Выполнение работы

2.3.1. Проверка самовозбуждаемости генератора

Перед снятием характеристик следует проверить, самовозбуждается ли генератор. Для этого собирают схему, представленную на рисунке 19 (первичный двигатель на схеме не показан). При помощи первичного двигателя приводят якорь генератора во вращение с номинальной скоростью. Направление вращения должно соответствовать требуемому. Если же никаких указаний на направление вращения нет, то оно принимается правым, т.е. по часовой стрелке, если смотреть со стороны приводного конца вала.

При отключенной обмотке возбуждения (рубильник в цепи возбуждения разомкнут) стрелка вольтметра магнитоэлектрической системы должна несколько отклониться за счет э.д.с, индуктируемой в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма. Убедившись в последнем, включают обмотку возбуждения. При этом реостат в цепи возбуждения должен быть полностью введенным. Затем постепенно уменьшают сопротивление реостата в цепи возбуждения. По мере выведения реостата напряжение на зажимах генератора и ток в обмотке возбуждения все больше возрастают. Генератор самовозбуждается и может быть испытан. Но он может и не самовозбудиться. Причиной этого есть: отсутствие остаточного магнетизма, обрыв в цепи возбуждения, неправильное подключение обмотки возбуждения и др.

Отсутствие остаточного магнетизмаобычно обнаруживают при помощи вольтметра магнитоэлектрической системы, подключенного к зажимам якоря генератора. Если при разомкнутой цепи возбуждения и номинальной скорости вращения якоря генератора стрелка вольтметра не отклоняется (напряжение равно нулю), то поток остаточного магнетизма отсутствует. Для намагничивания генератора необходимо подключить его обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и возбудить генератор номинальным током возбуждения в течение нескольких секунд.

Обрыв в цепи возбужденияприводит к отсутствию тока в цепи обмотки возбуждения. При уменьшении сопротивления в цепи возбуждения напряжение на зажимах генератора остается неизменным и равным э.д.с., индуктируемой в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма. Место обрыва внешней цепи (регулировочный реостат, амперметр, соединительные провода) обнаруживают обычно шунтированием отдельных участков цепи проводником на две-три секунды. Если напряжение на зажимах генератора по-прежнему остается неизменным, то это указывает на обрыв цепи возбуждения внутри генератора.

Неправильное присоединение обмотки возбужденияхарактеризуется наличием в цепи возбуждения небольшого тока и уменьшением напряжения на зажимах генератора. Уменьшается напряжение тем больше, чем меньше сопротивление реостата в цепи возбуждения. Генератор не может самовозбудиться потому, что магнитный поток, созданный током в обмотке возбуждения, направлен навстречу потоку остаточного магнетизма. Это ведет к ослаблению потока остаточного магнетизма, т.е. размагничиванию генератора. Для того чтобы генератор смог самовозбудиться, необходимо изменить направление тока в обмотке возбуждения, поменяв местами провода, присоединяющие ее к обмотке якоря. Генератор самовозбудится и при изменении направления вращения якоря. Обычно на практике применяют первый способ. Генератор не может самовозбудиться и тогда, когда плохо прижаты щетки, загрязнен коллектор, значительно сдвинуты щетки с геометрической нейтрали. Однако эти причины в практике встречаются редко.

2.3.2 Характеристика холостого хода

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость электродвижущей силы Е₀индуктируемой в обмотке якоря генератора, от тока возбуждения I_B при постоянном числе оборотов n_H и отсутствии нагрузки, т.е.

при

В действительности у генератора с параллельным возбуждением при холостом ходе по обмотке якоря протекает ток возбуждения, значение которого составляет 2—5% от номинального тока генератора. Изменение напряжения на зажимах якоря генератора, вызванное током возбуждения, столь незначительно, что им пренебрегают и считают, как и у генератора с независимым возбуждением, э.д.с. в якоре, равной напряжению при холостом ходе, т.е. E₀=U₀. Снимают характеристику по схеме, указанной на рисунке 2.3, в такой последовательности. При разомкнутой цепи и отсутствии нагрузки якорь генератора приводят во вращение с номинальной скоростью, которую во время проведения опыта поддерживают постоянной. Замечают при этом напряжение, обусловленное потоком остаточного магнетизма. Затем замыкают цепь возбуждения и постепенно увеличивают ток возбуждения до тех пор, пока напряжение на зажимах генератора не превысит номинальное напряжение на 15—20%. Сделав 8—10 отсчетов по приборам, получают восходящую ветвь характеристики холостого хода. После этого постепенно уменьшают ток возбуждения до нуля. Сделав 8—10 отсчетов по приборам, получают нисходящую ветвь характеристики холостого хода, которая вследствие явления гистерезиса располагается несколько выше восходящей ветви.

