Меню

Лабораторная работа исследование работы генератора постоянного тока с независимым возбуждением



Исследование генератора постоянного тока с независимым возбуждением

Характерным признаком коллекторных машин является наличие у них коллектора – механическо­го преобразователя переменного тока в постоянный и наоборот. Необходимость в таком преобразователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, так как только в этом случае в машине происходит непре­рывный процесс электромеханического преобразо­вания энергии.

Рассмотрим принцип действия коллекторного генератора постоянного тока. На рисунке 48 изобра­жена упрощенная модель такого генератора: между полюсами N и S постоянного магнита находится вращающаяся часть генератора – якорь, вал кото­рого посредством шкива и ременной передачи меха­нически связан с приводным двигателем (на рисунке не показан) – источником механической энергии. В двух продольных пазах на сердечнике якоря распо­ложена обмотка в виде одного витка a,b,c,d,концы которого присоединены к двум медным изолирован­ным друг от друга полукольцам, образующим про­стейший коллектор. На поверхность коллектора на­ложены щетки А и В,осуществляющие скользящий контакт с коллектором и связывающие генератор с внешней цепью, куда включена нагрузка сопротив­лением R.

Предположим, что приводной двигатель враща­ет якорь генератора против часовой стрелки, тогда в витке на якоре, вращающемся в магнитном поле постоянного магнита, наводится ЭДС, мгновенное зна­чение которой ,а направление для положе­ния якоря, изображенного на рисунке, указано стрелками.

Рисунок 48 – Упрощенная модель коллекторной машины

В процессе работы генератора якорь вращается и виток a,b,c,d занимает разное пространственное по­ложение, поэтому в обмотке якоря наводится переменная ЭДС. Если бы в машине не было коллектора, то ток во внешней цепи (в нагрузке R)был бы переменным, но посредством коллектора и щеток переменный ток обмотки якоря преобразуется в пульсирующий ток во внешней цепи генератора, т. е. ток, неизменный по направлению. При положении витка якоря, пока­занном на рисунке 48, ток во внешней цепи (в нагрузке) направлен от щетки А к щетке В;следовательно, щетка А является положительной, а щетка В отрицательной. После поворота якоря на 180 0 (рисунок 49, а)направление тока в витке якоря изменится на обратное, однако полярность щеток, а, следовательно, и направление тока во внешней цепи (в нагрузке) останутся неизменными (рисунок 49, б). Объясняется это тем, что в тот момент, когда ток в витке якоря меняет свое направление, происходит смена коллекторных пластин под щетками. Таким образом, под щеткой А всегда находится пластина, соединенная с проводником, расположен­ным под северным магнитным полюсом, а под щеткой В – пластина, соединенная с проводником, расположенным под юж­ным полюсом. Благодаря этому полярность щеток генератора остается неизменной независимо от положения витка якоря. Что же касается пульсаций тока во внешней цепи, то они намного ослаб­ится при увеличении числа витков в обмотке якоря при их рав­номерном распределении по поверхности якоря и соответствую­щем увеличении числа пластин в коллекторе.

Рисунок 49 – К принципу действия генератора постоянного тока:

__________ ЭДС и ток в обмотке якоря;

_ _ _ _ _ _ _ ЭДС и ток во внешней цепи генератора

В настоящее время электромашиностроительные заводы изго­товляют электрические машины постоянного тока, предназначен­ные для работы в самых различных отраслях промышленности, поэтому отдельные узлы этих машин могут иметь разную конст­рукцию, но общая конструктивная схема машин одинакова. Неподвижная часть машины постоянного тока называется статором, вращающаяся часть — якорем (рисунок 50).

Рисунок 50 – Устройство машины постоянного тока

Статор. Состоит из станины 6 и главных полюсов 4. Ста­нина 6 служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали – ма­териала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней части станины имеются лапы 11 для крепления машины к фундаментной плите, а по окружности станины расположены отверстия для крепления сердечников главных полюсов 4. Обычно станину делают цельной из стальной трубы, либо сварной из листовой стали, за исключе­нием машин с весьма большим наружным диаметром, у которых станину делают разъемной, что облегчает транспортировку и мон­таж машины.

