Что такое сериесная обмотка генератора
Виды возбуждения и схемы включения двигателей постоянного тока.
Двигатели постоянного тока в зависимости от способов их возбуждения, как уже отмечалось, делятся на двигатели с независимым, параллельным (шунтовым), последовательным (сериесным) и смешанным (компаундным) возбуждением.
Двигатели независимого возбуждения, рис.8,а, требуют два источника питания. Один из них необходим для питания обмотки якоря (выводы Я1 и Я2 ), а другой — для создания тока в обмотке возбуждения (выводы обмотки Ш1 и Ш2). Дополнительное сопротивление Rд в цепи обмотки якоря необходимо для уменьшения пускового тока двигателя в момент его включения.
С независимым возбуждением выполняются в основном мощные электрические двигатели с целью более удобного и экономичного регулирования тока возбуждения. Сечение провода обмотки возбуждения определяется в зависимости от напряжения ее источника питания. Особенностью этих машин является независимость тока возбуждения, а соответственно и основного магнитного потока, от нагрузки на валу двигателя.
Двигатели с независимым возбуждением по своим характеристикам практически совпадают с двигателями параллельного возбуждения.
Двигатели параллельного возбуждения включаются в соответствии со схемой, показанной на рис.8,6. Зажимы Я1 и Я2относятся к обмотке якоря, а зажимы Ш1 иШ2 — к обмотке возбуждения (к шунтовой обмотке). Переменные сопротивления Rд и Rвпредназначены соответственно для изменения тока в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. Обмотка возбуждения этого двигателя выполняется из большого количества витков медного провода сравнительно малого сечения и имеет значительное сопротивление. Это позволяет подключать ее на полное напряжение сети, указанное в паспортных данных.
Особенностью двигателей этого типа является то, что при их работе запрещается отсоединять обмотку возбуждения от якорной цепи. В противном случае при размыкании обмотки возбуждения в ней появится недопустимое значение ЭДС, которое может привести к выходу из строя двигателя и к поражению обслуживающего персонала. По той же причине нельзя размыкать обмотку возбуждения и при выключении двигателя, когда его вращение еще не прекратилось. •
С увеличением частоты вращения его следует уменьшать, а при достижении установившейся частоты вращения — вывести
Рис. 8. Виды возбуждения машин постоянного тока,
а — независимого возбуждения , б — параллельного возбуждения,
в — последовательного возбуждения, г — смешанного возбуждения.
ОВШ — обмотка возбуждения шунтовая, ОВС — обмотка возбуждения
сериесная,’ ОВН — обмотка независимого возбуждения, Rд —
Долнительное сопротивление в цепи обмотки якоря, Rв- Дополнительное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.
полностью. Отсутствие дополнительного сопротивления в обмотке якоря в момент пуска двигателя может привести к появлению большого пускового тока, превышающего номинальный ток якоря в 10. 40 раз [1,2].
Важным свойством двигателя параллельного возбуждения служит’ практически постоянная его частота вращения при изменении нагрузки на валу якоря. Так при изменении нагрузки от холостого хода до номинального значения частота вращения уменьшается всего лишь на (2.. 8)% [1,12].
Второй особенностью этих двигателей служит экономичное регулирование частоты вращения, при котором отношение наибольшей скорости к наименьшей может составлять 2:1, а при специальном исполнении двигателя — 6:1. Минимальная частота вращения ограничивается насыщением магнитной цепи, которое не позволяет уже увеличивать магнитный поток машины, а верхний предел частоты вращения определяется устойчивостью машины — при значительном ослаблении магнитного потока двигатель может пойти «вразнос» [1,3,4,6].
Двигатели последовательного возбуждения (сериесные) включаются по схеме, рис.8, в. Выводы С1 и С2 соответствуют сериесной (последовательной) обмотке возбуждения. Она выполняется из сравнительно малого числа витков в основном медного провода большого сечения. Обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря. Дополнительное сопротивление Rд в цепи обмоток якоря и возбуждения позволяет уменьшить пусковой ток и производить регулирование частоты вращения двигателя. В момент включения двигателя оно должно иметь такую величину, при которой пусковой ток будет составлять (1,5. 2,5)Iн. После достижения двигателем установившейся частоты вращения дополнительное сопротивление Rд выводится, то есть устанавливается равным нулю.
Эти двигатели при пуске развивают большие пусковые моменты вращения и должны запускаться при нагрузке не менее 25% ее номинального значения. Включение двигателя при меньшей мощности на его валу и тем более в режиме холостого хода не допускается. В противном случае двигатель может развить недопустимо большие обороты, что вызовет выход его из строя [1,6,12 ]. Двигатели этого типа широко применяются в транспортных и подъемных механизмах, в которых необходимо изменять частоту врашения в широких пределах.
Двигатели смешанного возбуждения (компаундные), рис.8, г, занимают промежуточное положение ?» между двигателями параллельного и последовательного возбуждения. Большая принадлежность их к тому или другому виду зависит от соотношения частей основного потока возбуждения, создаваемых параллельной или последовательной обмотками возбуждения. В момент включения двигателя для уменьшения пускового тока в цепь обмотки якоря включается дополнительное сопротивление Rд. Этот двигатель обладает хорошими тяговыми характеристиками и может работать в режиме холостого хода.
Прямое (безреостатаное) включение двигателей постоянного тока всех видов возбуждения допускается мощностью не более одного киловатта.
6. Обозначение машин постоянного тока.
В настоящее время наиболее широкое распространение получили машины постоянного тока общего назначения серии 2П и наиболее новой серии 4П. Кроме этих серий выпускаются двигатели для крановых, экскаваторных, металлургических и других приводов серии Д. Изготавливаются двигатели и специализированных серий [5,6,8].
Двигатели серий 2П и 4Пподразделяются по оси вращения, как это принято для асинхронных двигателей переменного тока серии4А. Машины серии2П имеют 11 габаритов, отличающихся по высоте вращения оси от 90 до 315 мм. Диапазон мощностей машин этой серии составляет от 0,13 до 200 кВт для электрических двигателей и от 0,37 до 180 кВт для генераторов. Двигатели серий 2П и 4П рассчитываются на напряжение 110, 220, 340 и 440 В. Их номинальные частоты вращения составляют 750, 1000, 1500,2200 и 3000 об/мин.
Каждый из 11 габаритов машин серии 2П имеет станины двух Длин ( М и L ).
Электрические машины серии 4П имеют лучшие некоторые технико — экономические показатели по сравнению с серией 2П. 1 рудоемкость изготовления серии 4П по сравнению с 2П снижена в 2,5. 3 раза.’ При этом расход меди снижается на 25. 30 %. По ряду конструктивных особенностей, в том числе по способу охлаждения, по защите от атмосферных воздействий, по использованию отдельных деталей и узлов машины серии 4П унифицированы с асинхронными двигателями серии 4АиАИ [10,11].
Обозначение машин постоянного тока (как генераторов, так и двигателей) представляется следующим образом:
2ПХ1Х2ХЗХ4 ,
где 2П — серия машины постоянного тока;
XI — исполнение по типу защиты: Н — защищенное с самовентиляцией, Ф — защищенное с независимой вентиляцией, Б — закрытое с естественным охлаждением, О — закрытое с обдувом от постороннего вентилятора;
Х2 — высота оси вращения ( двухзначное или трехзначное число) в мм;
ХЗ— условная длина статора: М — первая, L — вторая, Г — с тахогенератором;
Х4 — климатическое исполнение и категория размещения: У — умеренный климат, Т — тропический климат.
В качестве примера можно привести обозначение двигателя 2ПН112МГУ — двигатель постоянного тока серии 2П, защищенного исполнения с самовентиляцией Н,112 высота оси вращения в мм, первый размер статораМ, укомплектован тахогенератором Г, используется для умеренного климатаУ.
По мощностям электрические машины постоянного тока условно могут быть подразделены на следующие группы [12]:
Микромашины ………………………. меньше 100 Вт,
Мелкие машины ………………………от 100 до 1000 Вт,
Машины малой мощности…………..от 1 до 10 кВт,
Машины средней мощности………..от 10 до 100 кВт,
Крупные машины……………………..от 100 до 1000 кВт,
Машины большой мощность……….более 1000 кВт.
По номинальным напряжениям электрические машины подразделяются условно следующим образом:
Низкого напряжения…………….меньше 100 В,
Среднего напряжения ………….от 100 до 1000 В,Высокого напряжения
По частоте вращения машины постоянного тока могут быть представлены как:
Источники тока
При работе двигателя внутреннего сгорания электроэнергия требуется для питания приборов освещения, зажигания, звуковой и световой сигнализации и специального назначения. Источником электроэнергии на мотоциклах является генератор постоянного тока с реле-регулятором напряжения или генератор переменного тока, а также аккумуляторная батарея и магнето.
На большинстве отечественных мотоциклов используется шестивольтовый генератор постоянного и переменого тока и аккумуляторная батарея.
Магнето — специальный генератор тока высокого напряжения. Он применяется на мотоциклах для питания системы зажигания и цепи освещения.
Магнето устанавливается на мотоциклах, имеющих раздельные источники тока.
Магдино — комбинированный источник тока, объединяющий магнето и генератор. Применяется оно с генератором постоянного и переменного тока (упрощенное магдино).
В последнее время в качестве источников тока для системы зажигания и освещения на мотоциклах стали использоваться генераторы переменного тока без аккумулятора («Ковровец-175», «Восход»).
Генератор постоянного тока — это машина, преобразующая механическую энергию в электрическую. Работу генератора можно понять, рассматривая явления, происходящие при вращении в магнитном поле рамки из проводника. Рамка, вращаясь в магнитном поле между полюсами магнита, пересекает магнитные силовые линии, в результате чего в ней индуктируется электрический ток. Чем больше число оборотов рамки, тем большее количество магнитных силовых линий она пересекает, и, следовательно, в ней возбуждается больший ток.
Количество пересекаемых рамкой силовых линий зависит также от положения ее в магнитном поле. При вертикальном положении рамки это количество равно нулю, следовательно, и ток в ней равен нулю; при горизонтальном положении — достигнет максимума.
Каждая сторона рамки за один оборот, двигаясь от одного полюса к другому, проходит дважды через нулевое положение, при этом направление тока в ней всякий раз меняется.
Для обеспечения во внешней цепи тока постоянного направления каждую ветвь рамки присоединяют к разным контактным полукольцам (коллектору), с которых ток через щетки подается к потребителю. При изменении направления тока в ветвях рамки меняется соответственно и щетка, к которой прикасается коллекторная пластина (рис. 35).
Рис. 35. Схема простейшего генератора: 1 — щетки коллектора; 2 — коллекторные полукольца
Когда ветвь рамки находится у северного полюса магнита, с ее коллекторной пластины снимает ток одна щетка, когда же она оказывается у южного полюса и меняется направление тока, коллекторная пластина прикасается к другой щетке. В результате ток течет во внешней цепи все время в одном направлении, т. е. коллектор является выпрямляющим устройством.
Существуют генераторы различных типов, однако в принципе они отличаются по способу включения добавочного сопротивления в цепь обмотки возбуждения.
На мотоциклах ИЖ-Ю и ИЖ-П устанавливаются шестиполюсные шунтовые генераторы постоянного тока типа Г-36 мощностью 45 в (рис. 36).
Рис. 36. Генератор постоянного тока Г-36: 1 — корпус; 2 — обмотка возбуждения; 3 — щетка; 4 — якорь; 5 — коллектор; 6 — обмотка якоря; 7 — прерыватель; 5 — кулачок; 9 — конденсатор
На генераторах типа Г-414, Г-36М сопротивление 10 включено между концом обмотки возбуждения и массой (рис. 37).
Рис. 37. Схема реле-регулятора СБ-32: 1, 4 — изолирующие прокладки; 2 — вибратор; 3 — пластинчатая пружина; 5 — корпус генератора; 6, 18, 12 — неподвижные контакты; 7, 13 — подвижные контакты; 9 — обмотка возбуждения генератора; 10 — добавочное сопротивление; 11 — шунтовая обмотка; 14 — корпус реле-регулятора; 15 — пружина; 16 — якорек реле обратного тока; 17 — сериесная обмотка
Генератор состоит из корпуса с шестью полюсными башмаками, на которых находятся катушки с обмотками возбуждения, соединенные между собой последовательно и со щетками параллельно. Такие генераторы называются шунтовыми. Корпус с полюсными башмаками изготовлен из стали с остаточным магнетизмом. На якоре из мягкого железа намотаны секциями провода, составляющие обмотку якоря, концы которых припаяны к пластинам коллектора. На конце якоря установлен кулачок прерывателя. Положение его должно быть строго ориентировано по отношению к коленчатому валу или, точнее, к поршню в цилиндре.
Вал якоря и кулачок прерывателя крепятся к полуоси коленчатого вала болтом.
На мотоциклах К-750М и М-63 последних выпусков устанавливаются генераторы Г-402, Г-414 мощностью 65 в.
Реле-регулятор (см. рис. 37) — это комбинированный прибор, выполняющий работу регулятора напряжения и реле обратного тока. Регулятор напряжения предназначен для автоматического поддержания постоянного напряжения в сети на всех режимах работы генератора, начиная с 1000-1200 об/мин.
Назначение реле обратного тока — автоматически включать генератор в сеть, когда его напряжение будет больше напряжения аккумуляторной батареи, и отключать, когда оно будет меньше.
Рассмотрим принцип действия двухступенчатого реле-регулятора СБ-32, предназначенного для работы с генераторами типа Г-36М1, Г-36М2.
Регулятор напряжения и реле обратного тока имеют общий электромагнит с двумя обмотками: токовой (сериесной) и напряжения (шунтовой). С одной стороны прибора установлен вибратор регулятора напряжения, который в верхней части имеет двусторонний контакт. От корпуса вибратор изолирован прокладками 1 и 4.
При неработающем двигателе контакт 7 пружиной прижат к контакту 6, соединенному с массой генератора. Если генератор действует на малых оборотах, контакты остаются замкнутыми на массу. Ток в обмотку возбуждения генератора проходит мимо добавочного сопротивления, что способствует быстрому нарастанию напряжения в генераторе. С ростом оборотов генератора через шунтовую обмотку пройдет ток, достаточный для намагничивания сердечника до такой степени, чтобы произошло подтягивание вибратора и разрыв его контактов с массой. Ток в обмотку возбуждения генератора пройдет через дополнительное сопротивление, в результате чего напряжение генератора снизится. Это вызовет ослабление намагничивания электромагнита, и вибратор под действием пружины вернется в исходное положение, а двусторонний контакт снова замкнется на массу. Это первая ступень работы регулятора напряжения. При больших оборотах генератора, когда напряжение в сети превысит допустимый предел, электромагнит реле-регулятора настолько намагнитится, что вибратор подтянется до замыкания его контакта 7 с контактом 8, соединенным с клеммой генератора. Тогда обмотка возбуждения будет замкнута накоротко, генератор на небольшой промежуток времени прекратит подачу тока, намагничивание электромагнита прекратится и вибратор регулятора напряжения под действием усилия пружины вернется в исходное положение. Так завершится цикл работы регулятора на второй ступени.
У реле обратного тока в состоянии покоя контакты 12 и 13 разомкнуты, вследствие чего цепь генератор — аккумулятор также разомкнута.
С началом работы двигателя, когда напряжение генератора достигнет 6,0-6,4 в, т. е. превысит напряжение аккумулятора, ток, проходя через шунтовую обмотку, намагнитит сердечник и подтянет к нему вибратор. Контакты 12 и 13 сомкнутся, а аккумулятор через сериесную обмотку будет присоединен к генератору. Начнется зарядка батареи.
При понижении оборотов якоря генератора в момент, когда напряжение последнего станет меньшим, чем батареи, ток через токовую сериесную обмотку реле пойдет в обратном направлении: от батареи к генератору, уменьшая намагничивание сердечника. Вибратор реле под действием пружины отойдет в исходное положение, и контакты разомкнутся. Цепь прервется, и разрядки аккумулятора не произойдет.
Генератор переменного тока (рис. 38) прост по устройству; при зажигании от него не требуется аккумулятора, поэтому он широко применяется на мотоциклах последних выпусков (М-105, «Восход» и ВП-150).
Рис. 38. Генератор переменного тока: 1 — передняя крышка; 2 — кулачок прерывателя; 3 — обмотка статора; 4 — носок коленчатого вала; 5-ротор; 6 — статор
Мотоциклы «Ковровец-175А», «Ковровец-176Б и В» имеют генераторы Г-38 или Г-401А, «Восход» — Г-411.
Генератор переменного тока состоит из двух основных частей — статора и ротора. На передней крышке статора установлены прерыватель и конденсатор. Корпус статора изготовлен из стали и имеет восемь полюсов. На полюсы надеты восемь катушек, из них три для цепи зажигания и пять для .цепи освещения (генератор Г-38), или четыре катушки для цепи зажигания и четыре для цепи освещения, соединенные в две параллельные цепи (генераторы Г-401 и Г-401А), а в генераторе Г-411-в три параллельные цепи (освещения, зажигания и сигнала заднего тормоза). Статор прикреплен к картеру двигателя при помощи трех лапок, имеющих прорези для винтов. В их пределах можно поворачивать статор для регулировки опережения зажигания.
На генераторе Г-38 передняя крышка прикреплена к статору винтами и поворачивается вместе с прерывателем. На генераторах Г-401 и Г-401А крышка на прессована неподвижно, а прерыватель может быть по вернут относительно статора для регулировки его положения в момент разрыва контактов.
Катушки цепи зажигания статора, как и катушки цепи освещения, соединены между собой последовательно Начало обмотки цепи зажигания подключено к контактной стойке прерывателя, к которой присоединены конденсатор и провод, идущий к катушке зажигания. Конец обмотки цепи освещения выведен на клемму (расположенную на катушке статора), которая соединена с сигналом и переключателем света.
Ротор представляет собой восьмиполюсный постоянный магнит с укрепленными на нем наконечниками из мягкой стали, насаженной на коническую цапфу коленчатого вала. На торце вала установлен кулачок прерывателя. Кулачок и ротор прикреплены к цапфе центральным болтом.
Генераторы Г-401 и Г-401А поддерживают напряжение в цепи освещения (если включен дальний свет и задний фонарь) при 3000 об/мин не ниже 6 в и 500 об/мин не выше 8 в.
Аккумуляторной батареей (рис. 39) называется прибор, который при зарядке от источника постоянного тока накапливает электрическую энергию, превращая ее в химическую. Во время разрядки происходит обратный процесс, и поэтому аккумуляторная батарея служит источником электрического тока.
