2.1.1. Энергетический процесс и основные

уравнения генератора

Генератор преобразует механическую энергию, подводимую к нему, в электрическую. Для этого вал генератора соединяется с валом первичного двигателя, который приводит якорь генератора во вращение. Энергетические преобразования, происходящие в генераторе удобно иллюстрировать энергетической диаграммой, изображающей поток энергии (мощности). На рис. 2.5 приведена энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения.

Механическая мощность, подводимая к генератору от первичного двигателя, P₁, преобразуется в электрическую мощность . При этом часть мощности выделяется в самом генераторе. Различают следующие потери мощности: - механические потери на трение в подшипниках и щеток на коллекторе; - потери в стали за счет перемагничивания сердечника якоря при его вращении в магнитном поле. Эта сумма потерь и называется потерями холостого хода, а мощность

. (2.1)

называется электромагнитной мощностью.

Электрическая мощность, отдаваемая генератором, равна

, (2.2)

где ;

- сопротивление обмотки якоря;

- переходное падение напряжения под парой щеток;

- суммарное сопротивление цепи обмотки якоря.

Потери мощности на возбуждение, при независимом возбуждении, если возбудитель не находится на одном валу с генератором, учитываются отдельно.

Если левую и правую части уравнения (2.1) разделить на угловую скорость вращения , то получим уравнение моментов на валу

или , (2.3)

где - момент вращения первичного двигателя;

- электромагнитный момент генератора;

- момент холостого хода, соответствующий мощности, идущей на покрытие потерь холостого хода.

Уравнение напряжения U на зажимах генератора имеет вид

. (2.4)

Свойства генераторов определяются при помощи характеристик, устанавливающих зависимости между основными величинами. Все характеристики могут быть рассчитаны и получены экспериментально.

2.1.2. Характеристики генератора независимого

возбуждения

Независимое возбуждение применяется в генераторах низкого напряжения ( В), в генераторах высокого напряжения (> 600 В) и в случаях, когда необходимо регулировать напряжение в широких пределах. Схема для экспериментального определения характеристик изображена на рис. 2.6.

Здесь: - нагрузочный реостат; - регулировочный реостат.

Якорь генератора при работе приводится во вращение двигателем Д. Основными характеристиками являются следующие.

1) Характеристика холостого хода.

П

Рис. 2.6

редставляет собой зависимость при и изображена на рис. 2.7. Эскспериментально характеристику определяют так. Устанавливают таким, чтобы , (точка “а”). При уменьшении напряжение падает по нисходящей ветви характеристики. При вследствие остаточной

намагниченности полюсов и ярма. Если изменить направление тока , то можно получить кривую бвг, а затем и восходящую ветвь характеристики геа. снятая таким образом характеристика холостого хода имеет вид неширокой петли гистерезиса. За расчетную характеристику принимается средняя кривая 1, проходящая через начало координат. Так как и , то характеристика холостого хода в другом масштабе представляет зависимость , т.е. кривую намагничивания и, следовательно, характеризует насыщение магнитной цепи.

Если в генераторе , то . Следовательно, измерение напряжения холостого хода генератора в этом случае позволяет определить скорость или частоту вращения. Выпускаемые для этой цели генераторы называются тахогенераторами.

2) Внешняя характеристика: при и показывает зависимость напряжения U от тока нагрузки и представлена на рис. 2.8.

При увеличении I напряжение падает по двум причинам: из-за падения напряжения и размагничивающего влияния поперечной реакции якоря, как это следует из уравнения

При изменении нагрузки от номинальной до холостого хода напряжение изменяется на величину , которая называется номинальным изменением напряжения.

П ри уменьшении ток растет и при достигает максимального значения . Режим, когда , называется коротким замыканием. Это аварийный режим, поэтому в цепи якоря генератора устанавливаются защитные устройства, которые размыкают цепь в течение после короткого замыкания.

3) Регулировочная характеристика: при показывает, как нужно регулировать , чтобы при изменении нагрузки напряжение на зажимах оставалось

постоянным (рис. 2.9) Вид характеристики просто объяснить с использованием внешней характеристики.

4) Нагрузочная характеристика: при представлена на рис. 2.10, кривая 2. Так как , то падение напряжения и размагничивающее влияние поперечной реакции якоря тоже можно считать постоянными, поэтому кривая 2 подобна характеристике холостого хода (кривая 1), которую можно рассматривать как нагрузочную характеристику при .

5) Характеристика короткого замыкания: при . При коротком замыкании обмотка якоря замкнута накоротко и

,

.

Так как в условиях опыта , то магнитная цепь ненасыщена и ЭДС прямо пропорциональна , а - прямая линия, кривая 1, рис. 2.11. При , что обусловлено потоком остаточного намагничивания. Расчетной характеристикой короткого замыкания считается прямая 2, проведенная параллельно прямой 1 через начало координат.

Если характеристики генератора не могут быть определены экспериментально, они строятся при помощи характеристического (реактивного) треугольника. Его можно построить с помощью характеристики холостого хода или любой другой характеристики или по расчетным данным.

Нагрузочная характеристика при (кривая 2) и характеристика холостого хода (кривая 1), показанные на рис. 2.10, позволяют определить катеты прямоугольного треугольника авс, который называется характеристическим. Его катеты в масштабе (рис. 2.10) равны: , ав – размагничивающее влияние якоря в масштабе тока возбуждения.