Меню

Для какого типа возбуждения генератора постоянного тока не снимается регулировочная характеристика



Для какого типа возбуждения генератора постоянного тока не снимается регулировочная характеристика

§ 112. Характеристики генератора постоянного тока

Характеристики генератора показывают его рабочие свойства. Они представляют собой зависимости между основными величинами — э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах U, ток в якоре Iя, ток возбуждения Iв и число оборотов якоря n.
Каждая из характеристик показывает зависимость между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов.
Снятие всех характеристик машины производится при постоянном числе оборотов якоря, так как при изменении скорости вращения значительно изменяются все характеристики генератора, а нормально большинство генераторов работает при постоянной скорости.
Характеристика холостого хода генератора показывает зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения Е = f (Iв), снятую при отсутствии нагрузки (Iн = 0) и постоянном числе оборотов (n = сопst).
Для генераторов независимого возбуждения при отсутствии нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю (Iя = 0). Так как э. д. с., индуктированная в обмотке якоря, равна Е = С nΦ, то при постоянной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характеристика холостого хода представляет собой магнитную характеристику машины.

При Iв = О магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Φост, который индуктирует в обмотке якоря э. д. с. Вост (рис. 155, а). Эта э. д. с. составляет несколько процентов (2 — 5%) от номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения возрастает как магнитный поток, так и э. д. с., индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении Iв увеличивается и э. д. с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви этой зависимости до точки А начать постепенно уменьшать ток возбуждения Iв, то э. д. с. также уменьшится, но под действием остаточного намагничивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше восходящей ветви этой характеристики. Изменяя Iв не только по величине, но и по направлению, можно определить весь цикл перемагничивания стали машины.
Практически восходящая и нисходящая ветви магнитной характеристики имеют часто незначительное расхождение и за основную характеристику можно принять среднюю зависимость (кривая 3).
На рис. 155, б показаны характеристики холостого хода, снятые при различных скоростях вращения якоря генератора.
Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номинальной скоростью nя, указанной в паспорте генератора. Для всех машин нормального типа точка номинального напряжения (точка А) находится на перегибе магнитной характеристики, что соответствует наиболее удачным рабочим и регулировочным свойствам генератора.
Выбор точки номинального напряжения на линейном ненасыщенном участке магнитной характеристики приводит к резким колебаниям напряжения на зажимах генератора при изменениях нагрузки, так как незначительные приращения намагничивающей силы вызывают резкие изменения э. д. с. Выбор этой точки на насыщенном пологом участке магнитной характеристики приводит к ограничению регулирования напряжения на зажимах генератора, так как для изменения э. д. с. требуются очень большие изменения тока возбуждения.
При изменении скорости вращения якоря генератора изменит свое положение характеристика холостого хода, так как э. д. с. пропорциональна скорости. При n′ > nн характеристика холостого хода пойдет выше (кривая 2), а при n

Кривая 1 представляет собой внешнюю характеристику, снятую на понижение напряжения. Для снятия этой характеристики устанавливается такой ток в обмотке возбуждения (Iв), чтобы при холостом ходе генератора (I = 0) напряжение на его зажимах было равно номинальному (Uв). Затем нагрузка генератора увеличивается при неизменном токе в обмотке возбуждения. С увеличением нагрузки (тока в якоре генератора Iя) увеличивается как падение напряжения в сопротивлении его обмотки, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает понижение напряжения. При изменении нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора уменьшится на величину ΔUпн.
При снятии характеристики на повышение напряжения (кривая 2) устанавливается такой ток возбуждения, чтобы при номинальной нагрузке генератора (I = Iн) напряжение на его зажимах было равно номинальному (Uн), после чего нагрузка генератора уменьшается.
При уменьшении нагрузки (тока в якоре) также уменьшается как падение напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных контактах, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает повышение напряжения. При изменении нагрузки от Iн до 0 напряжение на зажимах генератора увеличится на величину ΔUnв. За счет насыщения стали повышение напряжения будет меньше, чем понижение (ΔUnв

