Формулу баланса напряжения коллекторного генератора постоянного тока независимого возбуждения

Формулу баланса напряжения коллекторного генератора постоянного тока независимого возбуждения

Генераторы независимого возбуждения

Генераторами независимого возбуждения называются генераторы постоянного тока, обмотка возбуждения которых питается постоянным током от постороннего источника электрической энергии (сеть постоянного тока, выпрямитель, аккумулятор и др.) или у которых магнитный поток создается постоянными магнитами.

Схема генератора независимого возбуждения изображена на рис. 1.16. Якорь генератора приводится во вращение от приводного двигателя

Цепь якоря электрически не соединена с цепью воз­буждения, поэтому ток нагрузки и ток якоря – это один и тот же ток ( ). Цепь возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока. В нее включают регулировочный реостат предназначенный для регулирования тока возбуждения , магнитного потока возбуждения и в конечном счете ЭДС и напряжения генератора.

(рис. 1.17). Характеристика снимается при плавном увеличении тока возбуждения, а затем при его плавном уменьшении при n = nном = const . Вторая ветвь характеристики идет несколько выше первой и при токе Iв = 0 в машине есть некоторая ЭДС называемая остаточной. Вид характеристики холостого хода объясняется тем, что при n = const пропорциональна магнитному потоку а последний – индукции т.е. ее форма такая же, как у кривой гистерезиса. За расчетную обычно принимают характеристику, проходящую между ветвями экспериментальной кривой (штриховая кривая на рис. 1.17). Остаточная ЭДС создается за счет индукции, остающейся в магнитной цепи статора после отключения тока возбуждения. Машина рассчитывается таким образом, чтобы в номинальном режиме рабочая точка (в.ном, ном находилась на «колене» характеристики холостого хода, этим обеспечивается получение достаточно высокой ЭДС при относительно небольшом токе возбуждения.

Внешняя характеристика генератора при = const и n = nном = const (рис. 1.18) характеризует влияние тока нагрузки генератора на напряжение на его выводах. Напряжение при увеличении нагрузки от нуля до номинальной плавно уменьшается на 5 – 15% по двум причинам: из-за падения напряжения на сопротивлении якоря и уменьшения ЭДС из-за размагничивающего влияния реакции якоря (кривые и а). При перегрузке машины ток в якоре становится недопустимо большим и напряжение сильно падает (кривая 1а).

При коротком замыкании ток в якоре примерно в 10 раз больше номинального (он ограничивается только сопротивлением цепи якоря ) и если быстро не отключить генератор, то его коллектор и обмотка выйдут из строя.

Регулировочная характеристика при = const и n = nном = const изображена на рис. 1.19 (кривая 1). Для поддержания постоянства напряжения на выводах якоря в цепь возбуждения включен регулировочный реостат с сопротивлением (рис. 1.16).

Генератор независимого возбуждения

Характеристики генератора постоянного тока

У генератора постоянного тока снимаются следующие характеристики:

1. Характеристики холостого хода (ХХХ)-зависимость ЭДС генератора Е от тока возбуждения IВ при n = const и Iн =0, то есть E=ƒ(IВ) при n=const и I=0

2. Нагрузочная характеристика

U=ƒ(IВ) при n=const и I=0

3. Внешняя характеристика

U=ƒ(I) или U=ƒ(Iя) при n=const и Rцв=const

4. Регулировочная характеристика

IВ =ƒ(I) при n=const и U=const

Генератор независимого возбуждения

1. Характеристики холостого хода

E=ƒ(IВ) ; n=const, I=0 (рис. 4.21).

За счет потока остаточного магнетизма при IВ=0 возникает Eo =CenФ.

Характеристику снимают, увеличивая IВ от 0 до +IВ (Uо =1,15 Uном) (кривая 1) Затем снимается кривая 2, затем – кривая 3.

Рис. 4.21 Характеристика холостого хода

После этого строят расчетную характеристику холостого хода, проводя в петле гистерезиса среднюю линию ——-.

