Вопрос № 24 Характеристики генератора с параллельным возбуждением. Условия и динамика самовозбуждения. Генераторы смешанного возбуждения.

Определение. Генераторами параллельного возбуждения называют генераторы, обмотка возбуждения которых питается от ЭДС обмотки якоря и подключена к выводам якоря машины параллельно цепи нагрузки.

Рисунок 52 Генератор параллельного возбуждения

Схема генератора параллельного возбуждения. Схема изображена на рис. 1.20. Ток якоря I_Я = I +I_В у щеток разветвляется на ток нагрузкиI и ток возбуждения I_В . Обычно ток возбуждения невелик и составляет (0,01-0,05) I_Я.НОМ . Последовательно с обмоткой возбуждения включается реостат R_Pдля  регулирования  возбуждения. Реостат позволяет изменять ток возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.

Характеристика холостого хода генератора с самовозбуждением всегда снимается при независимом возбуждении (обмотка возбуждения отключается от якоря и запитывается от постороннего источника) и поэтому аналогична характеристике холостого хода  генератора с независимым возбуждением.

I_a=I+I_в

Принцип сомовозбуждения ГПТ основан на том, что магнитная система машины, будучи однажды намагниченной, долгое время сохраняет небольшой поток остаточного магнетизмаФ_ост (2-3% от номинального). При вращении якоря этот поток индуцирует в обмотке якоря ЭДС Е_ост, под действием которой в обмотке возбуждения появится небольшой ток I_{в ост}. Если МДС обмотки возбуждения I_{в ост}·w_в имеет такое же направление, как и поток остаточного магнетизма, то она увеличит поток главных полюсов. Это вызовет увеличение ЭДС генератора, от чего увеличится ток в обмотке возбуждения.

Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падением напряжения в цепи возбуждения, т.е. I_в·R_в= U₀.

а) Характеристика холостого хода.

U₀=f(I_в) при I=0 и n=const.

Рисунок 53 Процесс самовозбуждения

Кривая 1 – характеристика х.х. Прямая 2 – зависимость падения напряжения в цепи возбуждения от тока возбуждения I_в·R_в=f(I_в). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней U₀= I_в·R_в.

Угол наклона прямой I_в·R_в=f(I_в) прямо пропорционален сопротивлению цепи возбуждения. Однако, если сопротивление цепи возбуждения R_в достигнет такого значения, при котором зависимость I_в·R_в=f(I_в) станет касательной к характеристике х.х. (прямая 3), то процесс самовозбуждения прекращается.

Сопротивление цепи возбуждения, при котором прекращается самовозбуждение генератора, называется критическим сопротивлением.

Кроме того самовозбуждение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей критическую n_кр. Это условие вытекает из характеристики самовозбуждения генератора, U₀= f(n) при R_в =const.

Таким образом, самовозбуждение генератора возможно при соблюдении следующих условий:

• магнитная система ГПТ должна обладать остаточным магнетизмом;

• присоединение обмотки возбуждения к обмотке якоря должно быть таким, чтобы МДС ОВ совпадало по направлению с потоком остаточного магнетизма;

• сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического сопротивления;

• частота вращения якоря должна быть больше критической частоты.

б) Внешняя характеристика U=f(I) при r_рг=const и n=const

Рисунок 54 Внешние характеристики генератора параллельного возбуждения

Внешняя характеристика ГПТ параллельного возбуждения менее жесткая, чем у ГПТ независимого возбуждения.

У ГПТ параллельного возбуждения номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки ΔU_ном=10÷30%.

Это объясняется следующими причинами:

1) с ростом тока нагрузки I увеличивается падение напряжения в цепи якоря (I_а·R_а);

2) растет размагничивающее влияние реакции якоря, следовательно, уменьшается магнитный поток Ф и уменьшается ЭДС обмотки якоря Е_а;

3) уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением напряжения от первых двух причин, т.е.  ↓U ⇒ ↓I_в ⇒↓Φ ⇒ ↓E_а.

↓U=↓↓Е_а -↑I_а·R_а

Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопротивления нагрузки ток нагрузки I увеличивается до критического значения I_кр, а затем начинает уменьшаться (кривая 1). Таким образом, короткое замыкание, вызванное постепенным ростом нагрузки, не опасно для ГПТ параллельного возбуждения. Но при внезапном к.з. магнитная система генератора не успевает размагнититься и ток I_к достигает опасных для машины значений I_к=(8 ÷ 12) I_ном (кривая 2).

в) Нагрузочная и регулировочная характеристики

Эти характеристики ГПТ параллельного возбуждения практически не отличаются от соответствующих характеристик ГПТ независимого возбуждения.

ГПТ параллельного возбуждения широко применяют в установках постоянного тока, так как отсутствие возбудителя выгодно отличает их от генераторов независимого возбуждения.

На подвижном составе их применяют, например, в качестве подвагонных генераторов на пассажирских вагонах и в качестве вспомогательных генераторов на локомотивах.

Внешняя характеристика. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения U =  f (I) при R_в = const и n = n_ном = const (рис. 1.18, кривые 2 и 2а) отличается от внешней характеристики генератора независимого возбуждения более резким снижением напряжения при увеличении нагрузки. Это объясняется следующим образом: уменьшение напряжения по тем же причинам, что и у генератора независимого возбуждения, приводит к уменьшению тока возбуждения, дополнительному уменьшению ЭДС генератора. При номинальной нагрузке снижение напряжения относительно напряжения холостого хода составляет 10-18%.

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика генератора I_в = f (I) при U = U_ном= const и n = n_ном = const аналогична регулировочной характеристике генератора независимого возбуждения (рис. 1.19, кривая 2), но идет несколько круче, что объясняется более значительным уменьшением напряжения генератора.