1.17. Генераторы постоянного тока

ГПТ широко применяются в различных промышленных, транспортных и других установках для питания двигателей постоянного тока, возбуждения синхронных машин, для питания гальванических установок и т.д.

По способу возбуждения (рис.1.45) ГПТ делятся на генераторы с самовозбуждением и генераторы с независимым возбуждением. Генераторы независимого возбуждения могут возбуждаться от постороннего источника постоянного тока (электромагнитное возбуждение) или от постоянных магнитов (магнитоэлектрическое возбуждение).

Генераторы с самовозбуждением делятся на генераторы параллельного (шунтового), последовательного (сериесного) и смешанного (компаундного) возбуждения.

Рис. 1.45. Схемы возбуждения генераторов:

а) независимое; б) параллельное; в) последовательное; г) смешанное.

Уравнение напряжения генератора имеет вид:

(1.137)

где – э.д.с. якоря;R_а– полное сопротивление якоря.

Работа ГПТ независимого возбуждения определяется следующими основными характеристиками:

1. холостого хода;

2. короткого замыкания;

3. внешняя;

4. регулировочная;

5. нагрузочная.

Достоинства и недостатки генераторов с независимым возбуждением.

Достоинства в том, что независимая обмотка возбуждения позволяет независимо изменять поток возбуждения в широком диапазоне вниз от номинальной величины по любому закону, в том числе и требуемому по технологии, и изменять выходное напряжение так же по требуемому закону.

Недостаток является продолжением достоинства генератора независимого возбуждения: для независимой обмотки возбуждения требуется отдельный источник питания.

Схема для снятия характеристик генератора постоянного тока независимого возбуждения представлена на рис. 1.46, а энергетическая диаграмма показана на рис. 1.47.

Рис. 1.46. Схема для снятия характеристик

Генератора независимого возбуждения

Рис. 1.47. Энергетическая диаграмма генератора

Постоянного тока независимого возбуждения

1.18. Генераторы независимого возбуждения

Рассмотрим основные характеристики генератора независимого возбуждения.

Характеристики, определяющие работу генератора, связывают основные величины, записанные в уравнение генератора: .

1. Характеристика холостого хода

2. Характеристика короткого замыкания

3. Внешняя характеристика

4. Регулировочная характеристика

5. Нагрузочная характеристика

Все характеристики снимаются при .

1. Характеристика холостого хода (Х.Х.Х.), рис. 1.48.

Это зависимость , которая снимается приприI_а= 0 иn=const.

Рис. 1.48. Характеристика холостого хода генератора

Независимого возбуждения

Характеристика холостого хода имеет вид неширокой гистерезисной петли. Средняя штриховая линия представляет собой расчетную Х.Х.Х., которая в определенном масштабе повторяет магнитную характеристику генератора. При i_в = 0 имеет место Е_ост. – некоторое остаточное напряжение, вследствие остаточной намагниченности полюсов и ярма индуктора (гистерезис в магнитной цепи индуктора).

2. Характеристика короткого замыкания (Х.К.З.).

Это зависимость приU= 0 иn=const.

В режиме короткого замыкания ,а так как R_а мало, то э.д.с. также должно быть мала, поэтому поток мал и машина не насыщена.

Характеристика короткого замыкания линейная зависимость тока возбуждения от тока генератора рис. 1.49, прямая 2.

Характеристика короткого замыкания

U = 0

,

где – мало (сотые доли Ом).

Рис. 1.49. Построение характеристического треугольника

Чтобы I_{к з} не превышал 1,5I_н (предел, в которых снимается характеристика), надо изменять i_в в очень малых пределах. А так как ток возбуждения мал, ЭДС мала, то мал Ф_δ, поэтому магнитная система ненасыщенна и зависимость линейна.

Характеристики холостого хода и короткого замыкания считают основными, по ним строят нагрузочный (характеристический, реактивный) треугольник, обусловленный размагничивающей реакцией якоря.

. (1.138)

К. з.: U= 0,; (1.139)

;

AB = .

По характеристике холостого хода (прямая 1, рис. 1.49) и характеристике короткого замыкания (прямая 2, рис. 1.49) можно построить характеристический (реактивный) треугольник, определяющий величину реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря. На характеристике холостого хода откладывают величину равную падению напряжения в цепи якоря при номинальном токе I_нR_а, для создания в режимехолостого хода необходим . На характеристике короткого замыкания откладывают номинальный ток, в якоре при этом должна индуктироваться, для наведения такой э.д.с. нужен токi_вк. Разность = (i_вк – ) определяет величину реакции якоря в масштабах тока возбуждения.

Треугольник АВС – характеристический, его можно использовать для построения других характеристик.

3. Внешняя характеристика – это зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения и i_вн = const и постоянных оборотах генератора n = const.

Внешняя характеристика рис. 1.50.

, Когда= 0, то. Есливозрастает, тоU убывает. Номинальному напряжению соответствует номинальный ток якоря

U_н ; I_{a н}.

При увеличении тока якоря напряжение уменьшается по двум причинам: вследствие падения напряжения в цепи якоря и влияния реакции якоря.

1. Напряжение ЭМПТ уменьшается линейно вследствие роста тока нагрузки , роста падения напряжения на сопротивлении якоря. Как следствие имеет место уменьшение напряжения генератора.

2. Нелинейное изменение напряжения генератора связано с размагничивающим действием поперечной реакции якоря, которое имеет место с ростом тока. При этом основной поток уменьшается , так как поток реакции якоря (Ф_а) возрастает при Ф_в = const. Уменьшается пропорциональная потоку

Рис. 1.50. Внешняя характеристика генератора