Прямолинейный участок характеристики соответствует ненасыщенной магнитной системе машины. Эта характеристика повторяет в другом масштабе магнитную характеристику машины и дает возможность судить о магнитных свойствах машины.

2. Нагрузочная характеристика генератора

U=ƒ(IВ); n=const; I=const≠0 (рис. 4.22).

Напряжение на зажимах генератора меньше чем ЭДС, по этому нагрузочная характеристика(1) располагается ниже, чем ХХХ (2).

Если из точки а (Uном) отложить вверх отрезок , провести горизонтально отрезок bc до пересечения с характеристикой холостого хода и соединить точку c, с точкой а , то получим abc – треугольник реактивный (характеристический).

Катеты этого треугольника количественно определяют причины, вызывающие уменьшение напряжения генератора при его нагрузке:

Рис. 4.22 Нагрузочная характеристика генератора постоянного тока

— падение напряжения в цепи якоря определяет катет — ;

— ток IB1-IB2 , компенсирующий размагничивающее действие реакции якоря, определяет катет — bc=IВ1-IВ2

треугольник а`b`c` построен для другого значения тока возбуждения IВ3.

Сторона a`b` = ab , т.к Iн не изменился , но сторона b`c` стала меньше bc , т.к при меньшем токе возбуждения уменьшилась степень насыщения магнитной цепи генератора, следовательно и размагничивающие действие реакции якоря.

3. Внешняя характеристика

U=ƒ(I) при n=const; Rцв=const (рис. 4.23).

Рис.4.23 Внешняя характеристика генератора постоянного тока

Уменьшение напряжения U при увеличении тока I объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря. Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость внешней характеристики) оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки :

Обычно для генератора независимого возбуждения ∆Uном = 5÷10%%

4. Регулировочная характеристика

IВ=ƒ(I) при n=const и U=const (рис. 4.24).

Рис. 4.24 Регулировочная характеристика генератора постоянного тока

2-нисходящая ветвь, она ниже, так как возросло остаточное намагничивание магнитной цепи машины в процессе снятия восходящей ветви.

3-средняя кривая ― практическая регулировочная характеристика генератора.

Недостатки генератора постоянного тока с независимым возбуждением

1. Необходимость в постороннем источнике энергии.

Достоинства генератора постоянного тока с независимым возбуждением

1. Возможность регулировать напряжение в широких пределах.

2. Сравнительно жесткая внешняя характеристика.

Генератор параллельного возбуждения.

Процесс самовозбуждения возможен:

1. При наличии потока остаточного магнетизма Ф, который при частоте n>0 индуцирует Е=cenФ.

2. Поток остаточного магнетизма Ф имеет такое же направление, как МДСОВ=Iв ост ∙wВ , тем самым увеличивая поток главных полюсов.

3. Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс:

4. Когда α=αкр, то rв =rв кр, то есть это касательная к характеристике холостого хода. При rв³rв кр процесс самовозбуждения происходить не будет. Поэтому необходимо, чтобы rв nкр.

Рис. 4.25 Определение критического сопротивления

Так как генератор параллельного возбуждения самовозбуждается лишь в одном направлении, то характеристика холостого хода может быть снята лишь для одного квадранта.

Рис. 4.26 Зависимость напряжения генератора от частоты

Нагрузочная и регулировочная характеристики практически не отличаются от аналогичных характеристик генератора независимого возбуждения.

Внешняя характеристика менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения, так как кроме реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря появляется третья причина: снижение напряжения (UB↓), которая ведет к уменьшению тока якоря (IB↓).

Рис. 4.27 Внешняя характеристика генератора постоянного тока параллельного возбуждения

Участок АВ―неустойчивый участок работы. Здесь при уменьшении сопротивления цепи возбуждения rв происходит резкое уменьшение напряжения U и уменьшение тока I. Поэтому происходит переход электрической машины в ненасыщенное состояние, при котором даже незначительное уменьшение rя вызывает резкое уменьшение ЭДС машины.

