Как найти сопротивление генератора постоянного

Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление ведут нескончаемую битву внутри наших источников напряжения. Что стоит за этими концепциями? Каковы их отношения и каковы последствия их существования?

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила звучит как термин из учебника по физике, и мало кто даже из радиолюбителей точно знает, для чего она нужна и что это значит. В Википедии описание выглядит так:

Электродвижущая сила (ЭДС) – фактор, вызывающий протекание тока в электрической цепи, равный электрической энергии, полученной единичным зарядом, перемещаемым в устройстве (источнике) электрического тока в направлении, противоположном силе электрического поля, действующего на это обвинение.

Понять это с первого раза может далеко не каждый. Единственное, что стоит помнить из этого описания, – это тот факт, что электродвижущую силу часто сокращают как ЭДС – это просто короче и проще. В английском языке аббревиатура EMF, которая означает Electromotive Force.

Начнем с того, что электродвижущую силу очень часто путают с напряжением, наверное потому, что оба эти значения выражаются в вольтах. Но если посмотрим на определение напряжения, то можно увидеть что оно полностью отличается от описания ЭДС и намного короче:

Электрическое напряжение – разница электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи или электрического поля.

Так является ли ЭДС чем-то совершенно другим, чем напряжение? Не совсем. Фактически, ЭДС и напряжение – это одно и то же физическое понятие. Они оба вызывают протекание тока и оба говорят об энергии, которую несет электрический заряд. Что же делает их особенными?

Говоря проще – ЭДС это то что хотим, а напряжение – это то что получаем. Рассмотрим тему на примере водяной установки. В этом случае можно назвать электродвижущую силу номинальным давлением насоса, который достаем из коробки. Номинальный означает то, что насос теоретически способен производить. Другими словами, ЭДС описывает сколько «толкающей силы» источник может дать. Но действительно ли получим эту силу на практике?

Теперь переходим к напряжению, эквивалентом которого в водяной системе является фактическое давление воды, которое получаем после подключения нашего насоса. Конечно любые засоры в трубах или повреждение установки снижают это давление, так же как резистор вызывает падение напряжения в цепи. Но на интересует может ли насос протолкнуть воду с мощностью, обещанной производителем, и обычно это не так. Точно так же, если у нас есть аккумулятор с ЭДС 9 В, то после его подключения и измерения напряжения на клеммах может оказаться, что там всего 8,5 В. Почему? У каждого источника напряжения есть свои недостатки, которые нельзя преодолеть физически.

Таким образом, ЭДС – это виртуальная величина. Можем определить это как напряжение, которого достигли бы, если бы аккумулятор не имел дефектов и его эффективность составляла 100%. Электроника даже изобрела концепцию идеального источника напряжения, заключающуюся в том, что в определенных ситуациях человек закрывает глаза на недостатки источника и принимает рабочее напряжение, равное ЭДС (U = ЭДС). Но в действительности идеальных батарей, аккумуляторов и генераторов не существует, поэтому вырабатываемое во время работы напряжение всегда ниже значения ЭДС.

Эта потеря велика или нет? Чтобы проверить можно взять обычную батарею AA. На этикетке указано 1,5 В. Это значение производители называют номинальным напряжением. Так это имеется ввиду ЭДС или рабочее напряжение? Чтобы измерить ЭДС батареи, понадобится вольтметр. Важно чтобы измеряемая батарея была новой – надо видеть полный заряд, которым ее снабдил производитель, а не какое-либо остаточное напряжение в использованной батарее.

Можете измерить несколько батарей от разных производителей, и каждая из них даст разный результат. Один раз 1,60 В, в другой 1,65 В или 1,57 В. Почему же на каждой из этих батарей есть метка 1,5 В, хотя их ЭДС выше? Установите на них небольшой резистор, и результат колеблется между 1,55 В и 1,62 В, что все равно больше, чем предсказывал производитель. Что же тут происходит?

Если посмотрим в книги по электротехнике, те, которые касаются аккумуляторов, то там найдем определение до 10 различных типов напряжения! Вот несколько примеров:

1. Теоретическое напряжение (theoretical voltage) – величина энергии, возникающая от батарей в зависимости от материалов. Например использование цинка и меди в качестве электродов даст напряжение 1,1 В, в то время как самые современные литиевые батареи могут достигать даже 3,5 В.
2. Напряжение холостого хода (open-circuit voltage) – можем описать их как «напряжение батареи из коробки» или просто ЭДС. Это значение часто немного ниже теоретического напряжения, потому что конструкция батареи влечет за собой определенные ограничения.
3. Рабочее напряжение (closed-circuit voltage) – батареи под нагрузкой теряют часть ЭДС. Насколько велико падение зависит от нескольких вещей, о которых расскажем далее.
4. Номинальное напряжение – (nominal voltage) – ЭДС каждой батареи (угольной, щелочной или литиевой) может быть разным – иногда это 1,55 В, в другой раз, например, 1,62 В. Почему же тогда на каждой из них написано 1,5 В? Причина – стандартизация. Чтобы избежать путаницы и не заставлять потребителя задаваться вопросом, какое именно напряжение будет наилучшим в данном случае, было введено несколько стандартных напряжений, таких как 1,5 В, 3 В и 9 В, которым назначены ячейки. Во всех случаях ЭДС немного выше номинального напряжения, так что это «обман» в нашу пользу.
5. Напряжение отключения (cut-off voltage) – при разрядке источник теряет энергию и, таким образом, снижает значение его ЭДС и рабочего напряжения. Через некоторое время наступит момент, когда напряжение станет слишком низким для продолжения питания устройства и он будет считаться разряженным. Но эта граница довольно плавная и зависит от нагрузки. Разряженный аккумулятор может не питать фонарик, но если поместим его в электронные часы, он сможет запитывать его еще несколько дней.

Откуда же это несоответствие? Ответ на вопрос требует изучения внутреннего сопротивления.

Внутреннее сопротивление

Сопротивление – это явление, которое можно рассматривать как положительное и отрицательное (плохое). Оно препятствует прохождению тока, забирает энергию у электронов и вызывает падение напряжения. Когда эти явления хороши? Когда хотим преобразовать электричество в тепло или свет. Без него не работали бы такие устройства, как бойлер, тостер, сушилка или лампочка.

Отрицательной стороной сопротивления будет то, что все кабели, которые подают энергию в дом и питают устройства, также обременены им. Следовательно, они также потребляют, точнее тратят впустую некоторую энергию. К счастью, сопротивление медных проводов очень низкое, и почти не почувствуются эти потери в домашних условиях.

Но есть еще один момент отрицательного сопротивления. Оно называется внутренним сопротивлением и возникает там, где меньше всего этого ожидаем – внутри источников напряжения.

Внутреннее сопротивление можно назвать узким местом источников напряжения. Это причина того, что рабочее напряжение ниже электродвижущей силы. Другими словами, оно тратит энергию еще до того, как оставит батареи или генераторы на электростанции. В нормальных условиях невозможно избежать внутреннего сопротивления. Это естественный недостаток всех источников электроэнергии – батарей, аккумуляторов, солнечных панелей, ветряных турбин или любых трехфазных генераторов, которые снабжают энергией наши дома. Откуда же оно взялось?

Внутреннее сопротивление генераторов

Начнем с генераторов переменного напряжения, потому что в их случае дело обстоит проще. Генераторы переменного тока – это просто большие электродвигатели. Они используют принцип электромагнитной индукции, то есть магнит, движущийся рядом с проводом, генерирует в нем ток.

Проще говоря, если возьмете неодимовый магнит и начнете его раскачивать возле какого-то провода, то создадите в нем электричество. Правда этого тока недостаточно для питания даже самого маленького светодиода. Во-первых, для генерации сильного тока требуется магнит гораздо большего размера, а во-вторых, гораздо больше проводов. Вращающийся магнит генерирует ток в десятках метров витой проволоки, которая его окружает. Так можно вкратце описать основы работы генераторов, типов конечно много, но здесь не будем останавливаться на них. Важно то, что это огромное количество спиральной проволоки (иногда заменяемой стержнями или листами) является важным элементом любого генератора, обеспечивая нужное количество движущихся электронов, реагирующих на вращение магнита. Примерно так работает любой генератор переменного тока.

У каждого, даже самого лучшего проводника, есть сопротивление. Обмотки, без которых было бы невозможно производить электричество, в то же время являются слабым звеном каждого генератора. С одной стороны они позволяют току течь, с другой – нагреваются через существующее сопротивление, посылая часть энергии в воздух в виде тепла.

Как с этим справляется электроэнергетика? Во-первых, турбогенераторы вырабатывают очень высокое напряжение. Благодаря этому можно добиться такой же мощности при довольно низкой силе тока, и чем меньше ток – тем меньше потери из-за сопротивления. Также надо помнить, что электричество должно пройти сотни километров, прежде чем достигнет домов, поэтому стоит поддерживать высокое напряжение как можно дольше. На практике оно снижается до 220 В только на трансформаторных подстанциях, разбросанных в городах. Трансформатор – это тоже устройство, сделанное из большого количества проволоки, и на нем тоже происходит падение напряжения. Его величина зависит от нагрузки, поэтому чем больше подключено к сети оборудование, тем ниже измеряемое напряжение в розетке.

