Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения U = f (I) при iв = const и n = const (рисунок 5) определяет зависимость напряжения генератора от его нагрузки в естественных условиях, когда ток возбуждения не регулируется.
При увеличении I напряжение U несколько падает по двум причинам: вследствие падения напряжения в цепи якоря I × Rа и уменьшения э. д. с. Eа ввиду уменьшения потока под воздействием поперечной реакции якоря (при щетках на геометрической нейтрали). При дальнейшем увеличении I напряжение начнет падать быстрее, так как под воздействием реакции якоря поток уменьшается и рабочая точка смещается на более круто падающий участок кривой намагничивания машины.
 |
| Рисунок 5. Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения |
Внешнюю характеристику рекомендуется снимать при таком возбуждении (iв= iвн), когда при I = Iн также U = Uн (номинальный режим). При переходе к холостому ходу (I = 0) в этом случае напряжение возрастает на вполне определенную величину ΔUн (рисунок 5), которая называется номинальным изменением напряжения генератора. В генераторах независимого возбуждения
Внешнюю характеристику (в левом квадранте рисунка 6) можно построить также с помощью х. х. х. (в правом квадранте рисунка 6) и характеристического треугольника. Для этого проведем на рисунке 6 вертикальную прямую аб, соответствующую заданному току iв = const. Тогдааб =0в представляет собой U при I = 0 и определяет начальную точку внешней характеристики.
Разместим затем на рисунке 6 характеристический треугольник где, построенный в соответствующих масштабах для I = Iн, таким образом, чтобы его вершина г лежала на х. х. х., а катет де – на прямой аб. Тогда отрезок ае = жз будет равен U при I = Iн, что можно доказать следующим образом. Если U = ае, то Eа = U + Iн × Rа = ае + ед = ад = иг и для создания такой э. д. с. при холостом ходе требуется ток возбуждения iве = 0и. При нагрузке ток возбуждения нужно увеличить на величину iва = гд = иа для компенсации размагничивающей реакции якоря. Необходимый полный ток возбуждения при этом iв = iве+ iва = 0и + иа = 0а как раз соответствует заданному, что и требовалось доказать.
Если принять, что катеты, а следовательно, и гипотенуза характеристического треугольника изменяются пропорционально I, то для получения других точек внешней характеристики достаточно провести на рисунке 6 между х. х. х. и прямой аб наклонные отрезки прямых (гипотенузы новых характеристических треугольников), параллельные гипотенузе ге. Тогда нижние точки этих отрезков (на прямой аб) будут определять значение U при токах
Перенеся эти точки по горизонтали в левый квадрант рисунка 6 для соответствующих значений I и соединив их плавной кривой, получим искомую внешнюю характеристику U = f (I).
 |
| Рисунок 6. Построение внешней характеристики генератора независимого возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника |
В действительности горизонтальный катет характеристического треугольника при уменьшении Uрастет не пропорционально I. Поэтому реальная внешняя характеристика отклоняется от построенной несколько в сторону, как показано в левом квадранте рисунка 6 штриховой линией.
Точка внешней характеристики с U = 0 определяет значение тока короткого замыкания машины при полном возбуждении. Так как Rа мало, то этот ток в 5 – 15 раз превышает Iн. Такое короткое замыкание весьма опасно, так как возникают круговой огонь, а также большие механические усилия и моменты вращения. Поэтому в условиях эксплуатации генераторы и двигатели средней и большой мощности защищаются быстродействующими автоматическими выключателями в цепи якоря, которые ограничивают длительность короткого замыкания и отключают машину от сети в течение 0,01 – 0,05 с после начала внезапного короткого замыкания. Однако эти выключатели не защищают машину при коротком замыкании внутри машины.
Если имеются опытные х. х. х. и внешняя характеристика и если известно Rа, то произведя построение на рисунке 6 в обратной последовательности, можно получить характеристические треугольники с учетом реальных условий насыщения для любых значений U и Eа.