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением широко применяются в авиации.

Генератор постоянного тока независимого возбуждения

Схема включения генератора независимого возбуждения по­казана на рис. 28.2, а. Реостат, включенный в цепь возбужде­ния, дает возможность регулировать ток 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 генератор работает в режиме х.х. . 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. . 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= (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 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

Читайте также  Что будет если генератор зальет водой

Выберите правильную упрощенную формулу равновесия ЭДС явнополюсного синхронного генератора

ответ 3)

6. Имеется трехфазный синхронный двигатель с явнополюсным ротором с электромагнитным возбуждением без элементов запуска. Каким образом можно запустить двигатель в ход:

1) С помощью автотрансформатора. 2) С помощью внешнего двигателя.

Путем плавного повышения от нуля частоты питающего напряжения.

4) С помощью реакторов (дросселей), включаемых последовательно с синхронным двигателем.

5) С помощью пускового реостата.

Укажите естественную механическую характеристику коллекторного двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

ответ 1)

Выберите правильную формулу баланса напряжения коллекторного двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Ответ 4)

9. Что преобразует трансформатор?

1) Величину тока. 2) Величину напряжения.

3) Частоту. 4) Величины тока и напряжения.

На рисунке показаны внешние характеристики однофазного трансформатора для различных видов нагрузки. Выберите комбинацию характеристик, которая соответствует следующей последовательности: активной, активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузкам.

Ответ 5)(2,3,1)

11. Выберите правильную упрощенную формулу критического скольжения асинхронной машины.

ответ 1)

Что нужно сделать, чтобы изменить направление вращения трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором?

1) Изменить схему соединения статорной обмотки.

2) Изменить схему соединения роторной обмотки.

Поменять местами два линейных провода двигателя на клеммах

Трехфазной сети.

4) Изменить схемы соединения статорной и роторной обмоток.

5) Сдвинуть по кругу все три фазных провода А, В и С трехфазной сети

на клеммах асинхронного двигателя.

13. Выберите характеристику холостого хода синхронного генератора. Ответ1)

Какой рисунок наиболее близко отражает принцип действия генератора

постоянного тока? Ответ2)

Укажите внешнюю характеристику коллекторного генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.

Ответ 3)

Какой коллекторный генератор постоянного тока боится короткого замыкания?

С независимым возбуждением.

2) С последовательным возбуждением.

3) С параллельным возбуждением.

4) Со смешанным возбуждением.

Зав. кафедрой Преподаватель

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра:«Электроснабжение»

Дисциплина: «Электрические машины»

Направление подготовки: «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Электроснабжение»

Протокол №2 от 2.09.2014г.

Билет № 5

Дата добавления: 2018-04-04 ; просмотров: 4816 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Характеристики генераторов независимого возбуждения

Характеристика холостого хода. Определяет зависимость напряжения U от тока возбуждения при Iа=0 и n=const. Для снятия этой характеристики собирается схема, показанная на рис. 1. Выключатель «Р» отключен, генератор разгоняется до номинальной частоты вращения, снятие характеристики начинают с Iв=0. При этом, ввиду наличия магнитного потока остаточного намагничивания, в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС Еост, величина которой обычно составляет (2…3)% от Uн генератора.

При увеличении тока в обмотке возбуждения от нуля до максимального значения, напряжение генератора возрастает по кривой 1.

Обычно ток возбуждения увеличивают до тех пор, пока напряжение на зажимах генератора не достигнет значения (1,1…1,25) Uн. Затем ток возбуждения уменьшают до нуля, изменяют его направление на обратное и вновь увеличивают до Iв= — Iвmax.. Напряжение при этом изменяется от +Umax до -Umax по кривой 2, которая называется нисходящей ветвью. Кривая 2 проходит выше кривой I, что объясняется процессами перемагничивания магнитной цепи. Далее изменяют ток возбуждения от -Iвmaxдо +Iвmax, при этом напряжение меняется от -Umax до +Umaxпо кривой 3, так называемой восходящей ветвью характеристики холостого хода. Кривые 2 и 3 образуют петлю гистерезиса, которая определяет свойства стали магнитной цепи машины. Проведя между ними среднюю линию 4, получают так называемую расчетную характеристику холостого хода, которой пользуются на практике.

