- •1.Электрические машины-преобразователи энергии
- •2. Классификация эл.Машин
- •3. Классификация трансформаторов
- •4. Принцип действия однофазного силового трансформатора.
- •5. Устройство силового трансформатора
- •6. Векторная диаграмма трансформатора: методика построения
- •7. Приведенный трансформатор
- •8. Векторная диаграмма приведённого трансформатора
- •9. Трансформирование трехфазного тока
- •10. Трехфазный трансформатор
- •11. Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора
- •12 И 16. Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов
- •14. Внешние характеристики трансформатора
- •15. Потери и кпд трансформатора
- •17. Параллельная работа трансформатора: назначение, электрические схемы включения и условия включения трехфазных трансформаторов на параллельную работу
- •18. Условия параллельной работы трансформаторов
- •19. Автотрансформатор
- •20. Трехфазный трансформатор.
- •21. Трансформатор для дуговой сварки
- •41. Асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: двигатель с двумя клетками на роторе.
- •45. Синхронные машины: общие сведения, устройство
- •49. Характеристики синхронного генератора Характеристика холостого хода.
- •Внешняя характеристика.
- •Регулировочная характеристика.
- •51. Потери и кпд синхронных машин
- •52. Включение синхронных генераторов на параллельную работу
- •53. Угловые характеристики синхронного генератора
- •54. Принцип действия синхронного двигателя
- •55. Пуск синхронного двигателя
- •59. Устройство машины постоянного тока
- •65. Причины искрения на коллекторе
- •66. Способы возбуждения генераторов постоянного тока
- •67.Генераторы постоянного тока
- •1) С независимым возбуждением — обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника постоянного тока;
- •2) С параллельным возбуждением — обмотка возбуждения подключена к обмотке якоря параллельно нагрузке;
- •3) С последовательным возбуждением — обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой;
- •4) Со смешанным возбуждением — имеются две обмотки возбуждения: одна подключена параллельно нагрузке, а другая — последовательно с ней.
- •68. Генератор постоянного тока с независимым возбуждением.
- •71. Генераторы смешанного возбуждения
- •72. Двигатель с параллельным возбуждением.
- •75. Потери и кпд машин постоянного тока
68. Генератор постоянного тока с независимым возбуждением.
Г енератор с независимым возбуждением. В генераторе этого типа (рис. 8.43) ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iа, который равен току нагрузки Iн . Ток Iв определяется только положением регулировочного реостата Rp.в , включенного в цепь обмотки возбуждения:
Iв = Uв /(Rв + Rp.в ), |
где Uв — напряжение источника питания; Rв — сопротивление обмотки возбуждения; Rp.в — сопротивление регулировочного реостата
Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1 — 3 % от номинального тока якоря. Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов постоянного тока, являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.
Характеристикой холостого хода называют зависимость U0 = f(Iв) при Iн = 0 и n= const. При холостом ходе машины, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение U0 на зажимах обмотки якоря равно ЭДС Е0 = сеФn. Частота вращения якоря n поддерживается неизменной, и напряжение при холостом ходе зависит только от магнитного потока Ф, т. е. тока возбуждения Iв . Поэтому характеристика U0 = f(Iв ) подобна магнитной характеристике Ф = f(Iв ). Характеристику холостого хода легко получить экспериментально. Для этого сначала устанавливают ток возбуждения таким, чтобы U0 ≈ l,25Uном , затем уменьшают ток возбуждения до нуля и снова увеличивают его до прежнего значения. При этом
|
Рис. 8.44. Характеристики генератора с независимым возбуждением |
получаются восходящая и нисходящая ветви характеристики, которые выходят из одной точки. Расхождение ветвей объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. При Iв = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуцируется остаточная ЭДС Еост , которая составляет 2—4 % от Uном .
Внешней характеристикой называют зависимость U = f(Iн ) при n = const и Iв = const. В режиме нагрузки напряжение генератора
(8.57)
U = Е -Iа ΣRa ,
где ΣRa — сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (обмоток якоря, добавочных полюсов и компенсационной).
