- •13.1. Общие сведения
- •13.2. Устройство машины постоянного тока
- •13.3. Анализ работы щеточного токосъема
- •13.4. Обмотки барабанного якоря
- •13.5. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машин постоянного тока
- •1Э.6. Реакция якоря
- •13.7. Коммутация в машинах постоянного тока
- •13.8. Генератор с независимым возбуждением
- •13.9. Самовозбуждение генераторов
- •13.10. Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением
- •13.11. Параллельная работа генераторов с параллельным возбуждением
- •13.12. Режим двигателя
- •13.13 Двигатель с параллельным возбуждением
- •13.14. Двигатель с последовательным возбуждением
- •13,15. Двигатель со смешанным возбуждением
13.8. Генератор с независимым возбуждением
При независимом возбуждении цепь возбуждения и цепь якоря генератора электрически разделены (рис. 13.22), благодаря чему ток возбуждения не зависит от напряжения генератора, а следовательно, от условий нагрузки. Это дает возможность регулировать магнитный поток, а вместе с ним и напряжение генератора в очень широких пределах. Для такой регулировки в цепь возбуждения вводится регулировочный реостат rm . Схема включения и конструкция реостата должны предупреждать возможность внезапного прерывания тока возбуждения, например при отключении источника питания Ев, так как обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, вследствие чего размыкание ее цепи может сопровождаться возникновением большой ЭДС самоиндукции, опасной для целости изоляции обмотки возбуждения и вызывающей сильное искрообразование между размыкаемыми контактами.
Мощность, необходимая для цепи возбуждения, составляет только 1—3 % номинальной мощности генератора. Это дает возможность весьма экономично осуществлять регулирование ЭДС генератора.
Изменяя ток возбуждения, изменяют главный магнитный поток и пропорционально ему ЭДС Ея = сЕФп. Зависимость ЭДС от тока возбуждения при разомкнутой цепи якоря (Iя = 0) и постоянной частоте вращения n = const называется характеристикой холостого хода Eя = F (Iв). Она же в другом масштабе может служить характеристикой намагничивания.
Если цепь возбуждения разомкнута (Iв = 0), то в массивной станине генератора сохраняется некоторая остаточная индукция. При вращении якоря в поле остаточной индукции и отсутствии тока якоря в его обмотке индуктируется малая ЭДС холостого хода £„, х.
Чтобы снять характеристику холостого хода, нужно подать напряжение на обмотку возбуждения и постепенно увеличивать ток возбуждения до максимально допустимого значения, отмечая соответствующие значения ЭДС. Таким путем будет получена восходящая ветвь характеристики (рис. 13.23), затем путем постепенного понижения тока возбуждения можно получить нисходящую ветвь характеристики. Она расположится несколько выше восходящей ветви вследствие возросшего влияния гистерезиса. После выключения возбуждения остаточное намагничивание, а следовательно, и ЭДС, ему соответствующая, будут существенно больше, чем в исходных условиях. Но это остаточное намагничивание неустойчиво, и спустя некоторое время после выключения возбуждения поток и ЭДС, индуктируемая им при вращении якоря, уменьшаются до значения, соответствующего начальным условиям.
Таким образом, характеристика холостого хода петлевидна, что является естественным следствием наличия гистерезисных свойств (см. рис. 6.5, б) магнитной цепи машины, главным образом следствием влияния массивной станины. Наклон характеристики холостого хода в верхней ее части заметно уменьшается. Это — следствие насыщения
магнитной цепи машины. В большинстве
случаев генераторы постоянного тока работают в условиях, соответствующих насыщенной части характеристики. Благодаря насыщению напряжение генератора меньше колеблется при изменениях нагрузки, так как ослабляется влияние реакции якоря на ЭДС машины.
Второй важной характеристикой генератора является зависимость его напряжения U от тока якоря Iя при неизменных токе возбуждения Iв и частоте вращения п. Эта зависимость называется внешней характеристикой (рис. 13.24). Чтобы получить ее из опыта, нужно сначала нагрузить генератор до номинального тока Iном при номинальном напряжении на выводах генератора. Последнее устанавливается регулированием тока возбуждения Iв. Затем нужно постепенно уменьшать ток якоря до нуля. У генератора с независимым возбуждением в этих условиях ток возбуждения будет оставаться неизменным.
Напряжение между выводами цепи якоря генератора меньше его ЭДС вследствие падения напряжения на активном сопротивлении rя обмотки якоря и переходного контакта щеток и коллектора
U=Eя - rяIя
Зависимость U (Iя) изображалась бы прямой линией (штриховая линия на рис. 13.24), если бы ЭДС Ея оставалась постоянной. Но полезный магнитный поток машины с ростом нагрузки уменьшается под воздействием реакции якоря, а вместе с ним пропорционально уменьшается и ЭДС Ея. В результате внешняя характеристика изгибается в сторону оси абсцисс. На основании внешней характеристики определяется номинальное изменение напряжения генератора. Это — выраженное в процентах относительное изменение напряжения между его выводами, вызываемое изменением нагрузки от номинальной до нуля при неизменном токе возбуждения и постоянной частоте вращения:
Uном = 100%
У генераторов без компенсационной обмотки Uном достигает примерно 5—15%.
Если увеличивать ток якоря сверх номинального значения, то напряжение генератора станет дальше понижаться, но машина будет работать уже в условиях перегрузки. Ее обмотка якоря, щетки и коллектор начнут перегреваться, а под щетками начнется сильное искрение.
Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо для каждого из них поддерживать напряжение неизменным несмотря на изменения общей нагрузки генератора. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения. Регулировочной характеристикой генератора называется зависимость тока возбуждения Iв от тока якоря Iя, при постоянных напряжении U и частоте вращения п. Такая характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянным напряжение между выводами генератора. Эта кривая сначала почти прямолинейна (рис. 13.25), но затем загибается вверх от оси абсцисс вследствие влияния насыщения магнитопровода машины.