Рис. 39. Аккумуляторная батарея: 1 — перемычка; 2 — пробки заливных отверстии; 3 — клеммы; 4 — крышка банки; 5 — отрицательные пластины; 6 — положительные пластины; 7 — сепараторы; 8 — банка аккумуляторной батареи
На мотоциклах К-750, М-62 устанавливаются шестивольтовые аккумуляторные батареи типа ЗМТ-14, на ИЖ-П и ИЖ-Ю — ЗМТ-7 или ЗМТ-6. Цифры показывают емкость аккумуляторной батареи в ампер-часах.
Банка аккумуляторной батареи изготовляется из пластмассы или эбонита и делится двумя перегородками на три отсека. Каждый отсек является отдельным аккумулятором, состоящим из положительных и отрицательных свинцовых пластин. Отрицательные пластины расположены с обеих сторон положительной (отрицательных на одну больше, чем положительных).
Пластины в виде решеток отливаются из свинца с небольшим содержанием сурьмы. Через отверстия решеток заполняется активная масса. Активная масса положительных пластин изготовляется из свинцового сурика, отрицательных — из свинцового глета.
Между пластинами помещаются сепараторы, сделанные из специальной древесины или пластмассы (пористого эбонита, полихлорвинила). В верхней части каждого аккумулятора находится заливное отверстие с пробкой. В пробке имеется отверстие для выпуска газов.
Помещенные в банку пластины заливаются раствором электролита, состоящим из химически чистой серной кислоты и дистиллированной воды.
Напряжение заряженного аккумулятора должно быть больше 2 в. Батарея состоит из трех аккумулятоторов, соединенных последовательно (плюс одного аккумулятора с минусом другого); суммарное напряжение батареи составит 6 в.
Электролит в заряженной батарее, в зависимости от климатических условий, должен иметь плотность в пределах 1,25-1,28 летом и 1,29-1,30 зимой. При плотности электролита 1,10-1,12 аккумулятор полностью разряжен, его следует срочно зарядить в зарядной мастерской.
Возбуждений и их основные характеристики
Генераторы постоянного тока последовательного и смешанного
Лекция 9
Генераторы постоянного тока последовательного возбуждения (рис. 5.10) называются сериесными машинами, так как в них сериесная обмотка возбуждения (С)подключена последовательно к якорю машины.
Характеристика холостого хода генератора E=f(IB)при значениях IB=0; 
выражается точкой на оси ординат равной Eост, поэтому снять ее нельзя. 
Рис.5.10. Электрическая схема генератора постоянного тока последовательного возбуждения
Внешняя характеристика генератора 
при n=сonst приведена на рис.5.11. При снятии такой характеристики значения токов IЯ = IВ = IН, а при уменьшении нагрузочного сопротивления 
значения тока нагрузки 
, магнитного потока Ф, ЭДС якоря 
и напряженя нагрузки 
резко возрастают, поэтому такие генераторы практически не применяются.
Рис.5.11. Внешняя характеристика генератора постоянного тока последовательного возбуждения
Регулировочную характеристику генераторов постоянного тока с последовательным возбуждением 
практически не снять, так как ток возбуждения 
не регулируется.
Генератор смешанного возбуждения называют компаудной машиной, которая имеет шунтовую (Ш) и сериесную (С) обмотки возбуждения. Эти обмотки подключают встречно (рис.5.12) и согласно (рис.5.13).
Рис.5.12. Электрическая схема генератора постоянного тока смешанного возбуждения с встречным соединением обмоток возбуждения
Рис.5.13. Электрическая схема генератора постоянного тока смешанного возбуждения с согласным соединением обмоток возбуждения
Характеристика холостого хода генератора (рис.5.14) 
при 
, 
; является характеристикой намагничивания генератора с самовозбуждением шунтовой обмотки. Прямая линия представляет зависимость 
.
Рис.5.14. Характеристика холостого хода генератора постоянного тока с самовозбуждением шунтовой обмотки
Внешние характеристики генератора 
при 
,
изображены на рис.5.15 и зависят от схем вкючения обмоток возбуждения генератора.
Наиболее распространено согласное включение сериесной и шунтовой обмоток возбуждения (характеристика 1). При этом магнитные потоки обмоток складываются, а ЭДС якоря и напряжение нагрузки увеличиваются.
Характеристика 2 снимается при встречном включении сериесной и шунтовой обмоток. При этом магнитные потоки обмоток вычитаются, а ЭДС якоря и напряжение нагрузки уменьшаются в зависимости от увеличения тока нагрузки. Если U=0, то Iн=Iкз
На рис.5.16 изображена регулировочная характеристика 
при 
, 
для согласного включения сериесной и шунтовой обмоток генератора.
Рис.5.16. Регулировочная характеристика генератора постоянного тока смешанного возбуждения
Что такое сериесная обмотка генератора
Небольшая величина индукции.
Отсутствие регулирования параметров магнитного потока.
Магнитоэлектрические генераторы относятся к машинам малой мощности. Для изготовления постоянных магнитов используется высококачественный магнитный сплав, это может быть: альни (АН), альниси (АНК) или магнико, альнико (АНКО). Благодаря использованию этих металлов для изготовления постоянных магнитов происходит сохранение первоначальных характеристик в течение длительного временного периода. Для магнитоэлектрических генераторов характерен небольшой расход меди, невысокие потери, малый вес и размеры, небольшие потери мощности, отсутствие потерь на возбуждение, высокий КПД. Главный недостаток машин магнитоэлектрического типа – сложность регулирования.
Использование электромагнитного способа возбуждения характеризуется прохождением постоянного тока по возбуждающей обмотке, состоящей из полюсов, соединенных последовательно. Рабочие параметры МПТ характеризуются методом возбуждения относительно к цепи якоря оборудования.
Главная квалификация МПТ различных типов подразделяемых на двигатели и машины генераторного вида, подразделяется по принципу возбуждения:
Машина, питаемая от стороннего источника, будет считаться устройством независимого возбуждения.
МПТ шунтовая, использующая для выполнения возбуждения параллельно соединенные обмотки.
МПТ сериесная, возбуждение происходит за счет использования обмотки соединенной последовательно.
МПТ компаудного или смешанного типа, сочетающая для выполнения возбуждения оба типа соединения машинных обмоток.
Машина, получающая питание от сети или другого постороннего источника
В случае если обмотка или как еще говорят, цепь возбуждения машины запитана от электросети, от аккумулятора или стороннего генератора, то она будет принадлежать к классу машин с возбуждением независимого типа.
Рис №1. Присоединение машины с независимым возбуждением.
В устройстве генератора, в схеме, в обязательном порядке присутствует, регулирующий Iвозб – реостат, и нагрузочное сопротивление (R). К главным параметрам, по которым можно судить о качествах машины относятся несколько видов характеристик это: внешняя, регулировочная и параметр характеризующий работу генератора во время холостого хода.
Характеристика х. х. выражена через влияние Iвозб. на ЭДС электрической машины, количество оборотов остается неизменным. Она показывает величину напряжения на клеммах, U должно быть равным величине ЭДС якоря при отключенной цепи и свидетельствует о магнитной насыщенности, явлении гистерезиса на элементах устройства.
Внешняя характеристика определяется зависимостью величины U замеренного на контактах МПТ от Iнагр в то время как скорость и Rцепи возбужд. останутся неизменными.
Демонстрация регулировочной характеристикой в результате изменения Iвозб, показывает влияние на него Iраб.
Характеристика нагрузки демонстрирует влияние на U замеренного на клеммах машины Iвозб, она идентична с характеристикой х. х. с ее помощью определяется воздействие на магнитное поле якорного тока.
Характеристика генератора от Iк.з прослеживается по замкнутой цепи по данным амперметра, подключенного к якорной цепи, подвержена влиянию Iк.з. и тока находящегося в шунтовой обмотке.
Для оборудования такого типа представляет опасность возникновение короткого замыкания якорной обмотки, вследствие того, что Iк.з. намного больше значения Iном.
Использование генераторного оборудования независимого возбуждения желательно применять в случаях с важностью регулирования величины напряжения в самых широких границах, например, для питания электролитических ванн.
МПТ с самовозбуждением
В том случае если энергия нужная для возбуждения машины берется из якоря самого устройства, то эта МПТ будет машиной с самовозбуждением.
Рис №2. Схемы МПТ с самовозбуждением магнитного потока: а – параллельное, в – последовательное, с – смешанное возбуждение.
Обмотки возбуждения и якоря для любых самовозбуждающихся машин подразделяются на три типа и классифицируются по соединению, это:
Шунтовые – параллельное соединение обмоток.
Сериесные – последовательное соединение.
Компаудные – со смешанным соединением.
Некоторые типы современных двигателей, при разных типах присоединений в сеть обмоток, подразумевают прямое подключение возбуждающей обмотки в электрическую сеть.
Генераторы шунтового типа параллельного возбуждения
Главное условие самовозбуждения, заключается в появлении тока на полюсах и ярме генератора при использовании остаточного Φ (магнитного потока).
Вследствие данного явления происходит якорь совершает вращательное действие и приводит к появлению ЭДС, вызывающей Iвозб, способствует прекращению действия Ф. Возбуждение такого типа требует выполнение условий присутствия согласного действия остаточного Ф и потока приращения – это служит вторым условием самовозбуждения.
Рис №3. Схема подключения шунтового генератора.
Падение напряжения характеризуется 3 главными условиями, это:
Появление реакции якоря приводит к понижению величин ЭДС и U.
Понижение значения U приводит у снижению Iа и ЭДС.
Генератор сериесного типа с обмотками соединенными последовательно
В сериесных МПТ, характеристика х. х. снимается после поступления на обмотку напряжения от другого источника.
