Генератор постоянного тока независимого возбуждения
Схема включения генератора независимого возбуждения показана на рис. 28.2, а. Реостат rрг, включенный в цепь возбуждения, дает возможность регулировать ток Iв в обмотке возбуждения, а следовательно, и основной магнитный поток машины. Обмотка возбуждения питается от источника энергии постоянного тока: аккумулятора, выпрямителя или же другого генератора постоянного тока, называемого в этом случае возбудителем.
Рис. 28.2 Принципиальная схема (а) и характеристики х.х. (б) генератора независимого возбуждения
Характеристика холостого хода генератора постоянного тока независимого возбуждения
При снятии характеристики U= F(IВ) генератор работает в режиме х.х. (Ia = 0). Установив номинальную частоту вращения и поддерживая ее неизменной, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения Iв от нулевого значения до +Iв = Oa, при котором напряжение х.х. U = 1.15Uном . Получают данные для построения кривой 1 (рис. 28.2, б). Начальная ордината кривой 1 не равна нулю, что объясняется действием небольшого магнитного потока остаточного магнетизма, сохранившегося от предыдущего намагничивания машины. Уменьшив ток возбуждения до нуля, и изменив его направление, постепенно увеличивают ток в цепи возбуждения до -Iв = Oб. Полученная таким образом кривая 2 называется нисходящей ветвью характеристики. В первом квадранте кривая 2 располагается выше кривой 1. Объясняется это тем, что в процессе снятия кривой 1 произошло увеличение магнитного потока остаточного намагничивания. Далее опыт проводят в обратном направлении, т. е. уменьшают ток возбуждения от -Iв = Oб до Iв = 0, а затем увеличивают его до значения +Iв = Oa. В результате получают кривую 3, называемую восходящей ветвью характеристики х.х. Нисходящая и восходящая ветви характеристики х.х. образуют петлю намагничивания. Проведя между кривыми 2 и 3 среднюю линию 4, получим расчетную характеристику х.х.
Прямолинейная часть характеристики х.х. соответствует ненасыщенной магнитной системе машины. При дальнейшем увеличении тока сталь машины насыщается и характеристика приобретает криволинейный характер. Зависимость U= F(IВ) дает возможность судить о магнитных свойствах машины.
Нагрузочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения
Эта характеристика выражает зависимость напряжения U на выходе генератора от тока возбуждения Iв при неизменных токе нагрузки, например номинальном, и частоте вращения. При указанных условиях напряжение на выводах генератора меньше ЭДС , поэтому нагрузочная характеристика 1 располагается ниже характеристики холостого хода 2 (рис. 28.3). Если из точки а, соответствующей номинальному напряжению Uном, отложить вверх отрезок аb, равный IaΣr, и провести горизонтально отрезок bс до пересечения с характеристикой х.х., а затем соединить точки а и с, то получим аbс — треугольник реактивный (характеристический).
Так, при работе генератора в режиме х.х. при токе возбуждения IВ1 = IВ.ном напряжение на выводах U = de ; с подключением нагрузки (при неизменном токе возбуждения) напряжение генератора снизится до значения Uном = ae . Таким образом, отрезок dа выражает значение напряжения ΔU = U — Uном при IВ1 = IВ.ном. Напряжение на выводах генератора в этом случае уменьшилось в результате действия двух причин: падения напряжения в цепи якоря и размагничивающего влияния реакции якоря . Измерив значение сопротивления цепи якоря и подсчитав падение напряжения IaΣr, можно определить ЭДС генератора при заданном токе нагрузки: Ea = U + IaΣr. На рис. 28.3 эта ЭДС представлена отрезком bе. Электродвижущая сила генератора при нагрузке меньше, чем в режиме х.х. (bе
Источник
Рабочие характеристики генератора независимого возбуждения.
Внешняя характеристика — U=f(I) при Iв = const и п = const. Для снятия внешней характеристики следует привести генератор во вращение с номинальной частотой вращения и установить такой ток возбуждения Iв, чтобы при I= IН= Ос (рис. 4.13) иметь номинальное напряжение на зажимах генератора UH= Са = ОБ. Затем постепенно разгружают генератор до холостого хода. Напряжение; на зажимах генератора растет и при I = 0 достигает значения Uo = ОА. Следовательно,
(4.11)
Внешнюю характеристику можно построить, используя характеристику холостого хода и треугольник короткого замыкания.
Рис. 4.12. Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения
Рис. 4.13. Построение внешней характеристики генератора независимого возбуждения
Рис. 4.14. Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения
Пусть ток возбуждения генератора Iв, остающийся величиной постоянной, задан отрезком Оа (рис. 4.11). Из точки а проведем прямую, параллельную оси ординат до пересечения с характеристикой холостого хода в точке b. Тогда ab = Еа0 = Uo, где Еa — ЭДС, a Uo — напряжение на зажимах генератора при холостом ходе. Построим из точки а треугольник короткого замыкания аА’В’, соответствующий какому-нибудь току I, например I = I ном. Катет аВ’ = IHRa направим по линии аb и заставим треугольник А’В’а скользить вдоль нее, параллельно самому себе до тех пор, пока точка А’ не попадет на характеристику холостого хода и треугольник А’В’а не займет положение треугольника ABC, Отрезок Оа’ представляет собой результирующую МДС машины, т.е. МДС основных полюсов Оа, уменьшенную на величину размагничивающей МДС якоря аа’. Отрезок а’А = АВ определяет ЭДС генератора при данной нагрузке, а отрезок аС= аВ— ВС — напряжение на зажимах генератора U при I = Iн.
Чтобы получить напряжение U для других токов, например I= 0,5Iном, нужно проделать то же построение, уменьшив все стороны треугольника короткого замыкания в 2 раза. Для простоты можно поделить отрезок аа’ пополам, перенести точку а» в точку А на характеристике холостого хода и затем провести через точку прямую А1С1 параллельно гипотенузе АС. Отрезок Ас1 даст искомое напряжение U при I= 0,5Iном.
Отложим в заданном масштабе токи I= 0, 0,5Iном , Iном и т. д. влево от оси ординат и перенесем соответствующие им точки b1, С1, С в точки d, d1, d. Тогда кривая dod1d будет представлять coбoй внешнюю характеристику генератора.
Рис. 4.15. Построение регулировочной характеристики генератора независимого возбуждения
Регулировочная характеристика — Iв =f(I) при U=const и п = const. Поскольку при уменьшении нагрузки напряжение на зажимах генератора растет, то, чтобы поддержать его постоянным, нужно уменьшать ток возбуждения Iв. Примерная регулировочная характеристика показана на рис. 4.14. Ее можно построить так же, как и внешнюю характеристику, по характеристике холостого ход и треугольнику короткого замыкания. Для этого проведем линию DC параллельно оси абсцисс на расстоянии 0D = Uном от пocледней (рис. 4.16). Построив треугольник короткого замыкания АBC для какого-нибудь, например номинального, тока, расположим этот треугольник так, чтобы вершина А лежала на характеристике холостого хода, а вершина С — на прямой DC; этим определяется необходимый для создания напряжения Uном ток возбуждения Iном = 0a. Перенеся точку а вниз от оси абсцисс соответственно току Iном, получим точку N регулировочной характеристики, соответствующую номинальной нагрузке. Так же строят и другие точки регулировочной характеристики, например точка М для I=0,5Iном, при этом все стороны треугольника короткого замыкания изменяются пропорционально току I. Для холостого хода Iв0=0a.Регулировочная характеристика определяется кривой NMa.
Рис. 4.16. Нагрузочная характеристика генератора независимого возбуждения
1- характеристика холостого хода; 2-нагрузочная характеристика
Нагрузочные характеристики — U = f(Iв) при I = const и п = const. Напряжение на зажимах генератора всегда меньше ЭДС вследствие падения напряжения в якоре и реакции якоря. При I= const действие этих двух факторов почти постоянно, поэтому нагрузочная характеристика (кривая 2 на рис. 4.16) расположена почти параллельно характеристике холостого хода. Так же, как и другие характеристики хода, нагрузочные можно построить по характеристике холостого и треугольнику короткого замыкания. Поскольку I=const, то при построении нужно перемещать треугольник короткого замыкания ABC параллельно самому себе, скользя вершиной A по характеристике холостого хода (см. рис. 4.16).
Характеристики генератора параллельного возбуждения.Генератор параллельного возбуждения (см. рис. 4.2) работает с самовозбуждением. Для этого необходимо, чтобы в генераторе был небольшой (2. 5% номинального) поток остаточного намагничивания Фост. Если, замкнув цепь возбуждения, привести генератор во вращение с некоторой, например, номинальной частотой вращения, то на его зажимах появится небольшое напряжение и по цепи возбуждения потечет ток, который создаст добавочный поток намагничивания Фдоб. В зависимости от направления тока в обмотке возбуждения поток Фдоб может быть направлен либо встречно относительно потока Фост, либо согласно с ним. Генератор может самовозбудиться только при согласном направлении обоих потоков. Другими словами, процесс самовозбуждения генератора может идти в одну сторону, определяемую направлением потока Фост.
При согласном направлении обоих потоков результирующий поток возбуждения увеличивается; это приводит к увеличению индуцируемой в якоре ЭДС и, в свою очередь, вызывает дальнейшее увеличение тока и потока возбуждения.
Выясним предел, до которого идет процесс самовозбуждения. При этом будем считать, что генератор работает вхолостую, т.е. I = 0. При самовозбуждении уравнение ЭДС цепи возбуждения можно записать в следующем виде:
, (4.11)
(4.12)
где u — переменное напряжение на зажимах генератора и, следовательно, на зажимах цепи возбуждения; RB — сопротивление цепи возбуждения; LB — индуктивность цепи возбуждения.
Если RB = const, то падение напряжения IBRB изменяется прямо пропорционально току Iв. Графически оно изображается прямой 1 на рис. 4.17, идущей под углом α к оси абсцисс, причем
Следовательно, каждому значению RB соответствует прямая, выходящая из начала координат под углом, определяемым формулой (4.14). На рис. 4.17 характеристика холостого хода отражена кривой 2. Отрезки ординат между кривыми 2 и 1 дают разность u — IBRB = d(LBIB)/dt; и служат мерой интенсивности происходящего процесса самовозбуждения. Очевидно, что этот процесс окончится тогда, когда разность u – IBRB станет равна нулю другими словами, когда характеристики 1 и 2 пересекутся. Таким образом, установившееся значение тока Iв определяется точкой пересечения А характеристик 1 и 2.
Рис. 4.17. Графическое обоснование самовозбуждения генератора параллельного возбуждения:
1,3,5- зависимости U от Iв при различных Rв; 2,4 -характеристики холостого хода при различных n
Рис. 4.18 Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения
1- при увеличении тока Iв; 2 – при уменьшении тока Iв; 3 – усредненная.
Если увеличивать сопротивление RB, т.е. угол α (кривые 3и 4) то точка A будет скользить по характеристике холостого хода в направлении к точке О. При некотором сопротивлении Rв.кр, которое называется критическим сопротивлением, прямая 1 будет касательной к начальной части характеристики холостого хода (рис. 4.17, прямая 3). В этих условиях генератор практически не возбуждается.
Поскольку при заданных масштабах напряжения u и тока IВ наклон характеристики холостого хода зависит от частоты вращения якоря, то очевидно, что каждой из них соответствует свое критическое сопротивление Rв.кр. Так, например, для характеристики холостого хода 4, соответствующей большей частоте вращения, критическое сопротивление определяется прямой 5.
Характеристика холостого хода — U = f(IB) при Ia= 0 и п = const. Эта характеристика снимается так же, как и при независимом возбуждении. Однако самовозбуждение генератора параллельного возбуждения возможно только в одном направлении. Поэтому характеристику холостого хода этого генератора можно снять тоже только при одном направлении тока возбуждения (рис. 4.18).
Поскольку при холостом ходе генератора параллельного возбуждения по его якорю течет ток Iа = Iв, то в генераторе появляется реакция якоря и возникает падение напряжения. Но ток Iв обычно не превышает 2. 3 % Iном. Поэтому характеристика холостого хода, снятая при самовозбуждении, практически совпадает с соответствующей характеристикой при независимом возбуждении.
Внешняя характеристика — U=f(I) при RB = const и п = const. На рис. 6.61 кривая 1 представляет собой внешнюю характеристику генератора параллельного возбуждения, а кривая 2 — внешнюю характеристику этого генератора при работе с независимым возбуждением. При работе с самовозбуждением падение напряжения с увеличением нагрузки происходит быстрее. Это объясняется тем, что при увеличении нагрузки генератора параллельного возбуждения, кроме реакции якоря и падения напряжения в якоре, еще имеет место уменьшение тока возбуждения IВ = = U/RB = U, которое влечет за собой уменьшение потока и соответствующее уменьшение ЭДС и напряжения на зажимах генератора.
Рис. 4.19 Внешние характеристики генератора:
1- параллельного возбуждения; 2- независимого возбуждения
На рис. 4.19 видно, что если увеличить нагрузку сверх номинальной в генераторе независимого возбуждения, то изменение напряжения пойдет по линии 2; при коротком замыкании (UK = 0) ток в якоре Iк будет недопустимо большой и может повредить обмотку якоря.
При работе с самовозбуждением (см. рис. 4.19, кривая 1) нагрузки будет увеличиваться только до критического значения Iкр, обычно не превышающего номинальный ток больше чем в 2—2,5 раза, а затем ток I начинает уменьшаться. При коротком замыкании U = 0 и Iв = 0, а по якорю течет ток Iк ост, определяемый только потоком Фост. Обычно Iк.ост
Источник
