2.3. Работа мпт в режиме генератора

Рис. 2.3

На рис. 2.3 обмотка якоря состоит из одного витка abcd, концы которого подключены к изолированным друг от друга полукольцам, образующим простейший коллектор. При вращении витка сторонним двигателем с частотой n в нем наводится ЭДС в соответствии с формулой (1.18). Закон изменения нормальной составляющей индукции в рабочем зазоре близок к синусоидальному. В вертикальном положении витка на рис. 2.3 .

В горизонтальном положении витка . Когда проводник ab переходит при вращении под другой полюс, знак ЭДС меняется на противоположный. Следовательно, в рамке при вращении наводится переменная синусоидальная ЭДС.

Ввиду того, что вместе с витком abcd вращаются коллекторные пластины, а щетки остаются неподвижными, ЭДС относительно щеток не меняется по ”направлению”, т.е. щеточно-коллекторный узел является в генераторе механическим выпрямителем. Для уменьшения пульсаций напряжения на щетках обмотку якоря выполняют из большого числа рамок (секций), сдвинутых в пространстве на определенный угол друг относительно друга и подключенных к своим пластинам коллектора. При восьми коллекторных пластинах на полюс пульсация составляет 1% от U_ср. Каждой паре полюсов статора соответствует пара щеток, из которых одноименные по знаку напряжения соединяются между собой последовательно-параллельно.

2.4. Эдс генератора

Среднее значение ЭДС генератора определяется соотношением:

, (2.2)

где N – общее число секций (рамок) на якоре; 2а – число параллельных ветвей, образованных секциями обмотки якоря.

В одну ветвь объединяются секции, в которых ЭДС имеет один знак, т.е. такие секции, которые находятся под одним полюсом.

Среднее значение ЭДС в одной рамке , (2.3)

где: – скорость перемещения “активной” стороны рамки, (2.4)

n – частота вращения якоря; D – диаметр якоря; l – длина пакета якоря.

Среднее значение индукции , (2.5)

где Ф – магнитный поток полюса; - сечение полюса статора

(2.6)

 - размер полюсного деления; р – число пар полюсов статора.

Подставив уравнения (2.4), (2.5), (2.6) в (2.3), получим

(2.7)

Подставим формулу (2.7) в (2.2)

(2.8)

где – конструктивная константа при расчете ЭДС.

2.5. Классификация генераторов

По способу возбуждения генераторы делятся на две группы:

Рис. 2.4

а) генераторы с независимым возбуждением, ОВ которых питается от внешнего источника постоянного тока. У генераторов малой мощности поток Ф создается постоянными магнитами, обычно закрепленными на статоре (рис. 2.4);

б) генераторы с самовозбуждением, ОВ которых питается от самого генератора. В свою очередь такие генераторы в соответствии со схемой подключения обмотки якоря (ОЯ) и ОВ делятся на следующие виды:

– генераторы параллельного возбуждения (рис. 2.5);

– генераторы последовательного возбуждения (рис. 2.6);

Рис. 2.5 Рис. 2.6 Рис. 2.7

– генераторы смешанного возбуждения (рис. 2.7).

У генератора смешанного возбуждения имеются две обмотки возбуждения:

– обмотка параллельного возбуждения ОВ1;

– обмотка последовательного возбуждения ОВ2.

Потоки обмоток ОВ1 и ОВ2 складываются (направлены согласно). По ОВ2 течет ток нагрузки I_Н, который практически равен току якоря, т.к. ОВ1 – многовитковая обмотка с большим сопротивлением и I_B<<I_H.

Под процессом самовозбуждения генератора понимают процесс наведения номинальной ЭДС в ОЯ, когда источником питания ОВ1 является сам генератор.Процесс самовозбуждения генератора основан на явлении остаточного намагничивания ферромагнитных материалов, из которых выполнена машина (стальной корпус, “железо” якоря и полюсов). Его осуществляют на холостом ходу генератора при закороченном регулировочном реостате R_B.

Рис. 2.8

Наибольшее распространение получили генераторы с параллельным возбуждением. Для них в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать . Поэтому напряжение в нагрузке

. (2.9)

Это выражение называют внешней характеристикой генератора. Вид ее для генератора независимого возбуждения показан на рис. 2.8 (кривая 1). Падение напряжения на щетках мало, поэтому в формуле (2.9) им пренебрегли. Внешняя характеристика генератора снимается при n =const. В генераторах смешанного возбуждения ОВ2 при токах I<I _ном частично компенсирует падение напряжения на ОЯ за счет роста Е при увеличении тока нагрузки (кривая 3 на рис. 2.8).