Устройство и принцип действия генератора постоянного тока

Испытания генераторов постоянного  тока  методом взаимной индукции.

 

Метод был разработан  Г.К Жерве  и  Ю.Л.Цирлиным авторское свидетельство  №222521 Н02К15/00 от 14,08,67г

«Способ испытания синхронных машин  путём взаимной нагрузки»

Выписка из авторского свидетельства: Способ испытания синхронных машин  путём взаимной нагрузки с применением  двигателя для покрытия потерь, отличается тем, что с целью упрощения  к двум взаимно нагруженным  синхронным машинам  параллельно присоединяют третью синхронную машину мощность который  не меньше половины  испытуемой машины  одну из синхронных машин вращают  приводным двигателем, причем требуемый  режим работы испытуемой машины устанавливают  совместным регулированием токов возбуждения  всех трёх синхронных машин.

При испытаниях по методу взаимной нагрузки две электрические машины соединяются  между собой механически и  электрически и подключаются к внешнему источнику энергии. Одна из машин  работает в режиме генератора  и  отдаёт всю вырабатываемую энергию  другой машине, которая работает в режиме двигателя и расходует всю механическую энергию на вращение первой машины. При взаимной нагрузке двух трансформаторов  они включаются параллельно, а их первичные обмотки соединены с общим источником питания или сетью.

Расход энергии при  испытаниях по методу взаимной нагрузки определяется суммарными потерями в  обеих испытуемых машинах или  трансформаторах. Компенсация этих потерь осуществляется от внешнего источника  электрической или механической энергии или от обоих источников одновременно. Если учесть что КПД  электрических машин средней  и большой мощности составляет 90% и более, а трансформаторов свыше 95%, то окажется, что с помощью  ограниченного источника мощности  (10-20% мощности одной испытуемой машины или трансформатора) можно испытывать две крупные электрические машины одновременно. Последнее обстоятельство является важным достоинством метода взаимной нагрузки, так как позволяет  существенно уменьшить затраты  энергии на испытания.

При испытаниях машин постоянного тока по методу взаимной нагрузки могут быть использованы три способа введения в контур испытуемых машин энергии, необходимой  для компенсации потерь: параллельное и последовательное включение источника электрической энергии, а также подключение механического источника энергии.

 

Рис.1. Принципиальная схема испытания машин постоянного тока по методу взаимной нагрузки при параллельном (а) и последовательном (б) включении источника электрической энергии и при подключении механического источника энергии (в)

 

При использовании  способа параллельного включения источника электрической энергии обе машины — двигатель ИД и генератор ИГ (рис.1, а) соединяются друг с другом механически и к ним подводится питание от генератора постоянного тока ГПТ требуемого напряжения, приводимого во вращение двигателем Д. Цепи возбуждения всех трех машин постоянного тока включены независимо от якорных цепей и на рис.1 не показаны.

После включения  рубильника Р1 осуществляется пуск возбужденного двигателя ИД с помощью пускового реостата или путем плавного увеличения напряжения на выходе генератора постоянного тока ГПТ. После достижения заданной частоты вращения п1 возбуждают испытуемый генератор ИГ до номинального напряжения, соответствующего напряжению генератора ГПТ. Контроль за выполнением этого условия осуществляется с помощью вольтметра, включенного на зажимы рубильника Р2. После выравнивания напряжений (показания вольтметра в этом случае равны нулю) рубильник Р2 замыкается и генератор ИГ включается параллельно генератору ГПТ.

Нагружение  испытуемых машин осуществляется путем  увеличения возбуждения генератора ИГ и ослабления возбуждения двигателя ИД. Для поддержания заданного уровня напряжения питания одновременно необходимо регулировать возбуждение генератора ГПТ. При параллельном включении источника питания напряжение испытуемых машин одинаково и из баланса их мощностей получаем                              

    

где  I_г, Iд — токи в цепях якорей генератора и двигателя;

η_г, η_д — КПД генератора и двигателя.

 

Из приведенного выражения следует, что отношение токов в цепях якорей двигателя и генератора больше единицы и обратно пропорционально произведению КПД этих машин, поэтому при номинальной нагрузке двигателя генератор оказывается недогруженным, а при номинальной нагрузке генератора двигатель перегружается.

При использовании  способа последовательного включения  источников питания якоря вспомогательного генератора постоянного тока ГПТ и испытуемых машин ИГ и ИД соединяются последовательно в замкнутый контур (рис. 1, б).

В цепях  обмоток возбуждения устанавливается  такое значение тока, которому в  режиме холостого хода соответствует  номинальное напряжение U_H. Затем от двигателя с частотой вращения п2 приводится в движение генератор ГПТ и за счет плавного увеличения его напряжения осуществляется разгон испытуемых машин до номинальной частоты вращения п1. После этого увеличивают напряжение машины, предназначенной к испытанию в режиме генератора, и уменьшают напряжение машины, предназначенной к испытаниям в режиме двигателя, устанавливая ток якорей ИД, ИГ и ГПТ, равным номинальному I_н или любому требуемому значению I.

Номинальное напряжение вспомогательного генератора ГПТ должно быть

 

— суммарные потери в схеме  без учета потерь на возбуждение (Вт), поскольку возбуждение всех трех машин полагается независимым.

На основании  второго закона Кирхгофа можно записать

(*)

Е_д, Е_г — ЭДС испытуемых двигателя и генератора, В;

2г_г> 2г_д — суммарные активные сопротивления якорных цепей генератора и двигателя, Ом.

Поскольку Uгпт превышает величину I (∑r_г + ∑r_д), при номинальной нагрузке генератора ИГ двигатель ИД будет перевозбужден, а при номинальной нагрузке двигателя генератор оказывается невозбужденным.

 

При использовании  способа подключения механического источника энергии испытуемые машины ИГ и ИД механически соединяются со вспомогательным двигателем Д, с помощью которого они приводятся во вращение с номинальной частотой п1 (рис.1, в), после чего они возбуждаются до номинального напряжения. Мощность вспомогательного двигателя должна быть не меньше суммарных потерь обеих испытуемых машин. Обмотки возбуждения испытуемых машин подключены к независимому источнику питания.

Правильность  полярности испытуемых машин проверяется  по вольтметру, включенному за зажимы рубильника Р1 (при равенстве напряжений генератора и двигателя вольтметр должен давать нулевые показания). Замыкают рубильник Р1, увеличивают возбуждение машины, предназначенной к испытаниям в режиме генератора, и уменьшают возбуждение машины, предназначенной к испытаниям в режиме двигателя. Для рассматриваемого контура справедливо уравнение (*) при U_ГПТ=0, из которого следует, что при номинальной нагрузке генератора ИГ двигатель ИД будет недовозбужден, а при номинальной нагрузке двигателя генератор приходится перевозбуждать.

Способ  подключения механического источника  энергии особенно пригоден для испытания мощных генераторов постоянного тока, которые выпускаются в виде многомашинных агрегатов с приводными двигателями переменного тока, которые в этом случае играют роль вспомогательных (Д).

При испытаниях синхронных машин по методу взаимной нагрузки их запуск, как правило, осуществляется с помощью разгонного двигателя, за счет которого компенсируются потери в синхронных машинах, и снижается до нуля потребление активной энергии из сети переменного тока, параллельно с которой работают машины. По аналогии с машинами постоянного тока при испытаниях синхронных машин используются способы параллельного включения источника питания и подключения механического источника энергии.

Регулирование активной мощности соединенных механически  двух синхронных машин при их параллельной работе на общую сеть возможно лишь путем взаимного сдвига роторов  или статоров этих машин, что обусловливает  поворот вектора e10 на угол θ.

   Поворот статора для машин средней и

большой мощности практически не применяется из-за громоздкости и ненадежности устройств механического поворота. Поворот роторов сравнительно просто осуществить при механическом соединении валов с помощью муфт. Для расширения возможностей регулирования число отверстий в муфтах должно иметь возможно больше общих сомножителей с числом полюсов синхронной машины. Несмотря на простоту, указанный способ позволяет регулировать нагрузку дискретно (ступенями), а, кроме того, изменение нагрузки можно осуществлять только после остановки машин.

 

 

Рис.2  Принципиальная схема испытания асинхронных машин по методу взаимной нагрузки при параллельном включении источника питания

В то же время поворот  вектора  ЭДС  холостого  хода  может  быть осуществлен электромагнитным   путем.   В настоящее время  получили распространение синхронные машины с продольно-поперечным возбуждением и асинхронизированные синхронные машины, имеющие на роторе не однофазную обмотку возбуждения постоянного тока, а двух- или трехфазную обмотку возбуждения. Путем регулирования в этих   обмотках   тока   возбуждения   можно плавно регулировать угол между вектором потока возбуждения   и «продольной»  осью  машины, а следовательно, и угол нагрузки. Мощность   турбогенераторов   с продольно-поперечной системой возбуждения достигла 500 МВт, что позволяет испытывать весьма крупные синхронные машины.

 

В случае реактивной нагрузки одна из двух синхронных машин может работать в режиме генератора, а другая — в режиме потребителя реактивной мощности. Укажем лишь, что в режиме недовозбуждения  с нулевым током возбуждения даже синхронные компенсаторы в соответствии с ГОСТ 609—75 «Компенсаторы синхронные. Общие технические требования» потребляют лишь 50—60% номинальной мощности, что требует установки в этом случае дополнительной реактивной нагрузки.

При испытаниях асинхронных машин по методу взаимной нагрузки непосредственное соединение их валов оказывается невозможным, так как частоты вращения двигателя и генератора при равном числе полюсов различны. Соединение производится с помощью механической передачи, а заданные частоты вращения реализуются подбором диаметров шкивов, устанавливаемых на валах испытуемых машин, или передаточного отношения редуктора. Отметим также, что мощность асинхронной машины при неизменном напряжении зависит только от величины скольжения, поэтому способ подключения механического источника энергии в данном случае оказывается неприемлемым. Применяется лишь способ параллельного включения источника питания.

Испытуемые  двигатель ИД и генератор ИГ включены на общую сеть (рис. 2). Их роторы связаны ременной передачей, так что частота вращения двигателя я_д оказывается меньше, а частота вращения генератора  п_Г больше синхронной. При этом мощность генератора в рассматриваемой схеме меньше мощности двигателя на сумму потерь. В результате при номинальной нагрузке генератора ИГ двигатель ИД оказывается перегруженным, а при номинальной нагрузке двигателя нагрузка генератора меньше номинальной.

 

Заключение 

В своей экзаменационной работе я рассмотрел вопрос устройства и  принципа работы генератора постоянного  тока. Был изучен  механизм производства постоянного тока, так - же и вопрос использования его для различных  промышленностей и для различных  целей. Меня заинтересовал вопрос о  использование генератора постоянного  тока в гальванопластике так как в гальванопластике применяется постоянный ток который мы получаем от генератора постоянного тока.

 

 

Приложение

 

Рис-1.   Типичный якорь с коллектором генератора постоянного тока.

 

Рис-2.         Многосегментный коллектор генератора постоянного тока.

Рис-3     Корпус щеткодержателей генератора постоянного тока.

 

Рис-4.   Вентиляция генератора постоянного тока. 
Многосегментный коллектор генератора постоянного тока.

Список тем :

1 Введение

2  Общие сведения о генераторах постоянного тока

3 УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

4 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

5 Испытания генераторов постоянного тока  методом взаимной индукции.

6 Список используемой литературы

7 заключение

8 Приложение