Генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Схема. Основные характеристики. Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением

Генераторы параллельного возбуждения

Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения

Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения происходит при соблюдении следующих условий: 1) наличия остаточного магнитного потока полюсов; 2) правильного подключения концов обмотки возбуждения или правильного направления вращения. Кроме того, сопротивление цепи возбуждения Rв при данной скорости вращения n должно быть ниже некоторого критического значения или скорость вращения при данном Rв должна быть выше некоторого критического значения.

Для самовозбуждения достаточно, чтобы остаточный поток составлял 2 – 3% от номинального. Остаточный поток такого значения практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машину или машину, которая по каким-либо причинам размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.

При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая электродвижущая сила (э. д. с.), индуктируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке возбуждения малый ток iв. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно, увеличение э. д. с., которая обуславливает дальнейшее увеличение iв, и так далее. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет установившегося значения.

Если подключение концов обмотки возбуждения или направление вращения неправильны, то возникает ток iв обратного направления, вызывающий ослабление остаточного потока и уменьшение э. д. с., вследствие чего самовозбуждение невозможно. Тогда необходимо переключить концы обмотки возбуждения или изменить направление вращения. В соблюдении этих условий можно убедиться, следя с помощью вольтметра с малым пределом измерения за напряжением якоря при замыкании и размыкании цепи возбуждения.

Полярность зажимов генератора при самовозбуждении определяется полярностью остаточного потока. Если при заданном направлении вращения полярность генератора необходимо изменить, то следует перемагнитить машину путем подачи тока в обмотку возбуждения от постороннего источника.

Рисунок 1. Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения при различных сопротивлениях цепи возбуждения (а) и при различных скоростях вращения (б)

Рассмотрим подробнее процесс самовозбуждения при холостом ходе.На рисунке 1, а кривая 1 представляет собой характеристику холостого хода (х. х. х.), а прямая 2 – так называемую характеристику цепи возбуждения или зависимость Uв = Rв × iв, где Rв = const – сопротивление цепи возбуждения, включая сопротивление регулировочного реостата.

В процессе самовозбуждения iв ≠ const и напряжение на концах цепи возбуждения

где Lв – индуктивность цепи возбуждения.

Напряжение якоря при холостом ходе (I = 0)

Uа = Eа – iв × Rа

изображается на рисунке 1, а кривой 1. Так как ток iв мал, то практически Uа = Eа.

Но в генераторе параллельного возбуждения (смотрите рисунок 1, б, в статье "Общие сведения о генераторах постоянного тока") Uа = Uв. Поэтому разность ординат кривой 1 и прямой 2 на рисунке 1, а составляет d(Lвiв)/dt и характеризует скорость и направление изменения iв. Если прямая 2 проходит ниже кривой 1, то

iв растет и машина самовозбуждается до напряжения, соответствующего на рисунке 1, а точке пересечения кривой 1 и прямой 2, в которой

и рост iв поэтому прекращается.

Из рассмотрения рисунка 1, а следует, что нарастание iв и, следовательно, Uа сначала происходит медленно, затем ускоряется и к концу процесса вновь замедляется. Начавшийся процесс самовозбуждения прекращается или ограничивается в точке а’ вследствие криволинейности х. х. х. При отсутствии насыщения Uа теоретически возросло бы до Uа = ∞.

Вообще любые процессы самовозбуждения – электрические, и другие, наблюдаемые в различных устройствах, - ограничиваются только нелинейностью характеристик системы.

Рисунок 2. Магнитные мостики насыщения в магнитной цепи

Если Rв увеличить, то вместо прямой 2 получим прямую 3 (рисунок 1, а). Процесс самовозбуждения при этом замедляется и напряжение машины, определяемое точкой а’’, будет меньше. При дальнейшем увеличение Rв получим прямую 4, касательную к кривой 1. При этом машина будет находиться на грани самовозбуждения: при небольших изменениях n или Rв (например, вследствие нагревания) машина может развивать небольшое напряжение или терять его. Значение Rв, соответствующее прямой 4, называется критическим сопротивлением цепи возбуждения (Rв.кр). При Rв > Rв.кр (прямая 5) самовозбуждение невозможно и напряжение машины определяется остаточным потоком.

