3. Переходные процессы в цепях возбуждения электрических машин.

Для аналитического описания переходных процессов примем следующие допущения:

1. отсутствует взаимная индуктивность между обмотками возбуждения и якорем,

2. отсутствуют потери на гистерезис и вихревые токи,

3. отсутствует насыщение магнитной системы, т.е. ,

4. напряжение обмотки возбуждения .

При этих условиях электромагнитные процессы в обмотке возбуждения можно рассматривать независимо от процессов в обмотке якоря электрической машины. Обмотку возбуждения можно представить в виде последовательно соединенного сопротивления R_в и индуктивности L_в . С целью исключения перенапряжений при отключении обмотки возбуждения ее шунтируют разрядным сопротивлением R_р, при этом может быть включено добавочное сопротивление R_д.

Эквивалентное активное сопротивление

(4.301)

и эквивалентной индуктивности

(4.302)

Поэтому запишем уравнение электрического равновесия для исходной схемы (рис.4.16)

(4.303)

Крупные электрические машины имеют T_в=(2¸3)с , поэтому для таких машин продолжительность переходного процесса будет составлять (6¸12)с , что сильно замедляет протекание переходных процессов.

Для ускорения (форсирования) переходных процессов применяют следующие способы:

1. Уменьшение постоянной времени.

При включении последовательно с обмоткой возбуждения добавочного сопротивления R_д постоянная времени становится

(4.309)

но установившееся значение тока возбуждения должно оставаться неизменным, т.е.

(4.310)

Следовательно, получаем, что для уменьшения постоянной времени в a раз

(4.311)

необходимо увеличить напряжение

тоже в a раз. Мощность источника возбуждения

(4.312)

тоже увеличивается в a раз.

2. Задержанная отрицательная обратная связь.

Включим в цепь обмотки возбуждения добавочное сопротивление R_д, которое зашунтировано размыкающим контактом токового реле РТ, обмотка этого реле включена последовательно с обмоткой возбуждения. Подводим к этой цепи повышенное напряжение aU_в. Сопротивлением обмотки реле тока РТ пренебрегаем из-за его малости. Пусть ток срабатывания реле будет равным I_у. Тогда для цепи можно записать дифференциальное уравнение

(4.312)

решением которого при нулевых начальных условиях будет

(4.313)

При временем t=t₁ ток в цепи обмотки возбуждения достигает установившегося значения I_у, реле РТ включается, размыкает свой контакт, и в цепь вводится добавочное сопротивление R_д, которое ограничивает ток возбуждения на уровне

(4.314)

3. Непрерывная отрицательная обратная связь.

В этом случае обмотку возбуждения генератора (или электромашинного усилителя) включают на разность напряжений . Для цепи возбуждения можно написать уравнение электрического равновесия

, (4.319)

Поэтому переходный процесс в цепи возбуждения генератора будет протекать ускорено. Вместо электрической отрицательной обратной связи довольно часто используют магнитную связь, по МДС. Это особенно удобно при разных напряжениях обмотки возбуждения (или управления) и обмотки якоря.

Результирующая МДС

, (4.324)

где - токи в обмотках управления и обратной связи;

- числа витков обмотки управления и обмотки обратной связи.

По мере возрастания ЭДС генератора будет возрастать МДС обратной связи и снижаться форсирование. В конце процесса возбуждения ЭДС генератора принимает установившееся значение , форсирование полностью снимается.

При непрерывной отрицательной обратной связи (электрической или магнитной) происходит плавное снятие форсировки. Здесь следует заметить, что присутствие отрицательной обратной связи в цепи управления служит причиной форсирования переходных процессов.

4. Включение емкости в цепь обмотки возбуждения.

Ускорить переходный процесс можно и за счет включения емкости в цепь обмотки возбуждения. При подключении этой цепи к источнику питания в первоначальный момент времени ток возбуждения будет проходить через емкость , минуя добавочное сопротивление . По мере заряда конденсатора вся большая часть тока будет ответвляться в добавочное сопротивление . В конце переходного процесса конденсатора полностью зарядится и не будет пропускать ток (током утечки пренебрегаем). Весь ток будет проходить через добавочное сопротивление , которое при повышенном напряжении ограничивает ток на уровне установившегося значения

.

В данной цепи возможен колебательный характер переходного процесса. Для апериодического процесса необходимо выполнить условие

, (4.326)

где (4.327)

Вместо статической емкости можно использовать так называемую динамическую емкость: ДПТ НВ, работающий вхолостую. Динамическая емкость определяется из равенства кинетической энергии ротора при холостом ходе и энергии, запасенной в эквивалентном конденсаторе, т.е.

, (4.328)

откуда

, (4.329)

Форсирование переходных процессов с использованием емкости конденсаторов больше применяется в цепях с электромагнитными реле, где величина емкости незначительна. Следует заметить, что форсирование переходных процессов происходит за счет подведения к системе большей мощности, т рассмотренные выше способы отражают лишь разные пути реализации этого принципа.