Уменьшение сопротивления нагрузки вызывает увеличение тока до некоторого значения Iмакс, не превышающего номинальный ток более чем в 2 — 2,5 раза. При дальнейшем уменьшении внешнего сопротивления ток уменьшается и при коротком замыкании будет значительно меньше номинального (Iк

Таким образом, у генераторов последовательного возбуждения, напряжение резко меняется с изменением нагрузки поэтому они не нашли широкого применения.
В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное и встречное включение последовательной и параллельной обмоток.
При согласном включении обмоток возбуждения результирующая намагничивающая сила, создающая магнитный поток, равна сумме намагничивающих сил параллельной и последовательной обмоток, а при встречном включении — разности этих намагничивающих сил.
На рис. 159 показаны внешние характеристики генераторов смешанного возбуждения.

Увеличение нагрузки такого генератора вызывает уменьшение напряжения на его зажимах за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря. Однако с увеличением нагрузки увеличивается также ток в последовательной обмотке возбуждения. Поэтому при согласном включении обмоток с увеличением нагрузки увеличивается магнитный поток и э. д. с. обмотки якоря. Если э. д. с. с увеличением нагрузки возрастает на величину, равную понижению напряжения генератора за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря, то результирующее напряжение на зажимах генератора будет практически оставаться неизменным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной (кривой 1). Такой генератор, называемый нормально возбужденным, не требует изменения тока возбуждения при изменениях нагрузки. При уменьшении числа витков последовательной обмотки э. д. с. с возрастанием нагрузки будет увеличиваться в меньшей степени и не будет компенсировать понижения напряжения, так что напряжение на зажимах генератора будет уменьшаться (кривая 2), т. е. генератор недовозбужден. Если число витков последовательной обмотки возбуждения больше, чем то, которое соответствует нормальному возбуждению машины, то генератор окажется перевозбужденным и напряжение на его зажимах повысится с увеличением нагрузки (кривая 3).
Наиболее часто применяют генераторы нормально возбужденные, а также и перевозбужденные, позволяющие компенсировать падение напряжения в линии, соединительных проводах и т. д. с тем, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным при изменении тока.
Генераторы со встречным включением обмоток возбуждения не обеспечивают постоянства напряжения (кривая 4) и широкого применения они не нашли. Но их применяют в тех случаях, когда необходимо ограничить токи коротких замыканий (например, при электросварке, так как при соприкосновении электродов во время сварки внешняя цепь генератора представляет собой очень малое сопротивление, для генератора такой режим работы будет близок к короткому замыканию).
Регулировочная характеристика генератора показывает, в какой мере следует изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным при изменении тока нагрузки.
Таким образом, регулировочная характеристика генератора представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки, снимаемую при постоянном напряжении на зажимах генератора.
В генераторах независимого и параллельного возбуждения с увеличением тока нагрузки необходимо увеличить ток возбуждения для того, чтобы скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении машины и размагничивающее действие потока реакции якоря для обеспечения постоянства напряжения на зажимах генератора.
В генераторах смешанного возбуждения (нормально возбужденных) напряжение при изменении нагрузки не претерпевает изменений и, следовательно, необходимость регулирования тока возбуждения отпадает, т. е. регулировочная характеристика в таких генераторах не имеет смысла, так как ток возбуждения постоянен при изменениях тока нагрузки.

Читайте также:  Инверторный преобразователь тока 12 220

Источник

Генератор постоянного тока: устройство, принцип работы, классификация

На заре электрификации генератор постоянного тока оставался безальтернативным источником электрической энергии. Довольно быстро эти альтернаторы были вытеснены более совершенными и надёжными трехфазными генераторами переменного тока. В некоторых отраслях постоянный ток продолжал быть востребованным, поэтому устройства для его генерации совершенствовались и развивались.

Даже в наше время, когда изобретены мощные выпрямительные устройства, актуальность генераторов постоянного электротока не потерялась. Например, они используются для питания силовых линий на городском электротранспорте, используемых трамваями и троллейбусами. Такие генераторы по-прежнему используют в технике электросвязи в качестве источников постоянного электротока в низковольтных цепях.

