§ 28.4. Генератор смешанного возбуждения

Генератор смешанного возбуждения (рис. 28.8, а) имеет па­раллельную и последовательную обмотки возбуждения. Поток возбуждения создается в основном параллельной обмоткой. По­следовательная обмотка обычно включается согласно с парал­лельной (чтобы МДС обмоток складывались), что обеспечивает получение жесткой внешней характеристики генератора.

Рис. 28.8. Схема включения генера­тора смешанного возбуждения (а) и его внешние характеристики (б)

В режиме х.х. генератор имеет только параллельное возбуждение, так как . С появлением нагрузки возника­ет МДС последовательной об­мотки возбуждения, которая, подмагничивая машину, ком­пенсирует размагничивающее действие реакции якоря и па­дение напряжения в якоре.

Внешняя характеристика в этом случае становится наибо­лее жесткой (рис. 28.8, б, кри­вая 2), т. е. напряжение на за­жимах генератора при увели­чении тока остается почти не­изменным. Если же требуется, чтобы напряжение на зажимах потребителя (в конце линии) оставалось практически неизменным, то число витков последовательной обмотки увеличивают так, чтобы МДС этой обмотки компенсировала еще и падение на­пряжения в проводах линии (кривая /).

При встречном включении обмоток возбуждения напряже­ние генератора с ростом тока нагрузки резко уменьшается (кривая 3), что объясняется размагничивающим действием последовательной обмотки возбуждения, МДС которой направлена против МДС парал­лельной обмотки. Встречное включение обмоток применяют лишь в генераторах специального назначения, например в сварочных, где необходимо получить круто падающую внешнюю характеристику.

Генераторы смешанного возбуждения с согласным включени­ем обмоток возбуждения применяют для питания силовой нагруз­ки в случаях, когда требуется постоянство напряжения в линии.

Контрольные вопросы

1. Какие характеристики определяют свойства генераторов постоянного тока?

1. Почему у генератора параллельного возбуждения изменение напряжения при сбросе нагрузки больше, чем у генератора независимого возбуждения?

2. Каковы условия самовозбуждения генераторов постоянного тока?

2. При каком включении обмоток возбуждения генератора смешанного возбуждения внешняя характеристика получается более «жесткой»?

Глава 29

§ 29.1. Основные понятия

Коллекторные машины обладают свойством об­ратимости, т. е. они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Поэтому если машину постоянного тока подключить к источнику энергии постоянного тока, то в обмотке возбужде­ния и в обмотке якоря машины появятся токи. Взаи­модействие тока якоря с полем возбуждения создает на якоре электромагнитный момент М, который яв­ляется не тормозящим, как это имело место в гене­раторе, а вращающим.

Под действием электромагнитного момента яко­ря машина начнет вращаться, т. е. машина будет ра­ботать в режиме двигателя, потребляя из сети элек­трическую энергию и преобразуя ее в механичес­кую. В процессе работы двигателя его якорь враща­ется в магнитном поле. В обмотке якоря индуциру­ется ЭДС , направление которой можно опреде­лить по правилу «правой руки». По своей природе она не отличается от ЭДС, наводимой в обмотке якоря генератора. В двигателе же ЭДС направлена против тока , и поэтому ее называют противоэлектродвижущей силой (противо-ЭДС) якоря (рис. 29.1).

Рис. 29.1. Направление проти­во-ЭДС в обмотке якоря двига­теля

Для двигателя, работающего с постоянной час­тотой вращения,

. (29.1)

Из (29.1) следует, что подведенное к двигателю напряжение уравновешивается противо-ЭДС обмот­ки якоря и падением напряжения в цепи якоря. На основании (29.1) ток якоря

. (29.2)

Умножив обе части уравнения (29.1) на ток яко­ря , получим уравнение мощности для цепи якоря:

, (29.3)

где — мощность в цепи обмотки якоря; — мощность электрических потерь в цепи якоря.

Для выяснения сущности выражения проделаем следую­щее преобразование:

,

или

. Но, согласно (25.24),

тогда

, (29.4)

где — угловая частота вращения якоря; — электромаг­нитная мощность двигателя.

Следовательно, выражение представляет собой электромаг­нитную мощность двигателя.

Преобразовав выражение (29.3) с учетом (29.4), получим

.

Анализ этого уравнения показывает, что с увеличением на­грузки на вал двигателя, т. е. с увеличением электромагнитного момента М, возрастает мощность в цепи обмотки якоря , т. е. мощность на входе двигателя. Но так как напряжение, подводимое к двигателю, поддерживается неизменным , то увеличе­ние нагрузки двигателя сопровождается ростом тока в обмотке якоря .

В зависимости от способа возбуждения двигатели постоянного тока, так же как и генераторы, разделяют на двигатели с возбуждени­ем от постоянных магнитов (магнитоэлектрические) и с электромаг­нитным возбуждением. Последние в соответствии со схемой включе­ния обмотки возбуждения относительно обмотки якоря подразделяют на двигатели параллельного (шунтовые), последовательного (сериесные) и смешанного (компаундные) возбуждения.

В соответствии с формулой ЭДС частота вращения двигателя (об/мин)

.

Подставив значение из (29.1), получим (об/мин)

, (29.5)

т. е. частота вращения двигателя прямо пропорциональна на­пряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку воз­буждения. Физически это объясняется тем, что повышение на­пряжения U или уменьшение потока Ф вызывает увеличение разности ; это, в свою очередь, ведет к росту тока [см. (29.2)]. Вследствие этого возросший ток повышает вращающий момент, и если при этом нагрузочный момент остается неизмен­ным, то частота вращения двигателя увеличивается.

Из (29.5) следует, что регулировать частоту вращения двига­теля можно изменением либо напряжения U, подводимого к дви­гателю, либо основного магнитного потока Ф, либо электрическо­го сопротивления в цепи якоря .

Направление вращения якоря зависит от направлений магнит­ного потока возбуждения Ф и тока в обмотке якоря. Поэтому, из­менив направление какой-либо из указанных величин, можно из­менить направление вращения якоря. Следует иметь в виду, что переключение общих зажимов схемы у рубильника не дает изме­нения направления вращения якоря, так как при этом одновремен­но изменяется направление тока и в обмотке якоря, и в обмотке возбуждения.