Как построить характеристику холостого хода

Характеристика холостого хода

Начальная часть характеристики холостого хода представ­ляет собой практически прямую линию (см. рис. 4, а, кривая 1; рис. 5 и рис. 7, кривая 1). Это объясняется тем, что при малых токах почти вся МДС обмотки возбуждения приходится на воз­душный зазор, имеющий линейное магнитное сопротивление. По мере увеличения тока возбуждения магнитная индукция в ферромагнитных участках магнитной системы машины увели­чивается, что приводит к насыщению этих участков, и как след­ствие, к росту их магнитных сопротивлений. Особенно значи­тельно увеличивается магнитное сопротивление зубцов якоря. Это приводит к отклонению характеристики холостого хода от прямой.

Нагрузочная характеристика

Размагничивающее действие якоря количественно можно оценить с помощью характеристики холостого хода и нагрузоч­ной характеристики, представляющей собой зависимость U=f(I_в) при п=п_н; I=const. Каждому значению тока возбуждения соот­ветствует МДС обмотки возбуждения F_B.

Размагничивающее действие якоря целесо­образно оценивать для номинального режима, когда напряжение на вы­водах номинальное (U=U_н), ток нагрузки (он же протекает по цепи обмотки якоря) номи­нальный (I =I_Н), ток воз­буждения также номи­нальный (I_в =I_в.н.), нагру­зочная характеристика снята при номинальном токе нагрузки. Нагрузочная характери­стика, построенная совместно с характеристикой холостого хо­да, позволяет построить характеристический треугольник (на рис. 7 заштрихован). Он строится следующим образом. Опреде­ляется точка С при номинальном напряжении. Вертикально от­кладывается отрезок ВС = IR_Я.Ц., в масштабе напряжения. Горизонтально через точку В проводится линия до пересечения с ха­рактеристикой холостого хода в точке А. Катет АВ в соответствующем масштабе равен МДС F_B.Р.Я, который необходим для компенсации размагничивающего действия реакции якоря. Ему соответствует ток I_B.Р.Я.

Внешние характеристики

При независимом возбуждении напряжение на выводах гене­ратора уменьшается с увеличением нагрузки (рис.4, б, кривая 1) вследствие уменьшения ЭДС из-за размагничивающего дейст­вия реакции якоря и падения напряжения в якорной цепи.

В генераторах смешанного возбуждения увеличение полез­ного потока, происходящее за счет увеличения намагничиваю­щего действия последовательной обмотки с ростом нагрузки, может скомпенсировать и размагничивающее действие реакции якоря, и падение напряжения в якорной цепи. В тех случаях, когда требуется поддержать стабильное напряжение на зажимах потребителя, удаленного от генератора, последовательная об­мотка должна скомпенсировать и падение напряжения в линии. Напряжение на зажимах генератора в этом случае будет сначала повышаться, а затем падать с увеличением тока нагрузки (см. рис. 4, б, кривая 3). Это происходит из-за нелинейной зависимо­сти МДС F_B.Р.Я от тока нагрузки I, в то время как МДС последо­вательной намагничивающей обмотки растет пропорционально этому току.

Регулировочные характеристики

При изменении нагрузки напряжение генератора изменяется по причинам, указанным выше. Для поддержания постоянства напряжения генератора приходится изменять ток возбуждения. Зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянном напряжении и постоянной частоте вращения на­зывается регулировочной характеристикой: I_в =f(I_а) при U=const, n=const.

Регулировочные характеристики (см. рис. 4, в) снимаются при независимом и смешанном возбуждениях (регулировочные характеристики генераторов с независимым и параллельным возбуждением, совпадают). Необходимость регулирования тока возбуждения обусловлена теми же причинами, которые вызы­вают изменение напряжения при нагрузке.

Расчеты и построения

По результатам экспериментальных исследований постро­ить графики зависимостей (рис. 4):

· характеристики холостого хода и нагрузочную характери­стику в одной системе координат;

· внешние характеристики генераторов с различным возбуж­дением объединить вместе;

· регулировочные характеристики генераторов с различным возбуждением объединить вместе.

1. Собрать для исследования схему генератора постоянно­го тока с независимым возбуждением (рис. 1).

· Снять характеристику холостого хода E₀=f(I_в) при n=const;

· Снять нагрузочную характеристику U=f(I_в) при номи­нальном значении тока якоря (1_а=1_{а ном}) и n=const;

· Снять внешнюю характеристику U=f(I_a) при R_B=const и n=const, переходя от режима холостого хода к режиму номи­нальной нагрузки.

2. Собрать схему исследования генератора постоянного тока параллельного возбуждения (рис. 2).

