8.9. Генераторы с последовательным и смешанным возбуждением

В генераторе с последовательным возбуждением якорь соединен последовательно с обмоткой возбуждения, благодаря чему ток нагрузки является вместе с тем током возбуждения (рис. 8.25). Обмотка возбуждения w_в такой машины выполняется из провода, рассчитанного на большой ток якоря; число витков такой обмотки мало.

При холостом ходе генератора с последовательным возбуждением ЭДС в обмотке его якоря индуктируется только потоком остаточного намагничивания. Снять характеристику холостого хода у этого генератора нельзя. Отсутствует также у него и регулировочная характеристика.

Напряжение генератора (рис. 8.26) сначала возрастает с увеличением тока якоря. Затем вид характеристики начинает изменяться из-за магнитного насыщения (ЭДС якоря перестает увеличиваться, в то время как продолжает возрастать падение напряжения на активном сопротивлении якоря) и размагничивающего действия реакции якоря. В результате напряжение генератора при дальнейшем возрастании нагрузки уменьшается. Из-за непостоянства напряжения генераторы с последовательным возбуждением применяются лишь в немногих специальных случаях.

Рис. 8.27

Рис. 8.25

Рис. 8.26

Рис. 8.28

Генератор со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбуж­дения: параллельную w_пар и последовательную w_noc (рис. 8.27). У такого генератора напряжение остается практически постоянным при изменениях нагрузки в определенных пределах. Это достигается применением последовательного возбуждения для компенсации увеличения падения напряжения на активном сопротивлении якоря и уменьшения тока в параллельной обмотке возбуждения, а также для компенсации размагничивающего действия якоря при увеличении тока нагрузки. Благодаря наличию обмотки последовательного возбуждения главный магнитный поток генератора и вместе с ним ЭДС Е_я возрастают с увеличением нагрузки (кривая 1 на рис. 8.28). Соответствующим подбором числа витков обмотки последовательного возбуждения можно достигнуть равенства напряжений генератора при холостом ходе и при номинальной нагрузке (кривая 2 на рис. 8.28).

Генератор со смешанным возбуждением наиболее подходит для установок относительно небольшой мощности, так как отсутствуют значительные изменения напряжения при отключениях отдельных потребителей. Но применение таких генераторов для параллельной работы не рекомендуется: случайное понижение частоты вращения первичного двигателя может снизить ЭДС генератора до уровня, меньшего напряжения сети, из-за этого направление тока в якоре генератора и в его последовательной обмотке возбуждения изменится, что может вызвать перемагничивание генератора и тяжелую аварию установки.

В специальных генераторах со смешанным возбуждением последовательная обмотка необходима для получения требуемых характеристик, например в аппаратах для сварки создается крутопадающая внешняя характеристика.

8.10. Параллельная работа генераторов с параллельным

возбуждением

Если нужно включить второй генератор (рис. 8.29) в сеть, на шинах которой генератор G1 поддерживает напряжение U, то нужно сначала раскрутить якорь подключаемого генератора с помощью первичного двигателя (турбины, дизеля и т. п.) до заданной частоты вращения, а затем посредством регулирования тока возбуждения 1_в2 генератора G2 получить его ЭДС Е_я2, равную напряжению сети. Затем необходимо проверить соответствие полярностей генератора и сети, для чего служит вольтметр V_к. Если его показание равно нулю, то можно замкнуть однополюсный выключатель S, т. е. подключить генератор к сети. Так как ЭДС генератора уравновешивается напряжением сети, то его ток после включения

I₂ = (E_я2 - U)/R _я2 = 0.

Рис. 8.30

Рис. 8.29

Чтобы нагрузить второй генератор, нужно увеличить его ток возбуждения и тем самым увеличить ЭДС Е_я2 генератора G2. Возрастание ЭДС Е_я2, с одной стороны, нагружает генератор током 1₂, с другой стороны, повышает напряжение сети U. ЭДС первого генератора G1, несшего ранее всю нагрузку сети, не изменилась. Поэтому увеличение напряжения сети приведет к частичной разгрузке этого генератора. Чтобы сохранить напряжение U неизменным, ток возбуждения генератора G1 необходимо уменьшить.

Ток 1₂ в обмотке якоря генератора G2, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает тормозной момент, вследствие чего частота вращения якоря генератора уменьшается. При помощи регулятора частоты вращения первичного двигателя надо увеличить приток рабочего вещества: пара, воды, нефти и т. п., и заданная частота вращения восстанавливается. Таким образом, генератор G2 и его двигатель взяли на себя часть нагрузки сети. В обратном направлении протекает процесс для генератора G1, у которого уменьшение тока 1₁ разгружает первичный двигатель.

Для перевода всей нагрузки на второй генератор G2 достаточно постепенно уменьшать возбуждение первого генератора G1 и увеличивать возбуждение второго генератора G2, следя за тем, чтобы напряжение сети U оставалось постоянным. Когда ЭДС генератора G1 станет равной напряжению сети, его ток уменьшится до нуля, вся нагрузка будет с него снята и его можно будет отключить. Регуляторы частоты вращения первичных двигателей дополнят эту работу по переводу нагрузки.

Но если оставить генератор G1 включенным и дальше уменьшать его ток возбуждения, то ток в якоре изменит направление

I₁ = (U - E_я1)/R _я1

и вместо тормозного момента создаст вращающий момент; машина перейдет в режим двигателя. При этом может тяжело пострадать первичный двигатель, поэтому все параллельно работающие генераторы снабжаются аппаратом — реле обратного тока, автоматически отключающим генератор при изменении направления тока.

Следовательно, воздействуя на возбуждение параллельно работающих генераторов, можно перераспределять между ними нагрузку.

Рассмотрим, как распределяется нагрузка между двумя генераторами, имеющими внешние характеристики различной крутизны (рис. 8.30). Если путем регулирования возбуждения они были нагружены одинаково, то рабочий режим при заданном напряжении U соответствовал точке пересечения а их внешних характеристик. Но при возрастании тока нагрузки должен возрасти и ток каждого из генераторов, а следовательно, должны увеличиться в каждом из них падение напряжения на активном сопротивлении обмотки якоря и реакция якоря, т. е. напряжение сети должно понизиться на U. Но этому пониженному напряжению

U' = U - U

согласно внешним характеристикам генераторов соответствуют различные значения токов 1'₁ и 1'₂ (точки b и с). Генераторы разделят изменившуюся нагрузку не поровну, большую долю ее 1'₁ возьмет на себя генератор с менее пологой (более жесткой) внешней характеристикой. Конечно, эту неравномерность нетрудно исправить (например, повысив возбуждение второго генератора), однако это усложняет работу обслуживающего персонала и при частых колебаниях нагрузки довольно трудно осуществимо. Желательно поэтому для параллельной работы иметь генераторы с одинаковыми внешними характеристиками или же соответствующее автоматическое регулирование.