Из сказанного следует, что генератор параллельного возбуждения может работать только при наличии определенного насыщения магнитной цепи. Посредством изменения Rв можно регулировать U до значения U = Uмин., соответствующего началу колена кривой х. х. х. В машинах обычного исполнения Uмин. = (0,65 – 0,75)Uн.

Э. д. с. Eа ∼ n, и для разных значений n1 > n2 > n3 получим х. х. х., изображенные на рисунке 1, б кривыми 1, 2, 3. Из этого рисунка видно, что при небольшом значении Rв в случае кривой 1 имеется устойчивое самовозбуждение, при кривой 2 машина находится на грани самовозбуждения и при кривой 3 самовозбуждение невозможно. Поэтому для каждого данного значения Rв существует такое значение скорости вращения n = nкр. (кривая 2 на рисунке 1, б), ниже которого самовозбуждение невозможно. Такое значение n  = nкр. называется критической скоростью вращения.

Рисунок 3. Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения

В некоторых случаях требуется, чтобы U генератора параллельного возбуждения можно было регулировать в широких пределах, например Uн : Uмин. = 5 : 1 или даже U : Uмин. = 10 : 1 (возбудители синхронных машин). Тогда кривая х. х. х. должна искривляться уже в своей начальной части. С этой целью в необходимых случаях в магнитной цепи выполняют участки с ослабленным сечением (магнитные мостики насыщения) в виде прорезей в листах сердечников полюсов (рисунок 2, а), выступов в верхней части этих листов (рисунок 2, б) и тому подобных. В таких мостиках происходит концентрация магнитного потока, и их насыщение наступает уже при малых потоках.

Характеристика холостого хода

Характеристика холостого хода U =  f(iв) при I = 0 и n = const при параллельном возбуждении может быть снята только в одном квадранте (рисунок 3) путем регулирования iв с помощью регулировочного реостата в цепи возбуждения (смотрите рисунок 1, б, в статье "Общие сведения о генераторах постоянного тока"). Так как ток iв мал, то U ≈ Eа, и характер кривой х. х. х. у генератора с параллельным возбуждением будет таким же, как и у генератора с независимым возбуждением.

Характеристика короткого замыкания

Характеристика короткого замыкания I = f(iв) при U = 0 и n = const для генератора параллельного возбуждения может быть снята только при питании обмотки возбуждения от постороннего источника, как и для генератора независимого возбуждения, так как при самовозбуждении при U = 0 ток цепи возбуждения также равен нулю iв = 0.

Внешняя характеристика

Внешняя характеристика U = f(I) генератора параллельного возбуждения снимается при Rв = const и n = const, то есть  без регулирования в цепи возбуждения, при естественных условиях работы. Вследствие этого к двум причинам падения напряжения, указанным для генератора независимого возбуждения (смотрите статью "Генераторы независимого возбуждения"), прибавляется третья – уменьшение iв при уменьшении U. В результате внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (рисунок 4, кривая 1) падает круче, чем у генератора независимого возбуждения (кривая 2). Поэтому номинальное изменение напряжения (смотрите определение в статье "Генераторы независимого возбуждения") у генератора параллельного возбуждения больше и составляет дельта Uн% = 10 – 20 %.

Рисунок 4. Внешние характеристики генераторов параллельного (1) и независимого (2) возбуждения

Характерной особенностью внешней характеристики генератора параллельного возбуждения является то, что при некотором максимальном значении тока I = Iмакс. (точка а на рисунке 4) она делает петлю и приходит в точку б на оси абцисс, которая соответствует установившемуся току короткого замыкания. Ток Iк.уст. относительно мал и определяется остаточным потоком, так как в данном случае U = 0, и поэтому iв = 0. Такой ход характеристики объясняется следующим. При увеличении тока I напряжение U падает сначала медленно, а затем быстрее, так как с уменьшением U и iв падает поток Фδ, магнитная цепь становится менее насыщенной и малые уменьшения iв будут вызывать все большие уменьшения Фδ и U (смотрите рисунок 3). Точка а на рисунке 4 соответствует переходу кривой х. х .х. с нижней части колена на прямолинейный, ненасыщенный участок. При этом, начиная с точки а (рисунок 4), дальнейшее уменьшение сопротивления нагрузки Rнг., подключенной к зажимам машины не только не вызывает увеличения I, а наоборот, происходит уменьшение I, так как U падает быстрее Rнг..

