Укажите условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения
Генераторы параллельного возбуждения. Условия самовозбуждения генератора.
Генераторы параллельного возбуждения.
Условия самовозбуждения генератора.
В генераторах с самовозбуждением, а к ним относится и генератор параллельного возбуждения, обмотки возбуждения получают питание непосредственно от якоря самого генератора, при этом посторонний источник питания им не требуется.
Самовозбуждение генератора возможно при выполнении трех условий:
1) наличие потока остаточного намагничивания полюсов Фост;
2) согласное направление магнитного потока остаточного намагничивания и магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения генератора;
3) сопротивление цепи возбуждения rв должно быть ниже некоторого критического значения, а частота вращения должна быть не ниже номинального значения.
В электрической машине практически всегда существует небольшой, порядка (2…5)% от номинального, поток остаточного намагничивания. Если в генераторе такой поток отсутствует, то необходимо его намагнитить, пропустив ток по обмотке возбуждения от постороннего источника.
Если привести якорь генератора во вращение с частотой, равной номинальной, то под действием потока остаточного намагничивания в обмотке якоря возникает небольшая ЭДС Eост=сеnФост равная (2…5)% от Uн.
Под действием этой ЭДС по цепи возбуждения потечет ток, который создает добавочный поток намагничивания Фдоб. Ток, создающий Фдоб, равен
где rв=rрв+rшо; rрв — сопротивление регулировочного реостата; rшо — сопротивление параллельной обмотки возбуждения; rа — сопротивление цепи якоря.
В зависимости от направления тока Iв в обмотке возбуждения поток Фдоб может быть направлен либо встречно относительно Фоcт, либо согласно с ним. При встречном направлении Фост и Фдоб процесс самовозбуждения идти не будет, т.к. не выполняется второе условие. В этом случае необходимо поменять направление тока Iв , переключив концы питания обмотки возбуждения. Если потоки направлены согласно, то развивается процесс самовозбуждения, который можно представить в виде следующий логической схемы
При выполнении двух первых условий процесс самовозбуждения будет развиваться до определенного предела. Этот предел зависит от сопротивления цепи возбуждения rв, вида ее вольт-амперной характеристики и вида характеристики холостого хода. На рисунке-1., представлены характеристики холостого хода (1) при частоте вращения генератора n1, и (2) при частоте вращения n2 >n1, и вольтамперные характеристики цепи возбуждения генератора (3-6) при различных углах a.
Рисунок-1 – Условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения
Определим предел, до которого идет процесс самовозбуждения. При этом считаем, что генератор работает на холостом ходу, т.е. I=0.
При самовозбуждении Iв?const и следовательно уравнение ЭДС может быть написано в двух вариантах следующим образом
где Uв — напряжения возбуждения, равные изменяющемуся напряжению U на генераторе; Iв — ток возбуждения; rв — сопротивление цепи возбуждения ; Lв — индуктивность цепи возбуждения.
Так как rв=const, то напряжение Iвrв изменяется прямо пропорционально току Iв. Графически эта зависимость выражается прямой (3) (рисунок — 1), выходящей из начала координат под углом a, причем
следовательно, каждому значению r в соответствует определенная характеристика цепи возбуждения, выходящая из начала координат под углом, определяемым формулой.
При работе генератора на холостом ходу ток Iв мал, поэтому можно считать, что Iara?0, тогда из уравнения равновесия ЭДС следует, что U=Ea и зависимость изменения напряжения на зажимах генератора определяется характеристикой холостого хода (кривая I). Отрезки ординат между кривой 1 и линией 3 дают разность
и служат мерой интенсивности происходящего процесса самовозбуждения, т.е. скорости изменения тока возбуждения. Очевидно, что этот процесс окончится тогда, когда разность
станет равной нулю, т.е. установившееся значение тока Iв определяется точкой А пересечения характеристик 1 и 3.
Если увеличить rв, то вольтамперная характеристика пойдет круче и примет положение 4. Процесс самовозбуждения в этом случае замедляется и заканчивается в точке А1 при меньшем напряжении на генераторе. При дальнейшем увеличении rв получим прямую 5, касательную к начальной части характеристики холостого хода. Значение rв, соответствующее прямой 5, называется критическим (rвкр). При сопротивлении цепи обмотки возбуждения, равной и большей rвкр (кривая 6) генератор практически не возбуждается.
