Характеристический треугольник генератора это

Построение основного характеристического треугольника генератора независимого возбуждения

· даёт возможность оценить влияние падений напряжения и реакции якоря на напряжение генератора;

· может быть использован для построения внешней и регулировочной характеристик генератора.

Построение характеристического треугольника производиться следующим образом (рис. 1.6):

· по данным табл. 1.1 построить практическую характеристику холостого хода;

· по данным табл. 1.2 построить опытную нагрузочную характеристику;

· на оси ординат отложить отрезок 0N = U_н;

· через точку N провести прямую MN, параллельную оси абсцисс, до пересечения с характеристикой холостого хода и нагрузочной характеристикой;

· из точки пересечения прямой MN с характеристикой холостого хода опустить перпендикуляр на ось абсцисс до пересечения с последней в точке P;

· отрезок 0Р будет определять ток возбуждения i_в1, необходимый для создания номинального напряжения при холостом ходе генератора;

· пересечение прямой MN с нагрузочной характеристикой даёт точку С;

· опустить перпендикуляр из точки С на ось абсцисс и получить номинальный ток возбуждения генератора i_вн=0Н, который необходим для создания номинального напряжения при номинальном токе генератора. В обмотке якоря при этом индуктируется ЭДС номинального режима генератора:

.

Для получения такой же ЭДС при холостом ходе нужен ток возбуждения несколько меньший. Этот ток определяют следующим образом:

· на оси ординат следует отложить отрезок = ;

· через точку провести прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с характеристикой холостого хода в точке А;

· из точки А опустить перпендикуляр на ось абсцисс. Отрезок 0S будет представлять собой ток возбуждения, необходимый для создания при холостом ходе.

Таким образом, одной и той же ЭДС при холостом ходе и при нагрузке соответствует различный ток возбуждения:

при холостом ходе – ток i_в=0S,

при нагрузке –ток i_в=i_вн=0H.

· Отрезок SH=0H – 0S соответствует току возбуждения, который требуется для компенсации реакции якоря.

Если щётки стоят на геометрической нейтрали, то отрезок SH в масштабе тока возбуждения определяет размагничивающее действие поперечной и коммутационной реакции якоря.

Для построения характеристического треугольника:

· через точку Н, соответствующую номинальному току возбуждения i_вн, провести прямую, параллельную оси ординат, до пересечения с характеристикой холостого хода в точке А₀. Эта точка определит напряжение или ЭДС генератора при холостом ходе и номинальном токе возбуждения;

· продолжить прямую до пересечения с прямой НА₀ в точке В;

· соединить точки А,В,С, при этом получится характеристический треугольник АВС (рис. 1.6);

· треугольник АВС, построенный для номинального тока, называется основным характеристическим треугольником, причём катет АВ=SH учитывает реакцию якоря, а катет ВС= = – падение напряжения в цепи якоря;

· чтобы построить характеристический треугольник для любого другого тока генератора, отличающегося от номинального в «n» раз, достаточного стороны основного характеристического треугольника изменить в «n» раз.

Генераторы постоянного тока

Содержание материала

• Генераторы постоянного тока
• Генератор последовательного возбуждения
• Генератор смешанного возбуждения

Общие сведения о генераторах постоянного тока

Генераторы постоянного тока выполняются с независимым возбуждением или с самовозбуждением. Независимое возбуждение в большинстве случаев электромагнитное, т. е. на полюсах имеется обмотка возбуждения, по которой проходит постоянный ток от постороннего источника. В машинах малой мощности для создания основного магнитного потока могут применяться постоянные магниты и такие машины называются магнитоэлектрическими.
В генераторе с самовозбуждением ток для обмотки возбуждения поступает с якоря генератора. Возможны три варианта соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря: параллельное, последовательное и смешанное. В соответствии с этим различают генераторы параллельного возбуждения, последовательного возбуждения и смешанного возбуждения (в последнем случае в машине имеются две обмотки возбуждения). Возможно также комбинированное возбуждение, например, независимое с параллельным, независимое с последовательным и т. д.
А. Характеристики генераторов. Схема возбуждения генератора определяет его свойства, которые выражаются характеристиками генератора, т. е. зависимостями между основными величинами, определяющими работу машины. Наиболее важной величиной для генератора является напряжение U на зажимах, которое зависит от тока /„ возбуждения, от тока I нагрузки и от скорости вращения п якоря генератора. Для упрощения графического изображения характеристик и исследования их обычно рассматривается зависимость между двумя величинами при постоянстве остальных.
Зависимость напряжения U от тока /„ при постоянстве тока I и скорости вращения и выражается семейством нагрузочных характеристик U = / (/„). В* частном случае, когда / = О, получается характеристика Холостого хода.
Зависимость напряжения U от тока I при постоянстве тока /в и скорости вращения п выражается семейством внешних характеристик U = /(/). Согласно приведенному определению семейство внешних характеристик для генератора независимого возбуждения показывает зависимость напряжения U от тока I при нерегулируемой цепи возбуждения. Для того чтобы сохранить это же условие для генераторов с самовозбуждением, необходимо снимать внешние характеристики при неизменном сопротивлении гв цепи возбуждения.
В большинстве случаев приводные двигатели генераторов обеспечивают постоянство скорости вращения л. При необходимости учесть влияние изменения скорости вращения п на величину напряжения U можно воспользоваться уравнением (3-22).
Зависимость тока /в от тока / при постоянстве напряжения U и скорости вращения п выражается семейством регулировочных характеристик /в — / (/). При U = О получается характеристика короткого замыкания, для которой обычно оси координат меняют местами, т. е. строят зависимость I = / (/„).
Уже отмечалось большое влияние положения токораздела на результирующий магнитный поток главного полюса и напряжение, снимаемое с коллектора, поэтому при опытном исследовании генератора необходимо, чтобы щетки занимали неизменное положение на коллекторе. В машинах с добавочными полюсами щетки устанавливаются так, чтобы токораздел совпадал с геометрической нейтралью, а в машинах без добавочных полюсов токораздел смещается с геометрической нейтрали по вращению якоря в положение наилучшей коммутации и щеткодержатели закрепляются в этом положении.
Все характеристики могут быть построены по данным расчета генератора или сняты при его испытании.
Б. Номинальные величины. Режим работы машины при условиях, для которых она предназначена при изготовлении, называется номинальным. Номинальный режим работы характеризуется величинами, обозначенными на паспортном щитке машины: номинальным напряжением, номинальной мощностью, номинальным током, номинальной скоростью вращения и т. д.
Номинальной мощностью генератора постоянного тока называется полезная электрическая мощность машины, выраженная в ваттах или в киловаттах.
Прилагательное «номинальный» может относиться и к величинам, не указанным на паспортном щитке машины, но характеризующим номинальный режим работы, как-то: номинальный вращающий момент, номинальный ток возбуждения, номинальный к. п. д.

Характеристика холостого хода и нагрузочная характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением

Характеристика холостого хода генератора

Приводим генератор постоянного тока с независимым возбуждением во вращение со скоростью ω при отсутствии напряжения на обмотке возбуждения, при этом на зажимах якоря появится напряжение, которое называется напряжением остаточного магнетизма.

Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Подаем напряжение на обмотку возбуждения и увеличиваем с помощью R_в ток в обмотке возбуждения. Ток в обмотке возбуждения нужен до тех пор, пока генератор не попадет в область насыщения. Теперь плавно уменьшаем ток в обмотке возбуждения до нуля. При токе возбуждения равным нулю меняем полярность на зажимах генератора и начинаем увеличивать ток в обмотке возбуждения до области насыщения, затем уменьшаем этот ток до нуля, меняем полярность на обмотке возбуждения и увеличиваем то к в обмотке возбуждения до насыщения. Получаем полную характеристику холостого хода.

Характеристика холостого хода генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Полная характеристика холостого хода генератора представляет собой петлю гистерезиса и связана с сортом стали, из которой изготовлен генератор. Площадь петли гистерезиса равна потерям на перемагничивание стали.

Характеристика холостого хода состоит из 2-х ветвей: верхняя называется нисходящая, нижняя – восходящая.

Чем уже петля гистерезиса, тем меньше потери, кроме того при узкой петле будут и меньше расхождения напряжения на восходящей и нисходящей ветвях характеристики холостого хода.

Для расчетов и исследования используют усредненную характеристику холостого хода, которая проходит посреди петли гистерезиса через нуль.

Нагрузочная характеристика генератора

Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением для получения нагрузочной, внешней и регулировочной характеристик.

Приводим генератор во вращение со скоростью ω и при разомкнутом ключе K. Начинаем увеличивать ток в обмотке возбуждения, пока напряжение на выходе генератора не достигнет номинального значения. Напряжение возрастает по характеристике холостого хода. При значении тока i_в равному номинальному замыкаем ключ K и включаем сопротивление нагрузки R_н. По обмотке якоря начинает протекать ток. Как только по обмотке якоря начинает протекать ток, согласно уравнению напряжения генератора:

Если изменять ток в обмотке возбуждения, мы получим характеристику при токе I₁=const.

В режиме холостого хода напряжение на зажимах генератора, которое называется напряжением холостого хода, равно ЭДС генератора.

