Генераторы независимого возбуждения - AUDI-TOGLIATTI.RU

Генераторы независимого возбуждения

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 аbстреугольник 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

Генераторы независимого возбуждения

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

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

Характеристика холостого хода (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 E , называемая остаточной. Вид характеристики холостого хода объясняется тем, что при n = const E = CenФ пропорциональна магнитному потоку Ф, а последний – индукции В, 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 E создается за счет индукции, остающейся в магнитной цепи статора после отключения тока возбуждения. Машина рассчитывается таким образом, чтобы в номинальном режиме рабочая точка (Iв.ном, Еном) находилась на «колене» характеристики холостого хода, этим обеспечивается получение достаточно высокой ЭДС при относительно небольшом токе возбуждения.

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

При коротком замыкании ток в якоре Iк примерно в 10 раз больше номинального (он ограничивается только сопротивлением цепи якоря 1к = Е / RЯ) и если быстро не отключить генератор, то его коллектор и обмотка выйдут из строя.

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика Iв = f(I) при U = 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 Rp (рис. 1.16).

Генератор независимого возбуждения

Характеристики генератора представляют собой графическое изображение зависимостей между основными величинами, определяющими его работу и свойства. Подробные схемы и объяснения по практическому снятию характеристик даны в соответствующих руководствах или указаниях по выполнению лабораторных работ. Здесь рассмотрим только вопросы принципиального характера.
Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются характеристики холостого хода, нагрузочная, внешняя и регулировочная. Все они представляют собой различные функциональные зависимости при одном общем условии: частота вращения генератора п = const.
Характеристика холостого хода. Это зависимость ЭДС обмотки якоря при разомкнутой внешней цепи от тока возбуждения, т. е. Е0 — f (/в) при /я = О. При холостом ходе, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение на зажимах генератора равно ЭДС, т. е. U0 = Е0 = сепФ0 =
= сеФс где се = сеп, поскольку п = const. Значит, напряжение U0 зависит только от магнитного потока Ф0, т. е. от тока возбуждения /в. Поэтому характеристика UQ = Е0 =

f (/J, представленная кривой 1 на рис. 6.2, а, аналогична магнитной характеристике Ф0 = / (/в) на рис. 2.5.
Для снятия характеристик холостого хода вначале устанавливают ток возбуждения таким, чтобы U0 = (1,2-^- 1,25) U НОм» затем уменьшают ток /в до нуля и вновь увеличивают до первоначального значения. При этом получаются нисходящая и восходящая ветви характеристики, выходящие из одной точки. Расхождение этих ветвей объясняется наличием гистерезиса (петля гистерезиса) в магнитопроводе машины. При /в = О вольтметр зафиксирует «остаточное» напряжение (или ЭДС), равное 1—3 % от UHQм. Наличие Еост объясняется остаточным магнетизмом в стали полюсов.
Для практических целей используется не та или иная ветвь характеристики, а средняя линия, проведенная между ними. По ней судят о свойствах магнитной цепи машины, степени ее насыщения, некоторых технико-экономических показателях, как об этом уже говорилось в п. 2.3.

Читайте также  Передние амортизаторы (стойки) лада калина


Рис. 2. Характеристики генератора независимого возбуждения

Нагрузочная характеристика. Эго зависимость напряжения на выводах якоря генератора от тока возбуждения при неизменном токе нагрузки, т. е. Ur = f (/в) при /я = = const (кривая 2 на рис. 2, а).
Напряжение на зажимах генератора всегда меньше ЭДС вследствие падения напряжения в якорной цепи и размагничивающего действия реакции якоря, поэтому нагрузочная характеристика располагается ниже и правее характеристика холостого хода.
Для снятия данной характеристики генератору сообщают номинальную частоту вращения, а затем, постепенно выводя регулировочный резистор в цепи возбуждения, повышают ЭДС до значения, превышающего номинальное напряжение на 10—15 %. После этого включают нагрузку и устанавливают номинальный ток в ней. При номинальных значениях тока и напряжения записывают значение тока возбуждения. Затем с помощью регулировочного резистора изменяют ток возбуждения и записывают несколько показаний амперметра в цепи возбуждения.
Как видно из графика, нагрузочная характеристика подобна характеристике холостого хода, потому что последняя является частным случаем нагрузочной характеристики, когда ток нагрузки равен нулю.
Знание нагрузочных характеристик необходимо для построения других характеристик, в том числе характеристик тормозных режимов локомотивов, когда их двигатели работают в генераторном режиме.

Регулировочная характеристика. Это зависимость тока возбуждения от тока нагрузки /в = f (/„) при Ur = const (рис. 2, в). Она показывает, каким образом следует регулировать ток возбуждения, чтобы поддержать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки.
Необходимость увеличения тока возбуждения для поддержания постоянства напряжения при росте нагрузки очевидна: нужно увеличить магнитный поток Ф, т. е. ЭДС Е, чтобы напряжение оставалось всегда равным номинальному.
Регулировочную характеристику, как и все другие, можно снять, собрав схему на рис. 3. При токе якоря /я =
= 0 устанавливают в цепи возбуждения такой ток /во» при котором напряжение на выводах генератора равно номинальному. Затем, увеличивая нагрузку, повышают ток возбуждения, сохраняя напряжение неизменным.

Рис. 3. Схема для снятия характеристик генератора независимого возбуждения

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.

Характеристику холостого хода E(Iв) снимают при Iя = 0 и Ω = Ωн = const (рис. 2). Она же является и магнитной характеристикой машины.

Рис. 2 Характеристика холостого хода генератора

Внешнюю характеристику U(I) снимают при Ω = Ωн = const и rв = const, что для рассматриваемого генератора соответствует Iв = 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 rя 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. E 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) Iку = Е/rя, 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)·Iн, 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. E.

Регулировочная характеристика, т. е. зависимость тока возбуждения от тока нагрузки Iв(I) при U = 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.

Генераторы независимого возбуждения

§ 129. Генератор с независимым возбуждением

Схема генератора этого типа дана на рис. 303. Ток возбуждения, подаваемый от постороннего источника напряжения в обмотку возбуждения полюсов, не зависит от условий работы самого генератора. Реостат в цепи возбуждения позволяет менять величину тока возбуждения, что приводит к изменению магнитного потока машины, а это в свою очередь ведет к изменению э.д.с. и напряжения генератора. Этот реостат часто называют регулировочным. (Реостат имеет третий добавочный контакт, позволяющий при выключении обмотки возбуждения замыкать ее накоротко. Этим предохраняются последние контакты реостата от обгорания, так как при выключении цепи, содержащей большую индуктивность, быстро исчезающий ток вызывает э.д.с. самоиндукции, поддерживающую дугу между рычагом и последним контактом реостата.)


Рис. 303. Схема генератора с независимым возбуждением

Обмотка возбуждения состоит из большого числа витков медной изолированной проволоки. При постоянной скорости вращения якоря и отсутствии нагрузки генератора (холостом ходе) э.д.с. машины зависит только от тока возбуждения. 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 (рис. 304).


Рис. 304. Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением

При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (Iв = 0) вольтметр машины покажет нуль при любой скорости вращения 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.

Читайте также  Изучаем Common Rail: всё путем

Одним из основных требований, предъявляемых к генератору, является постоянство напряжения при различных нагрузках.

Напряжение генератора с независимым возбуждением изменяется с нагрузкой от двух причин:

1. Вследствие падения напряжения в обмотке якоря (и переходном контакте щеток).

Э.д.с. генератора (Е) отличается от напряжения на щетках (U) на величину падения напряжения в обмотке якоря Iяrя:

Если, например, э.д.с. генератора равна 120 в, а сопротивление обмотки якоря равно 0,01 ом, то при токе генератора 50 а напряжение машины будет

Из этих примеров видно, что с увеличением нагрузки генератора напряжение его уменьшается. Чтобы уменьшить падение напряжения в сопротивлении rя, обмотку якоря машин постоянного тока изготовляют из медной проволоки и стержней большого сечения. Сопротивление обмотки якоря получается в этом случае очень малым, порядка десятых, сотых и даже тысячных долей ома у более мощных генераторов.

При холостой работе генератора Iя = 0, поэтому

2. Второй причиной уменьшения напряжения у генератора с независимым возбуждением при увеличении его нагрузки является действие реакции якоря, приводящее к уменьшению магнитного потока и э.д.с. машины.

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. На рис. 305 показана внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением. По горизонтальной оси отложен ток нагрузки, по вертикальной оси — напряжение генератора. 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.


Рис. 305. Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением

Как видно из рис. 303, в цепь якоря генератора включены плавкие предохранители, которые защищают обмотку якоря, если короткое замыкание происходит во внешней сети. Изменение направления вращения генератора с независимым возбуждением приводит к изменению полярности щеток.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: