Что отражает характеристика холостого хода
Характеристика холостого хода
Характеристика холостого хода генератора представляет зависимость ЭДС от тока возбуждения: E = f (iв) при Ia = 0 и n = nн.
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 Iв генератора M2 равным 0,2 А (точка a на рис. 1.5).
· Вращая рукоятку источника G2, изменяйте ток возбуждения Iв генератора в диапазоне 0,2..0 А и заносите значения тока возбуждения Iв 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
| Нисходящая ветвь | Восходящая ветвь | ||
| Iв, А | Е0, В | Iв, А | Е0, В |
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 kμ при номинальном напряжения Uc = Uн.
Степень насыщения определяется из соотношения
,
где Fd, F0 – магнитное напряжение воздушного зазора и намагничивающая сила генератора при номинальном напряжении в масштабе тока возбуждения (рис. 1.5).
Обычно величина kμ = 1,25-1,70, что соответствует средненасыщенной магнитной системе машины (точка М лежит на перегибе кривой).
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 Rв 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 iв равному номинальному замыкаем ключ K и включаем сопротивление нагрузки Rн. 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 Фδ, а следовательно и ЭДС якоря Eа 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 Iном).
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.
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 iв, 3) ток якоря Iа или ток нагрузки I, 4) скорость вращения n.
Обычно генераторы работают при n = const. Поэтому основные характеристики генераторов определяются при n = nн = 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 (iв) при I = 0 и n = const определяет зависимость напряжения или электродвижущей силы (э. д. с.) якоря Eа 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) Uн (точка а кривой на рисунке 2). При уменьшении iв напряжение уменьшается по нисходящей ветви аб характеристики сначала медленно ввиду насыщения магнитной цепи, а затем быстрее. При iв = 0 генератор развивает некоторое напряжение U00 = Об (рисунок 2), обычно равное 2 – 3% от Uн, вследствие остаточной намагниченности полюсов и ярма индуктора. Если затем изменить полярность возбуждения и увеличить iв в обратном направлении, начиная с iв = 0, то при некотором iв
Характеристики генераторов независимого возбуждения
Характеристика холостого хода. Определяет зависимость напряжения U0 от тока возбуждения при Iа=0 и n=const. Для снятия этой характеристики собирается схема, показанная на рис. 1. Выключатель «Р» отключен, генератор разгоняется до номинальной частоты вращения, снятие характеристики начинают с Iв=0. При этом, ввиду наличия магнитного потока остаточного намагничивания, в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС Еост, величина которой обычно составляет (2…3)% от Uн генератора.
При увеличении тока в обмотке возбуждения от нуля до максимального значения, напряжение генератора возрастает по кривой 1.
Следует отметить, что при снятии характеристики холостого хода изменять ток возбуждения нужно только в одном направлении, чтобы точки принадлежали одной ветви.
Анализ характеристики холостого хода показывает, что начальная часть кривой представляет собой практически прямую линию, так как при малых токах Iвпочти вся МДС идет на преодоление магнитного сопротивления воздушного зазора. По мере увеличения тока Iви возрастания потока Ф сталь магнитопровода насыщается и зависимость U0= f(Iв) становится нелинейной.
Точка, соответствующая напряжению Uн, лежит обычно на перегибе характеристики холостого хода. Это связано с тем, что при работе на прямолинейном участке характеристики напряжение генератора неустойчиво, а в насыщенной части кривой ограничены возможности регулирования напряжения генератора. Таким образом характеристика холостого хода имеет важное значение для оценки свойств генератора.
Рис.3 — Нагрузочные характеристики генератора независимого возбуждения
Нагрузочные характеристики. Определяют зависимости напряжения от тока возбуждения при Iа=const и n=const. Схема для снятия этих характеристик та же, что и для снятия характеристики холостого хода, но в этом случае к генератору подключена нагрузка и по цепи якоря проводит постоянный по величине ток, а напряжение генератора меньше ЭДС вследствие 2-х причин — падения напряжения в цепи якоря Ia?r и размагничивающего действия реакции якоря. Поэтому все нагрузочные характеристики расположены ниже расчетной характеристики холостого хода (рисунок 2.4). Можно считать, что характеристика холостого хода есть частный случай нагрузочной характеристики при I = 0. Обычно нагрузочную характеристику снимают при Iа = Iн.
Внешняя характеристика генератора снимается по схеме рис. 4.
Сначала доводят скорость генератора до номинальной частоты вращения, и возбудив генератор, нагружают его до номинальной нагрузки. При этом устанавливают такой ток возбуждения Iв=Iвн, чтобы при токе нагрузки I=Iн напряжение на генераторе было равно номинальному Uн. Затем постепенно уменьшают нагрузку до нуля и снимают показания приборов. По мере уменьшения нагрузки напряжение на генераторе будет возрастать по двум причинам — из-за уменьшения падения напряжения в цепи обмотки якоря Iа?r и уменьшения размагничивающего действия реакции якоря. При переходе к холостому ходу (I=0) напряжение возрастает на величину DUн (рис. 5), которая называется номинальным изменением напряжения генератора и определяется по формуле:
ГОСТ регламентирует величину изменения напряжения генератора (у генераторов независимого возбуждения
DUн =(5…10)% ).При коротком замыкании генератора, т.е. уменьшении сопротивления нагрузки до нуля, напряжение на его зажимах падает до нуля (U=0), а ток короткого замыкания во много раз превосходит номинальный Iкз=(6…15)Iн. Поэтому режим короткого замыкания для генераторов независимого возбуждения является очень опасным, особенно для коллектора и щеточного аппарата из-за возможности возникновения сильного искрения или кругового огня.
Рис. 6 — Регулировочная характеристика генератора
Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение на генераторе оставалось неизменным по величине.
С увеличением нагрузки ток возбуждения необходимо увеличивать чтобы скомпенсировать увеличение падения напряжения на обмотке якоря Ia? r и размагничивающее действие реакции якоря. При переходе от холостого хода к номинальной нагрузке увеличение тока возбуждения составляет (10…15)%.
Рис. 7 — Характеристика короткого замыкания.
По полученным данным строят характеристику короткого замыкания (рис.7). Эта характеристика носит вспомогательный характер и при испытании генератора обычно не снимается.