Внутреннее сопротивление батареи

Батарея или аккумулятор – это устройства, внутри которых нет проводов, но это не значит, что на них не распространяется внутреннее сопротивление. Ячейки по существу состоят из двух электродных материалов (положительного и отрицательного), которые погружены в электролит. Один из электродов, например, из цинка, отдает электроны, другой, например, из меди – принимает электроны. Соединение обоих электродов проводом позволяет возникнуть потоку электронов между ними. Поддержание обмена возможно благодаря электролиту, специальному раствору, обеспечивающему необходимые элементы химической реакции. Примерно так работают аккумуляторы.

Рассмотрим где в аккумуляторе скрывается внутреннее сопротивление. Ответ непрост, потому что в ячейке происходит множество процессов, каждый из которых добавляет свой вклад к сопротивлению. Основные из них:

1. Дефекты электродов – каждый материал имеет дефекты в виде поврежденной структуры или примесей. Это, в свою очередь, влияет на способность электродов отдавать и принимать электроны.
2. Ограниченная проводимость электролита – электролит заполнен ионами (положительно и отрицательно заряженными атомами), которые перемещаются между электродами, чтобы обеспечить баланс заряда и предотвратить его накопление (поляризацию). К сожалению, ионы являются частицами намного тяжелее и медленнее электронов, поэтому их поток характеризуется определенным естественным сопротивлением.
3. Коррозия электродов – продукты химических реакций, происходящих между электролитом и электродами, должны куда-то уходить. Иногда они создают газ, который выходит из батарей с помощью специальных микроскопических клапанов, иногда это твердое вещество, которое невозможно удалить наружу. К сожалению, в случае некоторых типов аккумуляторов эти отходы могут оседать на электродах, создавая на них своего рода покрытие, которое значительно мешает правильной работе аккумулятора.
4. Износ электродов – обмен электронами связан с изменением структуры электродов. Отрицательный электрод (например, цинк), отдавая электроны, буквально растворяется в электролите. Его уменьшающаяся поверхность означает, что он не может выпускать электроны с той же скоростью, что значительно снижает рабочие параметры батареи, особенно в более старом типе.

Приведенные выше примеры показывают, что сопротивление батареи намного более проблематично, чем сопротивление генератора, по крайней мере, по нескольким причинам:

• Чтобы производить батареи с низким внутренним сопротивлением, многие факторы должны быть идеально согласованы друг с другом, что непросто.
• Батареи работают на основе химических реакций, и они, естественно, чувствительны к температуре – слишком низкая или слишком высокая температура немедленно истощит элемент.
• Внутреннее сопротивление батареи переменное. Из-за разрушения электролита и электродов сопротивление батареи увеличивается по мере ее разряда. Только новейшие литий-ионные конструкции способны минимизировать эту проблему.

Как насчет того, чтобы попытаться устранить проблему внутреннего сопротивления, увеличивая напряжение ячеек? Здесь мы сталкиваемся с рядом ограничений. Во-первых, не выйдет получать более 3,5 В от химических реакций (по крайней мере в настоящее время). Вот почему батареи с напряжением 9 В строятся путем соединения обычно 6 ячеек по 1,5 В каждая. А аккумуляторы питающие электромобили Тесла, вырабатывают напряжение 400 В, весят более 500 кг и состоят из 8256 небольших литий-ионных элементов. Аккумуляторы Tesla занимают всю поверхность пола автомобиля.

Как рассчитать внутреннее сопротивление

Раз уж внутреннее сопротивление невозможно победить, стоит хотя бы выяснить, как его можно измерить и каких значений оно может достичь. Чтобы узнать это нужно будет сделать 3 измерения.

Каждый мультиметр имеет возможность измерять сопротивление. Но нельзя пытаться измерить внутреннее сопротивление любого источника напряжения Омметром. Попытка измерить внутреннее сопротивление трансформатора, вставив щупы измерителя в розетку, – одна из худших идей, которые можно придумать. Никогда не пытайтесь это сделать!

Как тогда правильно измерить внутреннее сопротивление АКБ? Есть два метода, и вот более простой. Сначала измерьте ЭДС аккумулятора. Установите мультиметр на измерение постоянного напряжения и приложите щупы к обоим полюсам батареи.

Затем нужно измерить рабочее напряжение АКБ. Лучше всего взять резистор с известным значением, приложить его концы к обоим полюсам и снова измерить напряжение, как это делали только что.

