Исследование генераторов постоянного тока с использованием ПЭВМ. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Электромеханические устройства и системы» (стр. 2 )

Однако в эксплуатационных условиях возможно внезапное короткое замыкание. Так как индуктивность обмотки возбуждения машины довольно большая, то уменьшение тока возбуждения, магнитного потока и соответствующей ему э. д.с происходит с задержкой по времени. Поэтому ток внезапного к. з. Iк (рис.4) успевает достигнуть за время 0,1 – 0,2 с значения, в 8-12 раз превосходящего номинальное значение тока, после чего он сравнительно быстро спадает до значения, соответствующего Iкз на рис 3,б. При таком резком изменении тока на валу генератора возникает значительный тормозящий момент, а на коллекторе появляется сильное искрение. Значит внезапное короткое замыкание является опасным и для генераторов параллельного возбуждения.

Рис 4. Кривая изменения тока внезапного короткого замыкания

Регулировочная характеристика и характеристика х. х. генератора параллельного возбуждения имеют такой же вид, как и у генератора независимого возбуждения.

Используя характеристику х. х., можно определить предельное значение сопротивления цепи возбуждения, при котором еще может идти процесс самовозбуждения. Будем считать, что генератор работает в режиме х. х., т. е. Iн=0. При самовозбуждении дифференциальное уравнение равновесия э. д.с. и напряжений в цепи возбуждения может быть записано по второму закону Кирхгофа следующим образом:

,

где - мгновенное значение напряжения на выводах якоря генератора и на выводах цепи возбуждения, - сопротивление цепи возбуждения и - индуктивность обмотки возбуждения.

Если сопротивление цепи возбуждения равно константе, то падение напряжения на нем, равное iBRB, изменяется прямо пропорционально току iB. Графически эта вольтамперная характеристика цепи возбуждения имеет вид прямой 1, идущей под углом α к оси абсцисс на рис.5, причем tg α ~ iBRB\iB = RB. Следовательно, каждому значению RB соответствует своя прямая, выходящая из начала координат под углом, определяемым этой формулой. Кривая 2 представляет собой характеристику холостого хода. Отрезки по оси абсцисс между кривыми 2 и 1 дают разность u0 – iBRB = d(Lвiв)/dt и служат мерой интенсивности происходящего процесса самовозбуждения. Очевидно, что этот процесс окончится тогда, когда производная станет равной нулю, разность u0 – iBRB станет равной нулю, другими словами, когда характеристики 1 и 2 пересекутся. Таким образом, установившееся значение тока iB определяется точкой пересечения А характеристик 1 и 2.

Рис.5.Условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения

Если мы будем увеличивать сопротивление RB , т. е угол α, то точка А будет скользить по характеристике х. х. в направление точки 0. При некотором сопротивлении RB.КР, которое называется критическим сопротивлением, вольтамперная характеристика цепи возбуждения будет касательной к начальной части характеристики х. х. (прямая 3 на рис.5). В этих условиях генератор практически не возбуждается, то же самое будет при Rв большем Rв. кр.

2. Описание стенда ЭМП1-К

Стенд ЭМП1-К предназначен для проведения лабораторных занятий по дисциплине «Электромеханические устройства и системы».

Машинная часть стенда представляет собой соединенные механически машину постоянного тока, трехфазный асинхронный двигатель и маховик. Технические данные этих машин приведены в таблице 1.

В данной лабораторной работе машина постоянного тока исследуется в режиме генератора, асинхронный двигатель используется для вращения ротора генератора с постоянной скоростью. Маховик используется для сглаживания электромеханических переходных процессов при исследовании машин. На одном валу с машинами находится ротор оптоэлектронного преобразователя угловых перемещений, используемого для измерения частоты вращения роторов машин.

Аппаратная командно-измерительная часть стенда представляет собой набор панелей, из которых, как из кубиков конструктора, может быть собрана требуемая схема исследования. Код аппаратуры указан на лицевой части каждой панели и, для удобства, приведен на электрических схемах методических указаний.

Таблица 1 Технические данные электрических машин и преобразователя

Машина постоянного тока (код 101.2)	ПЛ-062
Номинальная мощность, Вт	90
Номинальное напряжение якоря, В	220
Номинальный ток якоря, А	0,56
Номинальная частота вращения, мин–1	1500
Возбуждение	Независимое /параллельное/ последовательное
Номинальное напряжение возбуждения, В	220
Номинальный ток обмотки возбуждения, А	0,2
КПД, %	57,2
Направление вращения	Любое
Режим работы	двигательный/генераторный
Асинхронный двигатель (код 106)	АИР 56
Число фаз на статоре	3
Схема соединения обмоток статора
Номинальная частота тока, Гц	50
Номинальная полезная активная мощность, Вт	120
Номинальное напряжение, В	220 / 380
Номинальный ток статора, А	0,73 / 0,42
КПД, %	63
cos jH	0,66
Номинальная частота вращения, мин–1	1350
Маховик
Момент инерции, Нмс2	0,009
Масса, кг, не более	7
Преобразователь угловых перемещений (код 104)	ВЕ 178А
Количество выходных каналов	6
Выходные сигналы	серия импульсов и опорный импульс
Число импульсов за оборот в серии	2500
Диапазон изменения рабочих частот вращения вала, мин-1	0…6000

Перечень силовых и командно-измерительных устройств, используемых в данной лабораторной работе, с их условными обозначениями на схемах, приведен в таблице 2.

Таблица 2 Перечень устройств

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Трехфазный источник питания	201.2	~ 380 В / 3 А
G2	Источник питания двигателя постоянного тока	206.1	- 0…250 В / 3 А (якорь) / - 200 В / 1 А (возбуждение)
G6	Машина постоянного тока	101.2	90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2×110 В / 0,2 А (возбуждение)
G5	Преобразователь угловых перемещений	104	6 вых. каналов / 2500 импульсов за оборот
G4	Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором	106	120 Вт / ~ 380 В / 1500 мин-1
A13	Коннектор	330	8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. вх./ вых.
A15	Персональный компьютер	550	IBM совместимый, ОC MS Windows XP, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации NI PCI-6024E
A4, А5	Трехполюсный выключатель	301.1	~ 380 В / 10 А
A16	Активная нагрузка	306.1	220 В / 3´0…50 Вт;
A3	Реостат возбуждения машины постоянного тока	308.1	0…2000 Ом 0,1…0,3 А
A11	Блок датчиков тока и напряжения	402.3	3 датчика напряжения ±100; 1000 В / ±5 В; 3 датчика тока ±1; 5 А / ±5 В
A2	Реостат	323.2	2×0…100 Ом / 1 А
P2	Блок мультиметров	508.2	3 мультиметра – 0...1000 В / ~ 0...700 В / 0...10 А / 0…20 Мом
P1	Указатель частоты вращения	506.2	-2000…0…2000 мин-1

ВНИМАНИЕ! В стенде используется довольно высокое напряжение до 380 В. Будьте осторожны и внимательны при работе, существует опасность поражения электрическим током. В случае возникновения нештатных ситуаций (возгораний, задымлений и т. д.) немедленно отключите трехфазный источник питания G1, нажав на кнопку «гриб красный», отключите неисправный блок. Сообщите о случившемся сотрудникам кафедры.

3.Выполнение лабораторной работы

3.1. Цель лабораторной работы

Целью лабораторной работы является изучение принципа работы генераторов постоянного тока и проведение опытов, необходимых для определения их основных характеристик. В данной работе исследуются статические и динамические характеристики ГПТ с независимым и параллельным возбуждением.