Работа машины на ветви аб характеристики несколько неустойчива и имеется склонность самопроизвольного изменения I. Ток Iк.уст. в некоторых случаях может быть больше Iн.

Построение внешней характеристики генератора параллельного возбуждения с помощью х. х. х. и характеристического треугольника показано на рисунке 5, где 1 – кривая х. х. х.; 2 – характеристика цепи возбуждения Uв = Rв × iв при заданном Rв = const и 3 – построенная кривая внешней характеристики.

При I = 0 значение U определяется пересечением кривой 1 и прямой 2. Для получения значения U при I = Iн разместим характеристический треугольник для номинального тока так, чтобы его вершины а и в расположились на кривой 1 и прямой 2. Тогда точка в определит искомое значение U, что можно доказать с помощью подобных же рассуждений, изложенных в статье "Генераторы независимого возбуждения", в случае построения внешней характеристики генератора независимого возбуждения. Для других значений тока между 1 и 2 можно провести наклонные отрезки прямых, параллельные ав, которые представляют собой гипотенузы новых характеристических треугольников. Нижние точки этих отрезков в’ , в’’ и т. д. определяют U при токах

Перенеся все эти точки в левый квадрант диаграммы рисунка 5 и соединив их плавной кривой, получим искомую характеристику 3. С учетом нелинейной зависимости катета аб треугольника от I опытная зависимость U = f(I) имеет характер, показанный на рисунке 5 слева штриховой линией.

Рисунок 5. Построение внешней характеристики генератора параллельного возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника

Хотя установившийся ток короткого замыкания генератора параллельного возбуждения невелик, внезапное короткое замыкание на зажимах этого генератора практически столь же опасно, как и у генератора независимого возбуждения. Объясняется это тем, что вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения и индуктирования вихревых токов в массивных частях магнитной цепи уменьшение магнитного потока полюсов происходит медленно. Поэтому быстро нарастающий ток якоря достигает значений Iк = (5 – 15)Iн.

Регулировочная и нагрузочная характеристика

Регулировочная характеристика iв = f(I) при U = const и n = const и нагрузочная характеристика U = f(iв) при I = const и n = const снимаются так же, как и у генератора независимого возбуждения. Так как iв и Rа × iв малы, то падение напряжения от iв в цепи якоря практически не оказывает влияния на напряжение на зажимах генератора. Поэтому указанные характеристики получаются практически такими же, как и у генератора независимого возбуждения. Построение этих характеристик с помощью х. х. х. и характеристического треугольника также производится аналогичным образом.

В заключение можно отметить, что характеристики и свойства генераторов независимого и параллельного возбуждения мало отличаются друг от друга. Единственное заметное отличие заключается в некотором расхождении внешних характеристик в пределах от I = 0 до I = Iн. Более сильное расхождение этих характеристик при I намного больше Iн не имеет значения, поскольку в таких режимах машины в условиях эксплуатации, как правило, не работают.

Источник: Вольдек А. И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

www.electromechanics.ru

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением — электрическая машина постоянного тока для преобразования механической энергии в электрическую. У генератора с параллельным возбуждением обмотка присоединена к зажимам якоря параллельно цепи нагрузки. Ток якоря IЯ=I+IВ, где IВ=2...3%In. Для возбуждения необходимо, чтобы магнитный поток, создаваемый током возбуждения, совпадал по направлению с потоком остаточной индукции. Только в этом случае ток в обмотке возбуждения, созданный остаточной эдс Еост, намагничивает машину, магнитный поток генератора наростает и эдс увеличивается. Последнее вызывает новое увеличение IВ, а следовательно, и потока Ф. Процесс продолжается до тех пор, пока эдс не становится равной падению напряжения в обмотке возбуждения. Если же генератор не возбуждается, то в обмотке необходимо изменить направление тока IВ. Характеристика холостого хода генератора такая же, как и для генератора независимого возбуждения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения U = f(IВ) при n=const и rВ=const получается так же, как и для генератора с независимым возбуждением, и имеет такой же вид. Однако изменение напряжения ΔU достигает 30%. Это обусловленно тем, что обмотка возбуждения подсоединена к зажимам якоря. При сбросе нагрузки напряжение, а вместе с ней и ток возбуждения растет - IВ=U/rВ.