Как только к обмотке якоря будет подключено сопротивление нагрузки, напряжение начнет снижаться по двум причинам:
1. Увеличение падения напряжения на активных сопротивлениях якорной цепи.
2. Снижение магнитного потока Ф_δ, а следовательно и ЭДС якоря E_а в результате действия размагничивающей реакции якоря.

Если увеличивать ток в якоре, характеристика пойдет еще ниже.

Таким образом, нагрузочные характеристики представляют собой семейство характеристик для различных значений токов нагрузки (от 0 до I_ном).

Влияние двух факторов учитывается с помощью, так называемого, характеристического треугольника (реактивного треугольника) – это треугольник, катеты которого пропорциональны току якоря, учитывают снижение напряжения в генераторе, работающем под нагрузкой. Катет AB учитывает влияние реакции якоря, а катет BC – падение напряжение на активных сопротивлениях якорной цепи.

Совместное влияние этих двух факторов учитывается гипотенузой AC.

Нагрузочная характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Генератор постоянного тока независимого возбуждения

Схема включения генератора независимого возбуждения по­казана на рис. 28.2, а. Реостат r_рг, включенный в цепь возбужде­ния, дает возможность регулировать ток I_в в обмотке возбуждения, а следовательно, и основной магнитный поток машины. Обмотка возбуждения питается от источника энергии постоянного тока: аккумулятора, выпрямителя или же другого генератора постоян­ного тока, называемого в этом случае возбудителем.

Рис. 28.2 Принципиальная схема (а) и характеристики х.х. (б) генера­тора независимого возбуждения

Характеристика холостого хода генератора постоянного тока независимого возбуждения

При снятии характеристики U₀= F(I_В) генератор работает в режиме х.х. (I_a = 0). Установив номинальную частоту вращения и поддерживая ее неизменной, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения I_в от нулевого значения до +I_в = Oa, при котором напряжение х.х. U₀ = 1.15U_ном . Получают данные для построения кривой 1 (рис. 28.2, б). Начальная ордината кривой 1 не равна нулю, что объясняется действием небольшого магнитного потока остаточного магнетизма, сохранившегося от предыдущего намагничивания машины. Уменьшив ток возбуждения до нуля, и изменив его направление, постепенно увеличивают ток в цепи возбуждения до -I_в = Oб. По­лученная таким образом кривая 2 называется нисходящей ветвью характеристики. В первом квадранте кривая 2 располагается вы­ше кривой 1. Объясняется это тем, что в процессе снятия кривой 1 произошло увеличение магнитного потока остаточного намагни­чивания. Далее опыт проводят в обратном направлении, т. е. уменьшают ток возбуждения от -I_в = Oб до I_в = 0, а затем увеличи­вают его до значения +I_в = Oa. В результате получают кривую 3, называемую восходящей ветвью характеристики х.х. Нисходящая и восходящая ветви характеристики х.х. образуют петлю намагни­чивания. Проведя между кривыми 2 и 3 среднюю линию 4, полу­чим расчетную характеристику х.х.

Прямолинейная часть характеристики х.х. соответствует нена­сыщенной магнитной системе машины. При дальнейшем увеличе­нии тока сталь машины насыщается и характеристика приобретает криволинейный характер. Зависимость U₀= F(I_В) дает возможность судить о магнитных свойствах машины.

Нагрузочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения

Эта характери­стика выражает зависимость напряжения U на выходе генератора от тока возбуждения I_в при неизменных токе нагрузки, например номинальном, и частоте вращения. При указанных условиях на­пряжение на выводах генератора меньше ЭДС , поэто­му нагрузочная характеристика 1 располагается ниже характери­стики холостого хода 2 (рис. 28.3). Если из точки а, соответствующей номинальному напряжению U_ном, отложить вверх отрезок аb, равный I_aΣr, и провести горизонтально отре­зок bс до пересечения с характеристикой х.х., а затем соединить точки а и с, то получим аbс — треугольник реактивный (характе­ристический).

Так, при работе генератора в режиме х.х. при токе возбужде­ния I_В1 = I_В.ном напряжение на выводах U₀ = de ; с подключением нагрузки (при неизменном токе возбуждения) напряжение генера­тора снизится до значения U_ном = ae . Таким образом, отрезок dа выражает значение напряжения ΔU = U₀ — U_ном при I_В1 = I_В.ном. На­пряжение на выводах генератора в этом случае уменьшилось в результате действия двух причин: падения напряжения в цепи якоря и размагничивающего влияния реакции якоря . Измерив значение сопротивления цепи якоря и подсчитав падение напряжения I_aΣr, можно определить ЭДС генератора при заданном токе нагрузки: Ea = U + I_aΣr. На рис. 28.3 эта ЭДС представлена отрезком bе. Электродвижущая сила генератора при нагрузке меньше, чем в режиме х.х. (bе