Внешняя характеристика показывает, как происходит повышение якорного тока и Iвозб. с повышением значения U, вследствие влияния на нее увеличения нагрузки. Насыщение электротехнической стали в магнитопроводе препятствует повышению Ф. После появления реакции якоря и явления падения напряжения происходит уменьшение напряжения. Использование таких машин происходит крайне редко в экстраординарных случаях.
Рис № 4. Подключение сериесной машины.
Компаундная машина с возбуждением соединяющим оба типа возбуждения
В конструкции оборудования присутствует две обмотки: одна со свойствами от параллельного генератора, выполняющая базовую функцию, и обмотка со свойствами последовательного генератора, используемая в виде дополнительной обмотки возбуждения. Обе обмотки сообщают машине свойства обоих типов машин. Кроме того, в конструкции кроме основного комплекта щеток имеется вспомогательным щеточным механизмом, сдвинутым на угол 90 о .
Последовательно соединенные обмотки сериесной машины дает ей возможность увеличить значение Ф сообразно величине I, следующему по этой обмотке.
Характеристика х.х. этой машины похожа на характеристику шунтовой обмотке, Ф соответствует Uном во время холостого тока.
Согласное присоединение обмоток, суммирующее магнитодвижущие силы, если используется встречное (дифференциальное), подключение, способствует созданию эффекта резкого падения напряжения, этот действие видно из внешней характеристики.
Рис №5. Присоединение генератора компаундного типа.
Присоединение согласным способом подразумевает, что базовая функция отводится обмотке, присоединенной в параллель, компенсирующая роль выполняется обмоткой с качествами характерными для сериесной машины, это способствует размагничиванию реакции якоря и предотвращает процесс падения U. Таким образом, происходит регулировка U в заданных нагрузочных границах, автоматически.
Встречное присоединение используется при достижении крутопадающей характеристики в моделях генераторов, используемых для сварки.
Общие сведения о генераторах постоянного тока
Генераторы постоянного тока в зависимости от способа возбуждения в них основного магнитного потока делятся на генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Последние в свою очередь могут быть параллельного (шунтового), последовательного (сериесного) и смешанного(компаундного) возбуждения.
Потребляемая мощность обмоткой возбуждения (мощность, необходимая для возбуждения генератора) весьма незначительна. Для генераторов большой мощности она составляет до одного процента его номинальной мощности и около пяти процентов — для генераторов малой мощности. Столь небольшие потери мощности являются важным фактором экономичного регулирования напряжением генератора путем изменения тока в его обмотке возбуждения.
Ток в обмотке возбуждения (для генераторов параллельного возбуждения) составляет (1. 5)%от номинального значения тока генератора [1,5].
При вращении якоря генератора в его обмотке наводится ЭДС, определяемая выражением
( 1 )
где Е — ЭДС , индуктируемая в обмотке якоря;
Ф — основной магнитный поток одного полюса;
n — частота вращения ротора;
Се— постоянная генератора, зависящая от его конструктивных особенностей.
Если частоту вращения ротора выразить в мин -1 , то коэффициент Се определится выражением [1,4,5,7]:
(2)
где р — число пар полюсов ;
а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря ;
N — количество активных проводников обмотки якоря.
ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря, уравновешивается двумя составляющими:
( 3 )
Первая из них U представляет собой напряжение генератора и расходуется во внешней его цепи. Вторая составляющая Iя ∙ Rя является потерей напряжения в обмотке якоря.
На практике наиболее широкое распространение получили генераторы с параллельным и независимым возбуждением, обладая специфическими достоинствами.
Первое из них состоит в том, что при изменении нагрузки генератора напряжение на его выходе изменяется незначительно.
Второе достоинство заключается в возможности широкого регулирования напряжения генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения, который в свою очередь меняет основной магнитный поток, а значит и напряжение в соответствии с выражением (1).
Вместе с тем следует отметить, что применение генераторов независимого возбуждения затруднено из-за необходимости иметь дополнительный источник для питания обмотки возбуждения.
Генераторы с параллельным возбуждениемимеют те же достоинства, что и генераторы с независимым возбуждением. Эти генераторы не требуют дополнительного источника для питания обмотки возбуждения. Она подсоединяется параллельно якорной обмотке и питается напряжением этого же генератора.
Генераторы с последовательным возбуждением используются значительно реже из-за существенного колебания их напряжения в зависимости от изменения нагрузки. В режиме холостого хода напряжения этих генераторов вообще равно нулю.
Генераторы смешанного возбуждения, как правило, используются в тех случаях, где желательно иметь незначительные колебания напряжения при достаточно больших изменениях нагрузки. В этих генераторах основной обмоткой возбуждения преимущественно служит шунтовая обмотка. Сериесная обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря таким образом, что создаваемый ею магнитный поток суммируется с потоком параллельной обмотки возбуждения. Это приводит к тому, что при возрастании нагрузки увеличивается основной магнитный поток, а напряжение генератора стремится остаться постоянным.