Следует отметить, что при снятии характеристики холостого хода изменять ток возбуждения нужно только в одном направлении, чтобы точки принадлежали одной ветви.

Анализ характеристики холостого хода показывает, что начальная часть кривой представляет собой практически прямую линию, так как при малых токах Iвпочти вся МДС идет на преодоление магнитного сопротивления воздушного зазора. По мере увеличения тока Iви возрастания потока Ф сталь магнитопровода насыщается и зависимость U= f(Iв) становится нелинейной.

Точка, соответствующая напряжению Uн, лежит обычно на перегибе характеристики холостого хода. Это связано с тем, что при работе на прямолинейном участке характеристики напряжение генератора неустойчиво, а в насыщенной части кривой ограничены возможности регулирования напряжения генератора. Таким образом характеристика холостого хода имеет важное значение для оценки свойств генератора.

Рис.3 — Нагрузочные характеристики генератора независимого возбуждения

Нагрузочные характеристики. Определяют зависимости напряжения от тока возбуждения при Iа=const и n=const. Схема для снятия этих характеристик та же, что и для снятия характеристики холостого хода, но в этом случае к генератору подключена нагрузка и по цепи якоря проводит постоянный по величине ток, а напряжение генератора меньше ЭДС вследствие 2-х причин — падения напряжения в цепи якоря Ia?r и размагничивающего действия реакции якоря. Поэтому все нагрузочные характеристики расположены ниже расчетной характеристики холостого хода (рисунок 2.4). Можно считать, что характеристика холостого хода есть частный случай нагрузочной характеристики при I = 0. Обычно нагрузочную характеристику снимают при Iа = Iн.

Внешняя характеристика. Определяет зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки I, т.е. U=f(I) при n=const и Iв=const, что при независимом возбуждении равносильно условию rв=const .

Внешняя характеристика генератора снимается по схеме рис. 4.

Сначала доводят скорость генератора до номинальной частоты вращения, и возбудив генератор, нагружают его до номинальной нагрузки. При этом устанавливают такой ток возбуждения Iв=Iвн, чтобы при токе нагрузки I=Iн напряжение на генераторе было равно номинальному Uн. Затем постепенно уменьшают нагрузку до нуля и снимают показания приборов. По мере уменьшения нагрузки напряжение на генераторе будет возрастать по двум причинам — из-за уменьшения падения напряжения в цепи обмотки якоря Iа?r и уменьшения размагничивающего действия реакции якоря. При переходе к холостому ходу (I=0) напряжение возрастает на величину DUн (рис. 5), которая называется номинальным изменением напряжения генератора и определяется по формуле:

ГОСТ регламентирует величину изменения напряжения генератора (у генераторов независимого возбуждения

DUн =(5…10)% ).При коротком замыкании генератора, т.е. уменьшении сопротивления нагрузки до нуля, напряжение на его зажимах падает до нуля (U=0), а ток короткого замыкания во много раз превосходит номинальный Iкз=(6…15)Iн. Поэтому режим короткого замыкания для генераторов независимого возбуждения является очень опасным, особенно для коллектора и щеточного аппарата из-за возможности возникновения сильного искрения или кругового огня.

Регулировочная характеристика. Определяет зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки I , т.е. Iв=f(I) при n=const и U=const (рис. 6).

Рис. 6 — Регулировочная характеристика генератора

Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение на генераторе оставалось неизменным по величине.

С увеличением нагрузки ток возбуждения необходимо увеличивать чтобы скомпенсировать увеличение падения напряжения на обмотке якоря Ia? r и размагничивающее действие реакции якоря. При переходе от холостого хода к номинальной нагрузке увеличение тока возбуждения составляет (10…15)%.

