7	+E, В	+IВ А
1	+5			+1
2	+4			+2
3	+3			+3
4	+2			+4
5	+1			+5
6	0

Снять опытные данные для внешней характеристики генератора

U=f(Iа) при RВ=const и n=nНОМ=const.

Установить переключатель SA-7 в крайнее правое положение (пятое), а переключатель SA-6 в нулевое (центральное) положение.

Поочередно, переводя переключатель SA-6 от нулевого до крайнего правого (пятого) положения, зафиксировать значения напряжения и тока якоря по показаниям приборов PV-4 и PA-5 в табл. 4.

Таблица 4 Опытные данные внешней характеристики генератора

№	Положение	Положение SA-6	U, В	Ia, А
опыта	SA-7
1	+5	0
2	+5	1
3	+5	2
4	+5	3
5	+5	4
6	+5	5
		14

Обработка экспериментальных данных

1.Построить по опытным данным табл.3 характеристику холостого хода генератора (рис.5).

2.Построить по опытным данным табл.4 внешнюю характеристику генератора (рис.6).

Контрольные вопросы

1.Объяснить устройство генератора постоянного тока параллельного возбуждения и принцип его самовозбуждения.

2.Почему напряжение на зажимах генератора падает с увеличением нагрузки?

3.Объяснить характеристику холостого хода генератора параллельного возбуждения.

4.Объяснить внешнюю характеристику генератора.

5.Чем отличаются внешние характеристики генераторов с независимым и параллельным возбуждения?

6.Как изменяется ток возбуждения генератора с изменением тока нагрузки?

Лабораторная работа 3

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Краткие теоретические сведения

Наряду с генераторным режимом, электромашина постоянного тока может работать и в двигательном, при котором электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения.

Механическая связь
Двигатель	Нагрузка
МВр	Мторм.

Отличительной особенностью двигателей постоянного тока (ДПТ) является их способность плавно изменять скорость и момент вращения. Это позволяет применять их для приводов машин и механизмов, где требуется глубокое регулирование технологических процессов, основанное на изменении момента вращения при фиксированной скорости и наоборот, или при выполнении заданного закона

15

движения технологического механизма при запрограммированной величине ускорения, торможения и т.д. Поэтому ДПТ используются для привода прокатных станов, шахтных подъемных машин, портальных кранов, магистральных электровозов, карьерных экскаваторов и т.д.

Цель работы – ознакомится с конструкцией, принципом действия, областями применения двигателей. Практически освоить режим пуска двигателя, изучить его поведение под воздействием нагрузки.

Конструкция и принцип действия

Конструктивно генератор и двигатель – это одна и та же машина. Основными узлами, как генератора, так и двигателя являются индуктор, якорь, щеточно-коллекторный аппарат (рис. 8).

1

3

5

2

4

9	6
8	7

Рис. 8.Устройство двигателя 1 – станина; 2 – сердечник главного полюса; 3 – обмотка возбужде-

ния; 4 – дополнительный полюс; 5 – графитовые щетки; 6 – сердечник якоря; 7 – обмотка якоря; 8 – коллектор; 9 – вал якоря.

Индуктор – неподвижная часть машины – является и ее корпусом (станиной), к которой крепятся полюса для создания магнитного поля, щетки, подшипники вала якоря. Якорь – подвижная часть машины состоит из вала, сердечника, обмотки, коллектора. Неподвижные щетки в сочетании со скользящими пластинами коллектора подводят постоянный ток к обмотке якоря.

Принцип действия

На обмотку главных полюсов и на обмотку якоря подается постоянный ток. При взаимодействии магнитного поля полюсов и тока в обмотке якоря возникает электромагнитный момент вращения, направление которого определяется правилом левой руки:

16

,

(5)

где Ф – магнитный поток; СМ – конструктивная постоянная машины; Ia – ток якоря.

В проводниках якоря, вращающегося в магнитном поле, возникает противоЭДС, направление которой определяется правилом правой руки и величиной:

,	(6)

где n–частота вращения якоря; Ф–магнитный поток; СЕ – конструктивная постоянная машины.

Уравнение напряжения на якоре:

,	(7)

где RА – сопротивление цепи якоря.

Из выражений (6) и (7) ток и частота вращения якоря определяются по формулам:

(8)

(9)

Пуск двигателя

Якорь неподвижен n=0, поэтому противоЭДС:

.

Ток в якоре при подключении к источнику напряжением U определяется по формуле (8):

.

Сопротивление якоря RA всегда небольшое, поэтому ток якоря Ia всегда большой, что опасно для обмотки якоря. Для уменьшения пускового тока в цепь якоря включают пусковое сопротивление R1 (рисунок 9):

(10)

17

По мере разгона двигателя появляется противоЭДС Е, ток в якоре уменьшается, поэтому пусковой реостат R1 постепенно выводится.