Внешняя характеристика генератора
Данная характеристика показывает, как изменяется напряжение на зажимах
генератора при изменении силы тока нагрузки, то есть внешняя характеристика генератора – это зависимость напряжения на зажимах (на щётках) генератора от силы тока, протекающего в обмотке якоря. Получим уравнение этой характеристики на основании расчётной схемы генератора (рис.6.4), для чего составим уравнение электрического равновесия якорной цепи и выразим потенциал точки Я1 (jЯ1) через потенциал точки Я2 (jЯ2):
Реактивное сопротивление обмотки якоря равно нулю (Хя = 0), так как ток постоянный.
Перепишем (6.14) в следующем виде:
Учитывая, что jЯ1 – jЯ2 = U , получим следующее:
Полученное уравнение (6.16) представляет собой уравнение внешней характеристики генератора.
Е = kФw . (6.17)
Кроме того, на основании (6.1) можем записать:
, (6.18)
где wв – число витков обмотки возбуждения.
Графически внешняя характеристика генератора (то есть зависимость
U = f (Iя )) выглядит так, как показано на рис.6.5.
Пунктирной линией на рис.6.5 показана внешняя характеристика идеального генератора, у которого Rя = 0.
Вопросы для самоконтроля
1. Запишите и расшифруйте выражение внешней характеристики генератора.
2. Изобразите качественно внешнюю характеристику генератора.
3. Укажите путь улучшения внешней характеристики генератора.
Регулирование напряжения генератора
Напряжение на зажимах генератора, как видно из (6.16), зависит от значения э.д.с., наводимой в якоре, и силы тока в обмотке якоря (силы тока нагрузки). Э.д.с.,
которая индуктируется в якоре, как видно из (6.17), зависит от значения магнитного потока и скорости вращения якоря. Магнитный поток, как видно из (6.18), зависит от силы тока в обмотке возбуждения. Следовательно, регулировать напряжение на зажимах генератора можно следующим образом:
1) изменением силы тока в обмотке возбуждения (для этого используют реостат, включённый последовательно с обмоткой возбуждения);
2) изменением скорости вращения якоря.
Вопрос для самоконтроля
1. Перечислите способы регулирования напряжения на зажимах генератора,
укажите технические средства для их реализации.
6.7. Принципиальная электрическая схема
управления генератором
В соответствии с изложенным выше составляем принципиальную электрическую схему управления генератором (рис.6.6).
На данной схеме (рис.6.6) приведены следующие обозначения:
РВ – регулировочный реостат в цепи
возбуждения;
ОВ – обмотка возбуждения;
Ш1, Ш2 – зажимы обмотки возбуждения;
Я1, Я2 – зажимы обмотки якоря;
Я – якорь генератора;
w – угловая скорость вращения
вала генератора;
РA – амперметр, измеряющий силу тока нагрузки;
РV – вольтметр, измеряющий
напряжение на зажимах генератора;
РН – реостат нагрузки.
Пример 6.1
К генератору постоянного тока независимого возбуждения при неизменной угловой скорости подводится механическая мощность равная 7,0 кВт. Генератор развивает
электродвижущую силу равную 300 В. Сопротивление обмотки якоря генератора (включая сопротивление щёток) равно 1,5 Ом. Сопротивление цепи возбуждения генератора равно 270 Ом. На зажимы цепи возбуждения подаётся напряжение равное 270 В.
К генератору подключена нагрузка сопротивлением 13,5 Ом с помощью идеальной линии электропередачи. Потери мощности в механической системе генератора составляют 1,5 % от подводимой к валу мощности. Потери мощности в магнитопроводе генератора
составляют 3,0 % от подводимой к валу мощности. Добавочные потери составляют 0,1 % от подводимой к валу мощности.
Составить расчётные схемы якорной цепи с нагрузкой и цепи возбуждения.
