Методичні вказівки

Лабораторна робота №1

ТЕМА: ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ ІЗ САМОЗБУДЖЕННЯМ

1. МЕТА РОБОТИ:

1.1. Вивчити будову і принцип роботи генератора, призначення його основних частин і вузлів.

1.2. Оволодіти методикою проведення дослідів та отримання експериментальних даних для побудови характеристик генератора.

1.3. Навчитись обробляти і аналізувати результати дослідів та використовувати їх для оцінки властивостей генератора.

Перевірка знань перед захистом звіту

1. Назвіть умови самозбудження і поясніть процес самозбудження генератора.

2. Чому х.х.х. має нелінійний характер?

3. Як за допомогою х.х.х. визначити ступінь насичення магнітного кола генератора?

4. Поясніть причини зміни напруги під час збільшення струму навантаження за зовнішніми характеристиками генератора.

5. Поясніть причини зміни струму збудження під час збільшення струму навантаження за регулювальними характеристиками генера­тора.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

На робочому місці №1 знаходяться:

· машинний агрегат, що складається з двох електричних машин: машини постійного струму та трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, вали яких з’єднані за допомогою муфти;

· регулювальні реостати для кола збудження і кола якоря та навантажувальний реостат;

· електровимірювальні прилади.

Генератор постійного струму має дві обмотки збудження – паралельну Ш1 – Ш2 і послідовну С1 – С2. У даній роботі використовуються дві обмотки збудження, на які живлення подається не від стороннього джерела електроенергії, а від кола якоря машини, тому генератор називається із самозбудженням.

Трифазна обмотка статора асинхронного двигуна з’єднується в трикутник і на неї подається живлення з мережі змінного струму з лінійною напругою 220 В.

Електровимірювальні прилади, навантажувальні та регулювальні реостати вибирають згідно з номінальними даними дослідного генератора з урахуванням меж регулювання струму та напруги під час проведення дослідів. Реостати і амперметри для кола якоря повинні бути розраховані на струм І_р = (1.1...1.2) І_н, а для кола паралельної обмотки збудження – на струм І_зр = (0.05…0.1) І_н.

Перевірку самозбудження генератора виконують за схемою, зображеною на рис.2.1, у такій послідовності. Асинхронним двигуном приводять у рух якір генератора з номінальною частотою обертання (напрямок обертання показує стрілка на корпусі генера­тора), коли вимикачі (QF2 і QF4) розімкнені. Для самозбудження генератора мають виконуватись три умови.

1. У магнітному колі генератора повинен мати місце потік залишкового магнетизму Ф_о, величина якого становить 2 – 4 % від номінального Ф_н. Під час обертання якоря генератора в полі залиш­кового магнетизму в його обмотці індукується ЕРС Е_о, яку показує вольтметр. Якщо ЕРС якоря дорівнює нулю, то потік залишкового магнетизму відсутній. Для створення Ф_о паралельну обмотку збуд­ження Ш1 – Ш2 підключають до джерела постійного струму і короткочасно (впродовж кількох секунд) пропускають струм збудження величиною (0, 05…0, 1) І_н.

2. Приєднання паралельної обмотки збудження до якоря повинно бути узгодженим. Якщо обмотка збудження підключена узгоджено, то під час замикання вимикача QF4 покази вольтметра мають дещо збільшуватись (величина опору R_р у колі обмотки збудження повинна бути максимальною). Це свідчить про те, що МРС обмотки збудження збігається за напрямком з потоком залишкового магнетизму; таким чином, основний магнітний потік генератора і ЕРС обмотки якоря збільшуватимуться. У разі неузгодженого підключення обмотки збудження в момент замикання вимикача QF4 покази вольтметра дещо зменшуються. У цьому випадку необхідно змінити напрямок струму в обмотці збудження на протилежний (в електричній схемі провідники на затискачах Ш1 і Ш2 міняють місцями).

3. Величина опору в колі паралельної обмотки збудження повинна бути меншою від критичної. Для аналізу цієї умови доцільно розглянути рис. 2.2, де наведені вольт-амперні характеристики генератора – це х.х.х. (крива 1) та вольт-амперні характеристики кола паралельної обмотки збудження за трьох різних фіксованих значень опору R_р (прямі 2, 3, 4). Кут a нахилу вольт-амперної характеристики залежить від величини загального опору кола збудження R₃, оскільки

tga = R₃ = R_оз + R_p ,

де R_оз – опір паралельної обмотки збудження.

Якщо величина опору в колі паралельної обмотки збудження відповідає вольт-амперній характеристиці 2, то генератор буде самозбуджуватись, оскільки в момент замикання вимикача QF4 в колі збудження за рахунок Е_о потече струм І₃₂, якому в усталеному режимі відповідає більша від Е_о напруга за характеристикою 1. Це обумовить подальше збільшення струму збудження та напруги на якорі генератора. Процес самозбудження закінчиться в точці А, де перетинаються вольт-амперні характеристики 1 і 2.

При значенні опору в колі паралельної обмотки збудження, що відповідає характеристиці 4, генератор самозбуджуватись не може, оскільки в момент замикання вимикача QF4 в обмотці збудження за рахунок Е_о потече струм І₃₄, якому відповідає менша від Е_о напруга за характеристикою 1, і струм збудження збільшуватись не може.

При значенні опору в колі паралельної обмотки збудження, що відповідає характеристиці 3 (яка є дотичною до початкової частини х.х.х.), генератор стало напругу не тримає і не самозбуджується. Це значення опору в колі обмотки збудження називають критичним. Таким чином, генератор може самозбуджуватись при значенні опору в колі паралельної обмотки збудження меншому від критичного, тобто коли вольт-амперна характеристика кола збудження розміщується на графіку нижче від початкової частини х.х.х. Від величини опору R_з = R_оз + R_р залежить положення точки А на х.х.х.

Дослідні дані для побудови х.х.х. генератора Е=f(І_з), коли І = 0 і n = const, отримують за схемою, зображеною на рис. 2.1 у такій послідовності. При розімкнених вимикачах QF2 і QF4 і повністю введеному опорі R_р у колі паралельної обмотки збудження якір генератора приводять у рух з номінальною частотою обертання за допомогою асинхронного двигуна. Потім замикають вимикач QF4 і реостатом R_р збільшують струм збудження до тих пір, поки напруга на затискачах якоря генератора досягне значення (1, 1...1, 2) U_н. Це перша точка характеристики. Після цього струм збудження поступово зменшують до нуля таким чином, щоб отримати 6-8 точок характеристики через однаковий інтервал за струмом збудження. В досліді обов’язково визначають нормальний струм збудження І_зо, який обумовлює наведення номінальної напруги на якорі генератора в режимі холостого ходу, коли струм навантаження І = 0. Останню точку х.х.х. фіксують при І_з = 0 (QF4 розімкнений), коли вольтметр показує ЕРС від потоку залишкового магнетизму, яка становить 2- 4% від U_н. Результати вимірів заносять у табл. 2.1 і за ними будують графік х.х.х. рис. 2.3. Слід пам’ятати, що в генератора з паралельним збудженням у режимі холостого ходу струм в колі якоря становить 2-4% від І_н. Вплив цього струму на зміну напруги на якорі настільки незначний, що ним нехтують. З рис. 2.3 видно, що х.х.х. виходить не з початку координат. Це пояснюється наявністю ЕРС, що індукується в обмотці якоря від потоку залишкового магнетизму. В початковій частині х.х.х. прямолінійна, оскільки при невеликому струмі збудження відсутнє насичення магнітного кола генератора і МРС індуктора (обмотки збудження) витрачається на проведення магнітного потоку через повітряний зазор, який має постійний магнітний опір. Тому магнітний потік та індукована ним ЕРС в обмотці якоря прямо пропорційно залежить від струму збудження.