· Снять внешнюю характеристику U=f(I_a) при R_B=const и n=const, переходя от режима холостого хода к режиму номи­нальной нагрузки.

Таблица 2

Рисунок 7 – Характеристика холостого хода ГПТ (1);

нагрузочная характеристика ГПТ (2).

Рисунок 8 – Внешние характеристики генератора с независимым (1);

Источник

Генераторы независимого возбуждения

Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими основными величинами являются: 1) напряжение на зажимах U, 2) ток возбуждения i_в, 3) ток якоря I_а или ток нагрузки I, 4) скорость вращения n.

Обычно генераторы работают при n = const. Поэтому основные характеристики генераторов определяются при n = n_н = const.

Существуют пять основных характеристик генераторов: 1) холостого хода, 2) короткого замыкания, 3) внешняя, 4) регулировочная, 5) нагрузочная.

Все характеристики могут быть определены как экспериментальным, так и расчетным путем.

Рассмотрим основные характеристики генератора независимого возбуждения.

Характеристика холостого хода

Характеристика холостого хода (х. х. х.) U = f (i_в) при I = 0 и n = const определяет зависимость напряжения или электродвижущей силы (э. д. с.) якоря E_а от тока возбуждения при холостом ходе (I = 0, P₂ = 0). Характеристика снимается экспериментально по схеме рисунка 1, а при отключенном рубильнике.

Рисунок 1. Схемы генераторов и двигателей независимого (а), параллельного (б), последовательного (в), смешанного (г) возбуждения (сплошные стрелки – направления токов в режиме генератора, штриховые – в режиме двигателя)

Рисунок 2. Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения

Снятие характеристики целесообразно начинать с максимального значения тока возбуждения и максимального напряжения U = (1,15 – 1,25) U_н (точка а кривой на рисунке 2). При уменьшении i_в напряжение уменьшается по нисходящей ветви аб характеристики сначала медленно ввиду насыщения магнитной цепи, а затем быстрее. При i_в = 0 генератор развивает некоторое напряжение U₀₀ = Об (рисунок 2), обычно равное 2 – 3% от U_н, вследствие остаточной намагниченности полюсов и ярма индуктора. Если затем изменить полярность возбуждения и увеличить i_в в обратном направлении, начиная с i_в = 0, то при некотором i_в

Источник

Характеристика холостого хода и нагрузочная характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением

Характеристика холостого хода генератора

Приводим генератор постоянного тока с независимым возбуждением во вращение со скоростью ω при отсутствии напряжения на обмотке возбуждения, при этом на зажимах якоря появится напряжение, которое называется напряжением остаточного магнетизма.

Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Подаем напряжение на обмотку возбуждения и увеличиваем с помощью R_в ток в обмотке возбуждения. Ток в обмотке возбуждения нужен до тех пор, пока генератор не попадет в область насыщения. Теперь плавно уменьшаем ток в обмотке возбуждения до нуля. При токе возбуждения равным нулю меняем полярность на зажимах генератора и начинаем увеличивать ток в обмотке возбуждения до области насыщения, затем уменьшаем этот ток до нуля, меняем полярность на обмотке возбуждения и увеличиваем то к в обмотке возбуждения до насыщения. Получаем полную характеристику холостого хода.

Характеристика холостого хода генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Полная характеристика холостого хода генератора представляет собой петлю гистерезиса и связана с сортом стали, из которой изготовлен генератор. Площадь петли гистерезиса равна потерям на перемагничивание стали.

Характеристика холостого хода состоит из 2-х ветвей: верхняя называется нисходящая, нижняя – восходящая.

Чем уже петля гистерезиса, тем меньше потери, кроме того при узкой петле будут и меньше расхождения напряжения на восходящей и нисходящей ветвях характеристики холостого хода.

Для расчетов и исследования используют усредненную характеристику холостого хода, которая проходит посреди петли гистерезиса через нуль.

Нагрузочная характеристика генератора

Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением для получения нагрузочной, внешней и регулировочной характеристик.

Приводим генератор во вращение со скоростью ω и при разомкнутом ключе K. Начинаем увеличивать ток в обмотке возбуждения, пока напряжение на выходе генератора не достигнет номинального значения. Напряжение возрастает по характеристике холостого хода. При значении тока i_в равному номинальному замыкаем ключ K и включаем сопротивление нагрузки R_н. По обмотке якоря начинает протекать ток. Как только по обмотке якоря начинает протекать ток, согласно уравнению напряжения генератора:

Если изменять ток в обмотке возбуждения, мы получим характеристику при токе I₁=const.

