Характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Генераторы параллельного возбуждения

Генераторами параллельного возбуждения называют генераторы, обмотка возбуждения которых питается от ЭДС обмотки якоря и подключена к выводам якоря машины параллельно цепи нагрузки.

Схема изображена на рис. 1.20. Ток якоря у щеток разветвляется на ток нагрузки и ток возбуждения Обычно ток возбуждения невелик и составляет (0,01-0,05) Последовательно с обмоткой возбуждения включается реостат для регулирования возбуждения. Реостат позволяет изменять ток возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.

Характеристика холостого хода генератора с самовозбуждением всегда снимается при независимом возбуждении (обмотка возбуждения отключается от якоря и запитывается от постороннего источника) и поэтому аналогична характеристике холостого хода генератора с независимым возбуждением.

Так как обмотка возбуждения подключена к выводам якоря, то важное значение имеет процесс первоначального возникновения ЭДС, называемый процессом самовозбуждения.

Рассмотрим процесс самовозбуждения при отключенной нагрузке генератора, т.е. при холостом ходе.

Магнитная цепь машины имеет небольшой остаточный магнитный поток (примерно 2-3% номинального). При вращении якоря в поле остаточного потока в нем наводится небольшая ЭДС, вызывающая некоторый ток в обмотке возбуждения. При соответствующем направлении он увеличивает остаточный магнитный поток, ЭДС в якоре возрастает и процесс развивается лавинообразно до тех пор, пока не будет ограничен насыщением магнитной цепи.

Однако процесс самовозбуждения может развиваться только при определенных условиях, называемых условиями самовозбуждения. Выясним эти условия. Уравнение второго закона Кирхгофа для цепи возбуждения имеет вид: Е + еL= (Rв + Rя)iв, где еL = – d (Liв) /dt – ЭДС самоиндукции цепи возбуждения, возникающая при нарастании тока возбуждения;

L – суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря; Rв — сумма сопротивлений обмотки возбуждения и регулировочного реостата.

Так как Rя « Rв, то уравнение принимает вид:

Eя=Rв iв +

Покажем на графике характеристику холостого хода Е = f (Iв) и характеристику цепи возбуждения – прямую Uв = Rв Iв

(рис. 1.21). Отрезок аб, равный Е – Rв Iв = d (Liв) /dt, пропорционален ЭДС самоиндукции цепи возбуждения. Из графика следует, что в точке пересечения характеристик d (Liв) /dt = 0 рост тока возбуждения прекращается Uв = E и процесс самовозбуждения заканчивается. Положение точки , называемой рабочейточкой, зависит от сопротивления цепи возбуждения Rв » tgα. Чем оно больше, тем прямая Uв = f (Iв) идет круче и рабочая точка перемещается влево. При некотором сопротивлении цепи возбуждения Rв, кр = tg αкр, называемом критическим, напряжение на выводах генератора близко к остаточной ЭДС Ео и генератор не возбуждается.

Из сказанного вытекают условия, при которых генератор должен возбуждаться:

Ø наличие остаточной намагниченности;

Ø совпадение по направлению остаточного магнитного поля и поля, создаваемого обмоткой возбуждения (несовпадение полей может быть при неправильном подключении выводов обмотки возбуждения или при несоответствующем направлении вращения якоря);

Ø сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического;

Ø скорость вращения якоря должна быть выше критической скорости.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения U = f (I) при Rв = const и n = nном = const (рис. 1.18, кривые 2 и 2а) отличается от внешней характеристики генератора независимого возбуждения более резким снижением напряжения при увеличении нагрузки. Это объясняется следующим образом: уменьшение напряжения по тем же причинам, что и у генератора независимого возбуждения, приводит к уменьшению тока возбуждения, дополнительному уменьшению ЭДС генератора. При номинальной нагрузке снижение напряжения относительно напряжения холостого хода составляет 10-18%.

Регулировочная характеристика генератора Iв = f (I) при U = Uном = const и n = nном = const аналогична регулировочной характеристике генератора независимого возбуждения (рис. 1.19, кривая 2), но идет несколько круче, что объясняется более значительным уменьшением напряжения генератора.

Характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

4.4. 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.

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

Характеристика холостого хода U 0 =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.

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

∑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 %.

В генераторе с параллельным возбуждением (рис. 4.10а) обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на их зажимах, несмотря на изменение общей нагрузки генератора. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения.

Регулировочной характеристикой генератора (рис. 4.9б) называется зависимость тока возбуждения I в от тока якоря I а при постоянном напряжении U и скорости n. Такая характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянство напряжения на зажимах генератора. Эта кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх от оси абсцисс, вследствие влияния насыщения магнитопровода машины. Следовательно, в машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от самого генератора.

Рис. 4.10. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а); характер изменения ЭДС и тока возбуждения генератора в процессе возбуждения (б)

Самовозбуждение генератора возможно только при наличии гистерезиса в магнитной цепи.

При вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС Е ост , и по обмотке возбуждения начинает протекать ток. Если обмотка возбуждения включена так, что ее НС F в направлена согласно с НС остаточного магнетизма, то магнитный поток возрастает, увеличивая ЭДС Е, поток Ф и ток возбуждения I в . Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с I в =const, E=const, зависящими от величины сопротивления R в цепи возбуждения.

Для режима холостого хода генератора:

L — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря.

Зависимость e=f(i в ) представляет собой характеристику холостого хода генератора ОА, а прямая ОВ — ВАХ сопротивления R в (tgγ= R в ) (рис. 4.10б).

Пока имеется положительная разность (e-i в R в ) , член >0, т.е. происходит нарастание тока i в . Установившийся режим будет иметь место при =0, т.е. в точке С. При изменении величины сопротивления R в прямая ОВ изменяет свой угол γ, что приводит к изменению установившегося тока возбуждения I в0 , и соответствующего ему напряжения U 0 =E 0 . Параметры цепи подбираются так, чтобы в точке С обеспечивалась устойчивость режима самовозбуждения. При случайном изменении i в возникает соответствующая положительная или отрицательная разность (e-i в R в ) , стремящаяся изменить ток i в так, чтобы он стал снова равен I в0 .

Степень устойчивости рассматриваемого режима будет определяться производной:

β — σγξл пересечения характеристики ОА с прямой ОВ.

При увеличении R в до критического значения R в.кр. , соответствующего γ кр , угол β≈0 и режим самовозбуждения становится неустойчивым, при этом ЭДС генератора уменьшается до Е ост . Таким образом, для нормальной работы генератора с параллельным возбуждением необходимо, чтобы R в в.кр.

Внешняя характеристика генератора с самовозбуждением располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (рис. 4.11). Объясняется это тем, что в рассматриваемом генераторе напряжение уменьшается не только с ростом нагрузки и размагничивающего действия реакции якоря, но и вследствие уменьшения тока возбуждения , который зависит от напряжения U, т. е. от тока I н .

Рис. 4.11. Внешние характеристики генераторов с независимым (верхняя кривая) и параллельным (нижняя кривая) возбуждением

Ток короткого замыкания создается только ЭДС от остаточного магнетизма и составляет (0,4. 0,8) I ном .

Работа на участке ab внешней характеристики неустойчива.

Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и для генератора с независимым возбуждением.

В генераторе с последовательным возбуждением (рис. 4.12а) ток возбуждения I в =I а =I н .

Рис. 4.12. Схема генератора с последовательным возбуждением (а) и его внешняя характеристика (б)

Внешняя характеристика (кривая 1) и характеристика холостого хода (кривая 2) изображены на рис. 4.12б. Ввиду того, что в генераторе с последовательным возбуждением напряжение сильно изменяется при изменении нагрузки, такие генераторы практически не применяются. Их используют лишь при электрическом торможении двигателей с последовательным возбуждением, которые при этом переводятся в генераторный режим.

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.

Генератор параллельного возбуждения и его характеристики

В генераторе параллельного возбуждения, который иногда назы­вают шунтовым, обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря (рис. 33, а).