Если изменять частоту вращения генератора, то вид характеристики холостого хода меняется (кривая 2), следовательно, величина критического сопротивления rвкр зависит также от частоты вращения генератора. Большей частоте вращения генератора соответствует большее значение критического сопротивления rвкр.
Генераторы параллельного возбуждения
Определение. Генераторами параллельного возбуждения называют генераторы, обмотка возбуждения которых питается от ЭДС обмотки якоря и подключена к выводам якоря машины параллельно цепи нагрузки.
Схема генератора параллельного возбуждения. Схема изображена на рис. 1.20. Ток якоря IЯ = I + IВ у щеток разветвляется на ток нагрузкиI и ток возбуждения IВ . Обычно ток возбуждения невелик и составляет (0,01-0,05) IЯ.НОМ . Последовательно с обмоткой возбуждения включается реостат RP для регулирования возбуждения. Реостат позволяет изменять ток возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.
Характеристика холостого хода генератора с самовозбуждением всегда снимается при независимом возбуждении (обмотка возбуждения отключается от якоря и запитывается от постороннего источника) и поэтому аналогична характеристике холостого хода генератора с независимым возбуждением.
Самовозбуждение генератора. Так как обмотка возбуждения подключена к выводам якоря, то важное значение имеет процесс первоначального возникновения ЭДС, называемый процессом самовозбуждения.
Рассмотрим процесс самовозбуждения при отключенной нагрузке генератора, т.е. при холостом ходе.
Магнитная цепь машины имеет небольшой остаточный магнитный поток (примерно 2-3% номинального). При вращении якоря в поле остаточного потока в нем наводится небольшая ЭДС, вызывающая некоторый ток в обмотке возбуждения. При соответствующем направлении он увеличивает остаточный магнитный поток, ЭДС в якоре возрастает и процесс развивается лавинообразно до тех пор, пока не будет ограничен насыщением магнитной цепи.
Однако процесс самовозбуждения может развиваться только при определенных условиях, называемых условиями самовозбуждения. Выясним эти условия. Уравнение второго закона Кирхгофа для цепи возбуждения имеет вид: Е + еL= (Rв + Rя)iв, где еL = – d (Liв) /dt – ЭДС самоиндукции цепи возбуждения, возникающая при нарастании тока возбуждения;
L – суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря; Rв — сумма сопротивлений обмотки возбуждения и регулировочного реостата.
Так как Rя « Rв, то уравнение принимает вид:
Eя=Rв iв + 
Покажем на графике характеристику холостого хода Е = f (Iв) и характеристику цепи возбуждения – прямую Uв = Rв Iв
(рис. 1.21). Отрезок аб, равный Е – Rв Iв = d (Liв) /dt, пропорционален ЭДС самоиндукции цепи возбуждения. Из графика следует, что в точке в пересечения характеристик d (Liв) /dt = 0 рост тока возбуждения прекращается Uв = E и процесс самовозбуждения заканчивается. Положение точки в, называемой рабочейточкой, зависит от сопротивления цепи возбуждения Rв » tgα. Чем оно больше, тем прямая Uв = f (Iв) идет круче и рабочая точка перемещается влево. При некотором сопротивлении цепи возбуждения Rв, кр = tg αкр, называемом критическим, напряжение на выводах генератора близко к остаточной ЭДС Ео и генератор не возбуждается.
Из сказанного вытекают условия, при которых генератор должен возбуждаться:
Ø наличие остаточной намагниченности;
Ø совпадение по направлению остаточного магнитного поля и поля, создаваемого обмоткой возбуждения (несовпадение полей может быть при неправильном подключении выводов обмотки возбуждения или при несоответствующем направлении вращения якоря);
Ø сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического;
Ø скорость вращения якоря должна быть выше критической скорости.
Внешняя характеристика. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения U = f (I) при Rв = const и n = nном = const (рис. 1.18, кривые 2 и 2а) отличается от внешней характеристики генератора независимого возбуждения более резким снижением напряжения при увеличении нагрузки. Это объясняется следующим образом: уменьшение напряжения по тем же причинам, что и у генератора независимого возбуждения, приводит к уменьшению тока возбуждения, дополнительному уменьшению ЭДС генератора. При номинальной нагрузке снижение напряжения относительно напряжения холостого хода составляет 10-18%.
Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика генератора Iв = f (I) при U = Uном = const и n = nном = const аналогична регулировочной характеристике генератора независимого возбуждения (рис. 1.19, кривая 2), но идет несколько круче, что объясняется более значительным уменьшением напряжения генератора.