В режиме холостого хода напряжение на зажимах генератора, которое называется напряжением холостого хода, равно ЭДС генератора.

Как только к обмотке якоря будет подключено сопротивление нагрузки, напряжение начнет снижаться по двум причинам:
1. Увеличение падения напряжения на активных сопротивлениях якорной цепи.
2. Снижение магнитного потока Ф_δ, а следовательно и ЭДС якоря E_а в результате действия размагничивающей реакции якоря.

Если увеличивать ток в якоре, характеристика пойдет еще ниже.

Таким образом, нагрузочные характеристики представляют собой семейство характеристик для различных значений токов нагрузки (от 0 до I_ном).

Влияние двух факторов учитывается с помощью, так называемого, характеристического треугольника (реактивного треугольника) – это треугольник, катеты которого пропорциональны току якоря, учитывают снижение напряжения в генераторе, работающем под нагрузкой. Катет AB учитывает влияние реакции якоря, а катет BC – падение напряжение на активных сопротивлениях якорной цепи.

Совместное влияние этих двух факторов учитывается гипотенузой AC.

Нагрузочная характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Источник

Характеристика холостого хода

Характеристика холостого хода при и при параллельном воз­буждении может быть снята только в одном квадранте (рис. 2.2) путем регулирования тока возбуждения регулиро­вочным реостатом в цепи воз­буждения (см. рис. 2.1). Вид кривой характеристики холостого хода у гене­ратора с параллельным возбуж­дением будет таким же, как и у генера­тора с независимым воз­бужде­нием (см. работу № 1).

Внешняя характеристика

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения зна­чительно отличается от такой же характеристики генератора независимого возбуждения. Для сравнения на рис. 2.3 приведена внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения 1 и независимого возбуждения 2.

В генераторе параллельного возбуждения падение напряжения на за­жимах генератора больше, чем в генераторе независимого возбуж­дения. Это объясняется тем, что в генераторе параллельного возбуждения кроме падения напряжения в якоре и реакции якоря, способствующих снижению напряжения, действует еще третья причина – уменьшение тока возбужде­ния пропорционально снижению напряжения при увеличении нагрузки:

.

Рис. 2.3. Внешняя характеристика: 1 – генератора параллельного возбуждения; 2 – генератора независимого возбуждения

Ток нагрузки такого генератора увеличивается только до критического значения , превышающего номинальный ток в раза, а затем начи­нает уменьшаться вместе с продолжающим падать напряжением. Это объясняется следующим. При уменьшении сопротивления на­грузки ток стремится расти , но указанные выше причины, вы­зывающие падение напряжения на зажимах генератора, действуют в про­тивоположном направлении. До тех пор, пока машина насыщена, пре­обладает действие первого фактора, и ток растет. Затем с увеличением нагрузки машина переходит во все более ненасыщенное состояние, и пре­обладающее значение получают факторы, вызывающие падение напря­жения.

Достигнув значения , ток начинает уменьшаться и при коротком замы­кании достигает значения , определяемого только потоком остаточ­ного намагничивания, так как в этом режиме и . Часть характеристики, показанная пунктирной линией (рис. 2.3), является неустой­чивой.

Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика показывает зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянной скорости вращения якоря и постоянном напряже­нии на зажимах генератора, т. е. при и (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Регулировочная характеристика

Характеристика снимается так же, как и внешняя, путем увеличения тока нагрузки, но для поддержания постоян­ного напряжения на зажимах генератора необходимо со­ответственно повышать ток возбуждения.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством генератора, записать его паспортные дан­ные.

2. Собрать рабочую схему (см. рис. 2.1), произвести пробный пуск. В случае невозбуждения генератора прежде всего необходимо поменять местами концы обмотки возбуждения.

3. Возбудив генератор, снять характеристики: холостого хода, внешнюю и регулировочную, занося полученные данные в табл. 2.1–2.3.

Таблица 2.1 Характеристика холостого хода ;	Таблица 2.2 Внешняя характеристика ;	Таблица 2.3 Регулировочная Характеристика ;
, В	, А	, В	, А	, А	, А

4. По данным исследований построить характеристики.

5. Сформулировать краткие выводы.

Рекомендуемая литература: [1, §9.4; 2, §5.9].

Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА МЕТОДОМ
ХОЛОСТОГО ХОДА И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Цель работы: снятие и построение основных характеристик генераторов независимого и параллельного возбуждения без загрузки машины.

Содержание работы

Характеристики генераторов независимого и параллельного возбуждения можно построить с помощью характеристических треугольников. Для этого необходимо иметь характеристики холос­того хода Е = f(i_в) и короткого замыкания I_к = f(i_в).

