1. Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением. Принцип работы. Характеристики.

Принцип действия. При вращении в магнитном поле проводника в виде витка (рамки) в его активных сторонах аb и сd, наводятся э. д. с., мгновенные значения которых определяются по формуле:

Исходя из правила правой руки, можно установить, что э. д. с., наводимые в обеих активных сторонах проводников витка, направлены согласно, т. е. складываются.

Рис.1.2Вращение витка

в маг­нитном поле

Величина э. д. с. в витке зависит от угла , под которым активные стороны витка пересекают магнитные линии. При переходе активных сторон через плоскость, перпендикулярную магнитному полю, наводимые в них э. д. с. будут менять свое направление. В проводнике витка будет дейcтвовать э. д. с., переменная как по величине, так и по направлению. Если концы витка через контактные кольца соединить с внешней цепью, то в цепи будет протекать переменный ток с частотой

,

где р — число пар полюсов;

п — скорость вращения витка (якоря), об/мин.

Таким образом, во всяком электрическом генераторе, работа которого основана на вращении проводника в магнитном поле, создается переменная э. д. с., которая может служить источником переменного тока. Для получения во внешней цепи электрического тока одного направления электрическая машина снабжается устройством, называемым коллектором.

Простейший коллектор состоит из двух полуколец — коллекторных пластин, к которым присоединены концы витка якоря. Коллектор вращается вместе с якорем и является его неотъемлемой частью. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, при помощи которых внешняя цепь присоединяется к обмотке якоря.

Будучи постоянным по направлению, ток, протекающий по внешней цепи, переменен по величине, т. е. является пульсирующим. Пульсацию тока можно уменьшить увеличением числа витков, вращающихся в магнитном поле машины, и соответственно, числа коллекторных пластин.

Реостат в цепи ОВ дает возможность изменять величину , а следовательно, регулировать на выходе генератора. Зависимость генератора в режиме хх от представлена характеристикой хх.E=f(Ia) (n=const, Ia=0)

Практически за характеристику хх принимают кривую 3, лежащую посредине между обеими ветвями. То, что характеристики не проходят через нулевую точку, свидетельствует об остаточном магнетизме в магнитной системе машины. Нисходящая и восходящая ветви характеристики образуют петли гистерезиса, определяющие намагничивание стали машины. Характеристика хх позволяет судить о степени насыщения магнитной системы машины. Площадь петли говорит о том, что присутствуют потери на перемагничивание магнитной цепи.

Иногда характеристику хх строят не в абсолютных, а в относительных единицах. При этом за единицу напряжения принимают , а за единицу тока — соответствующий номинальному напряжению ток возбуждения при хх. Промежуточные значения пересчитывают, пользуясь отношениями

, .

Точка А на кривой, соответствующая на зажимах машины, лежит на криволинейном участке характеристики. Смещение этой точки на прямолинейный участок вызвало бы неустойчивость напряжения на зажимах генератора при его работе, а смещение этой точки вправо в зону большего магнитного насыщения ограничило бы регулирование напряжения генератора.

Наряду с характеристикой хх снимается нагрузочная характеристика машины, которая показывает зависимость при и . Эта характеристика снимается при некоторой постоянной нагрузке и позволяет количественно определить размагничивающее действие реакции якоря.

Нагрузочная характеристика: рис. 4.5.

При работе генератора под нагрузкой на его зажимах меньше, чем в режиме хх, что объясняется падением напряжения в цепи якоря и размагничивающим действием реакции якоря. Поэтому нагрузочная характеристика располагается ниже характеристики холостого хода (кривая 1).

Э. д. с. на зажимах генератора при хх и токе возбуждения равна напряжению холостого хода и определяется точкой А на характеристике холостого хода 1.

Напряжение генератора при нагрузке определяется точкой с на нагрузочной характеристике 2. Отрезок Ас определяет уменьшение на выходе генератора по сравнению с . Если отложить отрезок сb, равный падению напряжения в цепи якоря , а из точки b провести прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с характеристикой хх, то, соединив точки b и с, получим прямоугольный треугольник, называемый характеристическим. Сторона аb этого треугольника определяет размагничивающее действие реакции якоря, эквивалентное величине тока возбуждения .

Построив несколько характеристических треугольников (аbс; а'b'с'; а"b"с") и сравнив их, можно сделать вывод, что размагничивающее действие реакции якоря уменьшается с уменьшением степени магнитного насыщения машины (а"b"<а'b'<аb). При этом величина падения напряжения в цепи якоря остается неизменной (b"с"=b'с'=bс), так как нагрузочная характеристика снимается при .

Внешняя характеристика генератора:U=f(Iнагр). Анализ показывает, что с ростом тока нагрузки напряжение на выходе генератора (при неизменных скорости вращения и токе возбуждения) уменьшается. Объясняется это действием двух причин: размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи обмотки якоря.

Для снятия внешней характеристики генератору сообщают номинальную скорость вращения, возбуждают его, нагружают и устанавливают на его зажимах при номинальном токе нагрузки номинальное напряжение. Затем генератор постепенно разгружают до хх.

По внешней характеристике определяют изменение напряжения при уменьшении тока нагрузки от номинального до нуля (при , ) в процентах к номинальному напряжению

.

У генераторов с независимым возбуждением обычно не превышает 12%.

Регулировочная характеристика:Iв=f(Iа) (n=const, U=const). показывает, как следует менять величину , чтобы при изменении нагрузки U на выходе генератора оставалось неизменным и равным номинальному.

Для снятия регулировочной характеристики генератор возбуждают до номинального напряжения при хх. Затем подключают нагрузку и постепенно увеличивают ее, поддерживая все время U неизменным, для чего соответственно увеличивают .