Принцип и условия самовозбуждения генератора постоянного тока параллельного возбуждения
У генератора параллельного возбуждения обмотка якоря и обмотка возбуждения соединены параллельно, а посторонний источник постоянного тока отсутствует.Принцип самовозбуждения: при вращении генератора приводным двигателем в обмотке якоря наводится небольшая э. д. с. ( порядке 2 — 3 % от номинального напряжения ), называемая э. д. с. остаточного намагничивания. Она обусловлена небольшим магнитным потоком остаточного намагничивания, создаваемым внутримолекулярными токами ферромагнитных элементов магнитной цели электрической машины. Под действием э. д. с остаточного намагничивания по обмотке ОВ генератора параллельного возбуждения протекает небольшой ток возбуждения, который создает свой небольшой магнитный поток, который, складываясь с потоком остаточного намагничивания, увеличивает общий магнитный поток машины. Последний наводит в обмотке якоря э. д. с. Большую по сравнению с э. д. с. остаточного намагничивания, которая посылает больший ток в обмотку возбуждения, под действием которого общий магнитный поток машины еще более увеличивается к наводит еще большую э. д. с. якоря. Описанный процесс последовательного взаимного увеличения магнитного потока и э. д. с. генератора параллельного возбуждения продолжается до полного самовозбуждения машины, т. е. до того момента, когда значение э. д. с. якоря не станет равным полному значению напряжения холостого хода на его зажимах ( при разомкнутом рубильнике Р ). При замыкании рубильника Р под действием этой э. д. с по сопротивлению нагрузки Rнагр, потечет ток нагрузки I= IЯ +IВ
Реакция якоря генератора постоянного тока и ее влияние на внешнюю характеристику.
Под реакцией якоря понимают явление воздействия магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов. В современных машинах постоянного тока реакция якоря всегда действует на основное поле размагничивающим образом. Поэтому магнитный поток генератора постоянного тока Ф при размагничивающей реакции якоря меньше основного магнитного потока Ф0 на некоторую величину, обусловленную размагничивающим действием магнитного поля якоря. Отсюда и ЭДС якоря под нагрузкой меньше ЭДС холостого хода машины. Т.е. под нагрузкой напряжение на зажимах генератора меньше напряжения холостого хода из-за влияния падения напряжения на сопротивлении цепи якоря и размагничивающего действия реакции якоря: 
.
Конструкция и принцип действия синхронных машин с электромагнитным возбуждением. Принцип обратимости.
Устройство синхронной машины отличается от асинхронной конструкцией ротора, который представляет собой электромагнит постоянного тока, он имеет обмотку возбуждения- создает основное магнитное поле. Обмотка якоря (статора)-запитывает нагрузку. Статор состоит из литой станины с крепежными лапами; внутри станины впрессован магнитный сердечник, выполненный из листов электротехнической стали. В сердечнике вырублены пазы, внутри которых 3-х фазная медная обмотка, которая соединяется либо звездой, либо треугольником. На станине расположена коробка выводов, торцы станины покрываются подшипниковыми щитами, внутри которых закреплены подшипники. Принцип работы заключается в том, что частота вращения ротора находится в строгом соотношении с частотой питающего тока. Вследствие обратимости электрических машин, синхронные могут работать как
Существуют следующие системы возбуждения:
1) Система независимого возбуждения- обмотка возбуждения запитывается от независимого источника питания.
2) Система самовозбуждения:
-параллельное (ОЯ и ОВ соединены параллельно)-последовательное (ОЯ и ОВ- последовательно)-смешанное (часть ОВ включается параллельно, другая- последовательно)
Дата добавления: 2018-04-04 ; просмотров: 1607 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Схемы и характеристики генераторов постоянного тока с самовозбуждением. Условия самовозбуждения
К генераторам с самовозбуждением относят генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Чтобы произошло самовозбуждение, должны выполняться следующие условия:
1. генератор должен быть намагничен (наличие остаточного магнитного потока (МП) в полюсах). При вращении якоря остаточный МП наводит в ОЯ небольшую ЭДС, под действием которой в ОВ создается ток, вызывающий дополнительный МП. Если дополнительный и остаточный МП совпадают по направлению, то происходит дальнейшее увеличение ЭДС и тока возбуждения (Iв). Нарастание МП прекращается при достижении равновесия E = Iв · Rв.
