Внешняя характеристика генератора постоянного тока с самовозбуждением

Генераторы постоянного тока имеют параллельное возбуждение. Обмотки полюсов включены на якорную обмотку через сопротивление угольного столба. Генератор работает на самовозбуждении за счет остаточной намагниченности железа полюсов.

Внешняя характеристика (рис.3.4.а.) представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора Ù от тока нагрузки I_н при постоянной скорости вращения n и постоянном сопротивлении цепи возбуждения R_в, т. е.

U = f (I_я) при n = const и R_в = const.

Верхняя кривая для максимальных объектов - нижняя для минимальных. Из рассмотрения кривых видно, что с увеличением тока нагрузки (уменьшением сопротивления во внешней цепи) напряжение генератора уменьшается и внешняя характеристика генератора, работающего на самовозбуждении, имеет характерный изгиб влево. Снижение напряжения при нагрузке обусловлено тремя причинами: омическим падением напряжения в якоре, реакцией якоря и уменьшением тока возбуждения, вызванным понижением напряжения на зажимах генератора.

Рис. 3.4. Внешняя характеристика ГПТ:

а) без регулятора напряжения;

б) с регулятором напряжения.

При токе нагрузки, меньше номинального, напряжение уменьшается медленно. В этом случае уменьшение напряжения происходит в основном вследствие увеличения омического падения напряжения в якоре. Реакция якоря при такой нагрузке почти полностью компенсируется дополнительными полюсами, а уменьшение тока возбуждения незначительно и почти не оказывает влияния на уменьшение напряжения.

При токах нагрузки, больших номинального, сильное влияние начинает оказывать реакция якоря, так как дополнительные полюса не могут компенсировать ее размагничивающего действия.

Влияние этих двух причин приводит к быстрому уменьшению напряжения, а, следовательно, и к значительному уменьшению тока возбуждения генератора, что в свою очередь усиливает снижение ЭДС и напряжения генератора.

Такой быстрый спад напряжения приводит к тому, что напряжение уменьшается в большей степени, чем сопротивление внешней цепи R. Поэтому ток нагрузки, равный I_я = U/R достигнув своего максимального значения, начинает уменьшаться.

Максимальный ток, который может быть получен от генератора при данной скорости вращения и при данном сопротивлении цепи возбуждения, называется критическим током (I_кр). При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки до нуля ток нагрузки уменьшается до величины тока короткого замыкания I_кз, которая определяется величиной остаточной ЭДС. По величине токи короткого замыкания (КЗ) близки к номинальному току генератора.

Авиационные генераторы работают в комплекте с регуляторами напряжения, которые, начиная с холостого хода и до определенной нагрузки, поддерживают напряжение генераторов практически постоянным, равным номинальному значению (рис. 3.4.б). Напряжение на зажимах генератора начинает изменяться только после прекращения действия регулятора. Характер изменения напряжения в этом случае будет таким же, как и без регуляторов напряжения.

Авиационные генераторы постоянного тока типа СТГ.

Генератор может использоваться как электрический стартер при запуске маршевого авиадвигателя. В процессе запуска он работает как электродвигатель, после запуска - переводится в режим генератора.

Для использования стартер - генератора в стартерном и генераторном режимах он соединяется с газотурбинным авиадвигателем с помощью автоматически переключающегося редуктора, который при запуске передает вращающий момент от стартер - генератора на авиадвигатель, а после запуска - от авиадвигателя к стартер - генератору. Этот редуктор может быть встроенным в авиадвигатель, либо в стартер-генератор (например, в СТГ-18ТМО-1000).

Стартер - генераторы типа СТГ для обеспечения работы в двух режимах имеет в своей конструкции специальный привод, в который входит редуктор и две муфты. Кинематическая схема генератора СТГ показана на рис. 3.5.

Рис. 3.5 Кинематическая схема генератора типа СТГ.

Муфта - это механизм временного соединения валов. М1 -это обгонная муфта, М2 - муфта сцепления - расцепления. Одновременно они не могут приходить в зацепление. В зацепление они приходят - автоматически, в зависимости от направления приложения крутящего момента. В генераторном режиме момент приложен со стороны АД, при этом в зацеплении находится муфта М1. В стартерном режиме момент приложен со стороны якоря генератора, при этом в зацеплении находится муфта М2, а вращение передается через понижающий редуктор.

Схема обгонной муфты приведена на рис. 3.6, схема муфты сцепления - расцепления - на рис. 3.7.

Рис.3.6. Обгонная муфта.

Обгонная муфта выполнена на хвостовой части гибкого вала, который имеет углубления. В углублениях находятся ролики (2). При крутящем моменте на гибком валу против часовой стрелки ролики заклиниваются между гибким (1) и полым (2) валом. При крутящем моменте на полом валу (в стартерном режиме) против часовой стрелки, ролики утопают в углубления и выходят из зацепления.

Рис. 3.7. Муфта сцепления - расцепления

Муфта сцепления - расцепления имеет неподвижное храповое колесо (2) и храповик (1) с пружиной на валу. При крутящем моменте на валу против часовой стрелки (в стартерном режиме) храповик приходит в зацепление. При вращении вала по часовой стрелке (генераторный режим) зацепления нет, при этом храповик объезжает зубья храпового колеса. На небольших оборотах вращения слышны щелчки храповика, например, при вращении винта по ходу вращения от руки. На больших оборотах вращения, когда работает АД, противовес храповика под действием центробежных сил сживает пружину, а храповик прижимается к валу и не объезжает зубья.

На некоторых приводах используют ППМ. Конструкция ППМ показана на рис. 3.8.

Рис. 3.8 Предельная предохранительная муфта.

Она состоит из трех частей: левой половинки (1), которая вставляется в шестерню редуктора АД, правой половинки (3), которая надевается на гибкий вал генератора, стержня с проточкой посередине(2). Вал с половинками соединен штифтами (4). Половинки между собой соединяются скошенными с одной стороны зубьями. В стартерном режиме момент от правой половинки к левой передается через зубья, при этом стержень не работает. В генераторном режиме момент от левой половинки к правой передается через стержень. Если якорь заклинит, то стержень ломается по проточке. При повороте половинок зубья приходят в соприкосновение скошенными сторонами, при этом половинки разойдутся, а механическая связь прервется.

Безколлекторные генераторы постоянного тока

Н

Рис. 3.9. Схема бесколлекторного генератора постоянного тока.

аличие скользящего контакта между коллектором и щетками в генераторах постоянного тока снижает надежность работы электрической машины, особенно на больших высотах полета, при низком атмосферном давлении. Для устранения этого недостатка в последнее время на ВС в энергосистемах постоянного тока разработаны безколлекторные генераторы постоянного тока.Безколлекторный генератор (рис. 3.9.) представляет собой трехфазный синхронный генератор с рабочей обмоткой РОГ, расположенной в пазах статора, и вращающейся обмоткой возбуждения ОВГ, расположенной на роторе. Питание обмотки возбуждения генератора осуществляется от возбудителя, рабочая обмотка которого РОВ и выпрямители ВВ расположены на одном валу и вращаются вместе с индуктором генератора. Возбудитель представляет собой шестифазный синхронный генератор, обмотка возбуждения которого ОВВ расположена на статоре и питается от главного генератора через регулятор напряжения. На корпусе генератора устанавливаются выпрямители ВГ, и через них генератор осуществляет питание бортовой сети постоянным током напряжением 28,5 В.

В приведенной схеме взаимодействие элементов генератора между собой осуществляется без скользящих контактов.

Относительный вес бесколлекторных генераторов (вес на единицу мощности) составляет около 2 кГ/кВт.

АППАРАТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА