Электротехника Ч1

261

Так как реактивное сопротивление синхронного генератора много больше активного, коэффициент мощности меньше единицы, а изменение напряжения 2U может достигать нескольких десятков процентов. Для стабилизации напряжения генератора необходимо регулировать ток возбуждения Iв. Поэтому в большинстве случаев генераторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения.

3.1 Особенности использования синхронных генераторов

на ПТМ и М.

Зависимость напряжения синхронного генератора от частоты вращения характерна при их использовании на подвижных объектах, в частности, на подъемно – транспортных машинах и механизмах с двигателями внутреннего сгорания, имеющими широкий диапазон изменения частоты вращения. Особенность использования синхронных генераторов на таких объектах заключается в том, что их непосредственной нагрузкой является преобразователь напряжения, а регулировка осуществляется по постоянному току.

Процесс регулирования напряжения генератора сводится к воздействию на значение магнитного потока. Магнитный поток наиболее просто изменять регулированием силы тока возбуждения одним из трех способов:

–закорачиванием обмотки возбуждения,

–прерыванием цепи возбуждения,

–включением последовательно с обмоткой возбуждения добавочного резистора.

Последний из перечисленных способов реализуется регуляторами напряжения электромагнитного, электронного и смешанного типов. Электронные регуляторы не содержат подвижных частей, подгорающих контактов, не требуют регулировок и потому более надежны. Однако благодаря невысокой стоимости электромагнитные регуляторы еще имеют достаточно широкое применение. Рассмотрим принцип их работы по схеме рис. 17.14.

262

В приведенной схеме добавочный резистор Rдоб включен последовательно с обмоткой возбуждения. Величина Rдоб рассчитывается так, чтобы регулировка напряжения обеспечивалась во всем диапазоне частоты вращения ДВС.

Параллельно Rдоб включены выходные нормально замкнутые контакты электромагнитного реле. Когда двигатель не работает, Rдоб выключен из цепи возбуждения. Сопротивление цепи возбуждения в этом состоянии обозначим Rв.

Rдоб

Обмотка электромагнитного реле подключена к выходу преобразователя напряжения, т. е. питается напряжением постоянного тока U. На основании (9.11) и (8.9) сила притяжения якоря реле может быть определена выражением

Очевидна зависимость силы притяжения якоря от силы тока обмотки Iоб. Если сопротивление обмотки реле Rоб, то Iоб = U/Rоб.

Допустим, что с увеличением частоты вращения напряжение на выходе генератора превысило регулируемое значение Uр. При этом сила притяжения якоря (17.25) превысит силу удерживающей пружины реле, и клапан

263

реле разомкнет контакты. В цепь возбуждения включается сопротивление добавочного резистора, что приводит к уменьшению тока возбуждения Iв = Uр / (Rв + Rоб) и, как следствие, к уменьшению напряжения U. Снижение напряжения U уменьшает Iоб и F. Контакты реле замыкаются и выключают Rдоб из цепи возбуждения. Далее процесс повторяется.

Большая частота включения и выключения Rдоб приводит к тому, что эквивалентное сопротивление цепи Rэ определяется выражением

Rэ = Rв +τв·Rдоб,

а ток возбуждения

Iв = Uр / (Rв + τв·Rдоб),

где τв = tв/(tо +tв) – относительная продолжительность включения резистора, tо , tв – время отключения и включения Rдоб.

В диапазоне малых частот вращения двигателя, от нуля до некоторого значения n1, напряжение на выходе генератора практически пропорционально n, но меньше Uр (рис.17.15). Регулятор не работает, τв = 0, а ток возбуждения возрастает от 0 до Iв макс.

При дальнейшем увеличении частоты вращения двигателя регулятор включается в работу. Напряжение на выходе генератора стабилизируется, а

264

относительное время включения добавочного резистора – τв увеличивается от 0 до 1. Ток возбуждения уменьшается от Iв макс до Iв мин = U / (Rв +Rдоб).

Основным недостатком рассмотренного регулятора является искрение, разрушающее контакты реле. Разрывная мощность на контактах определяется произведением

Уменьшение мощности за счет Rдоб приведет к уменьшению максимальной частоты вращения ДВС, что не приемлемо. Уменьшение Iв приведет к увеличению габаритов и массы генератора при прочих равных параметрах. Поэтому рассмотренный регулятор напряжения применим для маломощных генераторов.

С увеличением мощности генератора применяют двухступенчатый регулятор или разделяют обмотки возбуждения на две параллельные ветви. В качестве примера рассмотрим двухступенчатый реле – регулятор РР380, который устанавливается совместно с генератором Г221. Схема реле – регулятора приведена на рис. 17 16.

Рис. 17. 16. Упрощенная схема двухступенчатого регулятора напряжения

265

Контактная группа реле содержит нормально замкнутые 1-2 и нормально разомкнутые 3-4 контакты. При неработающем двигателе якорь реле контактная группа находятся в исходном состоянии (как показано на рис.). Первая пара контактов 1-2 шунтирует Rдоб и дроссель L. Дроссель предназначен для сглаживания бросков тока через контакты второй группы. Обмотка реле подключена к выходу преобразователя напряжения через резистор температурной компенсации RТ.

В диапазоне малой частоты вращения двигателя, от 0 до n1, прерыватель не работает, напряжение на выходе генератора и ток возбуждения Iв практически пропорциональны n (рис.17.17).

U = (0,2 ÷ 0,7)B

С увеличением оборотов двигателя до n1 напряжение на выходе генератора достигает порога регулирования Uр. Сила притяжения якоря (17.25) увеличивается и перебрасывает его в положение 1. Контакты 1-2 размыкаются, контакты 2-3 остаются разомкнутыми. Добавочный резистор Rдоб и дроссель L включаются в цепь возбуждения. Первая ступень регулирования начинает работать как в одноступенчатом реле.

Отличительной особенностью схемы двухступенчатых реле является то, что величина добавочного резистора Rдоб значительно меньше, чем у од-

266

ноступенчатых регуляторов. Это позволяет существенно уменьшить разрывную мощность на контактах (17.26) и продлить срок службы контактов. Однако диапазон регулирования при этом уменьшается. Значение Rдоб и L рассчитывают так, чтобы при частоте вращения 0,5·nмакс контакты первой ступени перестали замыкаться. Это означает, что регулирование первой ступенью реле прекратилось. Дальнейшее увеличение n приведет к росту напряжения на выходе генератора, причем U > Uр (рис. 17.17).

С увеличением напряжения U растет сила притяжения якоря к ярму (17.25). Когда выполнится равенство U = Uр1, нажимной клапан реле переходит в положение 2 (рис. 17.17) и замыкает контакты 3-4, шунтируя обмотку возбуждения. Ток возбуждения и напряжение генератора резко падают, при этом контакты 3-4 размыкаются. Начинает работать вторая ступень регулирования.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

17.1.Почему сердечник статора и ротор асинхронного двигателя набирают из штампованных листов электротехнической стали?

17.2.В чем заключаются особенности конструкции обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя?

17.3.Чем отличается фазный ротор асинхронного двигателя от короткозамкнутого ротора? Можно ли считать эти роторы взаимозаменяемыми?

17.4.Раскройте понятия: частота скольжения, скорость скольжения, скольжение.

17.5.В чем заключается физическая сущность свойства саморегулирования асинхронного двигателя?

17.6.Запишите аналитическое выражение и постройте график зависимости М(s).

17.7.Изобразите механическую характеристику и укажите на ней точки для режима холостого хода, номинальной нагрузки и пуска двигателя.

267

17.8.Приведите рабочие характеристики асинхронного двигателя. Поясните зависимость эксплуатационных параметров от мощности на валу двигателя.

17.9.В чем заключаются отличия конструкции синхронного двигателя от асин-

хронного?

17.10.Как создается вращающий электромагнитный момент синхронного двига-

теля?

17.11.Назовите обязательное условие возникновения вращающего момента в синхронногм двигателе.

17.12.Приведите аналитическое выражение для угловой характеристики. Какие физические величины опеделяют электромагнитный момент синхронного двигателя?

17.13.Как реагирует синхронный двигатель на изменение нагрузки на валу?

17.14.Опишите порядок пуска синхронного двигателя.

17.15.Назовите основные способы регулирования напряжения на выходе синхронного генератора.

17.16.В чем заключаются основные недостатки электромагнитного регулятора

напряжения?

268

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Электротехника - область науки и техники, использующей электрические и магнитные явления для практических целей. История этой области науки и техники лишь немного превышает два столетия. Но сделанные за это время открытия, изобретения и находки ученых и инженеров позволили в корне изменить труд, быт и отдых человека. Проникновение электротехники в нашу жизнь стало поистине безграничным, а всякое нарушение в подаче электроэнергии приводит к катастрофическим результатам.

Курс лекций позволяет студентам последовательно и быстро освоить основные результаты творческого поиска многих поколений замечательных ученых. Его изучение, как и изучение многих технических наук, дается нелегко. Поэтому при подготовке материалов много внимания уделялось последовательности и системности изложения, подбору доступного математического обеспечения, наглядным графическим иллюстрациям.

Курс ориентирован на подготовку студентов по специальности 190205. Но он удовлетворяет требованиям к подготовке специалистов других неэлектрических специальностей. Поэтому курс полезен и доступен для большой группы студентов ВУЗов и, прежде всего, ЧГУ. Доступность курса обеспечивается наличием варианта на электронном носителе и достаточным количеством экземпляров в библиотеке.

Изучив курс лекций, студенты смогут успешно усвоить программы прикладных курсов по специальности. Но полученные знания могут быть еще неоднократно востребованы как в процессе обучения, так и в дальнейшей практической деятельности. При необходимости знания можно расширить с помощью рекомендованной литературы.

269

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ

1.6. Rвн = tgα = 0,57 Ом. 1.7. Е = Iт·Rвн = 5 В. 1.8. uC (0− ) = uC (0+ ) = 0.

2.2. I1 = I5 = I3; I3 = I4 + I6; I4 + I5 + I6 = I1.

2.3. I1·R1 + I2·R2 = E; I3·(R3 + R45) – I2·R2 = 0.

2.6. При преобразовании звезды в треугольник следует пользоваться формулой:

R1,2 = R1 + R2 + R1·R2 / R3.

Пользуясь формулой получим: R1,2 = R2,3 = R3,1 = 30 Ом.

2.8. Е = 32,8 В. 2.11. UАВ ≈ 7,69 В; I1 ≈ - 1,154 A; I2 ≈ 0,769 A; I3 ≈

270