
Лекция № 31
Генераторы постоянного тока. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения. Характеристики генераторов независимого возбуждения
Условия самовозбуждения генераторов параллельного возбуждения. Характеристики холостого хода, внешние, нагрузочные, регулировочные.
Генераторы постоянного тока Классификация и основные уравнения генераторов
Генераторы постоянного тока являются источниками постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую. Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходим или предпочтителен постоянный ток (на предприятиях цветной металлургии при использовании электролиза, железнодорожном, городском и водном транспорте, в авиации и др.). Кроме того, они широко используются в качестве возбудителей синхронных генераторов.
Классификация генераторов постоянного тока производится по способу их возбуждения, т.е. различают генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Независимое возбуждение может быть электромагнитным или магнитоэлектрическим.
В генераторах с
электромагнитным возбуждением обмотка
возбуждения, расположенная на главных
полюсах, подключается к независимому
источнику питания (рис. 4.1,
).
Ток в цепи возбуждения
изменяют в широких пределах с помощью
регулировочного реостата
.
Мощность, потребляемая обмоткой
возбуждения, невелика и в номинальном
режиме составляет 1 ...5 % номинальной
мощности генератора. Обычно относительное
значение мощности возбуждения уменьшается
с возрастанием номинальной мощности
машины.
В генераторах с магнитоэлектрическим возбуждением для создания поля используются постоянные магниты, устанавливаемые на его полюсах. Это генераторы относительно небольшой мощности, основным недостатком которых является трудность регулирования напряжения.
В генераторах с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от обмотки якоря. В зависимости от схемы включения этих обмоток различают генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.
В схеме генератора
параллельного возбуждения, показанной
на рис. 4.1, б, ток возбуждения
изменяется с помощью регулировочного
реостата
.
В генераторах
последовательного возбуждения обмотка
возбуждения соединяется последовательно
с обмоткой якоря и ее ток возбуждения
равен току якоря и току нагрузки:
(рис. 4.1, в). Генераторы последовательного
возбуждения имеют крайне ограниченное
применение и далее рассматриваться не
будут.
В генераторах со смешанных возбуждением (рис. 4.1, г) на полюсах размещаются две обмотки возбуждения. Одна из этих обмоток, имеющая большое число витков и выполненная из проводников относительно небольшого сечения, включается параллельно с обмоткой якоря, а другая обмотка с малым числом витков из проводников большого сечения — последовательно с ней. При этом параллельная и последовательная обмотки могут включаться как согласно, так и встречно, в зависимости от чего различают генераторы смешанного согласного возбуждения и генераторы смешанного встречного возбуждения. Обычно в генераторах смешанного возбуждения основная часть МДС возбуждения создается параллельной обмоткой.
Маркировка обмоток машин постоянного тока в соответствии с ГОСТ 26772–85 приведена в табл. 4.1 (в скобках указана маркировка этих обмоток в соответствии с ГОСТ 183–74**).
Рассмотрим основные уравнения генераторов.
1.Уравнение равновесия напряжений для цепи якоря генератора имеет вид
(4.1)
Таблица 4.1
Маркировка обмоток машин постоянного тока
Наименование обмотки |
Обозначение выводов |
|
Начало |
Конец |
|
Обмотка якоря |
А1 (Я1) |
А2 (Я2) |
Обмотка дополнительных полюсов |
В1 (Д1) |
В2(Д2) |
Компенсационная обмотка |
С1 (К1) |
С2 (К2) |
Последовательная обмотка возбуждения |
D1 (С1) |
D2 (С2) |
Параллельная обмотка возбуждения |
Е1 (Ш1) |
Е2 (Ш2) |
Независимая обмотка возбуждения |
Р1 (Н1) |
Р2 (Н2) |
где
и
– напряжение и ЭДС генератора;
– ток якоря;
– суммарное
сопротивление всех обмоток, обтекаемых
током якоря;
– падение напряжения
в щеточном контакте (на пару щеток).
Падение напряжения
в цепи якоря складывается из падения
напряжения в обмотках
и падения напряжения в щеточном контакте
.
В общем случае
где
—
сопротивления обмотки якоря, дополнительных
полюсов, последовательной (сериесной)
и компенсационной соответственно.
Для приближенных
расчетов уравнение (4.1) можно упростить
за счет пренебрежения падением напряжения
в щеточном контакте
= 1,7...3В, что весьма мало по сравнению с
напряжением генераторов общепромышленного
применения, составляющим (115...460)В. Тогда
это уравнение будет иметь вид
(4.2)
При упрощенном
учете переходного сопротивления
щеточного контакта принимают
,
и тогда можно записать
(4.3)
где
2. Уравнение равновесия напряжений для цепи с обмоткой независимого возбуждения имеет вид
(4.4)
Здесь
где
– сопротивление обмотки возбуждения;
– сопротивление регулировочного
реостата.
Для генераторов параллельного и смешанного возбуждения справедливо уравнение
3. Уравнение баланса токов для генераторов параллельного и смешанного возбуждения имеет вид
(4.5)