Основные характеристики генератора постоянного тока – билеты_ЭМ / 10.Генератор постоянного тока с независимым возбуждением принцип действия, характеристики

Содержание

43. Основные величины и уравнения характеризующие генераторы постоянного тока

Основными величинами, характеризующими работу генераторов постоянного тока, являются: вырабатываемая мощность Р, напряжение на выводах U, ток возбуждения , ток якоря  или ток нагрузки /, частота вращения п (обычно n = const).

Зависимость между этими величинами описывается двумя уравнениями:

а) уравнением ЭДС

;

б) уравнением электрического состояния цепи якоря

U = E  RЯIЯ (1.3)

Последнее уравнение, определяющее напряжение на выводах генератора, показывает, что направление ЭДС и тока в якоре генератора совпадают.

Основными характеристиками, определяющими свойст­ва генераторов, являются:

Ø  характеристика холостого хода (XXX) — зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при постоянной частоте вращения: E=f(IВ) при  I = 0 и n = nном = const;

Ø  внешняя характеристика — зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной частоте вращения: U=f(I) при RВ = const и n = const ;

Ø регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения IВ от тока нагрузки IIВ = f(I)при условии поддержания постоянного напряжения на выводах генератора (U = const)  и  n = n

ном = const.

44.Характеристики режимов работы(холостого хода,нагрузочные,внешние,регулировочные)

Рис.121. Характеристики генератора с независимым возбуждением: а — холостого хода; б — внешняя; в — регулировочная

Регулировочная характеристика генератора (рис. 121, в) представляет собой зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки Iн при неизменном напряжении U и частоте вращения п. Она показывает, как надо регулировать ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки. Очевидно, что в этом случае по мере роста нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.

Характеристика холостого хода генератора (рис. 121, а) — зависимость напряжения U0 при холостом ходе от тока возбуждения Iв при отсутствии нагрузки Rн т. е. при Iн = Iя = 0 и при постоянной частоте вращения п. При холостом ходе, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение генератора U0 равно его э. д. с. Е0 = сЕФn.

Внешняя характеристика генератора (рис. 121,6) представляет собой зависимость напряжения U от тока нагрузки Iн = Iя при постоянных частоте вращения п и токе возбуждения Iв. Напряжение генератора U всегда меньше его э. д. с. Е на значение падения напряжения Iя?Rя во всех обмотках, включенных последовательно в цепь якоря.

Нагрузочная характеристика .U = = / (гв) при / = const и п — const (кривая 2 на рис. 9-10) по виду схожа с х. х. х. (кривая 1 на рис. 9-10) и проходит несколько ниже х. х. х. вследствие падения напряжения в цепи якоря и влияния реакции якоря. X. х. х. представляет собой предельный случай нагрузочной характеристики, когда 1 = 0. Обычно нагрузочную характеристику снимают при 1=1

45.Механические и рабочие характеристики.

Механические характеристики.

Механические характеристики двигателей принято подразделять на естественные и искусственные. Естественная характеристика соответствует номинальному напряжению питания и отсутствию добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя. Если хотя бы одно из перечисленных условий не выполняется, характеристика называется искусственной.

Уравнения электромеханической ω=f(I я) и механической ω=f(M эм.) характеристик могут быть найдены из уравнения равновесия ЭДС и напряжений для якорной цепи двигателя, записанного на основании второго закона Кирхгофа:

U я=E я+I я)(R я+R д), (5.35)

где R я – активное сопротивление якоря.

Семейство механических характеристик при номинальном напряжении на якоре и потоке возбуждения и различных добавочных сопротивлениях в цепи якоря изображено на рис. 5.20,а.

Рабочие характеристики.

Рабочие характеристики двигателя – это зависимости угловой скорости ω, электромагнитного Мэм. и полезного М2 моментов и кпд η от полезной механической мощности на валу двигателя P2=M2ω при номинальном напряжении питания и отсутствии добавочных сопротивлений (рис. 5.20,б).

Однако у рассматриваемых двигателей рабочие характеристики построены не в функции полезной мощности двигателя P2, а в функции тока якоря Iя. Объясняется это тем, что в двигателях постоянного тока электрическая мощность, идущая на преобразование в механическую, поступает через цепь якоря.

46.Устройство , принцип действия асихроннного двигателя Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. Станина выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов , из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка. Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия. Принцип работы асинхронных двигателей основан на опыте Араго. Если под горизонтально подвешенным на нити диском из проводящего немагнитного материала (например, из меди) поместить вращающийся подковообразный магнит, то диск начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит.

Это явление объясняется следующим образом. Вращающееся магнитное поле, создаваемое магнитом, индуцирует в диске замкнутые вихревые токи. Эти вихревые токи, в соответствии с законом Ампера, взаимодействуют с вращающимся магнитным полем, благодаря чему создается вращающий момент. Диск начинает вращаться в ту же сторону, что и поле, причем по мере увеличения скорости диска скорость диска относительно поля уменьшается, что приводит к уменьшению величины индукционных токов в диске и вращающего момента. Диск начинает приостанавливаться, и скорость диска относительно поля увеличивается, что приводит к повышению величины индукционных токов в диске и вращающего момента. В конце концов установится равновесие, при котором диск будет вращаться с некоторой постоянной скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля, т.е. вращение диска будет асинхронным.

47. Вращающееся магнитное поле. Обычно под вращающимся магнитным полем понимается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью. Впрочем, вращающимися называют и магнитные поля магнитов, вращающихся относительно оси, не совпадающей с их осью симметрии (например, магнитные поля звезд или планет).

Вращающееся магнитное поле создают, накладывая два или более разнонаправленных переменных, зависящих от времени по синусоидальному закону, магнитных поля одинаковой частоты, но сдвинутых друг относительно друга по фазе.

Разность фаз для двухфазных систем (два перпендикулярных электромагнита) должна составлять 90°, а для 3-фазных (три электромагнита, направленных в одной плоскости под углом 120° друг к другу) 120

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с самовозбуждением

Генераторы постоянного тока имеют параллельное возбуждение. Обмотки полюсов включены на якорную обмотку через сопротивление угольного столба. Генератор работает на самовозбуждении за счет остаточной намагниченности железа полюсов.

Внешняя характеристика (рис.3.4.а.) представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора Ù от тока нагрузки Iн при постоянной скорости вращения n и постоянном сопротивлении цепи возбуждения Rв, т. е.

U = f (Iя) при n = const и Rв = const.

Верхняя кривая для максимальных объектов — нижняя для минимальных. Из рассмотрения кривых видно, что с увеличением тока нагрузки (уменьшением сопротивления во внешней цепи) напряжение генератора уменьшается и внешняя характеристика генератора, работающего на самовозбуждении, имеет характерный изгиб влево. Снижение напряжения при нагрузке обусловлено тремя причинами: омическим падением напряжения в якоре, реакцией якоря и уменьшением тока возбуждения, вызванным понижением напряжения на зажимах генератора.

Рис. 3.4. Внешняя характеристика ГПТ:

а) без регулятора напряжения;

б) с регулятором напряжения.

При токе нагрузки, меньше номинального, напряжение уменьшается медленно. В этом случае уменьшение напряжения происходит в основном вследствие увеличения омического падения напряжения в якоре. Реакция якоря при такой нагрузке почти полностью компенсируется дополнительными полюсами, а уменьшение тока возбуждения незначительно и почти не оказывает влияния на уменьшение напряжения.

При токах нагрузки, больших номинального, сильное влияние начинает оказывать реакция якоря, так как дополнительные полюса не могут компенсировать ее размагничивающего действия.

Влияние этих двух причин приводит к быстрому уменьшению напряжения, а, следовательно, и к значительному уменьшению тока возбуждения генератора, что в свою очередь усиливает снижение ЭДС и напряжения генератора.

