Что называется характеристикой холостого хода

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)

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

Характеристика холостого хода генератора представляет зависимость ЭДС от тока возбуждения: E = f (i_в) при I_a = 0 и n = n_н.

Характеристика холостого хода снимается при независимом возбуждении по схеме рис. 1.2 следующим образом:

· Отсоедините нагрузку A10.

· Регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3 поверните против часовой стрелки до упора.

· Пустите синхронный двигатель.

· Включите «СЕТЬ» и нажмите кнопку «ВКЛ.» источника G2.

· Вращая рукоятку источника G2, установите ток возбуждения I_в генератора M2 равным 0,2 А (точка a на рис. 1.5).

· Вращая рукоятку источника G2, изменяйте ток возбуждения I_в генератора в диапазоне 0,2..0 А и заносите значения тока возбуждения I_в и ЭДС E₀ генератора M2 в табл. 1.1 (7-8 значений) (нисходящая ветвь ab характеристики холостого хода на рис. 1.5).

· При токе возбуждения, равном нулю, ЭДС в обмотке якоря (отрезок оb) индуктируется остаточным магнитным потоком.

· При токе возбуждения, равном нулю, переключением проводов на клеммах источника питания измените направление тока в обмотке возбуждения.

· Постепенно увеличивая ток возбуждения, доведите напряжение на зажимах генератора (точка c) до такого же значения, как и в первоначальной точке a.

· Обратную кривую характеристики холостого хода можно не снимать, так как её ветвь cd может быть построена по данным ветви ab, а ветвь da – по данным ветви bc.

· За расчётную характеристику холостого хода принимается средняя кривая, проходящая через начало координат.

Таблица 1.1. Характеристика холостого хода

По опытным данным строится характеристика холостого хода, примерный вид которой представлен на рис. 1.5.

ЭДС обмотки якоря определяется конструктивными данными машины, магнитным потоком и частотой вращения

.

По характеристике холостого хода определяется степень насыщения магнитной цепи машины, которая характеризуется коэффициентом насыщения k_μ при номинальном напряжения U_c = U_н.

Степень насыщения определяется из соотношения

,

где F_d, F₀ – магнитное напряжение воздушного зазора и намагничивающая сила генератора при номинальном напряжении в масштабе тока возбуждения (рис. 1.5).

Обычно величина k_μ = 1,25-1,70, что соответствует средненасыщенной магнитной системе машины (точка М лежит на перегибе кривой).

Источник

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

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

Общие сведения

Подготовке к работе

ИСПЫТАНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ЛАБОРАТРНАЯ РАБОТА № 8

Цель работы: исследование трехфазного синхронного генератора путем снятия его основных характеристик: холостого хода, внешней, регулировочной.

1. Ознакомиться с описанием лабораторной работы и подготовить бланк для заполнения отчета.

1) В чем заключается принцип работы трехфазного синхронного генератора?

2) Чем определяется частота изменения ЭДС на выходе синхронного генератора?

3) Почему трехфазный генератор называемся синхронным?

4) Что называется характеристикой холостого хода генератора?

5) Что называется внешней характеристикой генератора?

6) Что такое регулировочная характеристика генератора?

7) Из каких основных узлов состоит генератор постоянного тока с параллельным возбуждением?

8) Назначение и устройство коллектора генератора;

9) В чем заключается самовозбуждение генератора и какие условия должны выполняться для его осуществления?

10) От каких факторов зависит ЭДС на выходе генератора и каким выражением она определяется?

11) Что называется характеристикой холостого хода генератора?

12) Что называется внешней и регулировочной характеристикой?

Синхронный генератор является генератором переменного трехфазного тока. Синхронные генераторы стоят практически на всех электростанциях (тепловых, гидравлических, атомных).

Состоит синхронный генератор, как и другие электрические машины, из статора и ротора. Статор собран из листов электротехнической стали. В пазах по внутренней окружности статора со сдвигом в 120º друг относительно друга размещены три обмотки.

Ротор синхронного генератора представляет собой электромагнит, обмотка возбуждения которого питается от постороннего источника постоянного тока. Ток к обмотке возбуждения ротора подводится посредством графитных щеток через контактные кольца, вращается вместе с ротором. Источником постоянного тока, питающего обмотку возбуждения машины, является специальный генератор постоянного тока — возбудитель. Конструктивно различают неявнополюсные и явнополюсные роторы.

При вращении ротора вращается и создаваемое им магнитное поле, индуктируя в обмотках статора ЭДС. Действующее значение ЭДС в каждой из трех фазных обмоток статора

где С_Е — постоянный коэффициент;

Ф₀ — величина магнитного потока, создаваемого каждым полюсом ротора;

n — частота вращения ротора, об/мин.

Частота f ЭДС, наводимой в фазных обмотках статора, зависит от частоты вращения ротора n, числа пар его полюсов p и определяется зависимостью:

.

Принятое у нас в стране стандартизованное значение частоты питающей сети f = 50 Гц. Благодаря тому что разные обмотки статора размещены по его окружности со сдвигом в 120º, начальные фазы наводимых на этих обмотках ЭДС также отличаются на 120º. С учетом этого мгновенные значения разных ЭДС

Если к обмоткам статора подключены сопротивления внешней нагрузки, в цепи обмоток будет иметь место трехфазная система токов. Наличие трехфазной системы токов сопровождается создаваемым ею вращающимся магнитным полем. Относительно тела статора это магнитное поле будет вращаться с такой же частотой, как и частота вращения ротора. Отсюда и название генератора — синхронный.

Возможности генератора определяются его характеристиками. Различают характеристику холостого хода генератора, внешнюю и регулировочную.

Характеристика холостого хода показывает зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при условии, что частота вращения ротора, а следовательно, частота ЭДС генератора постоянна. Цепь нагрузки генератора должна быть разомкнута и ток нагрузки равен нулю:

Примерный вид характеристики холостого хода синхронного генератора представлен на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 — Характеристика холостого хода синхронного электрического генератора

Характеристика холостого хода фактически соответствует кривой намагничивания машины. При малых значениях тока возбуждения сталь машины не насыщена, магнитный поток, а следовательно, и ЭДС растут пропорционально току возбуждения. При больших значениях рост магнитного потока и ЭДС замедляется вследствие наступления магнитного насыщения стали генератора. Как видно из рисунка, начинается кривая не из нуля. Даже при отсутствии тока возбуждения за счет остаточного магнитного потока ротора будет наводиться в обмотках машины небольшое значение ЭДС Е₀.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения U на зажимах генератора от тока нагрузки I_н при постоянных значениях коэффициента мощности cosφ тока и возбуждения I_в и номинальной частоте вращения ротора n:

Примерный вид внешней характеристики синхронного генератора показан на рисунке 8.2, а. Начальной точкой характеристики будет напряжение холостого хода U₀. С ростом тока нагрузки напряжение генератора изменяется по закону, определяемому выражением:

,

где Е — ЭДС в обмотках статора генератора, наводимая согласно закону электромагнитной индукции;

X — реактивная составляющая внутреннего сопротивления обмотки генератора (активной составляющей сопротивления ввиду его малости пренебрегаем).

Падение напряжения на индуктивном сопротивлении обмоток генератора ХI_Н растет с увеличением тока нагрузки независимо от ее характера (активная, индуктивная, ёмкостная). Величина же ЭДС зависит, кроме всего прочего, от реакций якоря. При индуктивной нагрузке поток реакции якоря носит продольно размагничивающий характер, уменьшает результирующий поток машины Ф, а следовательно, и Е₀. Поэтому чем ближе характер нагрузки к индуктивному, тем интенсивнее будет снижаться ЭДС Е₀ и напряжение с ростом тока нагрузки I (кривая 1).

При активной нагрузке реакция якоря носит поперечный характер, и снижение напряжения будет вызываться в основном падением напряжения в обмотках генератора (кривая 2).

При активно-ёмкостной нагрузке (кривая 3) реакция якоря носит продольно-намагничивающий характер. Поток реакции якоря усиливает основной магнитный поток машины, а следовательно и ЭДС Е₀ в ее обмотках. Потому с ростом тока нагрузки I, напряжение на выходе генератора будет увеличиваться по сравнению с U₀.

Регулировочная характеристика — это зависимость тока возбуждения I_в от тока нагрузки I_н при постоянном значении напряжения на выходе генератора U = constи постоянной частоте вращения n:

Примерный вид регулировочной характеристики представлен на рисунке 8.2, б.

Регулировочная характеристика показывает, как нужно изменять ток возбуждения, чтобы с изменением тока нагрузки напряжение генератора оставалось постоянным.

Рисунок 8.2 — Характеристики синхронного генератора:
а — внешние; б — регулировочные

Генераторы и двигатели постоянного тока обладают свойствами обратимости и устроены практически одинаково. Основными узлами их устройства, как и у машин переменного тока, являются статор и ротор. Статор — неподвижный электромагнит, создающий основное магнитное поле машины. Ротор — вращающая часть машины.

Статор служит для создания постоянного во времени и пространстве магнитного поля и представляет собою электромагнит с явновыраженными полюсами.

Рисунок 8.3 — Машина постоянного тока

Статор состоит из следующих элементов (рисунок 8.3): станины 4, главных полюсов с полюсными наконечниками 3 и обмотками возбуждения 5, дополнительных полюсов, подшипниковых щитов 6 и щеточной траверсы со щетками 2. Станина — основа для всей машины, к ней крепятся все другие детали; изготавливается из стального литья или стального листового проката. Кроме того, в МПТ станина является также и магнитопроводом.

Главные полюса служат для создания постоянного магнитного поля; выполняются из набора листов электротехнической стали и крепятся болтами в станине. Дополнительные полюса располагаются между главными, предназначены для улучшения условий коммутации и используются в МПТ средней и большей мощности (Р > 1,5 кВт). Обмотки главных и дополнительных полюсов представляют собою обычные катушки, выполненные из изолированного медного провода.

Подшипниковые щиты 6 закрывают статор с торцов и часто являются опорой для ротора, так как в них впрессованы подшипники. В одном из подшипниковых щитов у машин средней и большой мощности закреплена также щёточная траверса, к которой крепятся изолированные от корпуса металлические пальцы. На кольцах устанавливаются щеткодержатели со щетками.

Принцип действия генератора постоянного тока с самовозбуждением основан на явлениях электромагнитной индукции. Когда приводной двигатель приводит во вращение якорь генератор, в проводниках его обмотки наводится начальная небольшая ЭДС за счет пересечения этих проводников с полем остаточного магнитного потока полюсов.

Величина этой ЭДС Е₀ пропорциональна остаточному магнитному потоку полюсов Ф₀ и частоте вращения якоря n:

Под воздействием этой ЭДС в обмотках возбуждения полюсов потечет ток и возникнет дополнительный, поток .

Складываясь с остаточным магнитным потоком, дополнительный магнитный поток усиливает общий магнитный поток машины. Зависящая от него ЭДС на ее выходе будет определяться выражением:

E = C_Е n (Ф₀ + ).

Таким образом происходит лавинообразный рост магнитного потока и ЭДС — генератор самовозбуждается.

Для самовозбуждения должны выполняться следующие три условия:

1) наличие остаточного магнитного потока полюсов;

2) возникающая начальная ЭДС в обмотке ротора должна быть такого направления, чтобы вызываемый ею ток и магнитный поток совпадали с остаточным потоком усиливая его;

3) сопротивление в цепи обмотки воз­буждения должно быть меньше критического значения.

Процесс самовозбуждения генератора оканчивается установившимся режимом, когда за счет магнитного насыщения сердечника рост тока в обмотке возбуждения не вызывает дальнейшего роста магнитного потока и ЭДС. Для самовозбуждения обмотка возбуждения генератора подключается к обмотке якоря через щетки. В зависимости от способа подключения — параллельно нагрузке или последовательно с нагрузкой — различают генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Для того чтобы переменную ЭДС, возникающую в обмотке якоря, преобразовать в постоянную ЭДС на выходе генератора, служит коллектор.

Рисунок 8.4 — Коллектор машины постоянного тока

Коллектор представляет собою цилиндр 1, набранный из медных клинообразных пластин (рисунок 8.4), изолированных друг от друга и от корпуса изоляционным материалом. Пластины крепятся на стальной втулке 2 с помощью прижимного конуса и гайки. К краям коллекторных пластин припаиваются проводники обмоток якоря, к их цилиндрической поверхности прижимаются щетки.

Свойства генератора наиболее полно находят свое отражение в его характеристиках.

Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения представляет собой зависимость ЭДС E, индуктируемой в якоре, от тока возбуждения I_в при постоянной номинальной скорости вращения n_н и при токе во внешней цепи равном нулю (при разомкнутой внешней цепи): E = f(I_в) при I_н = 0 и n = const.

Примерный вид характеристики холостого хода представлен на рисунке 8.5, а.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения нагрузки U от тока нагрузки I_н при постоянном сопротивлении возбуждения токе I_в = const и постоянной скорости вращения ротора n = const, т.е. U = f(I_н) при n = const и I_в = const.

Примерный вид внешней характеристики генератора параллельного возбуждения изображен на рисунке 8.5, б.

Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения представляет собой зависимость тока возбуждения I_в от тока нагрузки I_н при постоянном номинальном напряжении U на зажимах генератора и постоянной скоростью вращения n:

Эта характеристика имеет большое практическое значение, так как позволяет судить о том, каким образом и в каких пределах необходимо регулировать ток возбуждения генератора, чтобы при постоянной скорости вращения напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным.

Примерный вид регулировочной характеристики генератора с параллельным возбуждением показан на рисунке 8.5, в.

а)	б)	в)

Рисунок 8.5 — Характеристики генератора постоянного тока
с параллельным самовозбуждением:
а — холостого хода, б — внешняя характеристика, в — регулировочная характеристика

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник