10) Генераторы постоянного тока

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают генераторы:

- с независимым возбуждением;

- с параллельным возбуждением;

- с последовательным возбуждением (сериесный);

- со смешанным возбуждением (компаундный); он имеет две обмотки возбуждения; одна включена параллельно обмотке якоря, а другая - последовательно с нею и нагрузкой.

Генераторы малой мощности иногда выполняются с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.

В генераторе с независимым возбуждением (рис. 4.8а) ток возбуждения не зависит от тока якоря I_а, который равен току нагрузки I_н. Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1…3 % от номинального тока якоря.

Основными характеристиками генератора являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.

а) б)

Рис. 4.8. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением (а) и его характеристика холостого хода (б).

Характеристика холостого хода U₀=f(I_в) при I_н=0 и n=const (рис. 4.8б). Расхождение входящей и нисходящей ветвей характеристики объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. E_ост составляет 2…4 % от U_ном.

а) б)

Рис. 4.9. Внешняя (а) и регулировочная (б) характеристики генератора с независимым возбуждением.

Внешней характеристикой называется зависимость U=f(I_н) при n=const и I_н=const (рис. 4.9а). Под нагрузкой напряжение генератора

, (4.19)

где

∑r – сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки).

С увеличением нагрузки напряжение U уменьшается по двум причинам:

- из-за падения напряжения во внутреннем сопротивлении ∑r машины;

- из-за уменьшения ЭДС E в результате размагничивающего действия реакции якоря.

Величина составляет 3…8 %.

Генераторы с самовозбуждением, в зависимости от способа соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря, делятся на три типа: 1. Генератор с параллельным возбуждением (шунтовой), у которого обмотка возбуждения полюсов включена параллельно обмотке якоря. 2. Генератор с последовательным возбуждением (сериесный), у которого обмотка возбуждения полюсов включена последовательно с обмоткой якоря.3. Генератор со смешанным возбуждением (компаундный), у которого на полюсах имеются две обмотки: одна, включенная параллельно обмотке якоря, и другая, включенная последовательно с обмоткой якоря.

Независимое возбуждение

ХХ Изменяя сопротивление цепи возбуждения регулировочным реостатом, замечая показания амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключенного к щеткам генератора, устанавливаем зависимость между э. д. с. генератора при холостом ходе машины и током возбуждения. Эта зависимость представляется кривой, называемой характеристикой холостого хода. При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (І_в=0) вольтметр машины покажет нуль при любом числе оборотов якоря. Увеличение тока возбуждения будет сопровождаться вначале пропорциональным увеличением э. д. с. генератора. Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейной. Но дальнейшее увеличение тока возбуждения вызовет магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. Если теперь уменьшать ток возбуждения генератора, то можно заметить, что при тех же самых значениях тока возбуждения э. д. с. генератора будет иметь большие значения, чем при намагничивании, и кривая размагничивания пройдет несколько выше, чем кривая намагничивания. Это объясняется явлением гистерезиса. При уменьшении тока возбуждения до нуля генератор за счет остаточного магнетизма будет иметь некоторую э. д. с. Чем дальше за перегибом характеристики лежит точка, соответству ющая э. д. с. генератора при нормальной работе, тем меньше изменяется э. д. с. машины в зависимости от тока возбуждения. Возможность регулировки напряжения в случае работы машины за перегибом характеристики невелика. Наоборот, если генератор будет работать на прямолинейной части характеристики, то небольшие изменения тока возбуждения вызовут значительные изменения э. д. с. генератора. Таким образом, характеристика холостого хода показывает магнитные свойства генератора.

Внешняя хар-ка

Если постепенно нагружать генератор, отмечая по показаниям амперметра, включенного в цепь якоря, величину тока нагрузки, оставляя неизменным скорость вращения генератора и ток возбуждения, то можно получить зависимость напряжения на зажимах машины от тока нагрузки. Эта зависимость называется внешней характеристикой. По горизонтальной оси отложен ток нагрузки, по верти кальной оси — напряжение генератора. Характеристика показывает, как меняется напряжение генератора с изменением нагрузки. У генераторов с независимым возбуждением при номинальной нагрузке, постоянной скорости и постоянном токе возбуждения понижение напряжения может составлять 5—8% от номинального. Для поддержания напряжения генератора постоянным изменяют ток возбуждения при помощи регулировочного реостата.

11) Хар-ки ГПТ с параллельным возбуждением.

ХХ Изменяя сопротивление цепи возбуждения регулировочным реостатом, замечая показания амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключенного к щеткам генератора, устанавливаем зависимость между э. д. с. генератора при холостом ходе машины и током возбуждения. Эта зависимость представляется кривой, называемой характеристикой холостого хода. При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (І_в=0) вольтметр машины покажет нуль при любом числе оборотов якоря. Увеличение тока возбуждения будет сопровождаться вначале пропорциональным увеличением э. д. с. генератора. Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейной. Но дальнейшее увеличение тока возбуждения вызовет магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. Если теперь уменьшать ток возбуждения генератора, то можно заметить, что при тех же самых значениях тока возбуждения э. д. с. генератора будет иметь большие значения, чем при намагничивании, и кривая размагничивания пройдет несколько выше, чем кривая намагничивания. Это объясняется явлением гистерезиса. При уменьшении тока возбуждения до нуля генератор за счет остаточного магнетизма будет иметь некоторую э. д. с. Чем дальше за перегибом характеристики лежит точка, соответству ющая э. д. с. генератора при нормальной работе, тем меньше изменяется э. д. с. машины в зависимости от тока возбуждения. Возможность регулировки напряжения в случае работы машины за перегибом характеристики невелика. Наоборот, если генератор будет работать на прямолинейной части характеристики, то небольшие изменения тока возбуждения вызовут значительные изменения э. д. с. генератора. Таким образом, характеристика холостого хода показывает магнитные свойства генератора.

При нагрузке генератора с параллельным возбуждением напряжение его меняется в зависимости от тока нагрузки. У генератора с параллельным возбуждением напряжение с нагрузкой меняется от трех причин: 1) вследствие падения напряжения в обмотке якоря и переходном контакте щеток; 2) вследствие уменьшения магнитного потока, вызванного действием реакции якоря; 3) под действием первых двух причин напряжение генератора (или напряжение на щетках якоря) с нагрузкой уменьшается. Ток возбуждения при постоянном сопротивлении цепи возбуждения пропорционален напряжению на щетках якоря. Поэтому с уменьшением напряжения на якоре ток возбуждения также уменьшится, что приведет к уменьшению магнитного потока полюсов, а это, в свою очередь, вызовет дополнительное уменьшение э. д. с. и напряжения на зажимах генератора. Этого не было у генератора с независимым возбуждением, так как обмотка возбуждения машины питалась от независимого (отдельного) источника постоянного напряжения.

Внешние хар-ки

Если при постоянной скорости вращения якоря и неизменном сопротивлении цепи возбуждения менять сопротивление внешней сети, то ток сети будет также меняться. Отмечая величину тока сети по амперметру, включенному в цепь якоря, и определяя напряжения генератора по вольтметру, включенному на зажимы машины, можно установить зависимость между током нагрузки и напряжением генератора. Эта зависимость, как известно, называется внешней характеристикой. Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением дана на фиг. 285. Характеристика показывает, что с увеличением нагрузки напряжение генератора уменьшается. В пределах нормальной работы уменьшение напряжения с нагрузкой у генераторов этого типа бывает невелико (сплошная часть характеристики). У генераторов с дополнительными полюсами оно составляет 8—15% при номинальной нагрузке. При работе генератора изменение напряжения устраняют путем изменения сопротивления цепи возбуждения с помощью регулировочного реостата. Дальнейшее увеличение тока нагрузки сопровождается значительным уменьшением напряжения (пунктирная часть характеристики). При некоторой величине сопротивления внешней цели ток нагрузки достигает максимального критического значения I_МАКС по достижении которого ток начинает уменьшаться, даже если сопротивление внешней цепи будет становиться меньше. Это объясняется тем, что на величину тока сети оказывает влияние не только величина сопротивления сети, но также и напряжение генератора. Как только ток сети достигнет критического значения I_МАКС . вышеуказанные факторы, влияющие на уменьшение напряжения, становятся преобладающими и, несмотря на уменьшение сопротивления сети, ток сети будет уменьшаться. При коротком замыкании напряжение генератора становится равным нулю, а э. д. с, наводимая в обмотке якоря за счет остаточного магнетизма полюсов, будет создавать в цепи ток короткого замыкания.

12) В генераторе со смешанным возбуждением имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Наличие двух обмоток при их согласном включении позволяет получать приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки. Подбирая число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение ΔU_посл компенсировало суммарное падение напряжения ΔU при работе машины с одной только параллельной обмоткой, можно добиться, чтобы напряжение U при изменении тока нагрузки от нуля до I_ном оставалось практически неизменным.

Генераторы постоянного тока имеют большей частью параллельное возбуждение. Обычно для улучшения внешней характеристики они снабжаются небольшой последовательной обмоткой (1-3 витка на полюс). При необходимости такие генераторы могут включаться и по схеме с независимым возбуждением.

Генераторы с независимым возбуждением используются только при большой мощности и низком напряжении. В этих машинах независимо от величины напряжения на якоре обмотка возбуждения рассчитывается на стандартное напряжение постоянного тока 110 или 220 В с целью упрощения регулирующей аппаратуры.

Самовозбуждение генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим: 1. Наличие потока остаточного магнетизма. При отсутствия этого потока не будет создаваться э. д. с. Е0, под действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток, так что возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток. 2. Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма. При встречном включении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать остаточный магнитный поток и при длительной работе может полностью размагнитить машину. Если обмотка возбуждения оказалась включенной встречно, то необходимо изменить направление тока в ней, т. е. поменять ме­стами провода, подходящие к зажимам этой обмотки. 3. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении цепи воз­буждения самовозбуждение генератора невозможно. 4. Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико, так как при малом сопротивлении ток

возбуждения будет также мал и самовозбуждения не произойдет.

ХХ Изменяя сопротивление цепи возбуждения регулировочным реостатом, замечая показания амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключенного к щеткам генератора, устанавливаем зависимость между э. д. с. генератора при холостом ходе машины и током возбуждения. Эта зависимость представляется кривой, называемой характеристикой холостого хода. При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (І_в=0) вольтметр машины покажет нуль при любом числе оборотов якоря. Увеличение тока возбуждения будет сопровождаться вначале пропорциональным увеличением э. д. с. генератора. Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейной. Но дальнейшее увеличение тока возбуждения вызовет магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. Если теперь уменьшать ток возбуждения генератора, то можно заметить, что при тех же самых значениях тока возбуждения э. д. с. генератора будет иметь большие значения, чем при намагничивании, и кривая размагничивания пройдет несколько выше, чем кривая намагничивания. Это объясняется явлением гистерезиса. При уменьшении тока возбуждения до нуля генератор за счет остаточного магнетизма будет иметь некоторую э. д. с. Чем дальше за перегибом характеристики лежит точка, соответствующая э. д. с. генератора при нормальной работе, тем меньше изменяется э. д. с. машины в зависимости от тока возбуждения. Возможность регулировки напряжения в случае работы машины за перегибом характеристики невелика. Наоборот, если генератор будет работать на прямолинейной части характеристики, то небольшие изменения тока возбуждения вызовут значительные изменения э. д. с. генератора. Таким образом, характеристика холостого хода показывает магнитные свойства генератора.

Внешняя характеристика генератора