Определить: силу тока в якорной цепи; мощность, развиваемую генератором; потери мощности в обмотке якоря; силу тока в цепи возбуждения; потери мощности в цепи возбуждения; потери мощности в механической системе; потери мощности в магнитопроводе;
суммарные потери мощности в генераторе; мощность, отдаваемую генератором в сеть (мощность нагрузки); электрический коэффициент полезного действия генератора; коэффициент полезного действия генератора как электромеханического преобразователя; электроэнергию, которую потребит нагрузка за 100 ч.
Построить в масштабе по двум точкам внешнюю характеристику генератора.
1. Составляем расчётную схему, состоящую из якорной цепи и цепи возбуждения:
 |
2. Определяем силу тока в якорной цепи:
.
3. Определяем мощность, развиваемую генератором:
.
4. Определяем потери мощности в обмотке якоря:
.
5. Определяем силу тока в цепи возбуждения:
.
6. Определяем потери мощности в цепи возбуждения:
.
7. Определяем потери мощности в механической системе:
.
8. Определяем потери мощности в магнитопроводе:
.
9. Определяем добавочные потери мощности в генераторе:
.
10. Определяем суммарные потери мощности в генераторе:
.
11. Определяем мощность, отдаваемую генератором в сеть (мощность нагрузки):
.
12. Определяем электрический коэффициент полезного действия генератора:
.
13. Определяем коэффициент полезного действия генератора
как электромеханического преобразователя:
.
14. Определяем электроэнергию, которую потребит нагрузка за 100 ч:
.
15. Рассчитываем и строим внешнюю характеристику генератора:
U = Е – RяIя = 300 – 1,5×Iя.
| U, В |
| Iя , А |
Вопросы для самоконтроля
1. Составьте принципиальную электрическую схему управления генератором
постоянного тока параллельного возбуждения.
2. Поясните, как регулируется напряжение на зажимах генератора
при изменении нагрузки, используя внешнюю характеристику генератора
и принципиальную схему управления.
Задания для самоконтроля
К генератору постоянного тока независимого возбуждения при неизменной угловой скорости подводится механическая мощность равная 5,0 кВт.
Генератор развивает электродвижущую силу равную 240 В. Сопротивление
обмотки якоря генератора (включая сопротивление щёток) равно 0,5 Ом.
Сопротивление цепи возбуждения равно 220 Ом. На зажимы цепи возбуждения подаётся напряжение равное 220 В.
К генератору подключена нагрузка сопротивлением 11,5 Омс помощью идеальной линии электропередачи. Потери мощности в механической системе генератора составляют 0,5 % от подводимой к валу мощности. Потери мощности в магнитопроводе генератора составляют 1,0 %от подводимой к валу мощности. Добавочные потери мощности в генераторе составляют 0,2 % от подводимой к валу мощности.
1. Составить расчётные схемы якорной цепи с нагрузкой и цепи возбуждения.
2. Определить силу тока в якорной цепи.
3. Определить мощность, развиваемую генератором.
4. Определить потери мощности в обмотке якоря.
5. Определить силу тока в обмотке возбуждения.
6. Определить потери мощности в обмотке возбуждения
7. Определить потери мощности в механической системе.
8. Определить потери мощности в магнитопроводе.
9. Определить добавочные потери мощности в генераторе.
10. Определить суммарные потери мощности в генераторе.
11. Определить мощность, отдаваемую генератором в сеть
(мощность нагрузки).
12. Определить электрический коэффициент полезного действия генератора.
13. Определить коэффициент полезного действия генератора
как электромеханического преобразователя.
14. Построить в масштабе по двум точкам внешнюю характеристику генератора.
15. Определить напряжение на зажимах генератора
при силе тока в якорной цепи равной 10 А.
16. Определить электроэнергию, которую потребит нагрузка за 10 ч.
Генератор постоянного тока независимого возбуждения
Схема включения генератора независимого возбуждения показана на рис. 28.2, а. Реостат rрг, включенный в цепь возбуждения, дает возможность регулировать ток Iв 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(IВ) генератор работает в режиме х.х. (Ia = 0). Установив номинальную частоту вращения и поддерживая ее неизменной, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения Iв от нулевого значения до +Iв = Oa, при котором напряжение х.х. U0 = 1.15Uном . 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 -Iв = 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 -Iв = Oб до Iв = 0, а затем увеличивают его до значения +Iв = 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(IВ) 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 Iв 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 Uном, отложить вверх отрезок аb, равный IaΣr, 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 IВ1 = IВ.ном напряжение на выводах U0 = de ; с подключением нагрузки (при неизменном токе возбуждения) напряжение генератора снизится до значения Uном = ae . Таким образом, отрезок dа выражает значение напряжения ΔU = U0 — Uном при IВ1 = IВ.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 IaΣr, можно определить ЭДС генератора при заданном токе нагрузки: Ea = U + IaΣr. На рис. 28.3 эта ЭДС представлена отрезком bе. Электродвижущая сила генератора при нагрузке меньше, чем в режиме х.х. (bе
Уравнение внешней характеристики генератора
4.4. Генераторы постоянного тока
В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают генераторы:
— с независимым возбуждением;
— с параллельным возбуждением;
— с последовательным возбуждением (сериесный);
— со смешанным возбуждением (компаундный); он имеет две обмотки возбуждения; одна включена параллельно обмотке якоря, а другая — последовательно с нею и нагрузкой.
Генераторы малой мощности иногда выполняются с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.
В генераторе с независимым возбуждением (рис. 4.8а) ток возбуждения не зависит от тока якоря I а , который равен току нагрузки I н . Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1. 3 % от номинального тока якоря.
Основными характеристиками генератора являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.
Рис. 4.8. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением (а) и его характеристика холостого хода (б)
Характеристика холостого хода U 0 =f(I в ) при I н =0 и n=const (рис. 4.8б). Расхождение входящей и нисходящей ветвей характеристики объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. E ост составляет 2. 4 % от U ном.
Рис. 4.9. Внешняя (а) и регулировочная (б) характеристики генератора с независимым возбуждением
Внешней характеристикой называется зависимость U=f(I н ) при n=const и I н =const (рис. 4.9а). Под нагрузкой напряжение генератора
∑r — сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки).
С увеличением нагрузки напряжение U уменьшается по двум причинам:
— из-за падения напряжения во внутреннем сопротивлении ∑r машины;
— из-за уменьшения ЭДС E в результате размагничивающего действия реакции якоря.
Величина составляет 3. 8 %.
В генераторе с параллельным возбуждением (рис. 4.10а) обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на их зажимах, несмотря на изменение общей нагрузки генератора. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения.
Регулировочной характеристикой генератора (рис. 4.9б) называется зависимость тока возбуждения I в от тока якоря I а при постоянном напряжении U и скорости n. Такая характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянство напряжения на зажимах генератора. Эта кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх от оси абсцисс, вследствие влияния насыщения магнитопровода машины. Следовательно, в машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от самого генератора.
Рис. 4.10. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а); характер изменения ЭДС и тока возбуждения генератора в процессе возбуждения (б)
Самовозбуждение генератора возможно только при наличии гистерезиса в магнитной цепи.
При вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС Е ост , и по обмотке возбуждения начинает протекать ток. Если обмотка возбуждения включена так, что ее НС F в направлена согласно с НС остаточного магнетизма, то магнитный поток возрастает, увеличивая ЭДС Е, поток Ф и ток возбуждения I в . Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с I в =const, E=const, зависящими от величины сопротивления R в цепи возбуждения.
Для режима холостого хода генератора:
L — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря.
Зависимость e=f(i в ) представляет собой характеристику холостого хода генератора ОА, а прямая ОВ — ВАХ сопротивления R в (tgγ= R в ) (рис. 4.10б).
Пока имеется положительная разность (e-i в R в ) , член >0, т.е. происходит нарастание тока i в . Установившийся режим будет иметь место при =0, т.е. в точке С. При изменении величины сопротивления R в прямая ОВ изменяет свой угол γ, что приводит к изменению установившегося тока возбуждения I в0 , и соответствующего ему напряжения U 0 =E 0 . Параметры цепи подбираются так, чтобы в точке С обеспечивалась устойчивость режима самовозбуждения. При случайном изменении i в возникает соответствующая положительная или отрицательная разность (e-i в R в ) , стремящаяся изменить ток i в так, чтобы он стал снова равен I в0 .
Степень устойчивости рассматриваемого режима будет определяться производной:
β — σγξл пересечения характеристики ОА с прямой ОВ.
При увеличении R в до критического значения R в.кр. , соответствующего γ кр , угол β≈0 и режим самовозбуждения становится неустойчивым, при этом ЭДС генератора уменьшается до Е ост . Таким образом, для нормальной работы генератора с параллельным возбуждением необходимо, чтобы R в в.кр.
Внешняя характеристика генератора с самовозбуждением располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (рис. 4.11). Объясняется это тем, что в рассматриваемом генераторе напряжение уменьшается не только с ростом нагрузки и размагничивающего действия реакции якоря, но и вследствие уменьшения тока возбуждения , который зависит от напряжения U, т. е. от тока I н .
Рис. 4.11. Внешние характеристики генераторов с независимым (верхняя кривая) и параллельным (нижняя кривая) возбуждением
Ток короткого замыкания создается только ЭДС от остаточного магнетизма и составляет (0,4. 0,8) I ном .
Работа на участке ab внешней характеристики неустойчива.
Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и для генератора с независимым возбуждением.
В генераторе с последовательным возбуждением (рис. 4.12а) ток возбуждения I в =I а =I н .
Рис. 4.12. Схема генератора с последовательным возбуждением (а) и его внешняя характеристика (б)
Внешняя характеристика (кривая 1) и характеристика холостого хода (кривая 2) изображены на рис. 4.12б. Ввиду того, что в генераторе с последовательным возбуждением напряжение сильно изменяется при изменении нагрузки, такие генераторы практически не применяются. Их используют лишь при электрическом торможении двигателей с последовательным возбуждением, которые при этом переводятся в генераторный режим.
В генераторе со смешанным возбуждением имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Наличие двух обмоток при их согласном включении позволяет получать приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки. Подбирая число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение ΔU посл компенсировало суммарное падение напряжения ΔU при работе машины с одной только параллельной обмоткой, можно добиться, чтобы напряжение U при изменении тока нагрузки от нуля до I ном оставалось практически неизменным.
Генераторы постоянного тока имеют большей частью параллельное возбуждение. Обычно для улучшения внешней характеристики они снабжаются небольшой последовательной обмоткой (1-3 витка на полюс). При необходимости такие генераторы могут включаться и по схеме с независимым возбуждением.
Генераторы с независимым возбуждением используются только при большой мощности и низком напряжении. В этих машинах независимо от величины напряжения на якоре обмотка возбуждения рассчитывается на стандартное напряжение постоянного тока 110 или 220 В с целью упрощения регулирующей аппаратуры.
Характеристики генераторов независимого возбуждения
Характеристика холостого хода. Определяет зависимость напряжения U0 от тока возбуждения при Iа=0 и n=const. Для снятия этой характеристики собирается схема, показанная на рис. 1. Выключатель «Р» отключен, генератор разгоняется до номинальной частоты вращения, снятие характеристики начинают с Iв=0. При этом, ввиду наличия магнитного потока остаточного намагничивания, в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС Еост, величина которой обычно составляет (2…3)% от Uн генератора.
При увеличении тока в обмотке возбуждения от нуля до максимального значения, напряжение генератора возрастает по кривой 1.
