книги из ГПНТБ / Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник

направления увеличивается до значения + / в.макс» при котором вос­ ходящая и нисходящая ветви характеристики соединяются, образуя узкую гистерезисную петлю, обусловленную явлением гистерезиса в магнитной цепи индуктора. При снятии характеристики холостого хода изменение тока следует производить только в одном направле­ нии, для того чтобы точки соответствовали одной и той же гистерезис­ ной петле. Для практических целей используется линия 3, располо­ женная между восходящей 2 и нисходящей 1 ветвями. Полояюние на характеристике точки N, соответствующей номинальному на­ пряжению, определяет степень насыщения магнитной цепи. Обычно эта точка, лежит в верхней части изгиба характеристики холостого хода, так как работа на прямолинейной части не обеспечивает устой­

обмотке якоря возникает поперечная реакция якоря, которая вслед­ ствие насыщения магнитной цепи оказывает размагничивающее действие, при смещении токораздела с геометрической нейтрали по вращению якоря возникает еще продольная реакция якоря (§ 4-3). Если количество витков в катушке возбуждения (на полюсе) w„, то ток возбуждения, соответствующий общей размагничивающей реак­ ции Fad якоря,

тFad

ва~ 2wa •

Результирующая намагничивающая сила, создающая основной магнитный поток в генераторе, определяется током / в р = / В1 — І Ша и соответствующая этому току э. д. с. равна Е22. Напряжение на зажимах генератора, согласно уравнению (7-5), будет Ux = Е22 —

— / 2г2. Соответствующая этому напряжению точка С лежит на наг­ рузочной характеристике 2, а разность Е21 — Ux определяет общее изменение напряжения при переходе от холостого хода к нагрузке / 2 при токе возбуждения / в1.

Прямоугольный треугольник АВС, сторона которого AB соот­ ветствует реакции Fad якоря в масштабе тока возбуждения, и сторона'

*107

ВС — падению напряжения / 2г2 я масштабе напряжения, называется характеристическим треугольником.

При постоянной нагрузке падение напряжения / 2г2 остается практически постоянным, а размагничивающее действие реакции якоря изменяется, поэтому в треугольниках АВС, А ф хСх и А2В2Сг

построение характеристического треугольника позволяет определить размагничивающее действие реакции якоря. Для этого необходимо при установленном токе возбуждения / В1 определить напряжение на зажимах генератора 7/, (точку С) и прибавить к нему падение напря­ жения в цепи якоря / 2г2. Затем через точку В провести линию парал­

По внешней характеристике определяется изменение напряжения генератора: повышение напряжения при снятии нагрузки и пониже­ ние при увеличении нагрузки. Относительное изменение напряже­ ния равно разности напряжения при холостом ходе и напряжения при номинальной нагрузке в долях номинального напряжения

Относительное изменение напряжения зависит от сопротивления цепи якоря и от влияния реакции якоря, в машинах без компенса­ ционной обмотки АU%составляет 0,05-у0,15.

Внешнюю характеристику можно построить по характеристике

хода и характеристический треугольник АВС, определенный ранее по характеристикам холостого хода и нагрузочной для номиналь­ ного тока / н нагрузки. Характеристический треугольник распола­ гается так же, как на рис. 7-4, т. е. его вертикальный катет ВС сов­ падает с линией установленного тока возбуждения / в1, а вершина А находится на характеристике холостого хода. Положение вершины С

108

определяет напряжение U на зажимах генератора при номинальной нагрузке. Это дает возможность получить две точки внешней харак­ теристики 2 в координатных осях I и U для установленного тока воз­ буждения: напряжение £/„, соответствующее холостому ходу, и напряжение £/,, соответствующее номинальной нагрузке (рис. 7-6). Промежуточные точки внешней характеристики могут быть получены в предположении, что стороны характеристического треугольника изменяются пропорционально току в цепи якоря. Для половинной нагрузки строится треугольник А1В1С1 с уменьшенными в два раза сторонами. Этт треугольник располагается таким образом, чтобы ка­ тет В1С1 совпадал с линией установленного тока возбуждения / в1, а вершина А, находилась на характеристике холостого хода, тогда положение вершины С\ определит величину напряжения U2для поло-

Р ис. 7-6. Построение внешней характеристики генератора неза­

висимого возбуждения

винной .нагрузки генератора. Таким же образом может быть опреде­ лено напряжение и для других значений нагрузки.

Г. Регулировочная характеристика. Из внешней характеристики следует, что для поддержания постоянства напряжения на зажимах генератора при уменьшении нагрузки требуется также уменьшать ток возбуждения, а при увеличении нагрузки увеличивать ток воз­ буждения.

На рис. 7-7 показана регулировочная характеристика, снятая при увеличении нагрузки от нуля до номинальной. В этом случае изменение тока возбуждения определяется отношением

Регулировочная характеристика, так же как внешняя, может быть построена по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику.

Д. Характеристика короткого замыкания. Эта характеристика снимается при напряжении на зажимах генератора, равном нулю, и

109

возбуждения вызывает появление в обмотке возбуждения э. д. е,

Обычно процесс самовозбуждения происходит при холостом ходе и постоянном сопротивлении гв цепи возбуждения. В этом случае зависимость ив = / (ів) является характеристикой холостого хода (линия 1 на рис. 7-10). Падение напряжения івгв показано линией 2

и тогда э. д. с. ев представляется отрезками ординат менаду линиями

заканчивается в этой точке с установившимся напряжением на зажи­ мах генератора U1 и соответствующим ему током возбуждения / В1 = = UJr,.

Изменяя скорость вращения якоря или сопротивление регулиро­ вочного реостата в цепи возбуждения, можно изменить установив­ шееся значение тока / в и напряжения U. При увеличенной скорости вращения якоря ординаты характеристики холостого хода возра­ стают пропорционально скорости вращения и изображаются линией 3, процесс самовозбуждения в этом случае заканчивается в точке Аъ при большем токе возбуждения и большем напряжении на зажимах генератора. Если увеличить сопротивление регулировочного рео­ стата, то івгв также возрастет и соответствующая линия 4 пересечет

111

характеристику холостого хода в точке /і3, т. е. при меньшем токе возбуждения и меньшем напряжении на зажимах генератора. Ка­ сательная к характеристике холостого хода (линия 5) определяет та­ кое сопротивление гВЛ(р (критическое), при котором сахмовозбуждение практически не происходит.

Б. Характеристика холостого хода. Эта характеристика сни­ мается так же, как описано в § 7-3, А, но только при одном направ­ лении тока в обмотке возбуждения. При увеличении тока возбужде­ ния получается восходящая ветвь 1 характеристики, а при уменьше­ нии тока — нисходящая ветвь 2 (рис. 7-11) с общими точками на оси ординат и при наибольшем токе возбуждения. Обе ветви образуют

Нагрузочная характеристика в.месте с характеристикой холостого хода позволяет построить характеристический треугольник и опре­ делить размагничивающее действие реакции якоря.

Г. Внешняя характеристика. При отсутствии регулирования цепи возбуждения рассматриваемого генератора ток возбуждения не остается постоянным вследствие изменения напряжения на зажи­ мах генератора. Изменение напряжения в этом случае происходит под влиянием трех причин: падения напряжения в цепи якоря, реак­ ции якоря и изменения тока возбуждения, пропорционального напря­ жению генератора /„ = U/rB. В результате изменение напряжения по­ лучается большим, чем в генераторе независимого возбуждения. При постепенном уменьшении сопротивления нагрузки, начиная с холо­ стого хода, ток в обмотке якоря увеличивается. Пока э. д. с. опреде­ ляется насыщенной частью характеристики холостого хода, она мало изменяется при уменьшении тока возбуждения, и напряжение на за­ жимах ' генератора уменьшается в основном под влиянием падения напряжения в обмотке якоря (линия 1 на рис. 7-12), т. е. почти так же, как в генераторе независимого возбуждения (линия 2). На прямоли­ нейной части характеристики холостого хода изменение э. д. с.

112

получается большим, чем изменение напряжения и это ограничивает ток в обмотке якоря и приводит к неустойчивой работе генератора. Таким образом, внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения состоит из двух частей, верхняя часть соответствует устойчивой работе генератора с малым изменением напряжения и

храняют почти ту же величину, что и до короткого замыкания, следо­ вательно, э. д. с. остается также большой и при малом сопротивлении нагрузки ток в цепи якоря значительно превышает / кр, в резуль­ тате чего может возникнуть сильное искрение на коллекторе.

Внешняя характеристика может быть построена по характери­ стике холостого хода и характеристическому треугольнику. Для этого в координатных осях / в и U строится расчетная или опытная харак­ теристика холостого хода (рис. 7-13) и характеристический треуголь­ ник АВС. Если поставлено задание получить номинальное нанряже-

113

ние U„ на зажимах генератора при номинальной нагрузке /„, то стороны треугольника должны соответствовать этому току, вершина А должна располагаться на характеристике холостого хода, вершина С — на линии номинального напряжения. Положение вершины С определяет номинальное значение / вн тока возбуждения, поэтому характеристика цепи возбуждения U = / (/ в) должна проходить через эту вершину (линия 2) и пересечение ее с характеристикой холостого хода в точке D определяет напряжение Ua холостого хода и ток возбуждения при холостом ходе.

Из расположения характеристик 1 ж2 видно, что характеристи­ ческий треугольник для номинального тока вписывается между ними и при пониженном напряжении U1. Это положение треугольника соответствует неустойчивой части внешней характери­

стики 4.

Для того чтобы определить наибольшее значение / кр тока на­ грузки и соответствующее ему напряжение на зажимах генератора, необходимо провести касательную 3 к характеристике холостого хода параллельно линии 2 и в точке касания расположить вершину А2 характеристического треугольника А2В2С2. Отношение соответ­ ствующих сторон треугольников А2В2С2 и АВС дает величину / кр в долях номинального, а положение вершины С2 определяет вели­ чину напряжения С/2 для нагрузки / кр.

Напряжения для промежуточных значений тока определяются по положению соответствующих характеристических треуголь­ ников.

Д. Регулировочная характеристика. Так как эта характеристика снимается при постоянном напряжении на зажимах генератора, то для компенсации размагничивающего действия реакции якоря и па­ дения напряжения в цепи якоря при увеличении нагрузки, ток воз­ буждения необходимо так же увеличивать, как в генераторе незави­ симого возбуждения (рис. 7-7).

Е. Характеристика короткого замыкания. Эта характеристика при параллельном возбуждении не может быть снята, так как в ре­ жиме короткого замыкания ток возбуждения равен нулю и зна­ чение тока в цепи якоря определяется остаточным магнитным потоком.

У генераторов параллельного возбуждения внешняя характери­ стика при нагрузке от холостого хода до номинальной мало отли­ чается от характеристики генератора независимого возбуждения, поэтому изменение напряжения без регулирования его при измене­ нии нагрузки удовлетворяет требованиям большинства потребителей электроэнергии.

Достоинством генераторов параллельного возбуждения является отсутствие постороннего источника электроэнергии и малый ток короткого замыкания. Недостатком является неустойчивая работа при пониженном напряжении. Генераторы параллельного возбужде­ ния находят широкое применение в установках, где не требуется регулирование напряжения в широком диапазоне.

114

7-5. Генератор последовательного возбуждения

Обмотка возбуждения В этого генератора включена последова­ тельно с нагрузкой (рис. 7-14), поэтому ток возбуждения равен току нагрузки. При сохранении схемы включения обмотки якоря с об­

ных установках, так как не удовлетворяет требованиям большинства потребителей электроэнергии в отношении постоянства напряжения.

7-6. Генератор смешанного возбуждения

Этот генератор имеет две обмотки возбуждения: параллельную Вш и последовательную В0 (рис. 7-16). Магнитный поток, соответ­ ствующий номинальному напряжению на зажимах генератора при

115

холостом ходе, обычно создается параллельной обмоткой возбуждения. Последовательную обмотку возбуждения рассчитывают таким обра­ зом, что ее намагничивающая сила компенсирует размагничивающее

В. Внешняя характеристика. В зависимости от соотношения намагничивающей силы обмотки последовательного возбуждения, размагничивающего действия реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря внешняя характеристика генератора смешанного воз­ буждения может иметь различный вид. Если намагничивающая

характеристика такого генератора показана линией 2. Для сравне­ ния линией 3 изображена внешняя характеристика генератора па­ раллельного возбуждения.

116