Регулирование частоты вращения

Из выражения (9) видно, что скорость вращения якоря двигателя можно регулировать тремя способами:

–изменением магнитного потока (Ф) – изменением значения тока в обмотке возбуждения;

–изменением напряжения подаваемого на якорь (U);

–изменением сопротивления цепи якоря (RА).

Реверсирование

Изменить направление вращения (реверсирование) якоря можно:

–изменением полярности напряжения питания якоря – U;

–изменением полярности тока возбуждения – IОВ.

Порядок выполнения лабораторной работы

Принципиальная схема стенда для испытания двигателя постоянного тока с независимым возбуждением приведена на рис.9

			R1
	OB		0 1 2 3 4 5	+
			SA-6
				U
0	D	РV-4
1
2	R2
3			РA-5
4
5		РС
SA-7
			РA-3
	РA-4	T	R3	+
			0 1 2 3 4 5
			SA-1
				+
	Рис. 9.Принципиальная электрическая схема
		18

Элементы цепи возбуждения (+ -, R2, ОВ, РА-4) – точно такие же как в генераторе независимого возбуждения.

Элементы цепи якоря двигателя по назначению отличаются от генератора.

D – якорь двигателя; U – напряжение питания якоря; R1 – пусковой реостат;

Т – электромагнитный тормоз для создания нагрузки на валу двигателя;

SA-1 – регулятор тока нагрузки; РС – тахометр – измеряет число оборотов якоря двигателя.

Подготовка стенда к работе

1.Установить переключатели (командоконтроллеры) SA-1, SA- 6 в нулевое (центральное) положение.

2.Включить автоматические выключатели QF-1 и QF-5.

3.Переключатель SA-7 установить в пятое (крайнее правое) положение.

4.Нажатием кнопки SB-2 «пуск» подать напряжение на стенд. Проверить наличие напряжения по вольтметру PV-1 и по загоранию ламп EL-1, EL-2.

5.Убедиться в наличии тока в обмотке возбуждения по показанию амперметра PA-4.

6.Осуществить пуск электромашинного агрегата, для чего перевести переключатель SA-6 с нулевого (центрального) до пятого (крайнее правое) положения.

Выполнение работы

1.Снять опытные данные естественной скоростной характери-

стики.

Изменяя с помощью переключателя SA-1 величину тормозного момента (положения 0,1,2,3,4,5), фиксировать частоту вращения якоря по тахометру (PC) и ток якоря по амперметру (PA-5). Данные наблюдений занести в табл.5.

2.Снять опытные данные скоростной характеристики с ослаблением магнитного поля машины.

Установить переключатель SA-7 в третье положение;

Изменяя с помощью переключателя SA-1 величину тормозного момента (положения 0,1,2,3,4,5), фиксировать частоту вращения яко-

19

ря по тахометру (PC) и ток якоря по амперметру (PA-5). Данные наблюдений занести в табл.5.

							Таблица 5
		Скоростные характеристики двигателя
№	Положение	Прибор	Характеристика	Величина	Положение SA-1
опыта	SA-7				0	1	2	3	4	5
1	5	PA-5	С полным потоком	Iа ,А
		PC	(IВ ≈ 0.8-0.9)А	n, об/мин
2	3	PA-5	С ослаблением поля	Iа ,А
		PC	(IВ ≈ 0.4-0.5)А	n, об/мин

3.Снять опытные данные искусственных скоростных характеристик двигателя.

Перевести переключатель SA-7 из третьего в пятое положение. Переключатель SA-6 установить в четвертое положение. Изме-

няя с помощью переключателя SA-1 величину тормозного момента (положения 0,1,2,3,4,5), фиксировать частоту вращения якоря по тахометру (PC) и ток якоря по амперметру (PA-5). Данные наблюдений занести в табл.6.

Переключатель SA-6 установить в третье положение и повторить предыдущие операции.

Переключатель SA-6 установить во второе положение и повторить предыдущие операции.

Нажатием кнопки SB-1 остановить электромашинный агрегат и отключить выключатели QF-1, QF-5.

Таблица 6

Искусственные характеристики двигателя

					Положение
№ опыта	Положение	Прибор	Величина,	переключателя
	SA-6		размерность			SA-1
				0	1	2	3	4	5
1	4	PA-5	Iа ,А
		PC	n, об/мин
2	3	PA-5	Iа ,А
		PC	n, об/мин
3	2	PA-5	Iа ,А
		PC	n, об/мин

Обработка экспериментальных данных

По данным табл.5 построить графики скоростных характеристик двигателя (рис.10).

20