Характеристика короткого замыкания. Определяет зависимость тока цепи якоря I от тока возбуждения I=f(Iв) при U=0 и n =const Для снятия этой характеристики зажимы генератора замыкают накоротко, разгоняют генератор до номинальной частоты вращения и увеличивая ток возбуждения от нуля доводят ток якоря до Iкз=( 1,25..1,5) Iн .

Рис. 7 — Характеристика короткого замыкания.

По полученным данным строят характеристику короткого замыкания (рис.7). Эта характеристика носит вспомогательный характер и при испытании генератора обычно не снимается.

Генератор постоянного тока независимого возбуждения

Якорь генератора приводят во вращение с практически постоянной скоростью. Рабочие свойства и особенности генераторов принято анализировать с помощью графиков – характеристик, которые можно снять экспериментально или рассчитать. Основной рабочей характеристикой генератора является внешняя характеристика, представляющая собой зависимость напряжения на зажимах якоря (или нагрузки) от тока нагрузки при нерегулируемой цепи возбуждения. Вспомогательной является регулировочная характеристика, показывающая, как надо регулировать ток возбуждения генератора в зависимости от тока нагрузки, чтобы напряжение оставалось постоянным. Связь между э. д. с. якоря и током возбуждения при постоянной скорости вращения дается характеристикой холостого хода.

Генератор постоянного тока (ГПТ) независимого возбуждения

На рис. 1 приведена схема ГПТ независимого возбуждения, позволяющая снять все его характеристики.

Рис. 1 Схема генератора постоянного тока независимого возбуждения

Если реостат возбуждения включить по схеме потенциометра со средней точкой (рис. 1), то можно изменять не только величину, но и направление тока в обмотке возбуждения и тем самым изменять знак э. д. с. якоря.

() снимают при = 0 и Ω = Ω = const (рис. 2). Она же является и магнитной характеристикой машины.

Рис. 2 Характеристика холостого хода генератора

() снимают при Ω = Ω = const и = const, что для рассматриваемого генератора соответствует = const.

Внешняя характеристика (рис. 3) показывает, что напряжение на зажимах нерегулируемого генератора при увеличении тока нагрузки понижается. Это происходит из-за увеличения падения напряжения на внутренних сопротивлениях цепи якоря:

В сопротивление цепи якоря машины входит не только внутреннее сопротивление обмотки якоря, но и скользящих контактов между коллектором и щетками и последовательно соединенных специальных обмоток (например, обмотки дополнительных полюсов, компенсационной и др.).

Внешняя характеристика имела бы вид прямой, если бы э. д. с. при нагрузке не изменялась. Но при нагрузках, больших номинальной, результирующий поток возбуждения и, следовательно, э. д. с. якоря уменьшаются вследствие поперечной реакции якоря.

При номинальной нагрузке напряжение генератора на 8÷10% меньше напряжения холостого хода.

При уменьшении сопротивления нагрузки до нуля машина переходит в режим короткого замыкания; при этом ток в якоре может достичь очень большого значения (3) = /я, опасного для целости обмотки, коллектора и щеток.

Рис. 3 Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения

Электрическую машину защищают от коротких замыканий и перегрузок быстродействующими устройствами защиты, отключающими цепь через 0,01÷0,05 с при токе выше допустимого.

Величину кратковременно допустимого тока, равного обычно (2÷2,5)·, определяют из соображений безопасного для машины искрения щеток и нагрева.

Для поддержания постоянства напряжения генератора необходимо регулировать ток возбуждения, изменяя тем самым величину э. д. с. .

Регулировочная характеристика, т. е. зависимость тока возбуждения от тока нагрузки () при = const и Ω = const, дана на рис. 4.

Рис. 4 Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

Необходимость отдельного источника питания обмотки возбуждения в ряде случаев является недостатком генераторов независимого возбуждения. Поэтому чаще применяют самовозбуждающиеся генераторы.

Источник: nevinka-info.ru