Рисунок 2.3 - Схема испытаний генератора с параллельным возбуждением при холостом ходе и нагрузке.

При снятии характеристики необходимо изменять ток возбуждения только в одном направлении, либо увеличивать, либо уменьшать. В противном случае, вследствие явления гистерезиса, получается разброс точек и характеристика принимает «пилообразный» вид. Отсчеты по приборам желательно производить через примерно равные интервалы изменения тока возбуждения. Результаты измерений заносят в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Характеристика холостого хода

	Iв
Восходящая ветвь	Uo
Нисходящая ветвь	Uo

По данным опыта строят характеристику холостого хода, примерный вид которой представлен на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Характеристика холостого хода генератора с параллельным возбуждением.

Практически за характеристику холостого хода принимают кривую, расположенную посредине между восходящей и нисходящей ветвями (пунктирная кривая на рисунок 2.4).

Анализ характеристики холостого хода приведен в работе 1 настоящего руководства.

2.3.3. Внешние характеристики

Внешней характеристикой генератора с cамовозбуждением называют зависимость напряжения на зажимах генератора U от тока нагрузки при постоянной скорости вращения n_В и отсутствии регулирования тока возбуждения, т.е. U=f(I) при n_н=const и R_B=const — для генераторовс параллельным и смешанным возбуждением;

U=f(I) при n_н=const —для генератора с последовательным возбуждением.

Внешняя характеристика генератора при включении одной параллельной обмотки возбуждения. Опыт по снятию характеристики производят по схеме рисунок 2.3 в такой последовательности. Генератор приводят во вращение, с номинальной скоростью и при разомкнутой внешней цепи (холостой ход генератора) возбуждают до номинального напряжения. Затем включают нагрузку и изменяют ток нагрузки генератора от I = 0 до I = 1,2I_н не изменяя при этом сопротивление в цепи возбуждения.

Скорость вращения генератора во время опыта поддерживают постоянной. Ток нагрузки рекомендуется изменять через примерно равные интервалы так, чтобы получить 6—7 отсчетов.

Рисунок 2.5 - Схема испытаний генератора со смешанным возбуждением.

Результаты измерений заносят в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Внешняя характеристика при одной параллельной обмотке возбуждения.

	При одной параллельной обмотке возбуждения
U=UH при I=0, RВ=const, nH=const
I
U

По данным опыта строят характеристику, примерный вид которой представлен на рисунке 2.6 (кривая 1).

Рисунок 2.6 - Внешние характеристики генераторов.

1 – с параллельным, 2 и 3 – смешанным, 4 – последовательным возбуждением

С увеличением тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается вследствие увеличения падения напряжения в цепи якоря (I_ЯR_Я), увеличения реакции якоря и уменьшения тока возбуждения, которое уже происходит из-за уменьшения напряжения на зажимах обмотки возбуждения. Так как при снятии характеристики сопротивление, цепи возбуждения остается постоянным, а напряжение на зажимах генератора с уменьшением нагрузочного сопротивления, из-за первых двух факторов, уменьшается, ток возбуждения уменьшается пропорционально уменьшению напряжения на зажимах генератора. Уменьшение тока возбуждения вызывает уменьшение магнитного потока полюсов и соответствующее уменьшение как э.д.с. в якоре, так и напряжения на зажимах генератора. Это ведет к тому, что начиная с некоторой критической величины, дальнейшее уменьшение нагрузочного сопротивления уже не вызывает возрастания тока нагрузки, а ведет к еще более интенсивному уменьшению напряжения на зажимах генератора при одновременном уменьшении тока нагрузки.

Пренебрегая сравнительно небольшой величиной тока возбуждения, ток нагрузки генератора будет равен:

Из этого уравнения следует, что изменение тока нагрузки зависит как от изменения нагрузочного сопротивления, так и от изменения э.д.с. в якоре генератора.

В пределах изменения нагрузочного сопротивления от R_n = ∞ до R_n = R_кр, когда степень уменьшения э.д.с. генератора из-за ненасыщенности магнитной цепи меньше степени уменьшения нагрузочного сопротивления, ток нагрузки возрастает до наибольшего критического значения. При дальнейшем уменьшении нагрузочного сопротивления уменьшение напряжения на зажимах генератора приводит к такому уменьшению тока возбуждения, при котором магнитная цепь генератора будет ненасыщенной (прямолинейная часть кривой намагничивания). При этом степень уменьшения э.д.с. в якоре генератора становится больше степени уменьшения нагрузочного сопротивления и ток нагрузки уменьшается. Происходит саморазмагничивание генератора, т.е. генератор как бы сбрасывает нагрузку, переходя в режим установившегося короткого замыкания.

Установившийся ток короткого замыкания определяется величиной э.д.с, индуктируемой в обмотке якоря генератора потоком остаточного, магнетизма. Обычно установившийся ток короткого замыкания меньше номинального тока генератора. Однако, ввиду значительной величины критического тока, переход к короткому замыканию в условиях снятия внешней характеристики может привести к нежелательному искрению щеток при токах в якоре больше номинального.

Опасность повреждения генератора и приводного двигателя может возникнуть при внезапном коротком замыкании, когда ток в якоре может достигнуть величины в 8—12 раз больше номинального его значения. Это объясняется тем, что при внезапном уменьшении напряжения на зажимах генератора до нуля (короткое замыкание) ток возбуждения и, следовательно, магнитный поток полюсов вследствие значи­тельной индуктивности обмотки возбуждения некоторое время удерживается близким к номинальному. Поэтому в якоре генератора некоторое время существует достаточно большая по величине э.д.с, которая и вызывает большой бросок тока в цепи якоря. Это опасно для первичного двигателя, так как создаются большие тормозные усилия, и для самого генератора, так как усиливается искрение щеток, которое может привести к круговому огню на коллекторе.

Особенно опасно короткое замыкание для генераторов крупной и средней мощности с достаточно насыщенной магнитной системой.

Внешняя характеристика при согласованном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения. Под согласованным включением параллельной и последовательной обмоток возбуждения понимают такое включение, при котором магнитные потоки, создаваемые токами и обмотками, совпадают по направлению. Если же магнитные потоки направлены друг против друга, то такое включение обмоток называют встречным.

Согласованность включения обмоток возбуждения определяют опытным путем по схеме рисунок 2.5 в такой последовательности. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью и при. разомкнутой внешней цепи возбуждают его до номинального напряжения, после чего нагружают током 30—4 мА (1% от номинального). Если при этом напряжение уменьшается очень мало или даже возрастает, то параллельная и после­довательная обмотки возбуждения включены согласованно. При встречном включении обмоток возбуждения наблюдается резкое уменьшение напряжения на зажимах генератора.

Для изменения направления магнитного потока, создаваемого током в последовательной обмотке возбуждения, следует изменить направление тока в обмотке, т.е. поменять местами провода, присоединенные к выводам этой обмотки.

После проверки согласованности включения обмоток возбуждения снимают внешнюю характеристику генератора. Порядок и условия снятия ее при согласованном включении обмоток возбуждения такие же, как и для генератора с одной параллельной обмоткой возбуждения.

Результаты измерения заносят в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Внешняя характеристика при согласованном подключении обмоток возбуждения

	При согласованном подключении обмоток возбуждения
	U = Uh при I=0, RB = const, nH = const
I
U

По данным опыта строят характеристику, примерный вид которой представлен на рисунке 2.6 (кривая 2).

Вид внешней характеристики зависит от соотношения намагничивающих сил параллельной и последовательной обмоток возбуждения. При относительно слабой последовательной обмотке возбуждения напряжение на зажимах генератора с увеличением тока нагрузки будет уменьшаться, но меньше по сравнению с изменением напряжения на зажимах генератора только с параллельной обмоткой возбуждения. Это объясняется тем, что намагничивающая сила последовательной обмотки возбуждения только частично компенсирует падение напряжения на сопротивлении цепи якоря и реакцию якоря. Обычно же последовательную обмотку возбуждения рассчитывают так, чтобы при номинальной нагрузке генератора напряжение на его зажимах равнялось напряжению при холостом ходе.

Характер кривой внешней характеристики в пределах от холостого хода до номинальной нагрузки объясняется тем, что при малых нагрузках генератор менее насыщен и намагничивающая сила последовательной обмотки возбуждения, кроме компенсации падения напряжения на сопротивлении цепи якоря и реакции якоря, увеличивает основной поток полюсов, вследствие чего э.д.с. в якоре и напряжение на зажимах генератора несколько повышаются (на 2—3% выше номинального напряжения генератора). При дальнейшем увеличении нагрузки магнитная цепь генератора насыщается все больше и влияние последовательной обмотки возбуждения постепенно ослабляется, что приводит к некоторому уменьшению э.д.с. в якоре, а следовательно, и напряжения на зажимах генератора.

