- •Генераторы постоянного тока
- •Генераторы постоянного тока
- •Основные характеристики генераторов постоянного тока
- •Генератор постоянного тока независимого возбуждения
- •Генератор постоянного тока независимого возбуждения
- •Генератор постоянного тока независимого возбуждения
- •Генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Условие самовозбуждения
- •Генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Условие самовозбуждения
- •Основные характеристики ГПТ параллельного возбуждения
- •Основные характеристики ГПТ параллельного возбуждения
- •Генератор постоянного тока смешанного возбуждения
- •Генератор постоянного тока смешанного возбуждения
- •Потери и КПД машины постоянного тока
- •Потери коллекторной машины постоянного тока
- •Коэффициент полезного действия машины постоянного тока
- •Коэффициент полезного действия машины постоянного тока
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 |
|