Устройство и принцип работы

В основе действия генератора лежит принцип, вытекающий из закона электромагнитной индукции. Если между полюсами постоянного магнита поместить замкнутый контур, то при вращении он будет пересекать магнитный поток (см. рис. 1). По закону электромагнитной индукции в момент пересечения индуцируется ЭДС. Электродвижущая сила возрастает по мере приближения проводника к полюсу магнита. Если к коллектору (два жёлтых полукольца на рисунке) подсоединить нагрузку R, то через образованную электрическую цепь потечёт ток.

Принцип действия генератора постоянного тока

Рис. 1. Принцип действия генератора постоянного тока

По мере выхода витков рамки из зоны действия магнитного потока ЭДС ослабевает и приобретает нулевое значение в тот момент, когда рамка расположится горизонтально. Продолжая вращение контура, его противоположные стороны меняют магнитную полярность: часть рамки, которая находилась под северным полюсом, занимает положение над южным магнитным полюсом.

Величины ЭДС в каждой активной обмотке контура определяются по формуле: e1 = Blvsinw t; e2 = -Blvsinw t; , где B магнитная индукция, l – длина стороны рамки, v – линейная скорость вращения контура, t время, w t – угол, под которым рамка пересекает магнитный поток.

При смене полюсов меняется направление тока. Но благодаря тому, что коллектор поворачивается синхронно с рамкой, ток на нагрузке всегда направлен в одну сторону. То есть рассматриваемая модель обеспечивает выработку постоянного электричества. Результирующая ЭДС имеет вид: e = 2Blvsinw t, а это значит, что изменение она подчиняется синусоидальному закону.

Строго говоря, данная конструкция обеспечивает только полярность неподвижных щеток, но не устраняет пульсации ЭДС. Поэтому график сгенерированного тока имеет вид, как показано на рис.2.

График тока, выработанного примитивным генератором

Рисунок 2. График тока, выработанного примитивным генератором

Такой ток, за исключением редких случаев, не пригоден для использования. Приходится сглаживать пульсации до приемлемого уровня. Для этого увеличивают количество полюсов постоянных магнитов, а вместо простой рамки используют более сложную конструкцию – якорь, с большим числом обмоток и соответствующим количеством коллекторных пластин (см. рис. 3). Кроме того, обмотки соединяются разными способами, о чём речь пойдёт ниже.

Ротор генератора

Рис. 3. Ротор генератора

Якорь изготавливается из листовой стали. На сердечниках якоря имеются пазы, в которые укладываются несколько витков провода, образующего рабочую обмотку ротора. Проводники в пазах соединены последовательно и образуют катушки (секции), которые в свою очередь через пластины коллектора создают замкнутую цепь.

С точки зрения физики процесса генерации не имеет значения, какие детали вращаются – обмотки контура или сам магнит. Поэтому на практике якоря для маломощных генераторов делают из постоянных магнитов, а полученный переменный ток выпрямляют диодными мостами и другими схемами.

И напоследок: если на коллектор подать постоянное напряжение, то генераторы постоянного тока могут работать в режиме синхронных двигателей.

Конструкция двигателя (он же генератор) понятна из рисунка 4. Неподвижный статор состоит из двух сердечников полюсов, состоящих из ферримагнитных пластин, и обмоток возбуждения, соединённых последовательно. Щётки расположены по одной линии друг против друга. Для охлаждения обмоток используется вентилятор.

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

  • устройства с параллельным возбуждением;
  • альтернаторы с последовательным возбуждением;
  • устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Читайте также:  Трансформатор тдн номинальный ток

Технические характеристики генератора постоянного тока

Работу генератора характеризуют зависимости между основными величинами, которые называются его характеристиками. К основным характеристикам можно отнести:

  • зависимости между величинами при работе на холостом ходе;
  • характеристики внешних параметров;
  • регулировочные величины.