При вращении якоря генератора магнитный поток остаточного магнетизма индуктирует в его обмотке небольшую э. д. с, а так как к якорю подключена обмотка возбуждения полюсов, то в ней появ­ляется незначительный ток, обусловленный этой э. д. с. Ток возбу­ждения вызывает увеличение магнитного потока полюсов, что, в свою очередь, приводит к увеличению э. д. с. и т. д.

Величина установившегося напряжения холостого хода зависит от величины сопротивления цепи возбуждения, а также от степени насыщения магнитной системы машины.

Основные условия самовозбуждения генератора постоянной тока параллельного возбуждения таковы:

а)Наличие в стали полюсов остаточного магнетизма.Отсутствие остаточного магнетизма редко наблюдается в машинах постоянного тока. Для восстановления остаточного магнетизма об­мотку возбуждения па короткое время нужно подключить к источнику постоянного тока.

б)Правильное (согласное) соединение обмотки возбуждения иобмотки якоря, чтобы магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, совпадал по направлению с маг­нитным потоком остаточного магнетизма.Если обмотки возбуждения и якоря включены так, что магнитные потоки полюсов и остаточного магнетизма направлены встречно, то происходит размагничивание полюсов, препятствующее возбужде­нию машины. Для возбуждения машины нужно изменить направление вращения якоря или переключить концы обмотки возбуждения.

в)Выведение регулировоч­ного реостата из цепи возбуждения.Когда реостат в цепи обмотки возбуждения не выведен, по обмотке возбуждения протекает очень малый ток, недостаточный для самовоз­буждения.

г)Отключение нагрузки у генера­торов параллельного возбуждения. Если нагрузка не отключена, то ток в обмотке возбуждения недо­статочен для самовозбуждения.

Рис. 33. Генератор параллельного возбуждения: а) схема; б) внешняя характеристика

Характеристики холостого хода(U = f(Iв) при Iнг. = и n= const)и регулировочная(IВ =f(Iнг) при п =const и U = const) для генератора параллельного возбуждения снимаются таким же образом, как и для генератора независимого возбуждения; их вид и назначение те же. Характеристика короткого замыкания(1к = f(Iв) при п = const и U = 0) в этом случае подобна той же характеристике генератора независимого возбуждения; снять ее можно только по схеме независимого возбуждения, так как у короткозамкнутого генератора параллельного возбуждения не будет тока возбуждения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения значительно отличается от аналогичной характеристики генератора независимого возбуждения. Эту характеристику снимают по схеме, приведенной на рисунке 33, а.

Для сравнения на рисунке 33, б приведены внешние характеристики генератора независимого возбуждения (1) и параллельного возбуждения (2).

По мере увеличения нагрузки напряжение генератора независи­мого возбуждения постепенно понижается вследствие падения напря­жения на сопротивлении обмотки якоря и размагничивающего дей­ствия реакции якоря. Ток возбуждения в генераторе независимого возбуждения при снятии внешней характеристики не изменяется, постоянна по величине и э. д. с. генератора.

У генератора параллельного возбуждения ток возбуждения Iв зависит отнапряжения машины , а так как напряжение машины Uс увеличением нагрузки уменьшается, то снижается и вели­чина тока возбуждения, что приводит к большему изменению напря­жения по сравнению с генератором независимого возбуждения. С уве­личением нагрузки происходит размагничивание генератора, и поэ­тому в генераторе параллельного возбуждения ток нагрузки возра­стает только до определенного, критического значения токаIкр, превышающего номинальный ток в 2—2,5 раза.

При достижении критического тока напряжение машины сразу понижается до нуля, ав обмотке якоря протекает незначительный по величине ток короткого замыкания, обусловленный э. д. с. остаточ­ного магнетизма.

Напряжение генератора параллельного возбуждения вначале изменяется незначительно, так как, пока сталь полюсов еще насыщена, влияние размагничивания машины сказывается мало. По мереувеличения тока нагрузки происходит уменьшение напряжения идальнейшее размагничивание машины, что приводит к более резкому понижению напряжения, а при достижении критического тока к бы­строму исчезновению («сбрасыванию») напряжения и нагрузки.

Ток короткого замыкания не опасен для генератора параллель­ного возбуждения, но критический ток может вызвать круговой огонь на коллекторе.

Генераторы параллельного возбуждения широкое приме­няются в сельскохозяйственных машинах (машинные возбудители синхронных гене­раторов, на автомобилях, тракторах и в зарядных агрегатах).

Характеристики генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Самовозбуждение генератора

У генератора с параллельным возбуждением снять характеристику холостого хода можно только с положительной ветви, потому что изменения тока в обмотке возбуждения по направлению приведет к размагничиванию машины.

Нагрузочные характеристики генератора с параллельным возбуждением имеют такой же вид, как и у генератора с независимым возбуждением.

Рассмотрим внешнюю характеристику.

Характеристика 1 – внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением.

Характеристика 2 – внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением.

Из сравнения характеристик видно, что при одном и том же токе нагрузки Iн напряжение на зажимах генератора с независимым возбуждением будет больше, чем у генератора с параллельным возбуждением. Это связано с тем, что к двум причинам, вызывающим снижение напряжения добавляется третья причина – снижение магнитного потока за счет уменьшения напряжения на якоре генератора.

Если нагрузка на якоре генератора увеличивается, и ток нагрузки достигает критического значения, напряжение на якоре генератора становится таким, что не может уже поддерживать требуемый для работы генератора магнитный поток. В этом случае напряжение на якоре генератора резко снижается до нуля.

К генераторам с самовозбуждением относятся генераторы параллельного возбуждения, генераторы последовательного возбуждения и генераторы смешанного возбуждения.

Для того чтобы на зажимах генератора с самовозбуждением появилось напряжение, необходимо выполнить ряд условий самовозбуждения. Рассмотрим ряд условий самовозбуждения на примере генератора с параллельным возбуждением.

Для того чтобы на зажимах генератора параллельного возбуждения появилось напряжение, нужно привести генератор во вращение от постороннего источника механической энергии. При этом должны быть выполнены следующие условия:

1. Генератор должен обладать остаточным магнетизмом. В этом случае на зажимах якоря генератора появится напряжение. Появившееся напряжение остаточного магнетизма прикладывается к обмотке генератора, по ней начинает протекать ток, и в обмотке возбуждения создается магнитный поток.

2. Магнитный поток обмотки возбуждения должен быть направлен согласно с потоком остаточного магнетизма, т.е. потоки должны складываться. Два потока, сложившись, приводят к увеличению напряжения на якоре генератора, которое прикладывается к обмотке возбуждения, вызывает увеличения магнитного потока и дальнейшее увеличение напряжения на генераторе.

Возбуждение генератора проходит по характеристике холостого хода.

Если магнитные потоки обмотки возбуждения и остаточного магнетизма будут направлены встречно, произойдет размагничивание машины и включение ее будет невозможно. Чтобы этого не произошло, на корпусе генератора параллельного возбуждения или смешанного возбуждения отливается стрелка, показывающая в какую сторону должен вращаться якорь, чтобы не произошло размагничивание.

8. Характеристики генератора постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения.

Характеристика генератора последовательного возбуждения:

Рис. 5.7

Внешняя характеристика (рис.5.7)

Первоначально, с ростом тока нагрузки увеличивается ток возбуждения, а, следовательно, и магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, что приводит к росту ЭДС и увеличению выходного напряжения:

IВ = IНАГР↑ → Ф↑ → Е↑ → U↑.

Но затем наступает насыщение и усиливается размагничивающее действие тока якоря, что приводит к уменьшению выходного напряжения.

Характеристика генератора смешанного возбуждения:

Рис. 5.8

Внешняя характеристика (рис.5.8)

Изменяя параметры последовательной и параллельной обмоток возбуждения, можно добиться получения различного вида характеристик.

Генератор смешанного возбуждения самовозбуждается так же, как и генератор параллельного возбуждения и их характеристики холостого хода аналогичны. В этом генераторе имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Согласное включение двух обмоток позволяет получить приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки.

Внешнюю характеристику генератора (рис.6-11) в первом приближении можно представить в виде суммы характеристик, создаваемых каждой из обмоток возбуждения. При включении одной параллельной обмотки, по которой проходит ток возбуждения Iв1, напряжение генератора U постепенно уменьшается с увеличением тока нагрузки Iн (кривая 1). При включении одной последовательной обмотки, по которой проходит ток возбуждения Iв2 = Iн, напряжение возрастает с увеличением тока Iн (кривая 2).

Подбирая число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение ΔUпосл 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 Iном оставалось почти неизменным (кривая 3). Практически оно изменяется в пределах 2. 3%. Увеличивая число витков последовательной обмотки, можно получить характеристику, при которой напряжение UHOM > Uo (кривая 4); такая характеристика обеспечивает компенсацию падения напряжения не только во внутреннем сопротивлении ΣRa генератора, но и в линии, соединяющей его с нагрузкой. Если последовательную обмотку включить так, чтобы МДС была направлена против МДС параллельной обмотки (встречное включение), то внешняя характеристика генератора при большом числе витков последовательной обмотки будет крутопадающей (кривая 5). Встречное включение последовательной и параллельной обмоток возбуждения применяют в сварочных генераторах и других специальных машинах, где требуется ограничить ток короткого замыкания.

Характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

§ 130. Генератор с параллельным возбуждением

На рис. 306 дана схема генератора с параллельным возбуждением. Обмотка возбуждения полюсов включена параллельно обмотке якоря. Во время работы генератора ток, проходящий по обмотке якоря Iя, от положительной щетки растекается по двум параллельным ветвям: внешней сети и обмотке возбуждения. Ток сети I и ток возбуждения Iв, притекая к отрицательной щетке, в сумме своей равны току якоря. Поэтому можно написать

Рис. 306. Схема генератора с параллельным возбуждением

Полезная мощность генератора характеризуется величиной тока, отдаваемого генератором в сеть. Поэтому ток возбуждения должен быть по возможности малым. Обычно ток возбуждения у генераторов с параллельным возбуждением составляет лишь 2,5% от номинального тока якоря. Для создания необходимой намагничивающей силы обмотка возбуждения изготовляется из большого числа витков тонкой медной изолированной проволоки.

Если при холостом ходе генератора менять ток возбуждения регулировочным реостатом, то при постоянной скорости якоря э.д.с. генератора будет также меняться. Зависимость между э.д.с. и током возбуждения машины, как известно, называется характеристикой холостого хода. У генератора с параллельным возбуждением эта характеристика аналогична характеристике холостого хода генератора с независимым возбуждением.

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:

вследствие падения напряжения в обмотке якоря и переходном контакте щеток;

вследствие уменьшения магнитного потока, вызванного действием реакции якоря;

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.

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 рис. 307. 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 снижение напряжения с увеличением нагрузки устраняют путем изменения сопротивления цепи возбуждения с помощью регулировочного реостата.

Рис. 307. Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением

Иногда случается, что впервые включаемый генератор с параллельным возбуждением не дает напряжения. Это может произойти потому, что сердечники полюсов не имеют остаточного магнетизма или обладают им, но неправильное соединение обмотки возбуждения привело к тому, что ток в обмотке создал магнитный поток возбуждения, направленный против потока остаточного магнетизма, и произошло размагничивание полюсов. В этом случае концы обмотки возбуждения нужно отсоединить и подключить их на некоторое время к источнику постоянного напряжения (например, к аккумуляторной батарее). Этого будет достаточно для приобретения полюсами остаточного магнетизма, и генератор будет создавать небольшую э.д.с. при работе с отключенной обмоткой полюсов.

Если генератор включают впервые и нет уверенности в правильном присоединении обмотки возбуждения, то, пустив его в ход, касаются концами обмотки возбуждения якорных выводов на щитке (соблюдая правила техники безопасности) и наблюдают за показаниями вольтметра генератора. Если показания вольтметра увеличиваются, то это означает, что обмотка возбуждения соединена правильно. Если же показания вольтметра уменьшаются, то нужно поменять местами концы обмотки возбуждения. После установления правильности включения обмотки возбуждения генератор останавливают и прочно закрепляют концы обмотки возбуждения на его щитке. Изменение направления вращения генератора с параллельным возбуждением влечет за собой изменение направления индуктированной э.д.с. в обмотке якоря, перемену полярности щеток и изменение направления тока в обмотке возбуждения, а это приводит к размагничиванию полюсов. Поэтому на генераторах с параллельным возбуждением указывают направление вращения якоря.

билеты_ЭМ / 11.Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением принцип действия, условия самовозбуждения, характеристики

11.Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением: принцип действия, условия самовозбуждения, характеристики.

Рис. 8.47. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а) и зависимости изменения ЭДС и падения напряжения в цепи возбуждения iвΣRв при изменении тока возбуждения генератора (б)

Генератор с параллельным возбуждением. В этом генераторе (рис. 8.47, а) обмотка возбуждения подсоединена через регулировочный реостат параллельно нагрузке. Следовательно, в данном случае используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от обмотки якоря генератора. Самовозбуждение генератора возможно только при выполнении определенных условий. Чтобы установить их, рассмотрим процесс изменения тока в контуре «обмотка возбуждения — обмотка якоря» в режиме холостого хода. Для рассматриваемого контура получим уравнение

где е и iв — мгновенные значения ЭДС в обмотке якоря и тока возбуждения; ΣRв = Rв + Rр.в — суммарное сопротивление цепи возбуждения генератора (сопротивлением ΣRа можно пренебречь, так как оно значительно меньше ΣRв ); Lв — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря. Все члены, входящие в (8.59), можно изобразить графически (рис. 8.47,б). ЭДС е при некотором значении iв тока возбуждения можно определить по характеристике ОА холостого хода генератора, а падение напряжения iв ΣRв — по вольтамперной характеристике ОВ его цепи возбуждения. Характеристика ОВ представляет собой прямую, проходящую через начало координат под углом у к оси абсцисс; при этом tg γ = ΣRв . Из (8.59) имеем

Следовательно, если разность (e — iвΣRв ) > 0, то производная diв /dt > 0, и происходит процесс увеличения тока возбуждения iв .

Установившийся режим в цепи обмотки возбуждения наблюдается при diв /dt = 0, т. е. в точке пересечения С характеристики холостого хода ОА с прямой ОВ. При этом машина работает с некоторым установившимся током возбуждения Iв0 и ЭДС Е = U .

Из уравнения (8.60) следует, что для самовозбуждения генератора необходимо выполнение определенных условий:

1) процесс самовозбуждения может начаться только в том случае, если в начальный момент (iв = 0) в обмотке якоря индуцируется некоторая начальная ЭДС. Такая ЭДС может быть создана потоком остаточного магнетизма, поэтому для начала процесса самовозбуждения необходимо, чтобы в генераторе имелся поток остаточного магнетизма, который при вращении якоря индуцирует в его обмотке ЭДС Еост . Обычно поток остаточного магнетизма имеется в машине из-за наличия гистерезиса в ее магнитной системе. Если такой поток отсутствует, то его создают, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника;

2) при прохождении тока iв по обмотке возбуждения ее МДС Fв должна быть направлена согласно МДС остаточного магнетизма Focт . В этом случае под действием разности е — iв ΣRв происходит процесс нарастания тока iв , магнитного потока возбуждения Фв и ЭДС е. Если указанные МДС направлены встречно, то МДС обмотки возбуждения создает поток, направленный против потока остаточного магнетизма, машина размагничивается и процесс самовозбуждения не сможет начаться;

3) положительная разность е — iв ΣRв , необходимая для возрастания тока возбуждения iв от нуля до установившегося значения Iв0 , может возникать только в том случае, если в указанном диапазоне изменения тока iв прямая ОB располагается ниже характеристики холостого хода ОА. При увеличении сопротивления цепи возбуждения ΣRв возрастает угол наклона γ прямой ОB к оси тока Iв и при некотором критическом значении угла γкр (соответствующем критическому значению сопротивления ΣRв.кр ) прямая ОВ’ практически совпадает с прямолинейной частью характеристики холостого хода. В этом случае е ≈ iв ΣRв и процесс самовозбуждения становится невозможным. Следовательно, для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы сопротивление цепи возбуждения было меньше критического значения.