Из всех перечисленных видов генераторов наиболее распространенным является генератор параллельного возбуждения, который, обладая рядом указанных важных преимуществ, не требует дополнительного источника питания для создания тока возбуждения. Этот тип генератора, как уже отмечалось, выдает напряжение мало меняющееся по величине даже при значительных колебаниях нагрузки и изменении ее в широких пределах.
Что такое система возбуждения в генераторе переменного тока?
Понятие возбуждения и его особенности
Возбуждение – это термин, используемый инженерами-электриками, означающий создание магнитного поля. Простой магнит, используемый в этой главе для иллюстрации работы генератора, конечно способен создать ток в обмотках генератора, но постоянный магнит перестает быть постоянным под действием вибраций и нагрева.
Описание процесса
Обычно ротор выполняется в виде электромагнита, изготовленного из мягкой стали или железа, на который намотана катушка. Через катушку пропускается постоянный ток, индуцирующий в железном роторе магнитное поле. Напряженность наведенного таким обрезом магнитного поля зависит от силы тока, пропускаемого через обмотку возбуждения, и этот факт дает еще одно преимущество, поскольку позволяет регулировать э.д.с, в статорных обмотках генератора.
Простой электромагнит и концентрация поля
Если катушку ротора намотать не железный сердечник так, как показано на рис. 3.13(а), то получится магнит с одной парой полюсов N (North – северный) и S (South – южный).
Рис. 3.13(а). Простой электромагнит.
Из-за большого расстояния между полюсами магнитные силовые линии окажутся сильно рассеянными в пространстве. Теперь протянем полюса магнита навстречу друг другу, так, чтобы между ними остался лишь небольшой зазор (см. рис. 3.13(б)).
Рис. 3.13(6). Загнем концы электромагнита, чтобы сконцентрировать поле.
И, наконец, выполним полюса магнита в виде набора зубьев, входящих друг в друга, но без соприкосновения (см. рис. 3.14). Мы получим в сумме длинный узкий зазор между полюсами N и S, через который будет происходить “утечка” магнитного поля наружу. При вращении ротора эта “утечка” будет пересекать обмотки статора, и наводить в них э.д.с.
Питание ротора постоянным током: особенности процесса
Для того чтобы магнитное поле в роторе не меняло направления, его катушка должна питаться постоянным током одной полярности. Подвод тока к вращающейся катушке осуществляется через угольные щетки и коллекторные кольца.
Для питания обмотки ротора постоянным током применяют два способа: самовозбуждение и возбуждение от внешнего источника (обычно от аккумулятора).
Рис. 3.14. Зубчатый ротор генератора.
Возбуждение генератора: знакомство с определением
Возбуждение генератора – это процесс, который происходит на основе магнитодвижущей силы. Она выполняет процесс наведения магнитного поля, которое, в свою очередь, производит процесс образования электроэнергии. Для возбуждения генераторов первого поколения использовали специальные ротаторы постоянного тока, которые еще принято называть возбудителями. Их обмотка получала питание постоянного тока от другого генератора, его принято называть подвозбудителем. Все компоненты размещаются на одном валу, а их вращение происходит синхронно.
Обмотка возбуждения генератора: знакомство с определением
Обмотка возбуждения генератора – это один из основных конструктивных элементов синхронного генератора. Она получает питание от источника, предоставляющего постоянный ток. Чаще всего функцию источника выполняет электронный генератор напряжения. Такие регуляторы используется в новых моделях, работающих на основе самовозбудителя. А самовозбуждение, в свою очередь, основано на том, что первоначальное возбуждение происходит с помощью остаточного магнетизма магнитопровода синхронного генератора (СГ). Важно понимать, что энергия переменного тока поступает именно от обмотки статора СГ, трансформируя ее в энергию постоянного тока.
Для чего служит обмотка возбуждения генератора
Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока. Ротор вращается с помощью первичного двигателя, тем самым магнитное поле, создаваемое в роторе, тоже вращается вместе с ним с той же скоростью. Теперь линии магнитного поля пересекают обмотку статора, расположенную вокруг ротора. В результате в обмотке образуемся переменная электродвижущая сила (эдс).
Катушка возбуждения генератора: знакомство с определением
Катушка возбуждения генератора – это специальный электромагнит, который используют для генерации электромагнитного поля в электромагнитных машинах. В его состав входит катушка и проволока, по которой протекает ток. Если взять к примеру вращающиеся машины, то там катушки возбуждения наматываются на специальный железный магнитный сердечник. Именно последний выполняет функцию направления силовой линии магнитного поля. В состав магнитопровода входит два основные компонента:
- Статор – он неподвижный.
- Ротор – производит вращения вокруг статора.
Силовые линий магнитного поля непрерывно проходят от от статора к ротору и обратно. Катушки возбуждения могут располагаться либо на статоре, либо на роторе.