Обычно ток возбуждения увеличивают до тех пор, пока напряжение на зажимах генератора не достигнет значения (1,1…1,25) Uн. Затем ток возбуждения уменьшают до нуля, изменяют его направление на обратное и вновь увеличивают до Iв= — Iвmax.. Напряжение при этом изменяется от +Umax до -Umax по кривой 2, которая называется нисходящей ветвью. Кривая 2 проходит выше кривой I, что объясняется процессами перемагничивания магнитной цепи. Далее изменяют ток возбуждения от -Iвmaxдо +Iвmax, при этом напряжение меняется от -Umax до +Umaxпо кривой 3, так называемой восходящей ветвью характеристики холостого хода. Кривые 2 и 3 образуют петлю гистерезиса, которая определяет свойства стали магнитной цепи машины. Проведя между ними среднюю линию 4, получают так называемую расчетную характеристику холостого хода, которой пользуются на практике.
Следует отметить, что при снятии характеристики холостого хода изменять ток возбуждения нужно только в одном направлении, чтобы точки принадлежали одной ветви.
Анализ характеристики холостого хода показывает, что начальная часть кривой представляет собой практически прямую линию, так как при малых токах Iвпочти вся МДС идет на преодоление магнитного сопротивления воздушного зазора. По мере увеличения тока Iви возрастания потока Ф сталь магнитопровода насыщается и зависимость U0= f(Iв) становится нелинейной.
Точка, соответствующая напряжению Uн, лежит обычно на перегибе характеристики холостого хода. Это связано с тем, что при работе на прямолинейном участке характеристики напряжение генератора неустойчиво, а в насыщенной части кривой ограничены возможности регулирования напряжения генератора. Таким образом характеристика холостого хода имеет важное значение для оценки свойств генератора.
Рис.3 — Нагрузочные характеристики генератора независимого возбуждения
Нагрузочные характеристики. Определяют зависимости напряжения от тока возбуждения при Iа=const и n=const. Схема для снятия этих характеристик та же, что и для снятия характеристики холостого хода, но в этом случае к генератору подключена нагрузка и по цепи якоря проводит постоянный по величине ток, а напряжение генератора меньше ЭДС вследствие 2-х причин — падения напряжения в цепи якоря Ia?r и размагничивающего действия реакции якоря. Поэтому все нагрузочные характеристики расположены ниже расчетной характеристики холостого хода (рисунок 2.4). Можно считать, что характеристика холостого хода есть частный случай нагрузочной характеристики при I = 0. Обычно нагрузочную характеристику снимают при Iа = Iн.
Внешняя характеристика. Определяет зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки I, т.е. U=f(I) при n=const и Iв=const, что при независимом возбуждении равносильно условию rв=const .
Внешняя характеристика генератора снимается по схеме рис. 4.
Сначала доводят скорость генератора до номинальной частоты вращения, и возбудив генератор, нагружают его до номинальной нагрузки. При этом устанавливают такой ток возбуждения Iв=Iвн, чтобы при токе нагрузки I=Iн напряжение на генераторе было равно номинальному Uн. Затем постепенно уменьшают нагрузку до нуля и снимают показания приборов. По мере уменьшения нагрузки напряжение на генераторе будет возрастать по двум причинам — из-за уменьшения падения напряжения в цепи обмотки якоря Iа?r и уменьшения размагничивающего действия реакции якоря. При переходе к холостому ходу (I=0) напряжение возрастает на величину DUн (рис. 5), которая называется номинальным изменением напряжения генератора и определяется по формуле:
ГОСТ регламентирует величину изменения напряжения генератора (у генераторов независимого возбуждения
DUн =(5…10)% ).При коротком замыкании генератора, т.е. уменьшении сопротивления нагрузки до нуля, напряжение на его зажимах падает до нуля (U=0), а ток короткого замыкания во много раз превосходит номинальный Iкз=(6…15)Iн. Поэтому режим короткого замыкания для генераторов независимого возбуждения является очень опасным, особенно для коллектора и щеточного аппарата из-за возможности возникновения сильного искрения или кругового огня.
Регулировочная характеристика. Определяет зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки I , т.е. Iв=f(I) при n=const и U=const (рис. 6).
Рис. 6 — Регулировочная характеристика генератора
Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение на генераторе оставалось неизменным по величине.
С увеличением нагрузки ток возбуждения необходимо увеличивать чтобы скомпенсировать увеличение падения напряжения на обмотке якоря Ia? r и размагничивающее действие реакции якоря. При переходе от холостого хода к номинальной нагрузке увеличение тока возбуждения составляет (10…15)%.
Характеристика короткого замыкания. Определяет зависимость тока цепи якоря I от тока возбуждения I=f(Iв) при U=0 и n =const Для снятия этой характеристики зажимы генератора замыкают накоротко, разгоняют генератор до номинальной частоты вращения и увеличивая ток возбуждения от нуля доводят ток якоря до Iкз=( 1,25..1,5) Iн .
Рис. 7 — Характеристика короткого замыкания.
По полученным данным строят характеристику короткого замыкания (рис.7). Эта характеристика носит вспомогательный характер и при испытании генератора обычно не снимается.
Внешняя, регулировочная и характеристика короткого замыкания генератора постоянного тока с независимым возбуждением
Внешняя характеристика генератора
Для того чтобы снять внешнюю характеристику генератора постоянного тока с независимым возбуждением, приводим генератор во вращение, и с помощью обмотки возбуждения устанавливаем ток Iв таким, чтобы получить Uхх. Затем с помощью ключа K подключаем сопротивление нагрузки и изменяем ток в цепи якоря. Снимаем внешнюю характеристику.
Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением для получения нагрузочной, внешней и регулировочной характеристик.
Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением.
Напряжение на якоре генератора у внешней характеристики снижается по тем же причинам, что и у нагрузочной характеристики.
Регулировочная характеристика генератора
Регулировочная характеристика снимается в следующей последовательности: генератор приводится во вращение от постороннего источника механической энергии, и с помощью тока в обмотке возбуждения на якоре генератора устанавливается напряжение на 20-25% меньше номинального. Делается это для того чтобы иметь возможность регулировать ток в обмотке возбуждения до номинального значения. Напряжение будет поддерживаться постоянным в течение всего опыта. Затем подключают нагрузку к обмотке якоря. Как только будет подключена нагрузка, по якорю начнет протекать ток I1. В результате протекания тока уменьшится напряжение на якоре генератора. Чтобы поднять напряжение до установленного постоянного значения, нужно увеличить ток в обмотке возбуждения, чтобы напряжение опять стало максимальным, и произвести замеры тока якоря и тока статора.
Регулировочная характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением.
Регулировочная характеристика имеет две ветви: восходящую и нисходящую. В результате перемагничивания магнитной системы на нисходящей ветви требуется меньшее значение тока возбуждения при одном и том же значении тока нагрузки для установления требуемого постоянного напряжения.
Характеристика короткого замыкания генератора
Схема испытания генератора в режиме короткого замыкания такая же, как и в режиме холостого хода, но вместо вольтметра в цепи якоря нужно установить амперметр.
Схема генератора постоянного тока с независимым возбуждением для получения характеристики короткого замыкания.
Как только генератор, якорь которого замкнут через амперметр, будет приведен во вращение от источника механической энергии, по обмотке якоря уже при токе возбуждения равным нулю, начнет протекать ток. Этот ток вызван остаточным магнетизмом и составляет приблизительно 30-40% от номинального тока.
Из-за наличия остаточного магнетизма, категорически запрещается проводить какие-либо работы на машинах постоянного тока, у которого вращается якорь.
Увеличиваем ток в обмотке возбуждения до тех пор, пока ток в якоре не достигнет номинального значения.
На этом опыт короткого замыкания заканчивается.
Так как ток в обмотке возбуждения будет значительно меньше номинального, магнитная система будет не насыщена, и характеристика короткого замыкания представляет собой прямую линию.
Характеристика короткого замыкания генератора постоянного тока с независимым возбуждением.