Читайте также:  Комплект для практикума по электричеству генератор

Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения. Главный полюс состоит из сердеч­ника 6 и полюсной катушки 5. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса имеет полюсный наконечник, который обеспе­чивает необходимое распределение магнитной индукции в зазоре машины. Сердечники главных полюсов делают шихтованными из листовой конструкционной стали толщиной 1-2 мм или из тон­колистовой электротехнической анизотропной холоднокатаной стали, например марки 3411. Штампованные пластины главных полюсов специально не изолируют, так как тонкая пленка окисла на их поверхности достаточна для значительного ослабления вих­ревых токов, наведенных в полюсных наконечниках пульсациями магнитного потока, вызванного зубчатостью сердечника якоря. Анизотропная сталь обладает повышенной магнитной проницае­мостью вдоль проката, что должно учитываться при штамповке пластин и их сборке в пакет. Пониженная магнитная проницае­мость поперек проката способствует ослаблению реакции якоря и уменьшению потока рассеяния главных и добавоч­ных полюсов.

В машинах постоянного тока небольшой мощности полюсные катушки делают бескаркасными – намоткой медного обмоточно­го провода непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку (рисунок 51, а). В боль­шинстве машин (мощностью 1 кВт и более) полюсную катушку делают каркасной: обмоточный провод наматывают на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса (рисунок 51, б). В некоторых конструкциях машин полюсную ка­тушку для более интенсивного охлаждения разделяют по высоте на части, между которыми оставляют вентиляционные каналы.

Якорь. Якорь машины постоянного тока (рисунок 50) состоит из вала 10,сердечника 3 с обмоткой и коллектора 7. Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штам­пованных пластин тонколистовой электротехнической стали. Лис­ты покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Готовый сердечник напрессовывают на вал якоря. Такая конструкция сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря.

Обмотку выполняют медным проводом круглого или пря­моугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). В некоторых машинах пазы не закрывают клиньями, а накладывают на поверхность якоря бандаж. Бандаж делают из проволоки или стеклоленты с предварительным натягом. Лобовые части 9 обмотки якоря крепят к обмоткодержателям бандажом.

1 – станина, 2 – сердечник полюса, 3 – полюсная катушка.

Рисунок 51 – Главные полюсы с бескаркасной (а) и каркасной (б) по­люсными катушками

Коллектор 1 является одним из сложных узлов машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального сечения из твердотянутой меди, соб­ранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндриче­скую форму. В зависимости от способа закрепления коллекторных пластин различают два основных типа коллекторов: со стальными конусными шайбами и на пластмассе. На рисунке 52, а показано устройство коллектора со стальными конусными шайбами. Ниж­няя часть коллекторных пластин 6 имеет форму «ласточкина хво­ста». После сборки коллектора эти части пластин оказываются за­жатыми между стальными шайбами 1 и 3, изолированными от медных пластин миканитовыми манжетами 4. Конусные шайбы стянуты винтами 2. Между медными пластинами расположены миканитовые изоляционные прокладки. В процессе работы машины рабочая поверхность коллектора постепенно истирается щет­ками. Чтобы при этом миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью коллектора, что вызвало бы вибрацию щеток и нарушение работы машины, между коллекторными пласти­нами фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм (рисунок 52, б). Верхняя часть 5 коллекторных пластин (см. рисунок 52, а), называе­мая петушком, имеет узкий продольный паз, в который заклады­вают проводники обмотки якоря и тщательно припаивают.

Читайте также:  Генератор бмв е34 525

Рисунок 52 – Устройство коллектора с конусными шайбами

В машинах постоянного тока малой мощности часто приме­няют коллекторы на пластмассе,отличающиеся простотой в из­готовлении. Набор медных и миканитовых пластин в таком кол­лекторе удерживается пластмассой, запрессованной в пространст­во между набором пластин и стальной втулкой 4 и образующей корпус коллектора. Иногда с целью увеличения прочности коллек­тора эту пластмассу 2 армируют стальными кольцами 3 (рисунок 53). В этом случае миканитовые прокладки должны иметь размеры большие, чем у медных пластин 1,что исключит замыкание пла­стин стальными (армирующими) кольцами 3.

Электрический контакт с коллектором осуществляется по­средством щеток, располагаемых в щеткодержателях 4 (см. рисунок 50).

Щеткодержатель (рисунок 54) состоит из обоймы 4,в которую помещают щетку 3, курка 1,представляющего собой откидную деталь, передающую давление пружины 2 на щетку. Щеткодержа­тель крепят на пальце зажимом 5. Щетка снабжается гибким тро­сиком 6 для включения ее в электрическую цепь машины. Все щеткодержатели одной полярности соединены между собой сбор­ными шинами, подключенными к выводам машины. Одно из ос­новных условий бесперебойной работы машины – плотный и на­дежный контакт между щеткой и коллектором. Давление на щетку должно быть отрегулировано, так как чрезмерный нажим может вызвать преждевременный износ щетки и перегрев коллектора, а недостаточный нажим – искрение на коллекторе.

Рисунок 53 – Устройство коллектора на пластмассе

Рисунок 54 – Щеткодержатель (сдвоенный)

машины постоянного тока

Помимо указанных частей машина постоянного тока имеет два подшипниковых щита: передний 12 (со стороны коллектора) и задний 7 (см. рисунок 50). В центральной части щита имеется рас­точка под подшипник. На переднем подшипниковом щите име­ется смотровое окно (люк) с крышкой, через которое можно осмотреть коллектор и щетки, не разбирая машины. Концы обмоток выведены на зажимы коробки выводов. Вентилятор 8 служит для самовентиляции машины: воздух поступает в машину обычно со стороны коллектора, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и выбрасывается с противоположной стороны через решетку.

Из рассмотрения принципа действия и устройства коллектор­ной машины постоянного тока следует, что непременным элемен­том этой машины, включенным между обмоткой якоря и внешней сетью, является щеточно-коллекторный узел – механический преобразователь рода тока. Таким образом, коллекторные машины сложнее бесколлекторных машин переменного тока (асинхронной и синхронной) и, следовательно, уступают им (особенно асин­хронной машине) в надежности и имеют более высокую стои­мость.

Дата добавления: 2015-10-13 ; просмотров: 2710 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Лабораторная работа № 1 исследование генераторов постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

Цель работы: исследовать рабочие свойства генераторов постоянного тока.

Изучить схему для экспериментального исследования генератора постоянного тока (ГПТ), состав и назначение модулей, используемых в работе.

Собрать схему для проведения каждого опыта и провести пробное включение под контролем преподавателя.

Снять внешнюю характеристику ГПТ параллельного возбуждения (с самовозбуждением) при регулировочном сопротивлении в цепи возбуждения .

Снять характеристику холостого хода ГПТ независимого возбуждения при и .

Снять внешнюю характеристику ГПТ независимого возбуждения при .

Снять регулировочную характеристику ГПТ независимого возбуждения при .

Обработать результаты экспериментов и оформить отчет по работе.

В лабораторной работе используются следующие модули:

— модуль питания стенда (МПС);

— модуль питания (МП);

— модуль измерителя мощности (МИМ);

— модуль ввода/вывода (МВВ);

— модуль добавочных сопротивлений №2 (МДС2);

— силовой модуль (СМ);

— модуль автотрансформатора (ЛАТР).

Генератор постоянного тока (М2) входит в состав электромашинного агрегата, включающего в себя асинхронную машину переменного тока (М1), а также импульсный датчик частоты вращения (М3).