Некоторые регулировочные характеристики и зависимости холостого хода мы раскрыли частично в разделе «Классификация». Остановимся кратко на внешних характеристиках, которые соответствуют работе генератора в номинальном режиме. Внешняя характеристика очень важна, так как она показывает зависимость напряжения от нагрузки, и снимается при стабильной скорости оборотов якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением выглядит следующим образом: это кривая, зависимости напряжения от нагрузки (см. рис. 5). Как видно на графике падение напряжения наблюдается, но оно не сильно зависит от тока нагрузки (при сохранении скорости оборотов двигателя, вращающего якорь).

Внешняя характеристика ГПТ

Рис. 5. Внешняя характеристика ГПТ

В генераторах с параллельным возбуждением зависимость напряжения от нагрузки сильнее выражена (см. рис. 6). Это связано с падением тока возбуждения в обмотках. Чем выше нагрузочный ток, тем стремительнее будет падать напряжение на зажимах генератора. В частности, при постепенном падении сопротивления до уровня КЗ, напряжение падёт до нуля. Но резкое замыкание в цепи вызывает обратную реакцию генератора и может быть губительным для электрической машины этого типа.

Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Рис. 6. Характеристика ГПТ с параллельным возбуждением

Увеличение тока нагрузки при последовательном возбуждении ведёт к росту ЭДС. (см. верхнюю кривую на рис. 7). Однако напряжение (нижняя кривая) отстаёт от ЭДС, поскольку часть энергии расходуется на электрические потери от присутствующих вихревых токов.

Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Рис. 7. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Обратите внимание на то, что при достижении своего максимума напряжение, с увеличением нагрузки, начинает резко падать, хотя кривая ЭДС продолжает стремиться вверх. Такое поведение является недостатком, что ограничивает применение альтернатора этого типа.

В генераторах со смешанным возбуждением предусмотрены встречные включения обеих катушек – последовательной и параллельной. Результирующая намагничивающая сила при согласном включении равна векторной сумме намагничивающих сил этих обмоток, а при встречном – разнице этих сил.

В процессе плавного увеличении нагрузки от момента холостого хода до номинального уровня, напряжение на зажимах будет практически постоянным (кривая 2 на рис. 8). Увеличение напряжения наблюдается в том случае, если количество проводников последовательной обмотки будет превышать количество витков соответствующее номинальному возбуждению якоря (кривая 1).

Изменение напряжения для случая с меньшим числом витков в последовательной обмотке, изображает кривая 3. Встречное включение обмоток иллюстрирует кривая 4.

Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Рис. 8. Внешняя характеристика ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением используют тогда, когда необходимо ограничить токи КЗ, например, при подключении сварочных аппаратов.

В нормально возбуждённых устройствах смешанного типа ток возбуждения постоянный и от нагрузки почти не зависит.

Реакция якоря

Когда к генератору подключена внешняя нагрузка, то токи в его обмотке образуют собственное магнитное поле. Возникает магнитное сопротивление полей статора и ротора. Результирующее поле сильнее в тех точках, где якорь набегает на полюсы магнита, и слабее там, где он с них сбегает. Другими словами якорь реагирует на магнитное насыщение стали в сердечниках катушек. Интенсивность реакции якоря зависит от насыщения в магнитопроводах. Результатом такой реакции является искрение щёток на коллекторных пластинах.

Снизить реакцию якоря можно путём применения компенсирующих дополнительных магнитных полюсов или сдвигом щёток с осевой линии геометрической нейтрали.

Среднее значение электродвижущей силы пропорционально магнитному потоку, количеству активных проводников в обмотках и частоте вращения якоря. Увеличивая или уменьшая указанные параметры можно управлять величиной ЭДС, а значит и напряжением. Проще всего, желаемого результата можно достичь путём регулировки частоты вращения якоря.

Мощность

Различают полную и полезную мощность генератора. При постоянной ЭДС полная мощность пропорциональна току: P = EIa. Отдаваемая в цепь полезная мощность P1 = UI.

