Генераторы постоянного тока

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря

индуцируется ЭДС:	Ea cEФn.

При подключении к генератору нагрузки, в цепи якоря возникает ток Iа, а на нагрузке устанавливается напряжение: U Ea Ia ra . - уравнение

напряжений генератора

Ток в проводниках обмотки якоря Iа, взаимодействуя с магнитным полем,

создает на якоре электромагнитный момент М, который в генераторе

направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя, т.е. является тормозящим.

При неизменной частоте вращения (n=const) вращающий момент приводного двигателя М1 уравновешивается суммой противодействующих

моментов:	M M M	0	,	- уравнение моментов генератора
	1

М0 – момент х. х. , т.е. момент, создаваемый силами трения и действием вихревых токов в якоре.

Генераторы постоянного тока

Умножив уравнение моментов на угловую скорость вращения получим

уравнение мощностей:

P1

Pэм

P0 ,

где P1 M1 - механическая мощность

подводимая к генератору,

P0

M0 - мощность х. х. (подводимая к генератору в режиме х. х.,

т. е. при отключенной нагрузке);

Pэм M - электромагнитная мощность генератора.

С другой стороны

Pэм Ea Ia;

тогда

Pэм Ua Ia Iа2 ra P2

Pэа ,

где

P2

- полезная мощность генератора, т.е. мощность отдаваемая

Pэа

генератором

- мощность потерьнагрузке;нагрев обмоток и щеточного

контакта в цепи якоря.

P , получаем уравнение

В результате, учитывая потери на возбуждение

э

мощностей генератора:

в

P P P P

P

,

1

2

0

эа

эв

двигателем P1 , преобра-

Механическая мощность,

развиваемая приводным

зуется в

генераторе

в полезную мощность

P2 ,

передаваемую нагрузке, и

мощность, затрачиваемую на покрытие потерь

(P0 Pэа Pэв ).

Основные характеристики генераторов постоянного тока

1. Характеристика холостого хода – зависимость U0 = f (Iв),

при I = 0 и n = const.

2. Нагрузочная характеристика – зависимость Uа = f (Iв),

при I = const и n = const.

3. Внешняя характеристика – зависимость Uа = f (Iа),

при rрг = const и n = const.

rрг - регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуждения. 4. Регулировочная характеристика – зависимость Iв = f (Iа),

при Uа = const и n = const.

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свойства генераторов постоянного тока.

Генератор постоянного тока независимого возбуждения

rн	Обмотка возбуждения питается от внешнего,
	независимого от якорной цепи, источника
	постоянного тока.
V	1. Характеристика холостого хода
	U0 = f (Iв), при Iа = 0 и n = const.
А
	Iа	U
Я1 G Я2		0
А	нисходящая ветвь
		+Еост
Iв		восходящая ветвь
			Iв
rрг	расчетная характеристика	-Еост

Еост – остаточная ЭДС, обусловленная явлением остаточного намагничивания.

Характеристика U0 = f (Iв) повторяет в другом масштабе магнитную характе- ристику машины и дает возможность судить о магнитных свойствах машины

Генератор постоянного тока независимого возбуждения

2. Нагрузочная характеристика – зависимость Uа = f (Iв),

	U	характеристика		d	при I = const и n = const.
		холостого			Нагрузочная характеристика проходит
		хода	c	b	ниже характеристики холостого хода по

		a	следующим причинам:
c’	b’	нагрузочная	U Ea Ia ra
	a’	характеристика	1 – падение напряжения в обмотке
			якоря	Ia ra ;

		e		2 – размагничивающее воздействие
					реакции якоря на магнитный поток
	Iв2 Iв1		Iв
					Ф и, следовательно, снижение Еа.
Треугольник a b c – характеристический. Его катеты выражают:
	ab – падение напряжения на обмотке якоря							Ia ra ;
	bc – ток возбуждения, компенсирующий размагничивающее
	воздействия реакции якоря			Iв	Iв	2	;
				1
	ae – напряжение на выходе генератора U					под нагрузкой;

be – ЭДС генератора Еа под нагрузкой;

de – напряжение на выходе генератора U0 в режиме холостого хода
при токе возбуждения	Iв .
	1

Генератор постоянного тока независимого возбуждения

3. Внешняя характеристика Uа = f (Iа),

при Iв = const и n = const.

U

Изменение напряжения на якоре U

U0а

при изменении нагрузки от 0 до Iном

Uном

обусловлено:

1

– падением напряжения в обмотке

U

якоря

Ia ra ;

2

– размагничивающим воздействием

0

Iа

реакции якоря на магнитный поток.

Iном

4. Регулировочная характеристика Iв = f (Iа), при Uа = const и n = const.

Эта характеристика

показывает каким

Iв

1

образом необходимо

регулировать ток

возбуждения Iв при изменении нагрузки,

чтобы напряжение на выходе генера-

тора Uа оставалось неизменным.

0

Iа

Генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Условие самовозбуждения

									Принцип самовозбуждения ГПТ параллельного
									возбуждения основан	на способности	магнитной
									системы длительное	время сохранять	небольшой
				rн
									магнитный поток остаточного магнетизма.

V

А

Я1	G	Я2
А	Ш1
М	Ш2

	Фост (2 3)% от Фн.
	При вращении якоря поток Фост индуцирует в
	якорной обмотке ЭДС Еост, под действием которой в
	обмотке возбуждения возникает небольшой ток Iв ост
rрг	Если МДС обмотки возбуждения имеет такое же
	направление, что и Ф , то поток главных полюсов
	ост
	увеличивается. Это приводит к увеличению ЭДС
	генератора, отчего ток возбуждения вновь
	увеличивается.

Этот процесс самовозбуждения будет продолжаться до тех пор пока напряжение генератора не будет уравновешено падением напряжения в цепи возбуждения, т. е. Uа Iв rв.

Генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Условие самовозбуждения

U0	2		1 – характеристика холостого хода U0 = f (Iв),
			1
		3		при n = nном;
			2
				– характеристика Iв rв = f (Iв), при rв >rв кр;

43 – характеристика Iв rв = f (Iв), при rв< rв кр;

Еост	4 – характеристика холостого хода U0 = f (Iв),
0	Iв

при n = 0,5 n ;

Условие самовозбуждения генератора параллельногом возбуждения:

1.магнитная система должна обладать остаточным магнетизмом;

2.присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, чтобы МДС обмотки возбуждения совпадала с остаточным потоком Фост;

3.сопротивление в цепи возбуждения должно быть меньше критического, т. е. rв< rв кр;

4.частота вращения якоря должна быть больше критической, т. е. n > n кр.

Основные характеристики ГПТ параллельного возбуждения

1. Характеристика холостого хода – зависимость U0 = f (Iв),
U0			при I = 0 и n = const.
			Так как ГПТ параллельного возбуждения
			самовозбуждается лишь при одном направ-
			лении тока Iв, то характеристика х. х. может
Еост			быть снята только для одного квадранта осей
			координат.
0		Iв

2. Нагрузочная характеристика Uа = f (Iв), при I = const и n = const.

практически не отличается от характеристики ГПТ независимого возбуждения. 3. Внешняя характеристика Uа = f (Iа), при rрг = const и n = const.

Uа			1 – ГПТ независимого возбуждения
Uном		1	2 – ГПТ параллельного возбуждения
	U	2	3 – «постепенное» короткое замыкание
			4 – «внезапное» короткое замыкание
	3		4
0	Iк.з. Iном	Iкр	I*к.з. Iа

Основные характеристики ГПТ параллельного возбуждения

4. Регулировочная характеристика Iв = f (Iа), при Uа = const и n = const.

Iв	2
	1																											1 – ГПТ независимого возбуждения
																												2 – ГПТ параллельного возбуждения

0	Iа