Поделиться Поделиться

Генератор независимого возбуждения

Глава 28

Коллекторные генераторы постоянного тока

Основные понятия

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 32 [см. (25.20)]. При подключении к генератору нагрузки в цепи яко­ря возникает ток, а на выводах генератора устанав­ливается напряжение, определяемое уравнением на­пряжений для цепи якоря генератора:

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 33 . (28.1)

Здесь

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 34 (28.2)

— сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 35 , обмотки добавочных полюсов Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 36 , компенсационной обмотки Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 37 , последовательной обмотки возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 38 и переходного щеточного контакта Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 39 .

При отсутствии в машине каких-либо из указан­ных обмоток в (28.2) не входят соответствующие слагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение при­водным двигателем, который создает на валу гене­ратора вращающий момент Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 40 . Если генератор ра­ботает в режиме х.х. Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 41 , то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холо­стого хода Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 42 . Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодей­ствуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М [см. (25.24)]. В генераторе этот момент направлен встречно вра­щающему моменту приводного двигателя ПД (рис. 28.1), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 43

Рис. 28.1. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока

При неизменной частоте вращения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 44 вра­щающий момент приводного двигателя Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 40 уравнове­шивается суммой противодействующих моментов: мо­ментом х.х. Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 42 и электромагнитным моментом М, т. е.

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 45 . (28.3)

Выражение (28.3) — уравнение моментов для генератора при Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 46 . Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 47 , получим уравнение мощностей:

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 48 , (28.4)

где Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 49 — подводимая от приводного двигателя к генератору мощность (меха­ническая); Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 50 —мощ­ность х.х., т. е. мощность, подводимая к генератору в режиме х.х. (при отключен­ной нагрузке); Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 51 — электромагнитная мощность генератора.

Согласно (25.27), получим

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 52 ,

или с учетом (28.1)

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 53 , (28.5)

где Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 54 — полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощ­ность, отдаваемая генератором нагрузке; Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 55 — мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря (см. § 29.8).

Учитывая потери на возбуждение генератора Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 56 ,получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 57 . (28.6)

Следовательно, механическая мощность, развиваемая приводным двигателем Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 58 , преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 54 , передаваемую нагрузке, и мощ­ность, затрачиваемую на покрытие потерь Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 59 .

Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 46 . Рассмотрим основные характеристики генераторов посто­янного тока.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 21 от тока возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 60 :

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 61 при Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 62 и Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 46 .

Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу­ждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 60 :

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 63 при Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 64 и Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 46 .

Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U от тока нагрузки Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 65 :

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 63 при Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 66 и Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 46 ,

где Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 12 — регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж­дения.

Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуж­дения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 60 от тока нагрузки Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 65 при неизменном напряжении на выходе генератора:

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 67 при Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 68 и Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 46 .

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов постоянного тока.

Генератор независимого возбуждения

Схема включения генератора независимого возбуждения по­казана на рис. 28.2, а. Реостат Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 12 , включенный в цепь возбужде­ния, дает возможность регулировать ток Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 60 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.

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 69

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

Характеристика холостого хода . При снятии характеристики Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 61 генератор работает в режиме х.х. Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 41 . Установив номинальную частоту вращения и поддерживая ее неизменной, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 60 от нулевого значения до Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 70 , при котором напряжение х.х. Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 71 . Получают данные для построения кривой 1 (рис. 28.2, Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 72 ). 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 Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 73 . 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 Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 73 до Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 74 , а затем увеличи­вают его до значения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 70 . 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 Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 61 повторяет в другом масштабе магнитную характеристику машины (см. § 26.1) и дает возможность судить о магнитных свойствах машины.

Нагрузочная характеристика генератора . Эта характери­стика выражает зависимость напряжения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 25 на выходе генератора от тока возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 60 при неизменных токе нагрузки, например номинальном, и частоте вращения. При указанных условиях на­пряжение на выводах генератора меньше ЭДС [см. (28.1)], поэто­му нагрузочная характеристика 1 располагается ниже характери­стики холостого хода 2 (рис. 28.3). Если из точки а, соответствующей номинальному напряжению Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 75 , отложить вверх отрезок аb, равный Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 76 , и провести горизонтально отре­зок 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 Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 77 напряжение на выводах Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 78 ; с подключением нагрузки (при неизменном токе возбуждения) напряжение генера­тора снизится до значения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 79 . Таким образом, отрезок выражает значение напряжения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 80 при Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 77 . На­пряжение на выводах генератора в этом случае уменьшилось в результате действия двух причин: падения напряжения в цепи якоря [см. (28.1)] и размагничивающего влияния реакции якоря . Измерив значение сопротивления цепи якоря и подсчитав падение напряжения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 76 , можно определить ЭДС генератора при заданном токе нагрузки: Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 81 . 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 Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 82 . Следовательно, отрезок fе, равный разности токов возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 83 , представляет собой ток возбуждения, компенсирующий размагничивающее влияние реакции якоря.

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 84

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

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 85 (28.7)

ток возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 83 , ком­пенсирующий размагничиваю­щее действие реакции якоря, оп­ределяет катет

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 86 , (28.8)

где Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 87 и Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 88 — величины, опре­деляющие размагничивающее действие реакции якоря по попе­речной и продольной осям (см. § 26.2); Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 89 —число витков в по­люсной катушке обмотки возбуждения.

Реактивный треугольник а'b'с' построен для другого значения тока возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 90 . Сторона а'b' треугольника осталась неиз­менной ( Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 91 ), 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 . Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 25 навыводах генера­тора от тока нагрузки Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 65 . 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. ( Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 65 = 0), снимают показания приборов. Сопротивле­ние цепи возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 13 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 Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 65 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:

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 92 . (28.9)

Обычно для генератора независимого возбуждения Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 93 .

Регулировочная характеристика генератора . Характери­стика Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 67 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 Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 44 .

При работе генератора без нагрузки в цепи возбуждения уста­навливают ток Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 94 , 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.

Генератор независимого возбуждения - Инвестирование - 95

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

← Предыдущая страница | Следующая страница →