Как видите, разница между ЭДС и напряжением новой батареи очень мала – всего 0,013 В. Следовательно, чем лучше у вас прибор, тем больше вероятность, что вы сможете измерить его. Но и не забудьте еще измерить сопротивление резистора, который используете. Тот факт, что он 47 Ом, не означает, что у него такое сопротивление. В данном случае это 46,1 Ом.

Имея все измерения (ЭДС, рабочее напряжение, сопротивление резистора), достаточно запомнить Закон Ома, потому что именно по нему сделаем необходимые вычисления:

Теперь выполним 3 простых шага:

• Шаг 1 – Рассчитайте разницу между ЭДС и рабочим напряжением. Это значение, поглощаемое внутренним сопротивлением, или падение напряжения на внутреннем сопротивлении. В этом случае 1,595 В – 1,583 В = 0,013 В.
• Шаг 2 – Рассчитайте ток, протекающий в цепи во время работы. Для этого делим рабочее напряжение на сопротивление резистора. Получаем 1,583 В / 46,1 Ом = 0,034 А.
• Шаг 3 – Вычисляем внутреннее сопротивление батареи, разделив падение напряжения, вызванное протекающим через нее током. Для этого эксперимента это будет 0,013 В / 0,034 А = 0,382 Ом.

Это много или мало? Зависит от того, какие батареи хотим использовать. Для сравнения, внутреннее сопротивление типичных батареек АА в лет 30 назад составляло от 1 Ом до 3 Ом, что в несколько раз больше, чем сегодня. Конечно, в 1980-х щелочные батареи только выходили на рынок, и литиевые приходилось ждать до 1995 года. Это показывает насколько сильно изменилась технология производства аккумуляторов за последние годы. Снижение внутреннего сопротивления аккумулятора позволяет снизить потери энергии, а значит повысить его КПД. Сегодняшние батареи способны питать гораздо больше энергоемких устройств, чем раньше, без сильного нагрева и поддержания постоянного напряжения в течение гораздо более длительного времени. Вот в принципе и вся теория, надеемся с практикой теперь у вас проблемы не возникнут. А если что осталось неясным – добро пожаловать на форум!

Электрическая
схема генератора постоянного тока типа
ГС – 10 – 350М приведена на рисунке 3.

Рис.3.
Электрическая схема генератора.

Рис.
4. Универсальная кривая намагничивания.

Конструктивная
постоянная определяется по формуле

,

Номинальная
рабочая скорость вращения определяется
по формуле:

, об/мин.

,

Определяем
номинальный поток возбуждения
:

,

Вб.

Номинальные
ток возбуждения

и м.д.с.
определяется по формулам:

,
А

,
А·витков.

Определяем
индуктивность

по формуле:

Принимаем

= 1,2.

Коэффициент

определяется по формуле:

,

Гн.

Постоянная
времени цепи возбуждения
:

,
с.

Коэффициент
передачи генератора можно найти по
формуле:

,
.

Передаточная
функция генератора имеет вид:

.

Так
как,поэтому
окончательно передаточная функция
генератора примет вид:

,

2. Разработка схемы регулирования

За
основу при разработке системы стабилизации
напряжения генератора постоянного тока
принимаем следующую схему:

Рис.
5. Схема стабилизации напряжения.

Система
поддерживает постоянным необходимое
напряжение на выходе генератора
постоянного тока, выставляемое с помощью
задатчика.

Пусть
напряжение на выходе генератора
увеличивается. Это приводит к увеличению
напряжения на выходе ПОС
и возникновению рассогласования на
входе электронного усилителя. На выходе
электронного усилителя появляется
усиленное им напряжение. В процессе
усиления это напряжение может
видоизменяться с помощью корректирующих
звеньев. Далее оно подается на якорную
обмотку двигателя постоянного тока с
независимым возбуждением. Двигатель
постоянного тока, в свою очередь, через
редуктор изменяет номинал переменного
сопротивления в цепи обмотки возбуждения
генератора таким образом, чтобы напряжение
на выходе генератора уменьшилось и
стало равным номинальному значению.

В
соответствии с приведенной функциональной
схемой системы регулирования составим
структурную схему системы автоматического
регулирования.

Рис.6.
Структурная схема системы стабилизации.

3. Расчет параметров схемы регулирования

3.1 Расчет сопротивления в цепи обмотки возбуждения генератора

Номинальный
ток в обмотке возбуждения генератора
рассчитываем по следующей формуле:

;

В
соответствии с техническим заданием
нам известно, что напряжение на выходе
генератора может изменятся в пределах
Рассчитаем необходимые пределы изменения
напряжения на выходе обмотки возбуждения.
Ранее был рассчитан коэффициент передачи
генератора по напряжению. Тогда
напряжение на зажимах обмотки возбуждения
генератора будет равно.

Чтобы
дать запас на перерегулирование,
возникающее во время переходного
процесса, принимаем:

Рассчитаем
добавочное сопротивление
по
формуле

;

;

Ом

В
номинальном режиме:

;

;

;

Рассчитаем
мощность, которая выделится на
сопротивлении в номинальном и предельных
режиме:

—
мощность в номинальном режиме:

—
мощность в предельном режиме:

Выбираем
добавочное сопротивление со следующими
данными:

Таблица
1

Номинальная мощность	Параметры	Тем-ра окр. среды	Относительная влажность	ТКС не более 10-6 1/с2	Диапазон ном. значения
Δ	L	L1
50 Вт	29	90	65	-60…+40°С	98% при 35°С	±200	22..1.5×103

Сопротивление
ПЭВР выбрано из справочника [1].

Расчет
коэффициента передачи цепи ОВГ

Пусть
скорость движения движка потенциометра
5 см/сек, которая соответствует скорости
поворота червяка равной 1200 об/мин.

5
см/сек = 1200 об/мин =20 об/сек;

5
см =20 об; 0,005м =2 об; 2 об =12.5 рад; 0,005 м =12,5
рад

Коэффициент
передачи червячной передачи

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Сопротивление якоря генератора постоянного тока с использованием выходного напряжения Калькулятор

Search
Дом	Инженерное дело ↺
Инженерное дело	Электрические ↺
Электрические	Машина ↺
Машина	Машина постоянного тока ↺
Машина постоянного тока	Генератор постоянного тока ↺
Генератор постоянного тока	Характеристики генератора постоянного тока ↺

Сопротивление якоря генератора постоянного тока с использованием выходного напряжения Решение

ШАГ 0: Сводка предварительного расчета

ШАГ 1. Преобразование входов в базовый блок

Напряжение якоря: 200 вольт —> 200 вольт Конверсия не требуется
Выходное напряжение: 140 вольт —> 140 вольт Конверсия не требуется
Ток якоря: 0.75 Ампер —> 0.75 Ампер Конверсия не требуется

ШАГ 2: Оцените формулу

ШАГ 3: Преобразуйте результат в единицу вывода

80 ом —> Конверсия не требуется

17 Характеристики генератора постоянного тока Калькуляторы

Сопротивление якоря генератора постоянного тока с использованием выходного напряжения формула

Сопротивление якоря = (Напряжение якоря—Выходное напряжение)/Ток якоря

R_a = (V_a—V_o)/I_a

Для чего используется генератор постоянного тока?

Генератор постоянного тока — это электрическое устройство, используемое для выработки электроэнергии. Основная функция этого устройства — преобразовывать механическую энергию в электрическую. Доступны несколько типов источников механической энергии, такие как ручные кривошипы, двигатели внутреннего сгорания, водяные турбины, газовые и паровые турбины.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №11

«Расчет параметров генераторов постоянного тока»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: рассчитать ток генератора в
номинальном режиме, ЭДС генератора, номинальное изменение напряжения, ток в
обмотке возбуждения, ток в цепи якоря при номинальной нагрузке.   

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:

  В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС . При
подключении к генератору нагрузки в цепи яко­ря возникает ток, а на выводах генератора устанав­ливается напряжение, определяемое уравнением на­пряжений для цепи якоря генератора:

                                                   
.                                  (11.1)

Здесь

                                    
                                (11.2)

—
сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки
якоря , обмотки добавочных полюсов , компенсационной
обмотки , последовательной обмотки
возбуждения  и переходного щеточного контакта .

При отсутствии в машине
каких-либо из указан­ных обмоток в (11.2) не входят
соответствующие слагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение
при­водным двигателем, который создает на валу гене­ратора вращающий момент . Если генератор ра­ботает в режиме х.х. , то
для вращения его якоря нужен
сравнительно небольшой момент холо­стого
хода . Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При неизменной частоте
вращения  вра­щающий момент приводного двигателя  уравнове­шивается суммой противодействующих моментов: мо­ментом
х.х.  и электромагнитным моментом М, т.
е.

                                                   
.                               (11.3)

Выражение (11.3) — уравнение
моментов для генератора при . Умножив члены уравнения (11.3) на угловую
скорость вращения якоря , получим уравнение мощностей:

                                             
,                               (11.4)

где  —  подводимая от
приводного двигателя к генератору мощность (меха­ническая);  — мощ­ность х.х., т. е. мощность, подводимая к
генератору в режиме х.х. (при отключен­ной нагрузке);  — электромагнитная мощность генератора.

Механическая мощность,
развиваемая приводным
двигателем , преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность , передаваемую нагрузке, и мощ­ность, затрачиваемую на покрытие потерь.

Так как генераторы обычно
работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии . Рассмотрим основные характеристики генераторов посто­янного тока.

Характеристика холостого
хода — зависимость
напряжения на выходе
генератора в режиме х.х.  от тока возбуждения :

 при  и .

Нагрузочная характеристика
— зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу­ждения :

 при  и .

Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U
от тока нагрузки :

  при  и ,

где  —
регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж­дения.

Регулировочная
характеристика —
зависимость тока возбуж­дения  от тока нагрузки  при неизменном напряжении на выходе генератора:

 при  и .

Вид
перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов
постоянного тока.

При
оценке свойств генераторов постоянного тока используется понятие номинального
изменения напряжения на выходе генера­тора при сбросе нагрузки:                (11.5)

Обычно для генератора независимого возбуждения .

Характери­стика  показывает, как следует менять
ток в цепи возбуж­дения, чтобы при изменениях нагрузки генератора напряжение на
его выводах оставалось неизменным, равным номинальному. При этом частота вращения сохраняется постоянной .

При работе
генератора без нагрузки в цепи возбуждения уста­навливают ток , при котором напряжение на
выводах генератора становится равным номинальному.

В генераторе
постоянного тока независимого возбуждения ток в обмотке  возбуждения
определяется по формуле:                  Iв= U_ном /r_в.                 (11.6)

Ток в цепи якоря при номинальной нагрузке: I_аном= I_ном+ I_в.             (11.7)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1.     
Решить
задачу №1. Генератор постоянного тока независимого возбуж­дения мощностью Р_ном
и напряжением U_ном имеет
сопротивление обмоток в цепи якоря, приведенное к рабочей температуре, Σr ; в
генераторе применены электрографитированные щетки марки ЭГ (∆U_щ
=
2,5 В). Определить номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки.
Значения параметров приведены в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Решение:

— определить ток в номинальном режиме I_аном;

— определить ЭДС генератора E_a,
выразив его из уравнения
напряжений (10.18) ;

—определить
номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки ∆U_ном.

2.     
Решить
задачу №2. Генератор постоянного тока параллельного возбуж­дения имеет
номинальные данные: мощность Р_ном, напряжение U_ном, частота
вращения n_ном,
сопротивление обмоток в цепи якоря, приве­денное к рабочей температуре, Σr, падение
напряжения в щеточном контакте пары щеток ∆U_щ
= 2 В, сопротивление цепи обмотки воз­буждения
r_в, КПД в
номинальном режиме η_ном, ток генератора I_ном, ток в
цепи возбуждения I_в, ток в
цепи якоря I_аном, ЭДС
якоря Е_аном, электромагнитная
мощность Р_зм, электромагнитный момент при но­минальной нагрузке М_ном,
мощность приводного двигателя Р_1ном.

    Значения перечисленных параметров
приведены в табл. 11.2. Тре­буется определить значения параметров, не указанных
в таблице.

Таблица 11.2

3.     
Оформить отчет по практической работе.

4.     
Ответить на контрольные вопросы.

5.     
Сделать вывод о проделанной работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.    Что происходит в цепи яко­ря при подключении
к генератору нагрузки?

2.    Чем якорь генератора приводится во вращение и что происходи на валу в
этот момент?

3.    Во что в генераторе преобразуется механическая мощность, развиваемая приводным двигателем?

4.    Что такое регулировочная характеристика?

5.    Что такое нагрузочная характеристика?

Активное r и реактивные X сопротивления складываются не арифметически, а геометрически. Их сумма равна гипотенузе треугольника, катеты которого активное и реактивное сопротивления. Реактивное сопротивление в генераторе также, как и аиктвное, препятствует прохождению тока. На нем также происходит падение напряжения (но со сдвигом фазы). Отличие реактивного сопротивления от активного в том, что на реактивном сопротивлении не теряется мощность. При большом внутреннем активном сопротивлении генератора падает КПД. А большое реактивное сопротивление даже полезно в определенных случаях. Оно несколько стабилизирует выходное напряжение при изменении нагрузки и ограничивает ток короткого замыкания.

Для расчета надо иметь данные для двух частот вращения генератора.

Ток, протекающий в цепи при первой частоте вращения равен:

Ток, протекающий при второй, более высокой частоте вращения:

Из этих двух уравнений несложно найти X₁ и r

В формулах n₁ и n₂ – первая и вторая частота вращения генератора. Можно подставлять в об/мин или об/с. Важно, чтобы в одной формуле единицы были одинаковы.

Индуктивное сопротивление X рассчитано для первой, нижней, частоты вращения. Для любой другой частоты вращения его легко пересчитать

В качестве примера рассчитаем внутренние сопротивления двух генераторов. ВГБЖ и ГЗОЗВ.

На этом графике не показаны кривые тока. Но ток легко вычислить, разделив напряжение на нагрузке, на сопротивление. При сопротивлении наргузки 10 Ом и оборотах 360 и 2000 об/мин получится

Ом

Ом

Реактивное сопротивление на высоких оборотах у этого генератора будет тоже большим. Этот генератор высокооборотистый. Номинальные обороты около 6000 об/мин. При 2000 об/мин. X₂₀₀₀ = 1,74*2000/360 = 9,7 Ом. При 6000 об/мин. X₆₀₀₀ = 1,74*6000/360 = 29 Ом

Электрика, альтернативная энергия,электрооборудование, внутреннее сопротивление генератора

Источник

Внутреннее сопротивление — формула

Величина, характеризующая количество энергетических потерь, возникающих при протекании тока через его источник, определяется как внутреннее сопротивление источника тока. Как и обычное сопротивление, имеет единицу измерения, равную 1 Ом. Ток, двигаясь через источник, теряет часть своей энергии, которая переходит в тепло, точно так же, как на любом нагрузочном сопротивлении. Это значит, что величина напряжения на выводах источника зависит от величины тока, а не от ЭДС.

Если рассмотреть замкнутую электрическую цепь, в которую включён источник тока (батарейка, аккумулятор или генератор), и нагрузку R, то ток течёт и внутри источника. Внутреннее сопротивление источника, обозначаемое буквой r, ему препятствует.

У генератора r – это внутреннее сопротивление обмоток статора, у аккумулятора – сопротивление электролита.

Измерение сопротивления петли фаза-нуль

Петля «фаза – нуль» – это электрическая цепь переменного тока, которая может возникнуть в результате короткого замыкания между проводами: «фаза» и «ноль» или «фаза» и «фаза». Разрушение изоляции, механические повреждения или случайное соединение оголённых участков кабеля между собой могут стать этому причиной. В установках с глухо заземлённой нейтралью нулевой проводник физически связан с нейтралью трансформатора, она подключена к контуру заземления. При замыкании на корпус или соединении фаз между собой образуется цепь (петля).

Главная задача проводимых измерений – узнавать, каким будет величина тока через петлю при КЗ. Это обязательно для расчёта и подбора защитного оборудования. Хорошим результатом будет маленькое сопротивление петли, тогда ток Iк.з. будет наибольшим. От его величины зависит, как быстро сработает защитный автоматический выключатель.

Чем меньше времени будет затрачено на отключение повреждённой или закороченной цепи, тем больше шансов предотвратить пожар от возгорания кабельной сети. При попадании человека под удар электрического тока в результате прикосновения или короткого замыкания автоматическое снятие напряжения спасёт ему жизнь.

На предприятиях ежегодно проводится комплекс измерений защитного заземления и сопротивления петли фаза – ноль. При неудовлетворительных результатах проводится ряд мероприятий:

• заменяются участки провода, не отвечающие требованиям по диаметру сечения;
• перекручиваются болтовые соединения с обязательной установкой врезных шайб;
• вскрываются контуры защитных заземлений и осматриваются на предмет целостности сварных соединений и состояния элементов заземления;
• при необходимости в контур защитного заземления добавляются дополнительные элементы;
• исключается последовательное подключение корпусов устройств к общей шине заземления.

После выполнения комплекса мероприятий измерения проводятся повторно.

Нахождение внутреннего сопротивления

Его можно находить двумя путями: рассчитать или измерить. Первым путём идут при работе с электрическими схемами, второй – выбирают, занимаясь с реальными устройствами.

Простой расчёт производится с использованием формулы Закона Ома для участка полной цепи:

Чтобы узнать силу тока, нужно напряжение ЭДС делить на сумму сопротивлений.

Выразив отсюда r, получают формулу для его вычисления:

• r – внутреннее сопротивление источника;
• ε – ЭДС источника;
• I – сила тока в полной цепи;
• R – сопротивление в полной цепи.

Комплекс измерений этого параметра у настоящего устройства не подразумевает непосредственных замеров. Тестируются напряжения на нагрузочном сопротивлении в двух режимах тока: холостом и КЗ.

Так как не любой источник может выдержать даже кратковременный режим замыкания, берётся метод измерения без вычислений.

В схему включается внешнее сопротивление нагрузки в виде подстроечного резистора Rн. Выставляется такое значение, при котором падение напряжения на резисторе равнялось бы 1/2 U холостого хода. Тогда измеренное омметром Rн будет соответствовать внутреннему сопротивлению источника.