Читайте также:  Генератор букв для инстаграма

Внешняя характеристика гпт параллельного возбуждения

Внешняя характеристика представляет собой зависимость при и и снимается на понижение напряжения. Схема для снятия характеристики приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема для снятия внешней характеристики ГПТ параллельного возбуждения

В качестве приводного двигателя выступает асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором М1, запитываемый трехфазным напряжением 3х380В. Якорная цепь генератора постоянного тока подключается к регулируемому сопротивлению RP1 МДС2. Обмотка возбуждения LM включается параллельно якорной цепи. Выходы ДТ, ДН, ПЧН модуля СМ подключаются к входам А1, А2, А3 соответственно модуля МВВ. Для контроля тока статора Iс и мощности приводного двигателя используется модуль МИМ.

Последовательность проведения опыта

— установить переключатель SA1 МДС2 в положение «∞»;

— включить автоматы QF1 и QF2 модулей питания. Генератор приводится во вращение при отключенной нагрузке. Контролируется напряжение на зажимах генератора. Если напряжение Uя отсутствует, то это означает, что магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, направлен навстречу потоку остаточной индукции и следует поменять полярность обмотки возбуждения машины постоянного тока при отключенных автоматах QF1 и QF2.

Напряжение генератора при токе нагрузки IНАГР=Iя=0 заносят в таблицу 1.

— после снятия точки холостого хода переключателем SA1 модуля МДС2 изменять сопротивление в сторону уменьшения, увеличивая ток нагрузки. Изменять ток нагрузки до 1,5А и данные опыта занести в таблицу 1.

ВНИМАНИЕ. Не переводить SA1 в положение «0».

Таблица 1. Экспериментальные данные исследования внешней характеристики ГПТ параллельного возбуждения

Источник

Лабораторная работа №11 исследование генератора постоянного тока независимого возбуждения

Цель работы– изучение устройства генератора постоянного тока независимого возбуждения и приобретение навыков экспериментального исследования его основных характеристик.

1. Изучить разделы курса, в которых рассматривается устройство и принцип действия генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

2. Выполнить контрольное задание.

3. Экспериментально снять заданные характеристики генератора.

4. Оформить протокол отчёта и ответить на контрольные вопросы.

Описание лабораторной установки

Электрическая схема лабораторной установки (рис.1) содержит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором М1, механически соединённый с валом якоря испытуемого генератораG. Асинхронный двигательМ1 питается от сети трехфазного тока промышленной частоты через воздушный автоматический выключательQF1.

Обмотка возбуждения испытуемого генератора LGполучает питание от управляемого выпрямителяUD1. Величина тока возбужденияиспытуемого генератора изменяется с помощью потенциометраRP(регулятора), встроенного в схему управляемого выпрямителя.

Изменение величины тока якоря испытуемого генератора производится с помощью изменения величин сопротивлений реостатов(может быть один резистор, если он подходит по параметрам).

1. Записать уравнение электрического равновесия по напряжению для якорной цепи генератора, а также выражения для ЭДС якоря и электромагнитного момента генератора.

2. Качественно изобразить основные характеристики генератора постоянного тока параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Порядок выполнения экспериментальной части

1. Ознакомиться с оборудованием и измерительными приборами, необходимыми для проведения эксперимента.

2. Собрать схему экспериментальной установки (рис.1). Включить резисторы и измерительные приборыPA1, PV1, PAв. Статорные обмотки двигателя соединить по схеме треугольника и подсоединить к автоматическому выключателю. Проверить правильность собранной схемы и показать её преподавателю или лаборанту.

3. Установить регулятор в нулевое положение (поворачивать против часовой стрелки до упора). Разомкнуть ключи подключить схему с помощьюк трехфазной сети.

4. Снять восходящую и нисходящую ветви характеристики холостого хода генератора Для этого надо изменять с помощью регулятораток возбужденияотдо, а затем отдо. Ток возбуждения следует изменять монотонно (в одном направлении). Полученные данные занести в таблицу 1.

, В

, мА

Источник