Свойства и характеристики генераторов параллельного возбуждения

Характеристика холостого хода и процесс самовозбуждения. Как видно из рис. 9.16, от якоря генератора параллельного возбуждения получают питание приемник электрической энергии и обмотка возбуждения Ш₁ = Ш₂. Согласно первому закону Кирхгофа

I_я = I + I_в.

Мощность Р_в и ток I_в обмотки возбуждения невелики. Обычно Р_в,ном ≈ (0,02÷0,05) Р_ном и I_в,ном ≈ (0,02÷0,05) х I_ном, где Р_ном и I_ном— номинальные мощность и ток генератора; Р_в,ном и I_в,ном — мощность и ток возбуждения при номинальном режиме работы генератора.

При холостом ходе I = 0 и в обмотке якоря возникает весьма небольшой ток I_я = I_в. На основании второго закона Кирхгофа при холостом ходе U = Е — I_яr_я = Е — I_вr_я .

Падением напряжения Iвrя ввиду его малости можно прене­бречь и считать, что при холостом ходе U = Е. Так как при хо­лостом ходе ток I_я = I_в невелик, реакцию якоря можно не учитывать. В этом случае, как и для генератора независимого возбуждения,

Ф = f₂(I_вw_в) = f₁(I_в);

Е = k_enf₁(I_в).

Очевидно, связь между Ф и I_в, а также между Е и I_в зависит от параметров генератора и совершенно не зависит от того, откуда получает питание обмотка возбуждения. Поэтому генератор параллельного возбуждения имеет характеристику холостого хода Е(I_в) (рис. 9.17), подобную характеристике генератора независимого возбуждения.

Особенностью генератора параллельного возбуждения является то, что он работает по принципу самовозбуждения. Для того чтобы генератор возбудился, должны быть выполнены два условия:

1) генератор должен иметь магнитный поток остаточного намагничивания Ф₀;

2) обмотка возбуждения должна быть подключена к якорю так, чтобы ею создавался магнитный поток, совпадающий по направлению с потоком остаточного намагничивания.

Рис. 9.16. Схема  включения генератора параллельного возбуждения

Рис. 9.16. К пояснению процесса самовозбуждения генератора параллельного возбуждения

Процесс самовозбуждения можно пояснить следующим образом. Магнитным потоком Ф₀ в обмотке якоря индуктируется ЭДС Е₀, под действием которой в обмотке возбуждения возникает ток I_в0,  возбуждаюший магнитный поток Ф₁ > Ф₀. Потоком Ф₁ > Ф₀ в обмотке якоря индуктируется ЭДС Е₁ > Е₀, под действием которой в обмотке возбуждения возникает ток I_в1 > I_в0,   вызывающий   магнитный поток Ф₂ > Ф₁, и т. д.

Чтоб решить вопрос о том, до каких установившихся значений ЭДС Е и тока I_в возбудится генератор, запишем по второму закону Кирхгофа уравнение для переходного процесса самовозбуждения

е = iв(rя + rп + rр) + Lя	diя	+ Lв	diв	.
	dt		dt

(9.13)

где L_я и L_в — индуктивность обмоток якоря и возбуждения; L_я di_я/dt и L_в di_в/dt— ЭДС самоиндукции, возникающие в обмотках якоря и возбуждения вследствие изменения тока i_в.

Когда процесс самовозбуждения закончится, di_в/dt = 0,  i_в = I_в, e = E  и вместо (9.13) можно написать

Е = I_в (r_я + r_п + r_р) = I_в Σr

Таким образом, процесс самовозбуждения закончится тогда, когда ЭДС станет равной падению напряжения в сопротивлениях цепи якоря и обмотки возбуждения.

Установившиеся значения Е и I_в при заданном сопротивлении r_р нетрудно найти графическим путем, для чего необходимо знать характеристику холостого хода Е(I_в) и вольт-амперную характеристику I_в Σr = f(I_в) (рис. 9.17). При равных значениях Σr получим соответственно несколько вольт-амперных характеристик I_в Σr = f(I_в). Устано­вившиеся значенияЕ и I_в определяются точками пересечения хaрактеристики холостого хода и вольт-амперных характеристик.

Внешняя характеристика. На основании второго закона Кирхгофа (рис. 9.16)  U = Е - I_яr_я. Но I_я = I + I_в, поэтому U = Е - Ir_я - I_вr_я .

Падением напряжения I_вr_я можно пренебречь. Тогда

U = E - Ir_я.

После замены в последнем уравнении напряжения согласно выражению U = Ir_п и решения относительно тока получим

I =	Е	.
	rя + rп

(9.14)

Как видно, уравнение внешней характеристики и формула для определения тока нагрузки имеют такой же вид, как для генератора независимого возбуждения. Однако напряжение U и токI генератора параллельного возбуждения будут изменяться по-иному при изменении сопротивления r_п. Объясняется это тем, что у генератора параллельного возбуждения ЭДС не остается постоянной. Действительно, изменение сопротивления r_п будет приводить к изменению тока I и напряжения U. Но так как

Iв =	U	.
	rв + rp

а  Е = f(I_в), то при этом будет изменяться также ЭДС Е. При холостом ходе генератора (r_п = ∞, I= 0)

U = Ux = E;    Iв =	U	.
	rв + rp

Предположим, что при холостом ходе значения Е и I_в определяются точкой А (см. рис. 9.17). Поскольку ферромагнитный материал магнитной цепи насыщен, сначала при уменьшении сопротивления r_п числитель в (9.14) уменьшается медленнее знаменателя и ток I возрастает доI_max (рис. 9.18); напряжение U снижается как из-за увеличения падения напряжения Ir_я , так и вследствие уменьшения ЭДС. При некотором сопротивлении r_п ток возбуждения уменьшится до значения I_в3 и ферромагнитный материал окажется ненасыщенным. Поэтому при дальнейшем уменьшении r_п числитель в (9.14) будет уменьшаться быстрее знаменателя и ток I будет спадать. Несмотря на уменьшение падения напряжения Ir_я напряжение будет продолжать снижаться из-за значительного уменьшения ЭДС Е. Таким образом, при уменьшении сопротивления приемникаr_п напряжение U непрерывно снижается, ток I сначала возрастает, при некотором сопротивленииr_п достигает максимального значения I_max , а при дальнейшем уменьшении r_п уменьшается. Максимальный ток I_max составляет I_max = (2 ÷ 3) I_ном. Внешняя характеристика 1 генератора параллельного возбуждения приведена на рис. 9.18. Там же дана для сравнения характеристика 2генератора независимого возбуждения.

Рис. 9.18 Внешние характеристики генераторов параллельного (1) и независимого (2) возбуждения

Из-за снижения ЭДС напряжение генератора параллельного возбуждения уменьшается при увеличении нагрузки в большей степени, чем у генератора независимого возбуждения. Это является одним из его недостатков. Обычно

Δuном =	Uх - Uном	100 = 10 ÷ 15%.
	Uм

При коротком замыкании (r_п = 0) U = 0 и I_в = 0; в якоре будет индуктироваться небольшая ЭДС Е₀ от потока остаточного намагничивания, поэтому ток короткого замыкания I = I_к = Е₀/r_я не может быть большим. Обычно I_к < I_ном. Следует, однако, обратить внимание на то, что при внезапном коротком замыкании в течение некоторого времени может существовать ток, во много раз превышающий номинальный. Это объясняется инерционностью, вносимой обмоткой возбуждения, из-за которой магнитный поток и ЭДС якоря не могут мгновенно уменьшиться до значений, определяемых остаточным намагничиванием

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения не отличается по виду от характеристик генератора независимого возбуждения (см. рис. 9.15). Однако поскольку у генератора параллельного возбуждения напряжение U меняется в больших пределах, необходимо в больших пределах изменять и ток возбуждения с помощью реостата r_р.