Характеристика холостого хода строится обычным порядком без учета остаточного намагничивания (рис.3.1, E = f(i_в). Схема для снятия характеристики холостого хода представлена на рис. 3.2, а.

Для определения первой точки характеристики короткого замыкания зажимы якоря замыкаются через амперметр А (рис. 3.2, б) и при разомкнутой обмотке возбуждения якорь при­водится во вращение; измеряется ток I _ост.

Вторая точка характеристики короткого замыкания определяется при замкнутой обмотке возбуждения при малом токе возбуждения.

Так как при малых токах возбуждения магнитное насыще­ние невелико, то характеристика короткого замыкания представляет собой прямую линию.

Обе характеристики строятся в одном координатном поле, при этом характеристика I_к = f(i_в) переносится параллельно самой себе в начало координат.

Рис. 3.1 Построение характеристического треугольника по характеристикам холостого хода и короткого замыкания

Рис. 3.2. Схемы для снятия характеристик: а – холостого хода; б – короткого замыкания

Для построения характеристического треугольника необходимы величины сопротивлений обмоток якоря R_а и возбуждения r_в, измерение которых производится по схемам (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схемы для определения сопротивлений: а – обмотки якоря; б – обмотки возбуждения

Один катет ВС треугольника АВС пропорционален паде­нию напряжения в обмотке якоря и может быть подсчитан по формуле I_нR_a. По известной величине I_нR_a с помощью харак­теристики холостого хода определятся необходимый ток возбуждения i_в1.

Второй катет АВ треугольника АВС выражает реакцию якоря в масштабе тока возбуждения и равняется i_в2 – i_в1. Ток i_в2 опреде­ляется по характеристике короткого замыкания для номинального тока I_н.

Соединив точки А и С, получаем характеристический тре­угольник АВС.

1. Нагрузочные характеристики U = f(i_в) при I_a = const, n = const генераторов независимого и параллельного возбуждения.

Так как при постоянной нагрузке падение напряжения в обмотке якоря и реакция якоря неизменны, то для построения характеристики U = f(i_в) достаточно перемещать треугольник АВС, построенный для тока I_a = const, параллельно самому себе (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Графическое построение нагрузочных характеристик

2. Для построения внешней характеристики генератора независимого возбуждения U = f(I_а) при i_в = const, n = const строится характеристический треугольник для тока I_н и разме­щается так, чтобы вершина А₁ лежала на характеристике холос­того хода, а вершина С₁ – на прямой i_в = const (рис. 3.5). Ордината ДС₁ будет соответствовать величине
напряжения U_н. Приближенно можно считать, что стороны характеристического треугольника меняются пропорционально току нагрузки I и I_н2 = I_н (А₂С₂/А₁С₁).

Рис. 3.5. Построение внешней характеристики генератора независимого возбуждения

Построение треугольника А₂В₂С₂ осуществляется аналогично построению А₁В₁С₁. Напряжение (ордината ДС₂) соответствует току нагрузки I₂. И так далее.

3. Построение регулировочной характеристики i_в = f(I_a) при U = const, n = const производится аналогично построению внешней характеристики с той лишь разницей, что постоянным поддерживается напряжение U (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Построение регулировочной характеристики

4. Внешняя характеристика генератора параллельного воз­буждения U = f(I_а) при i_в ≠ const, n = const в отличие от внешней характеристики генератора независимого возбуждения строится по прямой линии U= i_в·r_в (характеристика шунта). Характеристика шунта строится по двум точкам: по точке, со­ответствующей началу координат, и точке, соответствующей произвольному току возбуждения (см. рис. 3.3, б). Построение внешней характеристики производится с использованием харак­теристических треугольников для разных токов нагрузки. При этом вершина А каждого характеристического треугольника находится на характеристике холостого хода, а вершина С – на характеристике шунта (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения

Порядок выполнения работы

1. Снять характеристики холостого хода и короткого замыкания.

2. Используя характеристики холостого хода и короткого замыкания, необходимо построить для нескольких значений нагрузочного тока характеристические треугольники.

3. С помощью характеристических треугольников построить характеристики генератора, не производя его загрузки.

Рекомендуемая литература: [2, §5.9].

Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА
СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы: ознакомление с устройством генератора смешанного возбуждения и методикой снятия внешних и регулировочных характеристик при согласном и встречном включении обмоток возбужде­ния.

Содержание работы

Генератор смешанного возбуждения (рис. 4.1) имеет две обмотки возбуждения – параллельную и последовательную, намагничивающие силы которых могут либо склады­ваться, либо вычитаться. Свойства генератора определяются его характе­ристиками, основные из них – внешние и регулировочные. Рассмотрим методику их снятия.

