10. Потери и коэффициент

полезного действия

12. Энергетический процесс гпт

13. Электромагнитный момент гпт.

14. Уравнение моментов генератора пт.

15)Определение. Генераторами независимого возбуждения называются генераторы постоянного тока, обмотка возбуждения которых питается постоянным током от постороннего источника электрической энергии (сеть постоянного тока, выпрямитель, аккумулятор и др.) или у которых магнитный поток создается постоянными магнитами.

Достоинство генераторов с независимым возбуждением — возможность 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.

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.

Схема генератора. Схема генератора независимого возбуждения изображена на рис. 1.16. Якорь генератора приводится во вращение от приводного двигателя ПД.

Цепь якоря электрически не соединена с цепью воз­буждения, поэтому ток нагрузки I и ток якоря Iя –  это один и тот же ток  (I = Iя). Цепь возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока. В нее включают регулировочный реостат R p , предназначенный для регулирования тока возбуждения Iв, магнитного потока возбуждения и в конечном счете ЭДС и напряжения генератора.

Характеристика холостого хода (рис. 1.17). Характеристика снимается при плавном увеличении тока возбуждения, а затем при его плавном уменьшении при          n = n_ном = const . Вторая ветвь характеристики идет несколько выше первой и при токе Iв = 0 в машине есть некоторая ЭДС E₀ ,называемая остаточной. Вид характеристики холостого хода объясняется тем, что при n = const  E =C_enФ пропорциональна магнитному потоку Ф, а последний – индукции В, т.е. ее форма такая же, как у кривой гистерезиса. За расчетную обычно принимают характеристику, проходящую между ветвями экспериментальной кривой (штриховая кривая на рис. 1.17). Остаточная ЭДС  E₀ создается за счет индукции, остающейся в магнитной цепи статора после отключения тока возбуждения. Машина рассчитывается таким образом, чтобы в номинальном режиме рабочая точка (Iв.ном, Еном)находилась на «колене» характеристики холостого хода, этим обеспечивается получение достаточно высокой ЭДС при относительно небольшом токе возбуждения.

16) Нагрузочной характеристикой (рис. 10.37,а) на­зывают зависимость U=f(I_B) при п = const и /_н = const. Нагрузочная характеристика при I_н = I_ном (кривая 2) проходит ниже характеристики холостого хода (кривая 1), которую можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при I_н = 0. Разность ординат кривых 1 и 2 обусловлена размагничивающим действием реакции якоря и падением напряжения во внутреннем сопротивлении ΣR_a машины.

Рис. 10.37. Нагрузочная характеристика генератора с независимым воз­буждением  (а) и ее  построение  с  помощью  характеристического  тре­угольника  (б)

 

Наглядное представление о влиянии этих факторов дает характеристический, или реактивный, треугольник АВС. Если к отрезку а А, равному в определенном масштабе напряже­нию U, при некотором токе нагрузки I_н и токе возбуждения I_в прибавить отрезок АВ, равный в том же масштабе падению напряжения I_BΣR_a в генераторе, то получим отрезок аВ,  равный ЭДС Е.

При холостом ходе ЭДС Ε индуцируется в обмотке якоря при меньшем токе I'_в, соответствующем абсциссе точки С. Следовательно, отрезок ВС характеризует раз­магничивающее действие реакции якоря в масштабе тока возбуждения. При неизменном токе I_н катет АВ ха­рактеристического треугольника является постоянным; катет ВС зависит не только от тока I_н, но и от степени насыщения магнитной системы, т. е. от тока возбуждения I_в. Однако в ряде случаев влиянием тока возбуждения пренебрегают и принимают, что отрезок ВС пропорционален только току  I_н.

Такое допущение позволяет строить нагрузочные харак­теристики при разных токах, изменяя лишь длину всех сторон треугольника ABC. Если вершина С характеристи­ческого треугольника, построенного для некоторого тока I_н, расположена на характеристике 1 холостого хода (рис. 10.37,б), а затем по этой характеристике перемещается треугольник ABC так, что катет ВС остается параллельным оси абсцисс, то след точки А изображает приближенно искомую нагрузочную характеристику 2 при заданном значении тока I_н. Эта характеристика несколько отличается от реальной характеристики 3(которая может быть снята опытным путем), так как величина катета ВС характеристи­ческого треугольника изменяется из-за изменения условий насыщения.

17) Внешняя характеристика строится исходя из ха­рактеристики холостого хода 1 (рис. 10.38, а). Взяв точку D на оси ординат, соответствующую номинальному напряже­нию U_ном, через нее проводят прямую AD, параллельную оси абсцисс. На этой прямой располагают вершину А харак­теристического треугольника, снятого при номинальном токе якоря так, чтобы катет АВ был параллелен оси ординат, а вершина С находилась на характеристике 1. Затем, опустив перпендикуляр из вершины А на ось абсцисс, находят точку А_к, соответствующую номинальному току возбуждения I_вном. При определенииI_вном учитывают, что под действием реакции якоря ЭДС при нагрузке меньше, чем при холостом ходе, т. е. создается как бы меньшим током возбуждения.

Рис. 10.38.   Графики   построения   внешней   (а)   и   регулировочной   (б)

характеристик   генератора   с   независимым   возбуждением   с   помощью

характеристического  треугольника

 

Уменьшению тока I_в соответствует отрезок ВС, характери­зующий размагничивающее действие реакции якоря. Напря­жение при номинальном токе также меньше ЭДС на величину падения напряжения I_aΣR_a,которому соответст­вует катет АВ.

При построении искомой зависимости 2, т. е. напря­жения U от тока нагрузки 1_а, две ее точки можно лег­ко определить: номинальную току I_аном соответствует но­минальное напряжение U_HOM (точкаb), а току якоря, равному нулю (режим холостого хода),— напряжение U_o (точка a), равное ЭДС при токе возбуждения I_вном. Дру­гие точки (с, d и т. п.) внешней характеристики можно построить, изменяя все стороны характеристического тре­угольника пропорционально изменению тока якоря и рас­полагая его так, чтобы катеты А'В', А"В",... оставались параллельными оси ординат. При этом точки В, В' В" должны располагаться на вертикальной линии А_КВ, соот­ветствующей току возбуждения I_в.ном, а точки С, С', С",...— на характеристике холостого хода 1. Тогда ординаты точек А', А",... будут определять искомую величину на­пряжения при токах нагрузки 1_а1=1_аномА'В'/АВ, 1_а2 = = 1_аномА"В"/АВ и т. п. Обычно при построении внешней характеристики проводят только гипотенузы характеристи­ческих треугольниковА'С', А"С"',..., параллельные AC до пересечения с характеристикой холостого хода и с линией А_КВ.Ординаты найденных точек А', А"... определяют искомые величины напряжений (т. е. точки с, d внешней характеристики 2) при токах нагрузки  I_аном,  I_a1,  1_а2.

Если из точки А_к провести прямую, параллельную АС, до пересечения с характеристикой холостого хода в точке С_к, то можно получить величину тока короткого замыкания 1_к = 1_аномА_кС_к/АС,которая в 5... 15 раз превышает номиналь­ный ток. Зная ток к. з., можно рассчитать максимальный момент, механическую прочность вала и выбрать параметры аппаратуры защиты. Экспериметальное определение тока к. з. затруднительно, так как в процессе проведения опыта может  возникнуть  круговой  огонь.

Построенная характеристика является приближенной. Ос­новная ее погрешность обусловлена тем, что размагничи­вающее действие реакции якоря (т. е. катет ВС) не про­порционально току якоря. Обычно приведенное построение дает несколько  заниженное  значение тока к. з.

18) Регулировочная характеристика (рис. 10.38,б) строится следующим образом. Сначала находят ток воз­буждения I_в0, соответствующий номинальному напряжению при холостом ходе. Чтобы определить ток возбуждения при номинальном токе нагрузки, вершину А характеристического треугольника (соответствующего номинальной нагрузке) рас­полагают на прямой 2, параллельной оси абсцисс и находя­щейся от нее на расстоянии U_HOM. Катет АВ должен быть параллелен оси ординат, а вершина Сдолжна располагаться на характеристике холостого хода 1. Абсцисса вершины А дает искомую величину тока возбуждения.

Доказательство справед­ливости этого построения приведено при построении внешней характеристики. Проводя прямые, параллельные гипотенузе А С, получаем отрезки А'С', А" С",...,заключенные между характеристикой холостого хода 1 и прямой 2, соответству­ющей условию U= U_HOM= const. Эти отрезки представляют собой гипотенузы характеристических треугольников при различных токах нагрузки. Искомая регулировочная характе­ристика I_B=f(I_a)— кривая 3 — построена в нижнем координат­ном углу. Значения тока возбуждения определяются абсцисса­ми точек А, А', А",..., которым соответствуют токи нагрузки, пропорциональные длинам  отрезков  А С,  А 'С',  А" С",....

19)

Рис. 3. Характеристика короткого замыкания генератора независимого возбуждения	Рис. 3

Характеристика короткого замыкания (х. к. з.) I = f (iв) при U = 0 и n = const снимается при замыкании выходных зажимов цепи якоря генератора накоротко. Так как U = 0, то, согласно выражению

(уравнение напряжения U на зажимах генератора), Eа = Iа × Rа и поскольку Rа мало, то в условиях опыта э. д. с.  Eа также должна быть мала. Поэтому необходимо проявлять осторожность и начать снятие х. к. з. с минимальных значений iв, чтобы ток якоря не получил недопустимо большого значения. Обычно снимают х. к. з. до I = (1,25 – 1,5) Iн. Так как при снятии х. к. з. электродвижущая сила мала и поэтому поток мал и машина не насыщена, то зависимость I = f (iв) практически прямолинейна (рис. 3). При iв = 0 из-за наличия остаточного магнитного потока ток I не равен 0 и в крупных машинах близок к номинальному и даже больше его. Поэтому перед снятием х. к. з. такую машину целесообразно размагнитить, питая на холостом ходу обмотку возбуждения таким током возбуждения обратного направления, при котором будет U = 0. В размагниченной машине х. к. з. начинается с нуля (штриховая линия на рис. 3) Если х. к. з. снята без предварительного размагничивания машины (сплошная линия на рис. 3), то ее также целесообразно перенести параллельно самой себе в начало координат (штриховая линия на рис. 3).