Малое внутреннее сопротивление

Малой величины внутреннего сопротивления добиваются применением обратной связи в схемах, куда включён двухполюсник. В стабилизаторах напряжения r достигает значений менее 9*10-4 Ом. Автомобильная АКБ 6СТ-60 обладает сопротивлением около 0,01 Ом. Если произвести измерения петли фаза-ноль бытовой сети, то норма значения лежит в пределах 0,05-1 Ом.

Реактивное внутреннее сопротивление

Кроме гальванических и электролитических двухполюсников, существуют источники питания, схемы которых включают в себя реактивные элементы. При определении их внутреннего сопротивления используют метод комплексных амплитуд. Он подразумевает использовать при расчётах комплексные сопротивления элементов, включённых в схему. Величины токов и напряжений заменяются значениями их комплексных амплитуд. Сам алгоритм вычисления такой же, как при расчёте активного сопротивления.

Процесс измерений r-реактивного немного отличается от измерения активной составляющей сопротивления. Методы зависят от того, какие параметры этой комплексной функции нужно узнать: отдельные составляющие или комплексное число.

На эти параметры влияет частота, поэтому, чтобы при тестировании добиться информации о внутреннем реактивном значении r, нужно убрать частотную зависимость. Это достигается комплексом замеров на всём диапазоне частот, генерируемых таким двухполюсником.

Большое внутреннее сопротивление

Пьезоэлектрические датчики, конденсаторные микрофоны и другие источники импульсов обладают повышенным внутренним импедансом. Чтобы эффективно использовать такие устройства, нужно правильно согласовать схему считывания сигнала. При неудачном согласовании неизбежны потери.

Важно! Удачное согласование по напряжению получается при использовании для снятия сигнала устройства, с большим входным сопротивлением, чем у источника сигнала. В случае высокоомного источника для считывания сигнала применяется буферный усилитель.

Внутреннее сопротивление и импеданс

Импеданс – полное (комплексное) внутреннее сопротивление эквивалентного двухполюсника переменному току. Обозначается буквой Z и так же измеряется в Омах.

Двухполюсник и его эквивалентная схема

Двухполюсник представляет собой электрическую цепь, содержащую две точки присоединения к другим цепям. Бывает два вида электрических цепей:

• цепи, содержащие источник тока или напряжения;
• двухполюсники, не являющиеся источниками.

Первые характеризуются электрическими параметрами: силой тока, напряжением и импедансом. Для расчёта параметров таких двухполюсников предварительно производят замену реальных элементов цепи на идеальные элементы. Комбинация, которая получается в результате подобной замены, называется эквивалентной схемой.

Внимание! При работе со сложными электрическими схемами с учётом того, что устройство работает на одной частоте, допустимо преобразовывать последовательные и параллельные ветви до получения простой схемы, доступной для расчёта параметров.

Второй вид двухполюсников можно охарактеризовать только величиной внутреннего сопротивления.

Влияние внутреннего сопротивления на свойства двухполюсника

Чем оно выше, тем меньшую мощность выдаёт источник при подключении нагрузки. Определить мощность в нагрузке можно по формуле:

• E – напряжение ЭДС;
• R – сопротивление нагрузки;
• r – активное внутреннее сопротивление двухполюсника.

Формула применима к двухполюсникам, не отдающим энергию.

К сведению. Когда величина внутреннего сопротивления двухполюсника приближается по своему значению к сопротивлению нагрузки, передача мощности достигает максимума.

Разрядная емкость источника

Величина, зависящая от силы тока разряда, называется разрядной ёмкостью источника. Это электрический заряд, который отдаёт источник в процессе эксплуатации в зависимости от тока нагрузки. Эту величину можно считать постоянной условно. Так, стартерный аккумулятор, имеющий разрядную ёмкость С = 55 А*ч, при токе разряда 5,5 А проработает 10 часов. При запусках холодного или имеющего неисправность автомобиля аккумулятор можно разрядить за несколько минут.

Для того чтобы найти остаточную разрядную ёмкость, производят циклы «заряд – разряд». Они выполняются при помощи нагрузочных сопротивлений. Разряд на нагрузочное сопротивление производят до минимально допустимых значений плотности электролита. При этом замеряется время работы под нагрузкой. Это актуально при сезонном обслуживании аккумуляторов для выявления процессов саморазряда.

Внутреннее сопротивление источников тока – важная величина. Методы, применяемые для её снижения, являются прямыми путями увеличения отдаваемой мощности источника, значит, повышения производительности двухполюсников. Правильное измерение и вычисление импеданса эквивалентных схем позволяют приблизить двухполюсник к идеальному источнику.

Видео

Источник

➤ Adblock
detector