Рис. 4.1. Схема генератора смешанного возбуждения

Внешняя характеристика генератора – это зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при постоянной частоте вращения якоря, т. е. при и .

Для снятия этой характеристики при отключенной нагрузке с помощью регулировочного реостата устанавливается номинальное напря­же­ние генератора. Затем постепенным увеличением нагрузки до (1÷1,2) снимают значения напряжения, тока нагрузки и тока возбуждения.

Опыт следует повторить трижды: для согласного, встречного и параллельного возбуждения. Удобнее переключать последовательную обмотку воз­буждения (СС). Данные опыта занести в табл. 4.1.

Данные для построения внешних характеристик

Согласное включение	Параллельное возбуждение	Встречное включение
IB, A	I, A	U, В	IB, A	I, A	U, В	IB, A	I, A	U, В

По данным табл. 4.1 нужно определить в каком случае парал­лельная и последовательная обмотки возбуждения были включены согласно, а в каком – встречно.

Затем требуется снять внешнюю характеристику только для одной па­раллельной обмотки (последовательная об­мотка отключена) и посте­пенно нагружать генера­тор. Данные опыта зане­сти в табл. 4.1 и построить по ним в одних осях коорди­нат внешние характеристики генера­тора смешанного возбуждения, примерный вид которых показан на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Примерный вид внешних характеристик:
1 – при согласном включении обмоток возбуждения; 2 – при параллельном возбуждении; 3 – при встречном включении обмоток возбуждения

Снять регулировочную характеристику для согласного включения об­моток возбуждения: при и .

Соединить обмотки возбуждения согласно. Запустить двигатель и возбу­дить генератор, регулировочным реостатом установить номинальное на­пряжение.

Постепенно нагружая генератор и поддерживая напряжение на его за­жимах постоянным путем изменения тока возбуждения, снять регулиро­вочную характеристику.

Показания приборов занести в табл. 4.2. Для сравнения снять регулиро­вочную характеристику только при параллельном возбуждении.

Данные для построения регулировочных характеристик

Смешанное возбуждение	Параллельное возбуждение
I, A	Iв, A	I, A	Iв, A

По результатам табл. 4.2 построить регулировочные характеристики в одних координатных осях (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Регулировочные характеристики: 1 – при согласном включении обмоток возбуждения; 2 – при параллельном возбуждении

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией генератора и расположением обмоток; записать паспортные данные генератора.

2. Проверить наличие приборов и оборудования, соответствие их пас­портным данным генератора.

3. Собрать схему включения генератора (см. рис. 4.1).

4. Пустить двигатель, возбудить генератор и проверить его в рабочем ре­жиме.

5. Снять внешние характеристики генератора.

6. Снять регулировочные характеристики генератора.

7. По данным опытов построить характеристики.

8. Сформулировать краткие выводы.

Рекомендуемая литература: [1, §9.6; 2, §5.9].

Лабораторная работа № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цель работы: ознакомление с устройством двигателя и его пускорегу­лирующей аппаратурой; навык управлять двигателем в период пуска, работы, остановки и реверсирования; опытным путем снятие рабочих и ре­гулировочных характеристик двигателя.

Содержание работы

Пуск двигателя

При работе двигателя ток якоря определяется уравнением . В момент пуска якорь двигателя неподвижен ( ) и противоэдс якоря равна нулю: . Так как сопротивление якорной цепи мало, то, как видно из равенства , ток в якоре в началь­ный момент получается очень большим. Для ограничения тока при пуске последовательно с якорем включается пусковой реостат, который перед пуском двигателя должен быть полностью введен. Тогда пусковой ток определится следующим выражением: . По мере возрастания скорости вращения якоря растет противоэдс, ток уменьшается. Пусковой реостат необходимо постепенно выводить, но с такой скоростью, чтобы не было слишком больших бросков тока. По окон­чании пуска пусковой реостат должен быть совершенно выведен, так как он рассчитан на кратковременную работу.

Регулировочный реостат в цепи возбуждения следует выве­сти, чтобы магнитный поток при пуске был максимальным. В этом случае необходимый пусковой момент, согласно выражению , будет достаточно большим при относительно малом пусковом токе в обмотке якоря. Кроме того, при малом магнитном потоке скорость двигателя по окончании пуска может оказаться недопустимо большой: .

Реверсирование двигателя производится путем из­менения направления тока либо в обмотке якоря, либо в обмотке возбуждения, так как при этом изменяется знак вращающего момента.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник