Landsberg-1985-T2

На рис. 339 изображен так называемый генератор с по­

следовательным возбуждением, или, как его иногда назьt-­

вают, сериесный генератор. Здесь цепь индуктора, цепь

якоря и сеть соединены последовательно, так что весь

ток, индуцирова,.нныЙ при работе генератора в якоре, про­

ходит последова!гельно .через индуктор и через сеть: То/(,

через индуктор равен току в сети.

В генераторе с nараллельным возбуждением, называемом также шунтовым генератором (рис. 340), цепь якоря и

цепь индуктора соединены параллельно, и к ним присоеди­

нена сеть (нагрузка).

ТaIШМ образом, ток, возникающий в цепи якоря, раз­

ветвляется: ч~сть его проходит через сеть, а другая часть

ответвляется и проходит через обмотки индуктора, созда­

вая магнитное поле, необходимое для работы генератора. В этом случае ток в индукторе составлжт лишь часть -

обычно небольшую - тока в сети.

169.1.По внешнему виду легко сразу отличить, имеем ли мы дело

?с сериесным или шунтовым генератором (или двнгатмв.м). В се.

риесных генераторах обмотка возбуждення состоит из относи'

тельно небольшого числа витков толстой проволоки; обмотка же шунтовых генераторов делается из более тонкой проволоки, но

содержит значительно большее число витков. Чем это объясня­

ется?

169.2. Можно ли запустить сериесный генератор без нагрузки, т. е. отключив его от сети? Можно ли таким же образом запустить

шунтовый генератор?

Если бы при запуске генератора его электромагниты

были совершенно-размагничены, т. е. не создавали никакого

магнитного поля, то, очевидно, привращении якоря в нем

не возникала бы индуцированная э. д. с. и неоткуда было бы взяться току для питания электромагнитов. Но факти­

чески сердечники один раз намагниченных электромагнитов

СОJrPаняют всегда некоторое, хотя бы и очень слабое оста­

точное намагничивание. Таким образом, в генераторе

всегда имеется магнитное поле, хотя до начала работы гене-

-ратора это поле очень слабо. Как только в этом поле начнет

вращаться якорь, в нем возникнет слабый индуцированный

ток. Проходя по обмоткам электромагнита, этот, ток усили­

вает магнитное поле, возрастание которого приводит К

усилению индуцированной э. д. с. и тока. При этом еще более усиливается поле, еще более возрастает индуциро­

ванный ток и т. д. Таким образом, в первые моменты напря­ жение на зажимах генератора очень мало, но оно быстро

424

возрастает и достигает того значения, на которое генератор

рассчитан *).

дет, если мы пустим генератор в обратную сторону?

169.4. Что следует сделать, если случайно индуктор генератора

размагнитится н он при запуске не будет давать напряжения?

Эксплуатационные свойства генераторов с последова­

тельным и параллельным возбуждением существенно раз­ личны. В генераторах рервого типа, если мы отключим их от внешней сети, цепь якоря и индуктора оказывается разо­

мкнутой, и ток через них проходить не может.. Поэтому

не будет иметь места и описанный выше процесс самовоз­ буждения, т. е. постепенного нарастания э. д. с., индуци­

руемой в якоре; следовательно, генератор с nоследователь.­

ным возбуждением нельзя запустить вхолостую, т. е. без

нагрузки. По мере того, как мы увеличиваем эту нагрузку, т. е. уменьшаем сопротивление внешН€й цепи и, стало быть, увеличиваем ток в ней, возрастает и ток' в ин,Дукторе, равный току в сети. До тех пор, пока железо в индукторе не

достигло состояния магнитного насыщения, будет соответ­

ственно возрастать и создаваемый индуктором магнитный

поток, а вместе с ним будут возрастать и индуцируемая в якоре э. д. с. и напряжение на зажимах генератора. Когда

же железо в индукторе намагнитится до насыщения, то даль­

нейшее увеличение тока ,в его обмотках будет вызывать

очень малое возрастание магнитного потока, которое уже

не в состоянии компенсировать возрастающую потерю

напряжения на обмотках якоря. Поэтому напряжение на

зажимах генератора начнет падать; при коротком замыка­

нии внешней сети напряжение упадет до нуля, а ток корот­

кого замыкания будет в несколько раз превосходить нор­ мальный ток, на который рассчитан генератор.

Таким образом, зависимость яапряжения на зажимах генератора с последовательным возбуждением от силы тока,

который он посылает во внешнюю сеть, им~ет вид, изоб­

раженный на рис. 341 (за 100 % приняты нормальные зна­

чения напряжения на зажимах генератора и силы тока в

*) Само собой разумеется, что в генераторах с параллеЛЬRЫМ воз­

буждением зажимы якоря и индуктора должны быть соединены так,

чтобы при вращении якоря в определенном направлении индуцирован.

ный в нем ток усиливал, а не ослаблял имеющееся в генераторе остйточ. ное намагвичивание. Иначе э. д. с., индуцируемая в якоре, будет не воз- p)icTaTb, а уменьшаться, стремясь к нулю. .

425

сети). Эта кривая, называемая внешней xapaкmepиcmuкoй

генератора, показывает, что с РОС1'ом нагрузки напряжение сначала круто растет, достигая нормального значения при

нормальном токе, а затем спадает до нуля. Ясно, что такая

резкая зависимость напряжения генератора от силы пО­

требляемого тока практически очень неудобна. Поэтому гe~ нераторы с последовательным возбуждением на практике

-----------.....

.........""

,,,

\

\

\

\-'-%

'{НОРМ'

150 200

Рис. 341. Внешняя характеристика генератора с последовательным Аозбуждением

в качестве генераторов постоянного ТОка применяются чрез~

вычайно редко.

Внешняя характеристика генератор-а с параллельным

возбуждением имеет совершенно иной вид (рис. 342). По

.д.- %

Инар",' о

'/00 r----_~

Рис. 342. Внешняя характеристика генератора с параллельным воз­

буждением

мере тогО как мы уменьшаем сопротивление сети, т. е.

увеличиваем ток в ней, напряжение на зажимах генератора

падает. Нетрудно понять, чем это обусловлено. Когда YMeHЬ~ шается сопротивление сети (растет нагрузка), то все большая

часть тока в якоре ответвляется в сеть и все меньшая -

426

в индуктор, так как отношение силы тока в этих параллель­

но по отношению к якорю включенных цепях обратно

пропорционально их сопротивлениям (§ 50). Поэтому с

ростом нагрузки уменьшается ток в цепи индуктора, .а

следовательно, и его магнитный поток и индуцированная в якоре э. д. с. Однако вначале, пока железо индуктора

находится в состоянии насыщения, это падение происходит

довольно медленно, и при изменении тока от нуля до нор­

мального значения, принятого на рисунке за 100 %, не

превышает 10-15 % от нормального значения напряжения,

на которое генератор рассчитан. Таким образом, в довольно широком интервале изменений нагрузки напряжение гене­

ратора изменяется очень мало.

Если в генераторе с параллельным возбуждением мы будем еще больше уменьшать сопротивление сети, то ток

сначала будет продолжать расти, несмотря на уменьшение

напряжения на зажимах генератора. При некоторой на­ грузке, примерно вдвое превышающей нормальную, на

которую генератор рассчитан, ток достигает максимального

значения 'тах и потом начинает падать, потому что, после

того как железо индуктора выйдет из состояния магнитного

насыщения, падение напряжения, вызванное уменьшением

тока в обмотках индуктора, происходит очень круто, и влияние этого фактора пересиливает влияние уменьшения

сопротивления сети. При коротком замыкании сети ток

упадет до относительно небольшого значения (1к. 3 на

рис. 342), так что для генератора с параллельным возбуж­

дением короткое замыкание не опасно.

Еще большего постоянства напряжения при изменениях силы тока в сети можно добиться в генераторах с так назы­

ваемым смешанным возбуждением или компаунд-генерато­ рах. В этих генераторах на полюсных наконечниках индук­

тора имеется по две обмотки. Одна из них соединена с яко­

рем' по схеме последовательного соединения, а другая -

по схеме параллельного соединения. Так как при увели­

чении нагрузки э. д. с., обусловленная первыми обмотка­

очень больших изменениях силы тока в сети.

§ 170. Трехфазный ток. В настоящее время во всем мире получила широчайшее распространение так называемая

трехфазная система переменного тока, изобретенная и разработанная в конце прошлого века русским электротех-

421

ииком Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским

(1862-1919). Эта система обеспечивает наиболее выгодные условия передачи электрическо,й энергии по проводам и позволяет построить ПРОСТ}>Iе пО устройству и удобные_в работе электродвигатели.

Трехфазной системой. электрических цепей называют

систему, состоящую из трех цепей, в которых действуют nеременные э. д. с. одноЙ и той же частоты, сдвинутые по

фазе друг относительно друга на 1/3 nepuoдa. (<р=2л/3).

Каждую отдельную цепь такой системы коротко называют ее фазой, а систему трех сдвинутых по фазе переменных токов в таких цепях называют просто трехфазныJ.t mOKOJ.t.

Почти все генераторы, установленные на наших электро­

станциях, являются генераторами трехфазного тока. По

~ft~~'_#_#

существу каждый такой генератор представляет собой соединение в одной машине трех Г~HepaTopOB перемеННОГ0 тока, сконструированных таким образом, что индуцирован­

ные в них э. д. с. сдвинуты друг относительно друга на одну

треть периода, как это показано на рис. 343.

Как. осуществляется подобный генератор, легко понять из схемы, изображенной на рис. 344. Здесь имеются три

самостоятеJ,IЬНЫХ якоря, расположенных на статоре машины

и- смещенных на 1/3 окружности (1200) друг относительно

друга; в центре машины вращается общий для всех трех якорей индуктор, изображенный на схеме в виде постоян­

ног-о магнита. В каждой к~тушке индуцируется перемен­

ная э.Д.~. одной и тои же частоты,' но моменты прохож-

428

дения этих э. д. с. через нуль (или. через максимум) в каж­

дой из катушек окажутся сдвинутыми на 1/3 периода друг

относительно друга, ибо индуктор проходит мимо каждой

катушки на 1/3 периода позже, чем мимо предыдущей.

Каждая обмотка 'трехфазного генератора является са­

мостоятельным генератором тока и источником электриче­

ской энергии. Присоединив провода к концам каждой из них, как это показано на рис. 344, мы получили бы три неза­ Бисимые цепи, каждая из которых могла бы питать энергией

те или иные приемники, например электрические лампы.

В этом случае для передачи всей энергии, которую поглоща­

ют приемники, требовалось бы шесть проводов. Можно,

однако, так соединить между С9бой обмотки генератора

трехфазного тока, чтобы обойтись четырьмя и даже тремя

проводами, т. е. значительно сэкономить rтpoBOДKY.

Рис. 345. Четырехпроводная система проводки при соеДинении обмоток

трехфазного генератора звездой. Нагрузки (группы ламп) 1, Н, 111 питаются фазными напряжениями

зажимы обмоток 1, 2, 3 началами, а зажимы 1', 2', 3' - l<Онцами соответствующих фаз. Соединение звездой заклю­

чается в том, что мы соединяем концы всех обмоток в одну

точку генератора, которая называется нулевuй точкой или нейтралью, и соединяем генератор с приемниками энеРГИIL

четырьмя проводами: тремя так называемыми линейными

проводами, идущими от начала обмоток 1, 2, 8, и нулевым или нейтральным ПР9ВОДОМ, идущим от нулевой точки генератора. Такая система проводки называется чеmblрехпроводной. '

Напряжения между нулевой точкой и началом каждой фазы называют фазными напряжениями, а напряжения

между началами обмоток, т. е. точками 1 и 2,2 и 3,3 и 1, называют llUHeWtblМU или межфазн.ы..мu. ФаЗ1iые напря-

429

жения обычно обозначают Ui. иа. из или в общем виде UФ,

алинейные - и1-', и'1.8, изi или в общем виде и.. .

Можно показать, что между амплитудами или действую­

щими значениями фазных и линейных напряжений при

соединении обмоток генератора звездой существует соот-

ношение

(170.1)

Таким qбразом, например, если фазное напряжение гене­

ратора U 1\)= 127 В, то при соединении обмоток генератора

звездой линейное напряжение и~=220 В. Если Uф =220 В,

то и.=380 В.

Расчет, которого мы приводить не будем, показывает, что в случае равномерной нагрузки всех трех фаз генера­

тора, т. е. при приблизительно одинаковых токах в каждой из них, ток в нулевом проводе равен нулю. Поэтому в этом

Рис. 346. Трехпроводная система ПРОВОДКИ при соединении обмоток генератора звездой. Нагрузки (группы ламп) 1, 11, III питаются ли­ нейными напряжениями

случае можно нулевой провод упразднить и перейти к еще более экономной mрехnроводной системе, изображенной

на рис. 346. Все нагрузки включаются при этом между

соответствующими парами линейных проводов.

При несимметричной нагрузке ток в нулевом проводе не

равен нулю, но, вообще говоря, он слабее, чем ток в линей­

ных проводах. Поэтому нулевой провод может быть тоньше,

чем линейные. При эксплуатации трехфазного тока стре­

мятся сделать нагрузку различных фаз по возможности одинаковой. Поэтому, например, при устройстве освети­ тельной сети большого дома при четырехпроводной системе вводят в каждую квартиру нулевой провод и один из ли­ нейных с таким расчетом, чтобы в среднем на каждую фазу приходилась примерно одинаковая нагрузка. При трехпро­ водной системе вводят в одну группу помещений провода

1 и 2, в другую 2 и 3, в третью 3 и 1 с таким же расчетом. Другой способ соединения обмоток генератора, также допускающий трехпроводную проводку, - это соединение

430

треугольником, изображенное на рис. 347. 3деськонец каждой обмотки соединен с началом CJIедующей, так что

они образуют замкнутый треугольник, а линейные провода прщ:оединены к вершинам этого треугольника - точкам 1,

2 и 3. Легко видеть, что при соединении треугольником

При применении трехфазного тока отдельные приемники (нагрузки), питающиеся от отдельных пар проводов, также

могут быть соединены либо звездой, т. е. так, что один конец их присоединен к общей точке, а оставшиеся три свободных конца присоединяются К линейным проводам

левым проводом). На рис. 350 показана схема соедИН~НИЯ

нагрузок треугольником при трехпроводной системе про­

водки.

, Практически ·важно иметь в виду следующее. При

соединении нагрузок тpeYZOAbHuк,oJt каждая нагрузк,а нахо-

-4131

..

дится n'Ьд линеЙны.м напряженИЕМ, а при соединении звез­

дой - nод напряженИЕМ, 8 Vз раз меньшим: Для случая

четырехпроводной системы это ясно из рис. 349. Но то же имеет место в случае трехпроводной системы (рис. 348).

Между каждой парой линейных напряжений здесь включе-

ЛtJнеанщl

пРО I)tJ

Лгшеt1НМ! 2.

про о

ЛIIНВ'lныr1

про о

Рис. 349. Соединение нагрузок звездой при четырехпроводной системе

проводки

ны последовательно две нагрузки, токи в которых сдвинуты

по фазе на 2:л/З. Расчет показывает, чтО напряжение на

каждой нагрузке равно соответствующему линейному напря-

жению, деленному на vз.

Таким образом, при nоереключении нагрузок со звезды на

треугольник напряжения на каждой нагрузке, а следователь-

Рис. 350. Соединение нагрузок

треугольником при трехпровод­

ной системе проводки

ЛlIнеt1НЬIl} npotJotl

НО, и ток в ней повышаются в VЗ=I,73 раза. Если, напри­

мер, линейное напряжение трехпроводной сети равнялось 220 В, то при соединении звездой (рис. 348) напряжение на каждой из нагрузок будет равно 127 В, а при включении треугольником (рис. 350) будет равно 220 В.·

432

§ 171. Трехфазный 9JlеКТРОД8игатель. Из большого числа типов электродвигателей переменного тока, применяю­ щихся в современной электротехнике. наиболее широко распространенным; удобным и экономичным является дви­

гатель с вращающимся магнитным полем, основанный на

применении трехфазного тока.

Чтобы понять основную идею, лежащую в основе кон­ струкции этих двигателей, вернемся снова к опыту. изоб­ раженному на рис. 264. Мы видели там; что металлическое

\ / Т/3

• I

\ 8г }%

\/ '.

"-,,,,~

а)

f'

Рис. 351. Получение вращающегося магнитного поля при сложенни

трех синусоидальных полей, напраВJIенных под углом 1200 друг отно.

сительно друга и смещенных по фазе на 2п 3: а) расположение катушек, создающих вращающеесп поле; 6) график изменения индукции полей

приходит во вращение в ту же сторону, в какую вращается

поле. Причиной этого вращения является то обстоятелЬСТ80, что при вращении поля ~зменяется магнитный поток через

кольцо и при этом в кольце индуцируются токи, на которые

поле действует с уже знакомыми нам силами, создающими

вращающий Mo~eHT.· ,

433