Внешняя характеристика при встречном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения.Проверив несогласованность включения параллельной и последовательной обмоток возбуждения, снимают внешнюю характеристику. Порядок и условия ее снятия такие же, как и для ге­нератора с одной параллельной обмоткой возбуждения.

Необходимо иметь в виду, что максимально возможный ток нагрузки генератора при встречном включении обмоток возбуждения составляет всего лишь 30—40% номинального тока. Дальнейшее уменьшение сопротивления внешней цепи ведёт к уменьшению напряжения на зажимах генератора при одновременном уменьшений тока нагрузки (генератор саморазмагничивается).

Результаты измерений заносят в таблицу 2.4.

По данным опыта строят характеристику, примерный вид которой представлен на рисунке 2.6 (кривая 3).

Напряжение на зажимах генератора при встречном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения с увеличением тока нагрузки уменьшается более резко, чем при включении одной параллельной обмотки возбуждения. Это объясняется тем, что помимо факторов, вызывающих уменьшение напряжения на зажимах генератора при включении одной параллельной обмотки возбуждения, последовательная обмотка возбуждения размагничивает генератор, а следовательно, э.д.с. в якоре и напряжение на зажимах генератора быстро уменьшаются.

Таблица 2.4 - Внешняя характеристика при встречном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения.

	При встречном выполнении обмоток возбуждения
	Uh=0 при I = IH, RB= const, nH = const
I
U

Критическое значение тока нагрузки и величина тока короткого замыкания генератора при, встречном включении его параллельной и последовательной обмоток возбуждения меньше по сравнению с соответствующими величинами этого же генератора при включении одной только параллельной обмотки возбуждения.

Рисунок 2.7 - Схема испытания генератора с поcледовательным возбуждением.

Встречное включение обмоток возбуждения применяют в сварочных генераторах, где требуется резко падающая внешняя характеристика.

Внешняя характеристика генератора с одной последовательной обмоткой возбуждения. При включении одной последовательной обмотки возбуждения получают генератор с последовательным возбуждени­ем, который возбуждается только при нагрузке. Ток возбуждения такого генератора равен току нагрузки.

Внешнюю характеристику генератора с одной последовательной обмоткой возбуждения снимают по схеме рисинок 2.7 следующим образом. Генератор приводят во вращение с номинальной скоростью. При разомкнутой внешней цепи записывают показания вольтметра (напряжение, вызванное потоком остаточного магне­тизма), затем замыкают генератор на сопротивление внешней цепи, и постепенно уменьшая это сопротивле­ние, добиваются самовозбуждения генератора. Последующее увеличение тока нагрузки генератора производят в пределах от нуля до 1,2 номинального тока через примерно равные промежутки так, чтобы в этих пределах получить 6—7 измерений.

Результаты измерения заносят в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 – Внешняя характеристика при включении одной последовательной обмотки возбуждения.

	При включении одной последовательной обмотки возбуждения
U=EОСТ при I=0, nH=const
I
U

По данным опыта строят характеристику, примерный вид которой представлен на рисунке 2.6 (кривая 4).Так как ток нагрузки одновременно является и током возбуждения, то индуктируемая в обмотке якоря э.д.с, а следовательно, и напряжение на зажимах якоря увеличиваются с ростом тока нагрузки генератора.

Однако при увеличении насыщения магнитной цепи генератора, когда степень роста магнитного потока с увеличением тока в обмотке возбуждения (тока нагрузки) уменьшается, напряжение на зажимах якоря, вследствие увеличения падения напряжения на сопротивлении цепи якоря и реакции якоря, увеличивается весьма незначительно. При некотором токе нагрузки напряжение на зажимах якоря генератора достигает своего наибольшего значения, после которого начинает уменьшаться.

Необходимо помнить, что последовательная обмотка возбуждения испытуемого генератора является вспомогательной. Поэтому напряжение на зажимах якоря генератора от действия поля только этой обмотки недостигает своего номинального напряжения.

Значительное изменение напряжения при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной у генераторов с одной последовательной обмоткой возбуждения не позволяет использовать их для питания потребителей, которые должны работать при неизменном подводимом напряжении. Поэтому генераторы толькос последовательным возбуждением не имеют широкого практического применения.