Такой быстрый спад напряжения приводит к тому, что напряжение уменьшается в большей степени, чем сопротивление внешней цепи R. Поэтому ток нагрузки, равный Iя = U/R достигнув своего максимального значения, начинает уменьшаться.

Максимальный ток, который может быть получен от генератора при данной скорости вращения и при данном сопротивлении цепи возбуждения, называется критическим током (I

кр). При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки до нуля ток нагрузки уменьшается до величины тока короткого замыкания Iкз, которая определяется величиной остаточной ЭДС. По величине токи короткого замыкания (КЗ) близки к номинальному току генератора.

Авиационные генераторы работают в комплекте с регуляторами напряжения, которые, начиная с холостого хода и до определенной нагрузки, поддерживают напряжение генераторов практически постоянным, равным номинальному значению (рис. 3.4.б). Напряжение на зажимах генератора начинает изменяться только после прекращения действия регулятора. Характер изменения напряжения в этом случае будет таким же, как и без регуляторов напряжения.

Авиационные генераторы постоянного тока типа СТГ.

Генератор может использоваться как электрический стартер при запуске маршевого авиадвигателя. В процессе запуска он работает как электродвигатель, после запуска — переводится в режим генератора.

Для использования стартер — генератора в стартерном и генераторном режимах он соединяется с газотурбинным авиадвигателем с помощью автоматически переключающегося редуктора, который при запуске передает вращающий момент от стартер — генератора на авиадвигатель, а после запуска — от авиадвигателя к стартер — генератору. Этот редуктор может быть встроенным в авиадвигатель, либо в стартер-генератор (например, в СТГ-18ТМО-1000).

Стартер — генераторы типа СТГ для обеспечения работы в двух режимах имеет в своей конструкции специальный привод, в который входит редуктор и две муфты. Кинематическая схема генератора СТГ показана на рис. 3.5.

Рис. 3.5 Кинематическая схема генератора типа СТГ.

Муфта — это механизм временного соединения валов. М1 -это обгонная муфта, М2 — муфта сцепления — расцепления. Одновременно они не могут приходить в зацепление. В зацепление они приходят — автоматически, в зависимости от направления приложения крутящего момента. В генераторном режиме момент приложен со стороны АД, при этом в зацеплении находится муфта М1. В стартерном режиме момент приложен со стороны якоря генератора, при этом в зацеплении находится муфта М2, а вращение передается через понижающий редуктор.

Схема обгонной муфты приведена на рис. 3.6, схема муфты сцепления — расцепления — на рис. 3.7.

Рис.3.6. Обгонная муфта.

Обгонная муфта выполнена на хвостовой части гибкого вала, который имеет углубления. В углублениях находятся ролики (2). При крутящем моменте на гибком валу против часовой стрелки ролики заклиниваются между гибким (1) и полым (2) валом. При крутящем моменте на полом валу (в стартерном режиме) против часовой стрелки, ролики утопают в углубления и выходят из зацепления.

Рис. 3.7. Муфта сцепления — расцепления

Муфта сцепления — расцепления имеет неподвижное храповое колесо (2) и храповик (1) с пружиной на валу. При крутящем моменте на валу против часовой стрелки (в стартерном режиме) храповик приходит в зацепление. При вращении вала по часовой стрелке (генераторный режим) зацепления нет, при этом храповик объезжает зубья храпового колеса. На небольших оборотах вращения слышны щелчки храповика, например, при вращении винта по ходу вращения от руки. На больших оборотах вращения, когда работает АД, противовес храповика под действием центробежных сил сживает пружину, а храповик прижимается к валу и не объезжает зубья.

На некоторых приводах используют ППМ. Конструкция ППМ показана на рис. 3.8.

Рис. 3.8 Предельная предохранительная муфта.

Она состоит из трех частей: левой половинки (1), которая вставляется в шестерню редуктора АД, правой половинки (3), которая надевается на гибкий вал генератора, стержня с проточкой посередине(2). Вал с половинками соединен штифтами (4). Половинки между собой соединяются скошенными с одной стороны зубьями. В стартерном режиме момент от правой половинки к левой передается через зубья, при этом стержень не работает. В генераторном режиме момент от левой половинки к правой передается через стержень. Если якорь заклинит, то стержень ломается по проточке. При повороте половинок зубья приходят в соприкосновение скошенными сторонами, при этом половинки разойдутся, а механическая связь прервется.

Безколлекторные генераторы постоянного тока

Н

Рис. 3.9. Схема бесколлекторного генератора постоянного тока.

аличие скользящего контакта между коллектором и щетками в генераторах постоянного тока снижает надежность работы электрической машины, особенно на больших высотах полета, при низком атмосферном давлении. Для устранения этого недостатка в последнее время на ВС в энергосистемах постоянного тока разработаны безколлекторные генераторы постоянного тока.Безколлекторный генератор (рис. 3.9.) представляет собой трехфазный синхронный генератор с рабочей обмоткой РОГ, расположенной в пазах статора, и вращающейся обмоткой возбуждения ОВГ, расположенной на роторе. Питание обмотки возбуждения генератора осуществляется от возбудителя, рабочая обмотка которого РОВ и выпрямители ВВ расположены на одном валу и вращаются вместе с индуктором генератора. Возбудитель представляет собой шестифазный синхронный генератор, обмотка возбуждения которого ОВВ расположена на статоре и питается от главного генератора через регулятор напряжения. На корпусе генератора устанавливаются выпрямители ВГ, и через них генератор осуществляет питание бортовой сети постоянным током напряжением 28,5 В.

В приведенной схеме взаимодействие элементов генератора между собой осуществляется без скользящих контактов.

Относительный вес бесколлекторных генераторов (вес на единицу мощности) составляет около 2 кГ/кВт.

АППАРАТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с самовозбуждением

Генераторы постоянного тока имеют параллельное возбуждение. Обмотки полюсов включены на якорную обмотку через сопротивление угольного столба. Генератор работает на самовозбуждении за счет остаточной намагниченности железа полюсов.

Внешняя характеристика (рис.3.4.а.) представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора Ù от тока нагрузки Iн при постоянной скорости вращения n и постоянном сопротивлении цепи возбуждения Rв, т. е.

U = f (Iя) при n = const и Rв = const.

Верхняя кривая для максимальных объектов — нижняя для минимальных. Из рассмотрения кривых видно, что с увеличением тока нагрузки (уменьшением сопротивления во внешней цепи) напряжение генератора уменьшается и внешняя характеристика генератора, работающего на самовозбуждении, имеет характерный изгиб влево. Снижение напряжения при нагрузке обусловлено тремя причинами: омическим падением напряжения в якоре, реакцией якоря и уменьшением тока возбуждения, вызванным понижением напряжения на зажимах генератора.

Рис. 3.4. Внешняя характеристика ГПТ:

а) без регулятора напряжения;

б) с регулятором напряжения.

При токе нагрузки, меньше номинального, напряжение уменьшается медленно. В этом случае уменьшение напряжения происходит в основном вследствие увеличения омического падения напряжения в якоре. Реакция якоря при такой нагрузке почти полностью компенсируется дополнительными полюсами, а уменьшение тока возбуждения незначительно и почти не оказывает влияния на уменьшение напряжения.

При токах нагрузки, больших номинального, сильное влияние начинает оказывать реакция якоря, так как дополнительные полюса не могут компенсировать ее размагничивающего действия.

Влияние этих двух причин приводит к быстрому уменьшению напряжения, а, следовательно, и к значительному уменьшению тока возбуждения генератора, что в свою очередь усиливает снижение ЭДС и напряжения генератора.

Такой быстрый спад напряжения приводит к тому, что напряжение уменьшается в большей степени, чем сопротивление внешней цепи R. Поэтому ток нагрузки, равный Iя = U/R достигнув своего максимального значения, начинает уменьшаться.

Максимальный ток, который может быть получен от генератора при данной скорости вращения и при данном сопротивлении цепи возбуждения, называется критическим током (Iкр). При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки до нуля ток нагрузки уменьшается до величины тока короткого замыкания Iкз, которая определяется величиной остаточной ЭДС. По величине токи короткого замыкания (КЗ) близки к номинальному току генератора.

Авиационные генераторы работают в комплекте с регуляторами напряжения, которые, начиная с холостого хода и до определенной нагрузки, поддерживают напряжение генераторов практически постоянным, равным номинальному значению (рис. 3.4.б). Напряжение на зажимах генератора начинает изменяться только после прекращения действия регулятора. Характер изменения напряжения в этом случае будет таким же, как и без регуляторов напряжения.

Авиационные генераторы постоянного тока типа СТГ.

Генератор может использоваться как электрический стартер при запуске маршевого авиадвигателя. В процессе запуска он работает как электродвигатель, после запуска — переводится в режим генератора.

Для использования стартер — генератора в стартерном и генераторном режимах он соединяется с газотурбинным авиадвигателем с помощью автоматически переключающегося редуктора, который при запуске передает вращающий момент от стартер — генератора на авиадвигатель, а после запуска — от авиадвигателя к стартер — генератору. Этот редуктор может быть встроенным в авиадвигатель, либо в стартер-генератор (например, в СТГ-18ТМО-1000).

Стартер — генераторы типа СТГ для обеспечения работы в двух режимах имеет в своей конструкции специальный привод, в который входит редуктор и две муфты. Кинематическая схема генератора СТГ показана на рис. 3.5.

Рис. 3.5 Кинематическая схема генератора типа СТГ.

Муфта — это механизм временного соединения валов. М1 -это обгонная муфта, М2 — муфта сцепления — расцепления. Одновременно они не могут приходить в зацепление. В зацепление они приходят — автоматически, в зависимости от направления приложения крутящего момента. В генераторном режиме момент приложен со стороны АД, при этом в зацеплении находится муфта М1. В стартерном режиме момент приложен со стороны якоря генератора, при этом в зацеплении находится муфта М2, а вращение передается через понижающий редуктор.

Схема обгонной муфты приведена на рис. 3.6, схема муфты сцепления — расцепления — на рис. 3.7.

Рис.3.6. Обгонная муфта.

Обгонная муфта выполнена на хвостовой части гибкого вала, который имеет углубления. В углублениях находятся ролики (2). При крутящем моменте на гибком валу против часовой стрелки ролики заклиниваются между гибким (1) и полым (2) валом. При крутящем моменте на полом валу (в стартерном режиме) против часовой стрелки, ролики утопают в углубления и выходят из зацепления.

Рис. 3.7. Муфта сцепления — расцепления

Муфта сцепления — расцепления имеет неподвижное храповое колесо (2) и храповик (1) с пружиной на валу. При крутящем моменте на валу против часовой стрелки (в стартерном режиме) храповик приходит в зацепление. При вращении вала по часовой стрелке (генераторный режим) зацепления нет, при этом храповик объезжает зубья храпового колеса. На небольших оборотах вращения слышны щелчки храповика, например, при вращении винта по ходу вращения от руки. На больших оборотах вращения, когда работает АД, противовес храповика под действием центробежных сил сживает пружину, а храповик прижимается к валу и не объезжает зубья.

На некоторых приводах используют ППМ. Конструкция ППМ показана на рис. 3.8.

Рис. 3.8 Предельная предохранительная муфта.

Она состоит из трех частей: левой половинки (1), которая вставляется в шестерню редуктора АД, правой половинки (3), которая надевается на гибкий вал генератора, стержня с проточкой посередине(2). Вал с половинками соединен штифтами (4). Половинки между собой соединяются скошенными с одной стороны зубьями. В стартерном режиме момент от правой половинки к левой передается через зубья, при этом стержень не работает. В генераторном режиме момент от левой половинки к правой передается через стержень. Если якорь заклинит, то стержень ломается по проточке. При повороте половинок зубья приходят в соприкосновение скошенными сторонами, при этом половинки разойдутся, а механическая связь прервется.

Безколлекторные генераторы постоянного тока

Н

Рис. 3.9. Схема бесколлекторного генератора постоянного тока.

аличие скользящего контакта между коллектором и щетками в генераторах постоянного тока снижает надежность работы электрической машины, особенно на больших высотах полета, при низком атмосферном давлении. Для устранения этого недостатка в последнее время на ВС в энергосистемах постоянного тока разработаны безколлекторные генераторы постоянного тока.Безколлекторный генератор (рис. 3.9.) представляет собой трехфазный синхронный генератор с рабочей обмоткой РОГ, расположенной в пазах статора, и вращающейся обмоткой возбуждения ОВГ, расположенной на роторе. Питание обмотки возбуждения генератора осуществляется от возбудителя, рабочая обмотка которого РОВ и выпрямители ВВ расположены на одном валу и вращаются вместе с индуктором генератора. Возбудитель представляет собой шестифазный синхронный генератор, обмотка возбуждения которого ОВВ расположена на статоре и питается от главного генератора через регулятор напряжения. На корпусе генератора устанавливаются выпрямители ВГ, и через них генератор осуществляет питание бортовой сети постоянным током напряжением 28,5 В.

В приведенной схеме взаимодействие элементов генератора между собой осуществляется без скользящих контактов.

Относительный вес бесколлекторных генераторов (вес на единицу мощности) составляет около 2 кГ/кВт.

АППАРАТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Классификация генераторов постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока производится по способу их возбуждения. Они подразделяются на генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением.

Генераторы первого типа выполняются с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением. В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания (рис. 1, а). Ток в цепи возбуждения Iв может изменяться в широких пределах с помощью переменного резистора Ra. Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, невелика и в номинальном режиме составляет 1-5 % номинальной мощности якоря генератора. Обычно процентное значение мощности возбуждения уменьшается с возрастанием номинальной мощности машины.

Генераторы с магнитоэлектрическим возбуждением возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготовляются полюсы машины. С таким видом возбуждения выполняются генераторы относительно небольшой мощности, которые применяются в специальных случаях. Недостатком генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением является трудность регулирования напряжения.

У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от собственного якоря. В зависимости от способа ее включения генераторы с самовозбуждением подразделяются на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Схема соединения генератора параллельного возбуждения показана на рис. 1,б. Переменный резисторRB дает возможность изменять ток возбуждения Iв и, следовательно, выходное напряжение. Ток якоря Ia у этого генератора равен Ia = I + Iв, где I — ток нагрузки. Ток возбуждения относительно мал и для номинального режима составляет 1-5 % номинального тока машины.

У генератора последовательного возбуждения обмотка возбуждения соединяется последовательно с якорем и ее ток возбуждения равен току якоря и току нагрузки: Iв = Ia =I (рис. 1, в).

У генераторов смешанного возбуждения (рис. 1, г) на полюсах размещаются две обмотки. Одна из них, имеющая большое число витков и выполненная из проводников относительно небольшого сечения, включается параллельно с якорем, а другая обмотка с малым числом витков из проводников большого сечения включается последовательно с якорем. Ток якоря такого генератора равен Ia = I + Iв.

У этих генераторов параллельная и последовательная обмотки могут быть включены согласно (МДС этих обмоток направлены одинаково) и встречно (их МДС направлены противоположно). В зависимости от этого различаются генераторы смешанного согласного включения и генераторы смешанного встречного включения. Обычно в генераторах смешанного возбуждения основная часть МДС возбуждения создается параллельной обмоткой. Генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения иногда называют соответственно генераторами шунтового, сериесного и компаундного возбуждения.

Согласно ГОСТ 183-74 для машин постоянного тока принято следующее обозначение выводов обмоток: обмотки якоря Я1-Я2, параллельной обмотки возбуждения Ш1-Ш2, последовательной обмотки возбуждения С1-С2, обмотки дополнительных полюсов Д1-Д2, компенсационной обмотки К1-К2. Цифра 1 обозначает начало, а 2 — конец обмотки.

билеты_ЭМ / 10.Генератор постоянного тока с независимым возбуждением принцип действия, характеристики

10.Генератор постоянного тока с независимым возбуждением: принцип действия, характеристики.

Генератор с независимым возбуждением. В генераторе этого типа (рис. 8.43) ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iа, который равен току нагрузки Iн . Ток Iв определяется только положением регулировочного реостата Rp.в , включенного в цепь обмотки возбуждения:

(8.56)

Iв = Uв /(Rв + Rp.в ),

где Uв — напряжение источника питания; Rв — сопротивление обмотки возбуждения; Rp.в — сопротивление регулировочного реостата

Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1 — 3 % от номинального тока якоря. Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов постоянного тока, являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.

Характеристикой холостого хода (рис. 8.44, а) называют зависимость U0 = f(Iв) при Iн = 0 и n = const. При холостом ходе машины, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение U0 на зажимах обмотки якоря равно ЭДС Е0 = сеФn. Частота вращения якоря n поддерживается неизменной, и напряжение при холостом ходе зависит только от магнитного потока Ф, т. е. тока возбуждения Iв . Поэтому характеристика U0 = f(Iв ) подобна магнитной характеристике Ф = f(Iв ). Характеристику холостого хода легко получить экспериментально. Для этого сначала устанавливают ток возбуждения таким, чтобы U0 ≈ l,25Uном , затем уменьшают ток возбуждения до нуля и снова увеличивают его до прежнего значения. При этом

Рис. 8.44. Характеристики генератора с независимым возбуждением

получаются восходящая и нисходящая ветви характеристики, которые выходят из одной точки. Расхождение ветвей объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. При Iв = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуцируется остаточная ЭДС Еост , которая составляет 2—4 % от Uном .

Внешней характеристикой (рис. 8.44,б) называют зависимость U = f(Iн ) при n = const и Iв = const. В режиме нагрузки напряжение генератора

(8.57)

U = Е -Iа ΣRa ,

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

С увеличением нагрузки на уменьшение напряжения U влияют:

1) падение напряжения во внутреннем сопротивлении ΣRa машины;

2) уменьшение ЭДС Е в результате размагничивающего действия реакции якоря.

Изменение напряжения при переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода

(8.58)

Δu = (U0 — Uном )/Uном .

Для генераторов с независимым возбуждением оно составляет 5-15%.

Регулировочной характеристикой (рис. 8.44, в) называют зависимость Iв = f(Iн ) при U = const и n = const. Она показывает, каким образом следует регулировать ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки. Очевидно, что в этом случае по мере роста нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.

Рис.  8.45.  Нагрузочная характеристика генератора  с независимым возбуждением  и   ее  построение   с   помощью   характеристического треугольника

Нагрузочной характеристикой (рис. 8.45, а) называют зависимость U = f(Iв ) при n = const и Iн = const. Нагрузочная характеристика при Iн = Iном (кривая 2) проходит ниже характеристики холостого хода (кривая 1), которую можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при Iн = 0. Разность ординат кривых 1 и 2 обусловлена размагничивающим действием реакции якоря и падением напряжения во внутреннем сопротивлении ΣRa машины.

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

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

2

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.

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

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 < dе), что объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря. Для количественной оценки этого влияния из точки с опускаем перпендикуляр на ось абсцисс. Полученный отрезок cf представляет собой ЭДС генератора при нагрузке; в режиме х.х. для создания этой ЭДС необходим ток возбуждения IВ2 < IВ1. Следовательно, отрезок fе, равный разности токов возбуждения IВ1 — IВ2, представляет собой ток возбуждения, компенсирующий размагничивающее влияние реакции якоря.

clip_image002[13]clip_image002[13]

Рис. 28.3. Нагрузочная характери­стика генератора независимого возбуждения

Катеты реактивного треугольника количественно определяют причины, вызывающие уменьшение напряжения генератора при его нагрузке: падение на­пряжения в цепи якоря определяет катет

ab = IaΣr                                                             (28.7)

ток возбуждения IВ1 — IВ2, ком­пенсирующий размагничиваю­щее действие реакции якоря, оп­ределяет катет

clip_image006[6]clip_image006[6],                                    (28.8)

где  Fqd и Fad — величины, опре­деляющие размагничивающее действие реакции якоря по попе­речной и продольной осям ; clip_image012[4]clip_image012[4] —число витков в по­люсной катушке обмотки возбуждения.

Реактивный треугольник а’b‘с’ построен для другого значения тока возбуждения IВ3. Сторона а’bтреугольника осталась неиз­менной (а’b‘ = ab), что объясняется неизменностью тока нагруз­ки, но сторона b‘с’ уменьшилась (b‘с’ < bс), так как при меньшем токе возбуждения уменьшилась степень насыщения магнит­ной цепи генератора, а следовательно, и размагничивающее дей­ствие реакции якоря.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения

Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения U на выводах генера­тора от тока нагрузки I. При снятии данных для построения внеш­ней характеристики генератор приводят во вращение с номиналь­ной скоростью и нагружают его до номинального тока при номинальном напряжении. Затем, постепенно уменьшая нагрузку вплоть до х.х. (I= 0), снимают показания приборов. Сопротивле­ние цепи возбуждения rB и частоту вращения в течение опыта под­держивают неизменными.

На рис. 28.4, а представлена внешняя характеристика генера­тора независимого возбуждения, из которой видно, что при увеличении тока нагрузки I напряжение на выводах генератора понижа­ется; это объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря. Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость внешней характеристики) оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки:

clip_image002[11]clip_image002[11].                         (28.9)

Обычно для генератора независимого возбуждения ΔUном  = 5 – 10% .

Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения

Характери­стика  IВ= F(I) показывает, как следует менять ток в цепи возбуж­дения, чтобы при изменениях нагрузки генератора напряжение на его выводах оставалось неизменным, равным номинальному. При этом частота вращения сохраняется постоянной (n – const).

При работе генератора без нагрузки в цепи возбуждения уста­навливают ток Iво, при котором напряжение на выводах генератора становится равным номинальному. Затем постепенно увеличивают нагрузку генератора, одновременно повышают ток возбуждения таким образом, чтобы напряжение генератора во всем диапазоне нагрузок оставалось равным номинальному. Так получают восхо­дящую ветвь характеристики (кривая 1 на рис. 28.4, б). Постепен­но уменьшая нагрузку генератора до х.х. и регулируя соответст­вующим образом ток возбуждения, получают нисходящую ветвь характеристики (кривая 2 на рис. 28.4, б). Нисходящая ветвь регу­лировочной характеристики расположена ниже восходящей, что объясняется влиянием возросшего остаточного намагничивания магнитной цепи машины в процессе снятия восходящей ветви. Среднюю кривую 3, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями, называют практической регулировочной характери­стикой генератора.

Основной недостаток генераторов независимого возбужде­ния — это необходимость в постороннем источнике энергии по­стоянного тока — возбудителе. Однако возможность регулирова­ния напряжения в широких пределах, а также сравнительно жесткая внешняя характеристика этого генератора являются его достоинствами.

clip_image002[17]clip_image002[17]

Рис. 28.4. Внешняя (а) и регулировочная (б) характери­стики генератора независимого возбуждения.

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.

Схема для снятия характеристики холостого хода и Характеристика  холостого хода генератора независимого возбуждения

 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.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о