СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими основными величинами являются: 1) напряжение на зажимах U, 2) ток возбуждения i_в, 3) ток якоря I_a или ток нагрузки I, 4) скорость вращения n.

Обычно генераторы работают при n=const. Поэтому основные характеристики генераторов определяются при n=n_и= const.

Существует пять основных характеристик генераторов: 1) холостого хода, 2) короткого замыкания, 3) внешняя, 4) регулировочная, 5) нагрузочная.

Все характеристики могут быть определены как экспериментальным, так и расчетным путем.

Магнитная характеристика генератора постоянного тока. Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения создает магнитные потоки полюсов. Зависимость магнитного потока Ф от тока возбуждения i_в называется магнитной характеристикой. Ее получает экспериментальным путем. Магнитная характеристика представляет собой узкую петлю гистерезиса, т.к. магнитопровод машины выполнен из магнитомягкого материала. Начальная, прямолинейная, часть магнитной характеристики соответствует ненасыщенному состоянию магнитной цепи. Строить машину с ненасыщенной магнитной цепью невыгодно, т.к машина получится тяжелой. Нецелесообразно также строить машину с чрезвычайно насыщенной магнитной цепью, т.к. необходимо выполнить мощную обмотку возбуждения и с большими потерями мощности на возбуждение.

По этим причинам электрические машины изготовляются с умеренным насыщением при номинальном режиме. При этом рабочая точка лежит несколько выше колена магнитной характеристики (около точки С на рис.6-5).

Поскольку n=const, а формула нахождения E =c_enФ, то ясно, что зависимость Ф=f(i_в) подобна зависимости Е=f(i_в), где последняя является характеристикой холостого хода генератора.

Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хода Е=f(i_в) при I=0 и n=const определяет зависимость ЭДС или напряжения якоря от тока возбуждения. Характеристика снимается экспериментально.

Снятие характеристики целесообразно начинать с максимального значения тока возбуждения и ЭДС (напряжения) – точка а - и значения тока менять только в указанном на рис. 6-6 стрелками направлении. В итоге при снятии характеристики вернемся в точку а, в итоге характеристика холостого хода имеет вид неширокой гистерезисной петли вследствие явления гистерезиса в магнитной цепи индуктора.

Самовозбуждение генератора постоянного тока. При отсутствии тока в обмотке возбуждения, в якоре наводится небольшая ЭДС (около 3÷5% от номинального значения ЭДС) за счет остаточной намагниченности машины. Остаточный поток такой величины практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машину или машину, которая по каким-либо причинам размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.

При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая ЭДС, индуктируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке возбуждения малый ток i_в. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно увеличение ЭДС, которая в свою очередь обуславливает дальнейшее увеличение i_в, и т.д. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет установившегося значения. С насыщением цепи рост ЭДС замедляется. Процесс возбуждения длится 1-2 минуты, после чего к генератору можно подключить нагрузку.

Очевидно, самовозбуждение генератора постоянного тока происходит при соблюдении следующих условий: 1) наличие остаточного магнитного потока полюсов; 2) подключение обмотки к якорю должно быть таким, чтобы направления остаточного и возбуждаемого потоков, складывались; 3) скорость вращения якоря должна иметь номинальное значение.

Эксплуатационные характеристики генератора. Практический интерес представляют два качества генератора как источника питания: 1) степень постоянства напряжения при росте тока через нагрузку; 2) возможность плавного регулирования этого напряжения.

Представления об этих качествах дают характеристики холостого хода Е=f(i_в) и внешней нагрузки U=f(I).

Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения U=f(I) при i_в=const и n=const (рис.6-8) 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 и уменьшения ЭДС ввиду уменьшения потока под воздействием поперечной реакции якоря. При дальнейшем увеличении тока напряжение начинает падать быстрее. Точка внешней характеристики с U=0 определяет величину тока короткого замыкания машины при полном возбуждении. Этот ток в 5-15 раз превышает I_н. Такое короткое замыкание весьма опасно, так как возникает круговой огонь, а также большие механические усилия и моменты вращения. В режиме нагрузки напряжение генератора

(6-1)

где ΣR _а — сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (обмоток якоря, добавочных полюсов и компенсационной).

Достоинство генераторов с независимым возбуждением — возможность плавного регулирования напряжения в широких пределах от нуля до U_max путем изменения тока возбуждения и сравнительно малое изменение напряжения под нагрузкой.Однако для питания обмотки возбуждения таких генераторов требуются внешние источники постоянного тока.

Независимое возбуждение имеют генераторы высокого напряжения, низкого (но с большими токами), тахогенераторы.

Тахогенераторы представляют собой маломощные электрические генераторы (обычно до 10÷50 вт), которые служат в системах автоматики для преобразования скорости вращения в электрический сигнал. От тахогенераторов требуется линейная зависимость напряжения от частоты вращения.

Генераторы с независимым возбуждением используют только при большой мощности, а также при малой мощности, на низком напряжении. Независимо от значения напряжения на якоре обмотку возбуждения рассчитывают на стандартное напряжение постоянного тока 110 или 220 В для упрощения регулирующей аппаратуры.

Характерной особенностью внешней характеристики генератора параллельного возбуждения является то, что при некотором максимальном значении тока (точка а на рис. 6-10) она делает петлю и приходит в точку б на оси абцисс, которая соответствует установившемуся току короткого замыкания. Этот ток также опасен и для этого генератора. При установившемся коротком замыкании якоря ток I _к генератора с параллельным возбуждением сравнительно мал.

Генератор смешанного возбуждения самовозбуждается так же, как и генератор параллельного возбуждения и их характеристики холостого хода аналогичны. В этом генераторе имеются две обмотки возбужде­ния: основная (парал­лельная) и вспомогатель­ная (последовательная). Согласное включение двух обмоток позволяет полу­чить приблизительно по­стоянное напряжение ге­нератора при изменении нагрузки.

Внешнюю хара­ктеристику генератора (рис.6-11) в первом приближении можно представить в виде сум­мы характеристик, создаваемых каждой из обмоток воз­буждения. При включении одной параллельной обмотки, по которой проходит ток возбуждения I _в1, напряжение генератора U постепенно уменьшается с увеличением тока нагрузки I _н (кривая 1). При включении одной последователь­ной обмотки, по которой проходит ток возбуждения I _в2 = I_н, напряжение возрастает с увеличением тока I _н (кривая 2).

Подбирая число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение ΔU_посл компенсировало суммарное падение напряжения Δ U при работе машины с одной только параллельной обмоткой, можно добиться, чтобы напряжение U при изменении тока нагрузки от нуля до I _ном оставалось почти неизменным (кривая 3). Практически оно изменяется в пределах 2...3%. Увеличивая число витков последовательной обмотки, можно получить характеристику, при которой напряжение U_HOM > U_o (кривая 4); такая характеристика обеспечивает компенсацию падения напряжения не только во внутреннем сопротивлении Σ R_a генератора, но и в линии, соединяющей его с нагруз­кой. Если последовательную обмотку включить так, чтобы МДС была направлена против МДС параллельной обмотки (встречное включение), то внешняя характеристика генера­тора при большом числе витков последовательной обмотки будет крутопадающей (кривая 5). Встречное включение последовательной и параллельной обмоток возбуждения применяют в сварочных генераторах и других специальных машинах, где требуется ограничить ток короткого замыкания.

Поиск по сайту: