Лабораторная работа № 2-1. самовозбуждением

Лабораторная работа № 2-1.
Исследование генераторов постоянного тока с
самовозбуждением
Цель работы: изучить принцип действия генераторов постоянного тока с самовозбуждением и исследовать их характеристики при
различных способах включения обмоток возбуждения
1. Общие теоретические сведения
Принцип действия всех генераторов с самовозбуждением основан на явлении остаточного магнетизма. В сердечниках полюсов
МПТ всегда существует небольшой (1 …3% от номинального) поток остаточного намагничивания, поэтому при вращении якоря даже при токе возбуждения, равном нулю, возникает небольшая остаточная Э.Д.С. Для нормального развития процесса самовозбуждения необходимо выполнить ряд условий:



Первое условие самовозбуждения заключается в согласном
направлении остаточного магнитного потока и потока возбуждения, создаваемого Э.Д.С. якоря. Это достигается строго
определённой полярностью обмотки возбуждения по отношению к якорю
Второе условие самовозбуждения состоит в нелинейности
характеристики холостого хода генератора
Третье условие самовозбуждения ограничивает величину сопротивления
цепи
намагничивания
условием:
Rв  Rкр  tg кр , т.е. вольт-амперная характеристика цепи
намагничивания должна пересекаться с нелинейной частью характеристики холостого хода
При соблюдении этих условий процесс идёт следующим образом: остаточная Э.Д.С. вызывает протекание небольшого тока в
обмотке возбуждения и появлению соответствующего магнитного
потока, который суммируется с остаточным. Возрастание потока
приводит к возрастанию Э.Д.С.:
Е  С Е ( Ф  )
Далее вновь возрастает ток возбуждения и процесс повторяется до точки пересечения ВАХ цепи возбуждения и кривой намагничивания. Точка пересечения должна выбираться таким образом,
чтобы при случайных отклонениях тока возбуждения обеспечивалась устойчивость процесса. Так, при уменьшении тока возбуждения разность между Э.Д.С. генератора и падением напряжения на
обмотке возбуждения положительна, что вызывает положительное
приращение тока возбуждения:
Е  Е  I в Rв  0 ; I в 
E
Rв
0
При случайном возрастании тока возбуждения, напротив:
Е  0 ; I в  0 и ток возбуждения уменьшается, обеспечивая
устойчивость процесса. Это имеет место только при достаточных
значениях угла  . Для критической характеристики  = 0 и режим
теряет устойчивость.
2
U0
1

Еост
кр
Iв
Рис. 1. Характеристика холостого хода генератора постоянного тока (1); вольт-амперные характеристики обмотки возбуждения при различных сопротивлениях в её цепи (2)
Характеристики генераторов с самовозбуждением зависят от
того, каким образом соединяются обмотки возбуждения.
В генераторах параллельного возбуждения к якорю подключается только шунтовая (Ш 1, Ш 2) обмотка. Полярность её
должна удовлетворять первому условию самовозбуждения.
В генераторах смешанного возбуждения последовательно
с якорем включается сериесная (С 1, С 2) обмотка, действие которой зависит от величины тока якоря и полярности подключения.
С1(С2)
С2(С1)
рА
Д2
Я2(Д1)
Ш2
рV
Ш1
Я1
Рис.2. Исследуемая в режиме генератора машина
постоянного тока
При согласном подключении сериесной обмотки поток возбуждения при увеличении тока якоря усиливается, при встречном наоборот, ослабляется. Напряжение на якоре отлично от Э.Д.С. и
учитывает её снижение как за счёт падения напряжения на собственном сопротивлении якоря, так и за счёт реакции якоря:
U  E 0  E a  I a Ra
Генераторы с самовозбуждением при различных
сочетаниях систем возбуждения могут реализовать различные
типы внешних характеристик, которые представляют собой
зависимость между напряжением и током якоря при
неизменном токе возбуждния. Согласное включение сериесной
обмотки (её поток обычно составляет 20 …30% от основного)
применяется для стабилизации выходного напряжения. Встречное
включение сериесной обмотки приводит к дополнительному
ослаблению результирующего магнитного потока при возрастании
тока нагрузки, в результате чего получается крутопадающая характеристика, свойственная источникам тока. Применяется при ручной дуговой сварке и в некоторых других электротехнологических
процессах.
U
Iв
U
a
U
1
0
2
2
3
1
Ia
Ia
Iа.ном
Рис. 3. Типовые внешние и регулировочные характеристики генераторов самовозбуждением: 1 – при чисто параллельном возбуждении; 2 – при согласном включении сериесной обмотки; 3
– при встречном включении
Регулировочные характеристики показывают, каким образом необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока
якоря, чтобы напряжение на нём оставалось неизменным. Они
имеют смысл только при отсутствии сериесной обмотки или согласном её подключении. Очевидно, что ток возбуждения необходимо увеличивать, но в разной степени.
2. Порядок выполнения работы
2.1. Записать паспортные данные машин постоянного тока
2.2. Подготовить стенд к работе, для чего:




Установить переключатель пускового реостата в крайнее левое
положение (максимальное сопротивление)
Установить рукоятку регулятора тока возбуждения в крайнее
правое положение (максимальный ток возбуждения)
Установить с помощью фазорегулятора постоянное напряжение, не превышающее 100 В
Проверить по показаниям соответствующего амперметра наличие тока в цепи возбуждения машины постоянного тока
2.3. Подключить вспомогательную машину к источнику питания и
произвести пробный пуск. Проверить работу всех элементов схемы
1
2
0 …220 В
2
2
Рис. 4. Вспомогательная
машина постоянного тока
2.4. Установить номинальную частоту вращения вала исследуемой
машины и определить остаточную э.д.с.
2.5. Подключить к якорю шунтовую обмотку и проверить первое
условие самовозбуждения. При необходимости изменить полярность подключения обмотки. Изменяя величину сопротивления в
цепи возбуждения исследуемой машины снять точки для построения характеристики холостого хода.
2.6. Подключить к выводам генератора нагрузку и снять данные
для построения внешней и регулировочной характеристик. При
проведении опыта следует поддерживать неизменной частоту вращения вала исследуемого генератора, для чего необходимо регулировать величину напряжения, приложенного к якорю нагрузочной
машины или переменным резистором в цепи её возбуждения
2.7. Подключить сериесную обмотку, вначале – согласно, затем –
встречно. Повторить выполнение п. 2.6.
2.8. По полученным данным построить соответствующие характеристики. Определить для внешних характеристик относительные
падения напряжения:
U ,% 
U 0  U ном
 100%
U ном
Контрольные вопросы

В чём заключаются условия и сущность процесса самовозбуждения генераторов постоянного тока?

Чем отличаются характеристики генераторов при различных
способах возбуждения?

Почему ток короткого замыкания генераторов с самовозбуждением меньше номинального тока якоря?

Какие существуют типы генераторов постоянного тока и в чём
заключаются их особенности?

Как зависит ЭДС генераторов постоянного тока различных типов от величины тока возбуждения?