Важной характеристикой альтернатора является его КПД – отношение полезной мощности к полной. Обозначим данную величину символом ηe. Тогда: ηe=P1/P.

На холостом ходе ηe = 0. максимальное значение КПД – при номинальных нагрузках. Коэффициент полезного действия в мощных генераторах приближается к 90%.

Применение

До недавнего времени использование тяговых генераторов постоянного тока на ж/д транспорте было безальтернативным. Однако уже начался процесс вытеснения этих генераторов синхронными трёхфазными устройствами. Переменный ток, синхронного альтернатора выпрямляют с помощью выпрямительных полупроводниковых установок.

На некоторых российских локомотивах нового поколения уже применяют асинхронные двигатели, работающие на переменном токе.

Похожая ситуация наблюдается с автомобильными генераторами. Альтернаторы постоянного тока заменяют асинхронными генераторами, с последующим выпрямлением.

Пожалуй, только передвижные сварочные аппараты с автономным питанием неизменно остаются в паре с альтернаторами постоянного тока. Не отказались от применения мощных генераторов постоянного тока также некоторые отрасли промышленности.

Видео по теме

Источник

Генераторы постоянного тока и их характеристики

date image2015-05-26
views image7709

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Уравнение напряжений для цепи якоря генераторов постоянного тока имеет вид

где – суммарное сопротивление цепи якоря, включающее сопротивления самой обмотки якоря, обмоток добавочных полюсов и компенсационной и др.; – падение напряжения на щеточном контакте на пару щеток.

В генераторе электромагнитный момент направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя. Электрическая мощность на выходе генератора меньше механической мощности приводного двигателя на величину потерь мощности . Кпд генератора равен

Одной из характеристик генераторов постоянного тока является номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки

где – напряжение на выходе генератора в режиме холостого хода.

Величина зависит от способа возбуждения генератора. Для генератора независимого возбуждения ; генератора параллельного возбуждения . У генератора смешанного возбуждения в зависимости от способа включения обмоток возбуждения величина зависит от соотношения витков в этих обмотках. Она может равняться нулю или иметь отрицательное значение. При этом напряжение на выходе такого генератора возрастает и компенсирует падение напряжения в проводах, соединяющих генератор и нагрузку [2].

Эксплуатационные свойства генераторов постоянного тока анализируются с помощью характеристик. Характеристики устанавливают зависимости между основными параметрами и величинами, определяющими работу машин. Они могут быть получены экспериментальным и расчетным путем. Для расчета необходимо знать значения конструктивных параметров и электромагнитных нагрузок.

Основная группа характеристик генераторов постоянного тока строится при постоянной частоте вращения якоря, т.е. . В эту группу входят сле­дующие характеристики:

— характеристика холостого хода при ;

— внешняя характеристика при ;

— регулировочная характеристика при ;

— характеристика короткого замыкания при ;

— нагрузочная характеристика при .

Вид характеристики генератора определяется способом его воз­буждения [1].

6.8.1. Генератор независимого возбуждения. Характеристика холостого хода показана на рис. 6.29. Она имеет форму кри­вой намагничивания. Кривизна характеристики определяется насыщением магнитной системы машины. Неоднозначность при увеличении и уменьшении тока возбуждения объясняется явлением гистерезиса. Генератор обычно проектируют так, чтобы точка N, соответствующая его номинальному напряжению, находилась на изломе кривой на­магничивания. Ниже точки N эдс генератора неустойчива, а выше – снижается эффективность его регулирования. Эдс составляет номинального напряжения. Она является следствием остаточной намагниченности магнитопровода. Характеристика холостого хода позволяет определить соответствие расчетных и опытных данных. Она является основной при исследовании эксплуатационных свойств машины.

Внешняя характеристика снимается при постоянном токе возбуждения . Рост тока нагрузки приводит к снижению на­пряжения на зажимах якоря генератора (рис. 6.30). Это происходит под действием раз­магничивающей поперечной реакции якоря и падения напря­жения на внутреннем сопротивлении машины . Чем больше величина , тем более круто падающей будет внешняя характеристика и больше значение .

Читайте также:  Трехфазный ток повышенной частоты

Регулировочная характеристика (рис.6.31) показывает, как надо изменять ток возбуждения, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным. С увеличением тока нагрузки растет размагничивающее действие реакции якоря и падение напря­жения на . Для компенсации их влияния ток возбуждения увеличивают. Чем больше величина , тем больше величина изменения этого тока. Она составляет 15 – 25% его номинального значения. Величина . Разница объясняется насыщением магнитной цепи машины [19].

Для получения характеристики короткого замыкания об­мотку якоря закорачивают. Ток в ней доводят до значения . Ток в обмотке возбуж­дения при этом относительно мал. Магнитная цепь машины не насыщена. Характеристика практи­чески прямолинейна. Она аналогична по виду характеристике короткого замыкания синхронной машины (рис. 5.15) и не проходит через начало координат вследствие остаточного намагничивания стали магнитопровода генератора при [1].

Нагрузочная характеристика 1 (рис. 6.32) проходит ниже характеристики холостого хода 2. Разность ординат этих кривых объясняется действием раз­магничивающей поперечной реакции якоря и падения напря­жения на внутреннем сопротивлении машины . Влияние этих факторов можно оценить с помощью характеристического треугольника АВС.

Внутренняя характеристика машины (кривая 3) при . Отрезок OD соответствует току возбуждения, который обеспечивает номи­нальный режим работы.Отрезок BD – эдс в этом режиме. Отрезок CD характеризует падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора . Эдс в режиме холостого хода (отрезок АF) обеспечивается меньшим то­ком возбуждения (отрезок 0F). Избыток тока возбуждения (отрезок FD) необходим для компенсации размагничивающего действия реакции якоря. С помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника можно построить внешнюю и регулировочную характеристики [8].

6.8.2. Генератор параллельного возбуждения. В магнитной цепи существует остаточный магнитный поток . Если якорь вращать в остаточном магнитном поле, то в его обмотках наводится эдс . Под действием этой эдс в замкнутом контуре возникает ток возбуждения, который образует добавочный магнитный поток. Если этот поток действует согласно с остаточным потоком, то результирующий магнитный поток возрастает и происходит самовозбуждение. Процесс самовозбуждения может развиваться только в одном направлении. Поэтому характери­стика холостого хода генератора параллельного возбуждения может быть построена только в од­ном квадранте (рис. 6.33). Расчетные характеристики холостого хода у генераторов независимого и параллельного возбуждения практически одинаковые. Ток возбуждения состав­ляет всего несколько процентов от тока нагрузки и не оказы­вает существенного влияния на действие реакции якоря и падение напря­жения .

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения показана на рис. 6.34. Снижение напряжения на выводах якорной обмотки происходит не только из-за влияния падения напряжения внутри машины и размагни­чивающего действия реакции якоря, но и из-за снижения тока возбуждения . После значения тока нагрузки напряжение уменьшается. Магнитная цепь машины становится менее насыщенной. В результате незначи­тельное уменьшение тока возбуждения вызывает ещё большее уменьшение магнитного потока, эдс якоря и тока . Величина больше, чем при независимом возбуждении. Значение тока называется установившимся током короткого замыкания. Характеристики регулировочная, нагрузочная и короткого замыкания снимаются аналогично указанным характеристикам генератора независимого возбуждения.

6.8.3. Генераторы последовательного возбуждения и смешанного возбуждения. Генератор последовательного возбуждения практически не используется для выработки электроэнергии, поскольку у него . В процессе самовозбуждения наступает насыщение магнитной цепи. Действие реакции якоря и падение напря­жения приводят к снижению напряжения . Генераторный режим машин последовательного возбуждения используется на электрифицированном транспорте. Обмотку возбуждения подключают к независимому источнику [19].

В генераторе смешанного возбуждения основную роль играет параллельная обмотка возбуждения. Она создает 60 – 85% магнитодвижущей силы, необходимой для возбуждения. Последовательная обмотка возбуждения предназначена для формирования желаемых внешних характеристик и чаще всего включается согласно с обмоткой якоря машины. В режиме холостого хода последова­тельная обмотка возбуждения не задействована. При этом характери­стика холостого хода аналогична характеристике генератора параллельного возбуждения. Внешние и регулировочные характеристики генераторов с различными схемами возбуждения показаны на рис. 6.35. Генератор смешанного согласного возбуждения имеет наиболее благоприятную внешнюю характеристику [9].

Источник

§32. Схемы генераторов и их характеристики

Свойства генератора постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают генераторы:

с независимым возбуждением: обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника постоянного тока (аккумуляторной батареи, небольшого вспомогательного генератора, называемого возбудителем, или выпрямителя);

с параллельным возбуждением: обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря и нагрузке;

с последовательным возбуждением: обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой;

со смешанным возбуждением: имеются две обмотки возбуждения — параллельная и последовательная; первая подключена параллельно обмотке якоря, а вторая — последовательно с нею и нагрузкой.

Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением относятся к машинам с самовозбуждением, так как питание их обмоток возбуждения осуществляется от самого генератора.

Все перечисленные генераторы имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмоток возбуждения. Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготовляют из провода

Рис. 120. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением

Рис. 120. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением

малого сечения, они имеют большое число витков, обмотку последовательного возбуждения — из провода большого сечения, она имеет малое число витков.

О свойствах генераторов постоянного тока судят по их характеристикам: холостого хода, внешней и регулировочной. Ниже будут рассмотрены эти характеристики для генераторов различного типа.

Генератор с независимым возбуждением. Характерной особенностью генератора с независимым возбуждением (рис. 120) является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iя, а определяется только напряжением UB, подаваемым на обмотку возбуждения, и сопротивлением RB цепи возбуждения. Обычно ток возбуждения невелик и составляет 2—5 % номинального тока якоря. Для регулирования напряжения генератора в цепь обмотки возбуждения часто включают регулировочный реостат Rрв. На тепловозах ток Iв регулируют путем изменения напряжения UB.

Характеристика холостого хода генератора (рис. 121, а) — зависимость напряжения U при холостом ходе от тока возбуждения Iв при отсутствии нагрузки Rн т. е. при Iн = Iя = 0 и при постоянной частоте вращения п. При холостом ходе, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение генератора U равно его э. д. с. Е = сЕФn. Так как при снятии характеристики холостого хода частота вращения п поддерживается неизменной, то напряжение U зависит только от магнитного потока Ф. Поэтому характеристика холостого хода будет подобна зависимости потока Ф от тока возбуждения Iя (магнитной характеристике магнитной цепи генератора). Характеристику холостого хода легко снять экспериментально, постепенно увеличивая ток возбуждения от нуля до значения, при котором U ? 1,25Uном, а затем уменьшая ток возбуждения до нуля. При этом получаются восходящая 1 и нисходящая 2 ветви характеристики. Расхождение этих ветвей объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. При Iв = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуцируется остаточная э. д. с. Еост которая обычно составляет 2—4 % номинального напряжения Uном.

При малых токах возбуждения магнитный поток машины невелик, поэтому в этой области поток и напряжение U изменяются прямо пропорционально току возбуждения и начальная часть этой характеристики представляет собой прямую. При увеличении тока возбуждения магнитная цепь генератора насыщается и нарастание напряжения U замедляется. Чем больше становится ток возбуждения, тем сильнее сказывается насыщение магнитной цепи машины и тем медленнее возрастает напряжение U. При очень больших токах возбуждения напряжение U практически перестает возрастать.

Характеристика холостого хода позволяет судить о значении возможного напряжения и о магнитных свойствах машины. Номинальное напряжение (указанное в паспорте) для машин общего применения соответствует насыщенной части характеристики («колену» этой кривой). В тепловозных генераторах, требующих регулирования напряжения в широких пределах, используют как криволинейную, так и прямолинейную ненасыщенную часть характеристики.

Источник