Рис. 8.48. Внешние характеристики генераторов с независимым и парал-лельным возбуждением

нагрузки (падения напряже-ния в якоре и размагничи-вающего действия реакции якоря), существует еще третья причина — уменьше-ние тока возбуждения Iв = U/ΣRв , который зависит от напряжения U, т. е. от тока Iн .

Генератор может быть нагружен только до некоторого максимального тока Iкр . При дальнейшем снижении сопротивления нагрузки Rн ток Iн = U/Rн начинает уменьшаться, так как напряжение U падает быстрее, чем уменьшается Rн . Работа на участке ab внешней характеристики неустойчива; в этом случае машина переходит в режим работы, соответствующий точке b, т. е. в режим короткого замыкания.

Особенно наглядно видно действие причин, вызывающих уменьшение напряжения генератора с ростом нагрузки, из рассмотрения рис. 8.49, на котором показано построение внешней характеристики по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику.

Построение производится в следующем порядке. Через точку D на оси ординат, соответствующую номинальному напряжению, проводят прямую, параллельную оси абсцисс. На этой прямой располагают вершину А характеристического треугольника, соответствующего номинальной нагрузке; катет АВ должен быть параллелен оси ординат, а вершина С должна лежать на характеристике холостого хода 1. Через начало координат и вершину А проводят прямую 2 до пересечения с характеристикой холостого хода; эта прямая является вольтамперной характеристикой сопротивления цепи обмотки возбуждения. По ординате точки пересечения Е характеристик 1 и 2 получаем напряжение генератора U = E при холостом ходе.

Ток возбуждения Iв.ном при номинальном режиме соответствует абсциссе точки А, а ЭДС генератора Eном при номинальной нагрузке — ординате точки В. Ее можно определить по характеристике холостого хода, если уменьшить ток возбуждения Iв.ном на величину отрезка ВС, учитывающего размагничивающее действие реакции якоря. При построении внешней характеристики 3 ее точки а и b, соответствующие холостому ходу и номинальной нагрузке, определяются напряжениями U и Uном . Промежуточные точки с, d. получают, проводя

Рис. 8.49. Графики построения внешней характеристики генератора с параллельным возбуждением с помощью характеристического треугольника

прямые А’С’, А»С», А’»С»‘. параллельные гипотенузе АС, до пересечения с вольт-амперной характеристикой 2 в точках А’, А», А»‘. а также с характеристикой холостого хода 1 в точках С’, С», С’»,. Ординаты точек А’ А» А’». соответствуют напряжениям при токах нагрузки Ia1, Ia2, Ia3. величины которых определяются из соотношения

Iaном : Ia1 : Ia2, Ia3 … = AC : A’C’ : A»C» : A’»C’» .

При переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода напряжение генератора изменяется на 10 — 20%, т. е. больше, чем в генераторе с независимым возбуждением.

При установившемся коротком замыкании якоря ток Iк генератора с параллельным возбуждением сравнительно мал (см. рис. 8.48), так как в этом режиме напряжение и ток возбуждения равны нулю. Следовательно, ток к. з. создается только ЭДС от остаточного магнетизма и составляет (0,4 — 0,8) Iном . Регулировочная и нагрузочная характеристики генератора с параллельным возбуждением имеют такой же характер, как и у генератора с независимым возбуждением.

Большинство генераторов постоянного тока, выпускаемых отечественной промышленностью, имеют параллельное возбуждение. Для улучшения внешней характеристики они обычно имеют небольшую последовательную обмотку (один — три витка на полюс). При необходимости такие генераторы можно включать и по схеме с независимым возбуждением.

Источник: nevinka-info.ru