Электротехника и электроника для заочников / K00K29ER

Л Е К Ц И Я 29

1. Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения.

2. Генераторы независимого, параллельного и смешанного возбуждения и внешние характеристики.

3. Принцип самовозбуждения генераторов.

1. Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения.

Для работы генератора необходимо наличие в нем магнитного поля. В зависимости от способа создания магнитного поля все генераторы постоянного тока (ГПТ) делят на:

1 - генераторы с независимым возбуждением:

- электромагнитные, где поле создается специальной обмоткой,

- магнитоэлектрические, где поле создается с помощью постоянных

магнитов;

2 - генераторы с самовозбуждением:

- параллельного возбуждения,

- последовательного возбуждения,

- смешанного возбуждения.

Свойства генераторов анализируют с помощью характеристик, устанавливающих зависимости между основными величинами, определяющими работу генератора. Таковыми являются:

- напряжение на зажимах, U, B;

- ток нагрузки, I, A;

- ток возбуждения, I_в, А;

- полезная электрическая мощность, Р , Вт;

- частота вращения якоря n, мин .

Номинальные значения этих величин входят в паспортные данные всех генераторов постоянного тока. Можно указать и ряд дополнительных величин, например, число пар полюсов Р, сопротивления обмоток R_я, R_ш, R_c и т.п. Основную группу характеристик снимают при неизменной частоте вращения якоря.

Основными характеристиками ГПТ являются:

1. Характеристика холостого хода U_o = f(I_в); I = 0;

(U_o - напряжение холостого хода генератора).

2. Внешняя характеристика U = f(I); R_в = 0;

(R_в - сопротивление реостата в цепи возбуждения).

3. Регулировочная характеристика I_в = f(I); U = U_ном;

(U_ном - номинальное напряжение генератора).

2. Генераторы независимого, параллельного и смешанного возбуждения

и внешние характеристики.

При независимом возбуждении (рис.38) обмотка возбуждения (ОВ) питается от независимого источника постоянного тока.

Рис.38

Независимое возбуждение генераторов применяют в случае необходимости регулирования в широких пределах тока возбуждения I_в и напряжения на зажимах машины. У генераторов с независимым возбуждением

I_я = I_н

Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.

Генератор с параллельным возбуждением (рис.39 )

I_я = I_н + I_в

Рис.39

У мощных машин I_в составляет 1-3% тока якоря I_я, у малых машин до нескольких десятков процентов.

Генератор со смешанным возбуждением (рис.40 )

Рис.40

Основной обычно является параллельная обмотка. Последовательная обмотка подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки Iн, чем компенсирует падение напряжения в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.

I_я = I_н + I_в.

Способ возбуждения генератора определяет его свойства и характеристики.

Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением имеет вид кривой намагничивания сердечника В = f(H) и повторяет ее петлю гистерезиса (кривая 1 - восходящая ветвь, 2 - нисходящая ветвь). Е_ост соответствует Ф_о - остаточному магнитному потоку.

Внешняя характеристика ГПТ с независимым возбуждением имеет падающий характер, т.к. вследствие реакции якоря магнитный поток Ф ослабляется при увеличении I_я. Следовательно уменьшается Е, что вызывает дополнительное снижение U.

U = E - R_я I_я.

Регулировочная характеристика имеет восходящий характер, т.к. чтобы поддержать U = const при любой нагрузке, необходимо при увеличении I_я увеличить Е так, чтобы

U = E - R_я I_я = const.

Величина Е регулируется с помощью изменения I_в (а следовательно Ф).

У генераторов с параллельным возбуждением характеристики холостого хода и регулировочная практически не отличаются от соответствующих характеристик ГПТ с независимым возбуждением.

Внешняя характеристика по сравнению с характеристикой ГПТ с независимым возбуждением пойдет ниже, т.к. уменьшение U будет вызываться не только падением напряжения на якорной обмотке (R_яI_я) и реакцией якоря, но и еще уменьшением Ф, т.к. I_в = U / R_в. Более того при достижении Iя величины I_кр = (2 - 3) Iя_ном ток якоря начнет уменьшаться с уменьшением Rн, т.к. магнитная цепь будет ненасыщенной и уменьшение U будет происходить быстрее, чем уменьшение R_н. При R_н = 0 (режим К.З.) I_я обычно не превышает номинального значения и определяется величиной Е_ост.

Для ГПТ со смешанным возбуждением характеристика холостого хода совпадает с характеристикой холостого хода ГПТ с параллельным возбуждением. Вид внешней характеристики определяется способом включения обмоток возбуждения ГПТ. При согласном включении обмоток параллельной (шунтовой) и последовательной (сериесной) магнитные потоки суммируются, внешняя характеристика пойдет выше характеристики ГПТ с параллельным возбуждением, т.к. уменьшение Фш и реакция якоря будет компенсироваваться увеличением Фс. Подбором числа витков обмоток можно добиться равенства

Uхх = Uном, что позволит обеспечить стабильность напряжения.

При встречном включении обмоток Ф = Ф_ш - Ф_с и характеристика получается круто падающей. Достоинством ГПТ со встречным включением обмоток является то, что он не боится коротких замыканий в цепи нагрузки.

Регулировочные характеристики ГПТ со смешанным возбуждением имеют вид, представленный на рис. .

Кривая 1 - с нормально рассчитанной последовательной обмоткой.

Кривая 2 -при усиленной последовательной обмотке.

Кривая 3 - при последовательной обмотке с меньшим числом витков.

3. Принцип самовозбуждения генераторов.

Для самовозбуждения генератора необходимы следующие условия:

- наличие остаточного магнитного потока Ф_о,

- направление остаточного магнитного потока должно совпадать с

направлением потока возбуждения,

- сопротивление цепи возбуждения не должно превышать некоторого

критического значения.

Принцип самовозбуждения в ГПТ реализуется следующим образом: магнитным потоком Фо в обмотке якоря индуктируется Ео. В обмотке возбуждения, подключенной к цепи якоря, возникает ток Iво. Ток Iво возбуждает магнитный поток Ф > Ф_о. Потоком Ф индуктируется Е₁ > E_o, под действием Е₁ возникает новый ток I_в > I_во и т.д. Процесс самовозбуждения закончится, когда ЭДС станет равна падению напряжения на сопротивлениях цепей якоря и возбуждения Е = I_в R, где R = R_я + R_в + R_p, R_я, R_в, R_p - сопротивления обмотки якоря, обмотки возбуждения, регулировочного реостата, включенного последовательно с обмоткой возбуждения.

Другими словами процесс самовозбуждения закончится, когда характеристика холостого хода Е = f(I_в) пересечется с прямой .