С увеличением нагрузки на уменьшение напряжения U влияют:
1) падение напряжения во внутреннем сопротивлении ΣRa машины;
2) уменьшение ЭДС Е в результате размагничивающего действия реакции якоря.
Изменение напряжения при переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода
(8.58)
Δu = (U0 - Uном )/Uном .
Для генераторов с независимым возбуждением оно составляет 5-15%.
Регулировочной характеристикой (рис. 8.44, в) называют зависимость Iв = f(Iн ) при U = const и n = const. Она показывает, каким образом следует регулировать ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки. Очевидно, что в этом случае по мере роста нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.
|
Рис. 8.45. Нагрузочная характеристика генератора с независимым возбуждением и ее построение с помощью характеристического треугольника |
Нагрузочной характеристикой называют зависимость U = f(Iв ) при n = const и Iн= const. Нагрузочная характеристика при Iн = Iном (кривая 2) проходит ниже характеристики холостого хода (кривая 1), которую можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при Iн = 0. Разность ординат кривых 1 и 2 обусловлена размагничивающим действием реакции якоря и падением напряжения во внутреннем сопротивлении ΣRa машины.
Наглядное представление о влиянии этих факторов дает характеристический, или реактивный, треугольник ABC. Если к отрезку аА, равному в определенном масштабе напряжению U, при некотором токе нагрузки Iн и токе возбуждения Iв прибавить отрезок АВ, равный в том же масштабе падению напряжения Iа ΣRa в генераторе, то получим отрезок аВ, равный ЭДС Е.
При холостом ходе ЭДС E индуцируется в обмотке якоря при меньшем токе I'в, соответствующем абсциссе точки С. Следовательно, отрезок ВС характеризует размагничивающее действие реакции якоря в масштабе тока возбуждения. При неизменном токеIн катет АВ характеристического треугольника является постоянным; катет ВС зависит не только от тока Iн , но и от степени насыщения магнитной системы, т. е. от тока возбуждения Iв . Однако в ряде случаев влиянием тока возбуждения пренебрегают и принимают, что отрезок ВСпропорционален только току Iн.
Такое допущение позволяет строить нагрузочные характеристики при разных токах, изменяя лишь величину всех сторон треугольника ABC. Если вершина С характеристического треугольника, построенного для некоторого тока Iн ,
|
Рис. 8.46. Графики построения внешней (а) и регулировочной (б) характеристик генератора с независимым возбуждением с помощью характеристического треугольника |
расположена на характеристике 1 холостого хода (рис. 8.45,б), а затем по этой характеристике перемещается треугольник ABC так, что катет ВС остается параллельным оси абсцисс, то след точки А изображает приближенно искомую нагрузочную характеристику 2 при заданном значении тока Iн . Эта характеристика несколько отличается от реальной характеристики 3(которая может быть снята опытным путем), так как величина катета ВС характеристического треугольника изменяется из-за изменения условий насыщения. Используя характеристику холостого хода с помощью характеристического треугольника, можно построить и другие характеристики генератора: внешнюю и регулировочную.
При построении внешней характеристики исходят из характеристики холостого хода 1 (рис. 8.46, а). Взяв точку D на оси ординат, соответствующую номинальному напряжению Uном , через нее проводят прямую AD, параллельную оси абсцисс На этой прямой располагают вершину Ахарактеристического треугольника, снятого при номинальном токе якоря так, чтобы катет АВ был параллелен оси ординат, а вершина С находилась на характеристике 1. Затем, опустив перпендикуляр из вершины А на ось абсцисс, находят точку Ак , соответствующую номинальному току возбуждения Iв.ном .
При определении Iв.ном учитывают, что под действием реакции якоря ЭДС при нагрузке меньше, чем при холостом ходе, т. е. создается как бы меньшим током возбуждения. Уменьшению тока Iв соответствует отрезок ВС, характеризующий размагничивающее действие реакции якоря. Напряжение при номинальном токе также меньше ЭДС на величину падения напряжения IаΣRa, которому соответствует катет АВ.