2. Совпадение созданного и остаточного МП по направлению. В точке А заканчивается процесс самовозбуждения (установившееся состояние).
3. Сопротивление цепи ОВ должно быть меньше некоторого критического значения Rв 1 на рисунке). Если в цепи ОВ, то прямая падения напряжения пойдет выше, и возбуждения не произойдет.
4. Если частота вращения генератора меньше некоторой критической величины, то ХХХ будет иметь вид (2) на рисунке, возбуждение не произойдет. Поэтому nГ > nГ.кр.
Если самовозбуждение генератора не происходит необходимо изменить направление вращения якоря или полярность ОВ, или уменьшить сопротивление в цепи ОВ, или увеличить частоту вращения генератора.
Характеристики генератора параллельного возбуждения:
1) Характеристика холостого хода (ХХХ). Снимается только в одном квадранте (т.к. при изменении направления тока возбуждения самовозбуждение пропадает). РХХХ – расчетная ХХХ.
2) Внешняя характеристика. Снимается при постоянном сопротивлении в цепи ОВ.
1 — характеристика Г независимого возбуждения.
2 — характеристика Г параллельного возбуждения.
3 — характеристика Г последовательного возбуждения.
3 1 — ХХХ Г с последовательным возбуждением.
При увеличении тока нагрузки напряжение на зажимах Г независимого возбуждения снижается из-за увеличения падения напряжения в ОЯ и размагничивающего действия реакции якоря.
3) Характеристика КЗ.Снимается по схеме с независимым возбуждением (показана основная характеристика – характеристика размагниченной машины). При наличии остаточной намагниченности характеристика смещается параллельно самой себе (вверх) на величину Iао.
4) Нагрузочная характеристика (НХ).Зависимость напряжения на зажимах машины от тока возбуждения при постоянном токе якоря равном номинальному.
НХ имеет такую же форму как и ХХХ (но проходит ниже ее из-за падения напряжения в ОЯ и размагничивающего действия реакции якоря). НХ может быть построена по ХХХ с помощью характеристического (реактивного) треугольника АВС: катет АВ – падение напряжения в ОЯ (Ia*Ra),катет СВ размагничивающее действие реакции якоря в масштабе тока возбуждения. Реактивный треугольник может быть построен по ХХХ и ХКЗ.
5) Регулировочная характеристика. Зависимость тока возбуждения от тока якоря при неизменном напряжении, равном номинальному. Используя реактивный треугольник и ХХХ можно построить эту характеристику:
Характеристики генератора последовательного возбуждения:
В этом случае Ia = Iв = I.
ХХХ и ХКЗ снимаются по схемам с независимым возбуждением. Для снятия регулировочной характеристики параллельно ОВ включается реостат, регулирующий ток возбуждения. Внешняя характеристика (ВХ) по виду совпадает с нагрузочной (НХ) (т.к. Ia = Iв) и проходит ниже ХХХ.
Характеристики генератора смешанного возбуждения:
ХХХ снимается по схеме с параллельным возбуждением и имеет тот же вид как и для Г с параллельным возбуждением. ХКЗ снимается по схеме с независимым возбуждением.
Вид внешней характеристики (ВХ) зависит от способа соединения последовательной и параллельной ОВ генератора:
1) включены встречно – МП направлены навстречу друг другу, и последовательная обмотка размагничивает машину.
2) включены согласно – МП последовательной ОВ является подмагничивающим и может обеспечить стабилизацию напряжения.
4 – ВХ при встречном включении обмоток.
5 – ВХ при встречном включении обмоток с сильной последовательной обмоткой.
Укажите условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения
6.2. Генератор с параллельным возбуждением
В генераторе с параллельным возбуждением (рис. 6.6) обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостаг Ярегв параллельно нагрузке. Следовательно, в машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от самого генератора. Самовозбуждение генератора возможно только при выполнении определенных условий. Чтобы установить их, рассмотрим процесс изменения тока в контуре «обмотка возбуждения — якорь» при режиме холостого хода. Для рассматриваемого контура можно написать уравнение
где е к in — мгновенные значения ЭДС в обмотке якоря и тока возбуждения; R’B=Rn+Rj>er.B — суммарное сопротивление цепи возбуждения генератора (сопротивлением 2У? можно пренебречь, так как оно значительно меньше RB); LB — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря.
Все члены, входящие в (6.4), могут быть изображены графически. На рис. 6.7 показаны зависимость e=f(iB), представляющая собой характеристику холостого хода генератора (кривая а),
Рис. 6.6. Принципиальная схема генератора с параллельным возбужде нием
Рис 6 7 Характер изменения ЭДС и тока возбуждения генератора в процессе самовозбуждения
и вольт-амперная характеристика сопротивления его цепи возбуждения iBR’B=f
Следовательно, если разность (е—/в^?’в) положительна, то diB/dt>0 и ток возбуждения („ увеличивается. Установившийся режим в цепи обмотки возбуждения имеет место при diB/dt=O, т. е. в точке С пересечения характеристики холостого хода а с прямой Ь. В этом режиме машина работает с некоторым установившимся током возбуждения /„о и ЭДС E0 = U0.
Из уравнения (6.5) следует, что для самовозбуждения генератора необходимо выполнение определенных условий.
1. Процесс самовозбуждения в генераторе может возникнуть только в том случае, если в начальный момент, когда iB=0, в обмотке якоря индуцируется некоторая начальная ЭДС енач. Такая ЭДС создается потоком остаточного магнетизма. Поэтому для начала процесса самовозбуждения генератора необходимо, чтобы в
машине имелся поток остаточного магнетизма, который при вращении якоря индуцирует в его обмотке ЭДС Е0Ст. Обычно этот поток имеется в машине из-за наличия гистерезиса в ее магнитной системе. Если такой поток отсутствует, то его создают, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.
2. При прохождении тока iB no обмотке возбуждения ее МДС .Fb должна быть направлена согласно с МДС остаточного магнетизма Foct. В этом случае под действием разности е—iBR’B нарастают ток iB, магнитный поток возбуждения Фв и ЭДС е. Если указанные МДС направлены встречно, то МДС обмотки возбуждения создает поток, направленный против потока остаточного магнетизма, машина размагничивается и процесс самовозбуждения не сможет начаться.
3. Разность е—iBR’B, необходимая для возрастания тока возбуждения iB от нуля до установившегося значения /„о, положительна, только если в указанном диапазоне изменения тока iB прямая ОВ располагается ниже характеристики холостого хода. При увеличении сопротивления цепи возбуждения R’B возрастает угол у прямой ОВ к оси тока /в и при некотором критическом значении угла ^кр, соответствующем критическому значению сопротивления ^в.кр, прямая ОВ практически совпадает с прямолинейной частью характеристики холостого хода. В этом случае e«iB/?’B и процесс самовозбуждения становится невозможным. Следовательно, для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы сопротивление цепи возбуждения было меньше критического значения.
Если параметры цепи возбуждения подобраны так, что У?’в Rb.Kj> устойчивость режима самовозбуждения нарушается. Если в процессе работы генератора увеличить сопротивление цепи возбуждения R’B до значения, большего RB.KV, то машина размагничивается и ее ЭДС уменьшается до Еост. Если же генератор начал работать при R’b>Rb.kp, то он не сможет самовозбудиться. Следовательно, условие R’b
который зависит от напряжения U, снижающегося при возрастании тока /н.
Особенно наглядно видно действие причин, уменьшающих напряжение генератора при увеличении тока нагрузки, из рис. 6.9, на котором показано построение внешней характеристики по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику.
Построение производится в следующем порядке. Через точку на оси ординат, соответствующую номинальному напряжению, проводят прямую, параллельную оси абсцисс. На этой прямой располагают вершину А характеристического треугольника; катет АВ должен быть параллелен оси ординат, а вершина С должна лежать на характеристике холостого хода 1. Через начало координат и вершину А проводят прямую 2 до пересечения с характеристикой холостого хода; эта прямая является вольт-амперной характеристикой сопротивления цепи обмотки возбуждения. Ордината точки пересечения Е ха-
Рис. 6.8. Внешние характеристики генераторов с независимым и параллельным возбуждением
рактеристик / и 2 дает напряжение генератора Uo при холостом ходе.
справедливо, так как: а) ток возбуждения при номинальном режиме /в.ном=^ном/Лв соответствует абсциссе точки А; б) ЭДС генератора при номинальной нагрузке £Ном=£/Ном + /аном2# соответствует ординате точки В; в) ЭДС ЕНОи можно определить по характеристике холостого хода, если на оси ординат отложить ток возбуждения, который меньше /в.ном на отрезок ВС, учитывающий размагничивающее действие реакции якоря.
Точки а и Ь внешней характеристики 3, соответствующие холостому ходу и номинальной нагрузке, определяются значениями напряжений и0 и [/ном- Промежуточные точки получают, проводя прямые А’С, А»С» и т. д., параллельные гипотенузе АС, до пересечения с вольт-амперной характеристикой 2 в точках А’, А» и т. д., а также с характеристикой холостого хода / в точках С’, С» и т. д. Ординаты точек А’, А» и т. д. соответствуют напряжениям при токах нагрузки /оь /оз и т. д., которые определяются из соотношения Ллнш : Ли : /а2: ••• —АС: А С :А»С» . Изменение напряжения генератора при переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода составляют 10. 20%, т. е. больше, чем в генераторе с независимым возбуждением.
При коротком замыкании якоря ток /к генератора с параллельным возбуждением сравнительно мал, так как в этом режиме на-
пряжение и ток возбуждения равны нулю. Следовательно, ток короткого замыкания создается только ЭДС от остаточного магнетизма и составляет (0,4. 0,8)/„ом-
Генератор может быть нагружен только до некоторого максимального тока /кр. При дальнейшем снижении сопротивления на-
Рис. 6.9. Построение внешней характеристики генератора с параллельным возбуждением
грузки Ra ток IB»Ia7aU/Ru начинает уменьшаться, так как U падает быстрее, чем уменьшается J?H— Работа на этом участке внешней характеристики (рис. 6.8) неустойчива; машина переходит в режим работы, соответствующий точке /к, т. е. в режим короткого замыкания.
Максимальный (критический) ток генератора с параллельным возбуждением зависит от тока возбуждения или, точнее, от сопротивления в контуре обмотки возбуждения. Это положение иллюстрирует рис. 6.10, где показаны внешние характеристики генератора,
Рис. 6.10. Определение нагрузочной способности генератора с параллельным возбуждением
построенные при двух значениях сопротивления в цепи обмотки возбуждения. Максимальный ток нагрузки определяется следующим путем. Проводится прямая, параллельная вольт-амперной характеристике сопротивления в цепи обмотки возбуждения, касательная к характеристике холостого хода. Через точку касания С проводится прямая, паралллельная гипотенузе СА характеристического треугольника, до пересечения в точке А’ с вольт-амперной характеристикой сопротивления. Отрезок А’С является гипотенузой наибольшего характеристического треугольника, вследствие чего А’С: ЛС^/кр: /н-
Отношение максимальных токов нагрузки при различных сопротивлениях в цепи возбуждения равно отношению максимальных гипотенуз /kpi:/kp2 = —А’С’: А»С». Следовательно, чем ближе вольт-амперная характеристика к прямолинейному участку характеристики холостого хода (где отсутствует насыщение), тем меньше нагрузочная способность генератора.
Регулировочная и нагрузочная характеристики генератора с параллельным возбуждением имеют такой же вид, как для генератора с независимым возбуждением. На практике довольно часто приходится применять генератор постоянного тока для питания индивидуальной нагрузки (например, обмотки возбуждения синхронного генератора), причем требуется регулирование тока нагрузки и выходного напряжения в широких пределах. В этом случае можно применить генератор с параллельным возбуждением, если в цепь возбуждения поставить специальный регулятор (например, импульсный), который может изменять напряжение на обмотке возбуждения, питаясь от якоря той же машины. При наличии регулятора в цепи обмотки возбуждения напряжение на ней равно
где U — напряжение на якоре генератора; а — коэффициент регулирования (коэффициент сигнала).
На рис. 6.11 показаны характеристики холостого хода и зависимость U=f(IB) для генератора, нагруженного на постоянное сопротивление. Для устойчивой работы генератора на ненасыщенной части характеристики нужно иметь обмотку возбуждения с сопротивлением, вольт-амперная характеристика которого должна проходить ниже кривой U—f(IB). Напряжение якоря на прямолинейной части характеристики можно представить в виде
Рис. 6.11. Характеристика холостого хода и зависимость U=f(It) для генератора, нагруженного на постоянное сопротивление
Ток возбуждения из (6.6)
Подставляя значение /„ из (6.8) в (6.7) и решая относительно U, получим
т. е. напряжение U является монотонной однозначной функцией коэффициента регулирования а, что обусловливает статическую устойчивость регулирования.
Значение тока нагрузки максимально при а= = 1, т. е. в режиме, соответствующем точке, в которой вольт-амперная характеристика сопротивления RB пересекается с кривой U=f(IB).
Устойчивая работа генератора с параллельным возбуждением на ненасыщенной части характеристики при наличии регулятора тока возбуждения возможна и в некоторых других случаях.
Рис. 6.12. Схема генератора с последовательным возбуждением (а) и его внешняя характеристика (б)
Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока
Процесс самовозбуждения основан на явлении остаточного намагничивания ферромагнитных материалов, из которых выполнена магнитная цепь машины. При изготовлении генераторов главные полюса машины специально намагничивают постоянным током. Эта процедура обеспечивает наличие в машине небольшого остаточного магнитного потока, значение которого составляет 2. 3 % от номинального значения основного потока. Рассмотрим суть процесса на примере генератора с параллельным способом возбуждения. Самовозбуждение генератора осуществляется при отсутствии тока в цепи потребителя, т. е. в режиме холостого хода. В обмотке вращаюшегося якоря наводится остаточная , которая и приложена к зажимам обмотки возбуждения. Под действием остаточной в цепи обмотки возбуждения протекает ток.который создает дополнительный магнитный поток. Направление дополнительного потока должно совпадать по направлению с остаточным магнитным потоком машины, т. е. усиливать его. Увеличение суммарного магнитного потока приводит к возрастанию ЭДС в обмотке якоря, а следовательно, и напряжения на зажимах генератора. Процесс самовозбуждения заканчивается, когда падение напряжения в обмотке возбуждения становится равным ЭДС якоря. По своему виду характеристика холостого хода и регулировочная характеристика у генератора с параллельным возбуждением не отличаются от аналогичных характеристик машины, работающей с независимым возбуждением. Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением проходит ниже соответствующей характеристики генератора с независимым возбуждением. Это объясняется уменьшением тока возбуждения при снижении напряжения с ростом тока нагрузки. В номинальном режиме снижение напряжения составляет 10. 15 % от номинального значения. Генераторы последовательного возбуждения не нашли широкого применения по причине непостоянства выходного напряжения при изменении тока нагрузки. По этой причине их характеристики в данном курсе не рассматриваются. Генераторы смешанного возбуждения применяют в установках небольшой мощности, где желательно избежать значительного изменения напряжения при отключениях или подключениях отдельных потребителей. Две обмотки возбуждения такого генератора соединяют так.чтобы их магнитные потоки складывались. Путем соответствующего подбора числа витков последовательной обмотки можно скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора и от действия реакции якоря и обеспечить необходимое напряжение в определенных пределах изменения тока нагрузки.
Способ возбуждения магнитного поля главных полюсов генераторов, при котором обмотка главных полюсов получает питание от обмотки якоря (ротора). (В отличие от самовозбуждения, при независимом возбуждении обмотки главных полюсов питают от постороннего источника тока.) Наиболее часто самовозбуждение используется в генераторах постоянного тока. При пуске генератора с самовозбуждением начальный ток в обмотке возбуждения возникает за счёт ЭДС, наводимой в обмотке якоря остаточным магнитным полем главных полюсов. Для поддержания самовозбуждения необходимо, чтобы начальный ток усиливал это поле. Добавочный магнитный поток увеличивает ЭДС якоря и, как следствие, ток в обмотках главных полюсов. Однако из-за магнитного насыщения магнитопровода одинаковым приращениям увеличивающегося тока возбуждения соответствуют всё меньшие приращения магнитного потока. Процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока ЭДС якоря превосходит падение напряжения в обмотке возбуждения. При определённой величине магнитного потока наступает электрическое равновесие, и дальнейшее повышение магнитного потока, ЭДС якоря и тока возбуждения прекращается. Самовозбуждение может осуществляться при величине сопротивления обмотки возбуждения, не превышающей известного предельного значения, зависящего от электрических параметров генератора.
Применяют самовозбуждение с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) включением обмоток главных полюсов относительно обмотки якоря. Для создания остаточного магнитного потока в машине с самовозбуждением, по какой-либо причине утратившей остаточное намагничивание главных полюсов, по обмотке возбуждения пропускают ток нужного направления, который получают от постороннего источника.
25.От чего зависит скорость вращения двигателя постоянного тока и как ее можно регулировать?
Из последнего выражения видно, что скорость вращения двигателя постоянного тока пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку.
Изменяя напряжение, подводимое к двигателю, а также изменяя ток возбуждения двигателя при помощи регулировочного реостата, включенного в цепь возбуждения, можно изменять скорость вращения двигателя.