При построении искомой зависимости 2, т. е. напряжения U от тока нагрузки Iа , две ее точки можно легко определить: номинальному току Iаном соответствует номинальное напряжение Uном(точка b), а току якоря, равному нулю (режим холостого хода), — напряжение U0 (точка а), равное ЭДС при токе возбуждения Iв.ном . Другие точки (с, d и т. п.) внешней характеристики можно построить, изменяя все стороны характеристического треугольника пропорционально изменению тока якоря и располагая его так, чтобы катеты А'В', А''В",... оставались параллельными оси ординат. При этом точки В, В', В" должны располагаться на вертикальной линии Ак В,соответствующей току возбуждения Iв.ном , а точки С, С', С",...— на характеристике холостого хода1. Тогда ординаты точек А', А"... будут определять искомую величину напряжения при токах нагрузки Iаl = IаномА'В'/АВ, Iа2 = Iаном А"В"/АВ и т. п. Обычно при построении внешней характеристики проводят только гипотенузы характеристических треугольников АС, А"С",...,параллельные АС до пересечения с характеристикой холостого хода и с линией Ак В . Ординаты найденных точек А', А"... определяют искомые величины напряжений (т. е. точки с, d внешней характеристики 2) при токах нагрузки Iаном , Iаl , Iа2 .
Если из точки Ак провести прямую, параллельную АС до пересечения с характеристикой холостого хода в точке Ск , то можно получить величину тока Iк = Iаном Ак Ск /АС, которая в 5 —15 раз превышает номинальный ток. Зная ток к. з., можно рассчитать максимальный момент, механическую прочность вала и выбрать параметры аппаратуры защиты. Экспериментальное определение тока к. з. затруднительно, так как в процессе проведения опыта может возникнуть круговой огонь.
Построенная характеристика является приближенной. Основная ее погрешность обусловлена тем, что размагничивающее действие реакции якоря (т. е. катет ВС) не пропорционально току якоря. Обычно приведенное построение дает несколько заниженное значение напряжения и тока к. з.
При построении регулировочной характеристики (рис. 8.46,б) сначала находят ток возбуждения Iв0 , соответствующий номинальному напряжению при холостом ходе. Чтобы определить ток возбуждения при номинальном токе нагрузки, вершину А характеристического треугольника (соответствующего номинальной нагрузке) располагают на прямой 2, параллельной оси абсцисс и находящейся от нее на расстоянии Uном . Катет АВ должен быть параллелен оси ординат, а вершина С должна располагаться на характеристике холостого хода 1.Абсцисса вершины А дает искомую величину тока возбуждения. Доказательство справедливости этого построения приведено при построении внешней характеристики. Проводя прямые, параллельные гипотенузе АС, получаем отрезки А'С', А"С",..., заключенные между характеристикой холостого хода 1 и прямой 2, соответствующей условию U = Uном = const. Эти отрезки представляют собой гипотенузы характеристических треугольников при различных токах нагрузки. Искомая регулировочная характеристика Iв = f(Iа ) — кривая 3 — построена в нижнем координатном углу. Значения тока возбуждения определяются абсциссами точек А, А', А",...,которым соответствуют токи нагрузки, пропорциональные длинам отрезков АС, А'С', А''С",....
Достоинством генераторов с независимым возбуждением являются возможность регулирования напряжения в широких пределах от нуля до Uмах путем изменения тока возбуждения и сравнительно малое изменение напряжения под нагрузкой. Однако для питания обмотки возбуждения таких генераторов требуются внешние источники постоянного тока.
Генераторы с независимым возбуждением используют только при большой мощности, а также при малой мощности, но низком напряжении. Независимо от значения напряжения на якоре обмотку возбуждения рассчитывают на стандартное напряжение постоянного тока 110 или 220 В для упрощения регулирующей аппаратуры.
|
Рис. 8.47. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а) и зависимости изменения ЭДС и падения напряжения в цепи возбуждения iвΣRв при изменении тока возбуждения генератора (б) |