Магнитный поток и эдс увеличиваются быстрее, чем в генераторе независимого возбуждения.

Генератор с независимым возбуждением

Схема генератора этого типа дана на фиг. 281. 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. или 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.

Обмотка возбуждения состоит из большого числа витков медной изолированной проволоки. При постоянном числе оборотов 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 (фиг. 282).

При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (Ів=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.

Основным требованием к любому генератору является постоянство напряжения при различных нагрузках. Но так как при работе генератора на внешнюю сеть напряжение его с нагрузкой изменяется, то лучшей машиной будет та, которая меньше изменяет напряжение при одинаковых изменениях нагрузки.

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:

при токе 200 A

U= 120 - 200 0,01 = 118 В.

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 н стержней большого сечения. Сопротивление обмотки якоря получается в этом случае очень малым, порядка десятых, сотых и даже тысячных долей ома.

При холостой работе генератора Iя = 0, поэтому

U = E.

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 окорость вращения генератора н ток возбуждения, то можно получить зависимость напряжения на зажимах ма-шины от тока нагрузки. Эта зависимость называется внешней характеристикой. На фиг. 283 показана внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением. 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.

Как видно из фиг. 281, 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.

studfiles.net

Генератор параллельного возбуждения | Электрикам

Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока ос­нован на том, что магнитная система машины, будучи намагни­ченной, сохраняет длительное время небольшой магнитный поток остаточного магнетизма сердечников полюсов и станины Фост  (по­рядка 2—3% от полного потока). При вращении якоря поток

Рис. 28.5. Принципиальная схема (а) и характеристика х.х. (б) генератора параллельного возбуждения

индуцирует в якорной обмотке ЭДС Еост, под действием которой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток Iв.ост. Если МДС обмотки возбуждения  Iв.ост  wВ  имеет такое же направление, как и поток Фост , то она увеличивает поток главных полюсов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение ЭДС генератора, отчего ток возбуждения вновь увеличится. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падени­ем напряжения в цепи возбуждения, т. е. U0 = IВrВ .

На рис. 28.5, а показана схема включения генератора парал­лельного возбуждения, на рис. 28.5, б — характеристика х.х. гене­ратора (кривая 1) и зависимость падения напряжения от тока воз­буждения IВrВ = F(IВ) (прямая 2). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней U0 = IВrВ .

Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из тре­угольника ОАВ:

                           , (28.10)

где mi — масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм; mu— масштаб на­пряжения (по оси ординат), В/мм.

Из (28.10) следует, что угол наклона прямой IВrВ = F(IВ) к оси абсцисс прямо пропорционален сопротивлению цепи возбужде­ния. Однако при некотором значении сопротивления реостата rрг сопротивление rВ, достигает значения, при котором зависимость IВrВ = F(IВ) становится касательной к прямолинейной части ха­рактеристики х.х. (прямая 3). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при которой прекращается самовозбуждение генератора, называют критиче­ским сопротивлением, (rВ.крит ).

Следует отметить, что самовозбуж­дение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей крити­ческую nкт. Это условие вытекает из ха­рактеристики самовозбуждения гене­ратора (рис. 28.6), представляющей собой зависимость напряжения генера­тора в режиме х.х. от частоты враще­ния при неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U0 = F(n) при rВ = const.

Рис. 28.6. Характеристика самовозбуждения

Анализ характеристики самовозбуж­дения показывает, что при n < nкр увели­чение частоты вращения якоря генератора сопровождается незна­чительным увеличением напряжения, так как процесса самовоз­буждения нет и появление напряжения на выходе генератора обу­словлено лишь остаточным намагничиванием магнитной цепи генератора. Процесс самовозбуждения начинается при n < nкр . В этом случае увеличение частоты вращения сопровождается резким ростом напряжения U0. Однако при частоте вращения, близкой к номинальной, рост напряжения несколько замедляется, что объяс­няется магнитным насыщением генератора. Критическая частота вращения зависит от сопротивления цепи возбуждения и с ростом последнего увеличивается.

Таким образом, самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: а) магнитная система машины должна обладать остаточным магнетизмом; б) присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, что­бы МДС обмотки совпадала по направлению с потоком остаточ­ного магнетизма Фост ; в) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического; г) частота вращения якоря должна быть больше критической.

Так как генератор параллельного возбуждения самовозбуждается лишь в одном направлении, то и характеристика х.х. этого генератора может быть снята только для одного квадранта осей координат.

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

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения 1 (рис. 28.7) менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения. Объясняется это тем, что в генераторе параллельно­го возбуждения помимо причин, вызывающих уменьшение на­пряжения в генераторе независимого возбуждения (реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря), действует еще и третья при­чина — уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением на­пряжения от действия первых двух причин. Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопротивления нагрузки rн ток увеличивается лишь до критического значе­ния Iкр, а затем при дальней­шем уменьшении сопротив­ления нагрузки ток начинает уменьшаться. Наконец, ток нагрузки при коротком замы­кании Iк < Iкр. Дело в том, что с увеличением тока усилива­ется размагничивание генера­тора (усиление реакции якоря и уменьшение тока возбуж­дения), машина переходит в ненасыщенное состояние, при котором даже небольшое уменьшение сопротивления нагрузки вызывает резкое уменьшение ЭДС машины (см. рис. 28.5, б). Так как ток определяется напряжением на выводах генератора U и сопротивлением нагрузки rн, т. е. I = U/rн , то при токах нагруз­ки I < Iкр, когда напряжение генератора уменьшается медлен­нее, чем убывает сопротивление нагрузки, происходит рост то­ка нагрузки. После того как I = Iкр, дальнейшее уменьшение rн сопровождается уменьшением тока нагрузки, так как в этом случае напряжение U убывает быстрее, чем уменьшается со­противление нагрузки rн.

Рис. 28.7. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения

Таким образом, короткое замыкание, вызванное медленным уменьшением сопротивления нагрузки, не опасно для генератора параллельного возбуждения. Но при внезапном к.з. магнитная сис­тема генератора не успевает размагнититься и ток Iк достигает опасных для машины значений Iк = (8–12)Iном (кривая 2). При та­ком резком возрастании тока нагрузки на валу генератора возни­кает значительный тормозящий момент, а на коллек­торе появляется сильное искрение, переходящее в круговой огонь. Поэтому необходимо защищать генератор от перегрузки и к.з. по­средством плавких предохранителей или же применением релей­ной защиты.

Генераторы параллельного возбуждения широко применяют в установках постоянного тока, так как отсутствие возбудителя вы­годно отличает эти генераторы от генераторов независимого воз­буждения. Номинальное изменение напряжения генератора парал­лельного возбуждения составляет 10—30%.

electrikam.com

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением — Мегаобучалка

 

Принцип работы генератора основан на явлении элек­тромагнитной индукции. Если рамка с активными про­водниками аb и сd (рис. 3.1, а) вращается в поле постоян­ных магнитов NS, то согласно закону электромагнитной индукции в проводниках аb и cd возникает ЭДС:

 

Е=В1Vsin α

 

где В - индукция магнитного поля;

1 - длина активного проводника;

V - окружная скорость движения проводника;

sin α - угол между направлением магнитных силовых линий и направлением движе­ния проводника в рассматриваемый момент времени.

Рис. 3.1. Принцип действия генератора постоянного тока

 

Если концы проводников подключить к кольцам и от них через щетки 1 и 2 питать цепь нагрузки лампы Rн, то при замыкании рубильника Р по цепи потечет ток IН, так­же изменяющийся по синусоидальному закону, т.е. пере­менный ток. Для выпрямления этой переменной ЭДС под­ключим проводники аb и cd не к кольцам, а к полу­кольцам (рис. 3.1, б). Щетки 1 и 2 установлены таким обра­зом, что переходят с одного полукольца на другое в мо­мент, когда в проводниках рамки ЭДС отсутствует (рамка повернута на 90° относительно продольной оси полюсов, т.е. расположена по поперечной оси полюсов). В этом слу­чае к щеткам 1 и 2 подводится ЭДС одного направления в течение полного оборота рамки, хотя в самих проводниках аb и cd ЭДС по-прежнему является переменной.

Под действием ЭДС одного направления по цепи нагруз­ки потечет ток 1В, одного направления, но пульсирующий. Щетка 2, от которой ток оттекает во внешнюю цепь (на­грузки), считается положительной («плюсовой»), а щетка 1, к которой притекает ток, - отрицательной («минусовой»).

Таким образом, применение полуколец вместо колец позволило получить в цепи нагрузки ток одного направ­ления, хотя в проводниках рамки возникает переменная ЭДС, т.е. полукольца являются механическим выпрями­телем. Чтобы уменьшить пульсации выпрямленного тока и получить большое значение ЭДС на щетках 1 и 2 ге­нератора постоянного тока, применяется большое число пластин, располагаемых на коллекторе, и большое число активных проводников якоря.

В реальных генераторах постоянного тока магнитное по­ле создается не постоянными магнитами, а обмотками возбуждения, расположенными на сердечниках полюсов. Магнитное поле с потоком Ф (рис. 3.2) создается за счет протекания тока Iв, в обмотке возбуждения WВ. В подвагонных генераторах обмотка включа­ется параллельно обмотке якоря Я - к щеткам 1 и 2.

Рис.3.2. Электрическая схема генератора постоянного тока

с параллельным возбуждением

 

За счет остаточной намагни­ченности сердечников полюсов в генераторе всегда имеется неболь­шое по величине магнитное поле (магнитный поток). При движении вагона якорь вращается в этом слабом магнитном поле. Под дей­ствием его в проводниках обмотки якоря возникает ЭДС, так что на щетках появляется небольшая выпрямленная коллектором ЭДС, под действием которой по обмот­ке возбуждения потечет ток возбуждения. Ток возбужде­ния вызовет появление магнитного потока, который име­ет большее значение, чем поток остаточного магнетизма, следовательно, на щетках возникает ЭДС большей вели­чины: Е=СЕnФ, где СЕ - конструктивный коэффициент генератора; n - частота вращения якоря, об/мин; Ф -магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения.

Большая ЭДС вызовет увеличение тока возбуждения (по закону Ома IВ= Е/rВ, где rВ - сопротивление обмотки воз­буждения, что приведет к дальнейшему возрастанию ЭДС и т.д. Происходит самовозбуждение генератора. При замы­кании рубильника Р под действием ЭДС через резистор Rн потечет ток нагрузки, который вызовет падение напряже­ния на сопротивлении rВ обмотки якоря, равное I rЯ. Зна­чит, напряжение и на щетках 1 и 2 будет меньше ЭДС на величину этого падения напряжения, т.е.

 

U = Е – I rЯ, или U = СЕ nФ - I rЯ.

 

Из последней формулы следует, что напряжение за­висит от частоты вращения генератора, т.е. скорости движения вагона; от магнитного потока, создаваемого обмотками возбуждения, который в свою очередь зави­сит от тока возбуждения; от тока нагрузки генератора (чем больше ток нагрузки, тем меньше напряжение).

megaobuchalka.ru

Генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Схема. Основные характеристики.

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

Ток якоря Iя =I+Iвуще­ток разветвляется на ток нагрузки Iи возбуждения Iв .Обычно ток возбуждения относительно невелик и состав­ляет (0,01—0,05)Iя,ном.Последовательно с обмоткой воз­буждения включается реостат Rpдля регулирования возбуждения. Реостат позволяет изменять ток возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.

Х-ки: Внешняя характерис­тика генератора параллельного возбуждения U=f(I),

Регулировочная характеристика генератора IB=f(I).

7,Генератор постоянного тока последовательного возбуждения. Схема. Основные характеристики.В генераторах последовательного возбуждения обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой яко­ря и нагрузкой (рис. 12.23), поэтому ток возбуждения, ток якоря и ток нагрузки — это один и тот же ток: I=Iя=IB. Генератор может возбуждаться только под нагрузкой, и с увеличением тока нагрузки его напряжение растет. Внеш­няя характеристика генератора последовательного возбуж­дения изображена на рис. 12.24 (кривая 1). Так как на­пряжение генератора сильно из­меняется при изменении нагруз­ки, он не может быть использован для питания потребителей, рас­считанных на постоянное напря­жение, а поскольку их большин­ство, то он применяется только для питания специальных уст­ройств.

 

8. Генератор постоянного тока смешенного возбуждения. Схема. Основные характеристики.

Генераторы смешанного возбуждения. Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения. Обмотка ОВ1 включена параллельно, a ОВ2 — последовательно с нагрузкой (рис. 12.25). Обе обмотки намотаны на одни, и те же полюсы и их магнитные потоки направлены согласно или встречно.В большинстве случаев обмотки включаются согласно, причем МДС параллельной обмотки преобладает. С ростом нагрузки напряжение остается близким к постоянному (рис. 12.24, кривая 2). Подобная характеристика наиболее

благоприятна для потребителей, требующих постоянного напряжения. Если последовательная обмотка включена встречно, т е при возрастании нагрузки ЭДС и напряжение генератора будут резко падать. Внешняя характеристика генератора смешанного возбуждения при встречном включении показана на рис. 12.24 (кривая 3).

 

9. Двигатель постоянного тока. Основные величины и характеристики.

Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Основные величины: механическая мощность на валу Р2, питающее напряжение U, ток потребляемый из сети I, ток якоря Iя, ток возбуждения Iв, частота вращения n, электромаг-й момент Мэм. Зависимость между этими величинами-уравнение электромагнитного момента: Мэм=СМIяФ, уравнение электрического состояния цепи якоря U=Епр+RяIя, уравнение против ЭДС Епр=СЕ nФ,уравнение моментов Мэм=Мс+Мпот+Мд. Характеристики двигателей: важнейшая – механическая n(Мс)-зависимость частоты вращения от момента на валу; регулировочная n(Iв), скоростная n(Iя).Механические характеристики могут быть естественными и искусственными. Естественные-снятые при отсутствии в схеме каких-либо доп сопротивлений, например реостатов в цепях якоря или возбуждения, искусственные –при наличии таких сопротивлений.

10. Двиг-ль пост тока парал возбужд. Схема. Механич хар-ки.

Обмотка якоря и обмотка возбужд вкл параллельно. ток, I – ток, потребляемый двигателем из сети, IЯ - ток якоря, IВ - ток возбуждения. Из 1з-на К-фа следует I=IЯ+IВ.

Естеств мех хар-ка опис ф-лой . При хол ходе М=0 и nx=U/CEФ. Если Ф=const, то ур-е мех хар-ки приним вид: n=nx-bM. Мех эн – прямая с углом накл α и углов коэф b. Т.к у двиг-ля пост тока сопротив якоря мало, то с увелич нагрузки на валу частота вращ измен-ся незнач. – эта хар-ка назыв «жесткими».

Асинхронные машины.

1. Устройство трехфазного асинхронного двигателя. АД с короткозамкнутым и фазным ротором.

Устройство и принцип действия асинхронного 3хфазного двигателя:

1 – активная часть проводника на кнопке статора

2 – активная часть проводника на кнопке ротора

3 – магнитопровод ротора

4 – магнитопровод статора

5 – вал ротора

Магнитопроводы ротора и статора выполняются из отдельных пластин электротехнической стали.

n0 – синхронная частота асинхронного двигателя, т.е. частота вращения магн. поля статора.

n0=f1/p, - частота тока в статоре, p – число параллельных обмоток в фазе статора или число полюсов.

 

 

2.Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя основан на том, что, при подключении обмотки статора к трехфазной цепи, возникает вращающее магнитное поле. Это магнитное поле, пересекая замкнутую обмотку ротора, наводит в ней ЭДС, которая вызывает ток в обмотке ротора.

В рез-те взаимодействия проводников с током и вращающим магнитным полем, возникает сила, заставляющая вращаться ротор в направлении вращения поля. Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения поля, поэтому двигатели наз. асинхронными.

Асинхронные двигатели делятсю на дв-ли с фазными роторами и короткозамкнутыми.

Короткозамкнутый ротор Фазный ротор

Скольжение АД, частота вращения поля, частота вращения ротора АД.

S=n0-n/n0 n0 – частота вращения поля, n – частота вращения ротора.

Скольжение

n0=f1/p ,f1 – частота тока в цепи статора, n – число пар полюсов двигателя

S=1-n0/n --> n=n0(1-S)Скольжение изменяется в пределах от 0 до 1

S=0: идеальный холостой ход;

S=1: абсолютно заторможенный ротор, режим короткого замыкания.

Частота вращения ротора f2, частота вращения поля f1.

f1=n0p f2=nSp ((=)) nS=n0-n , nS – относительная частота вращения.

((=)) (n0-n)p=( n0-n(1-S))p=n0Sp=f1S

cyberpedia.su

свойства генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Цель работы: изучить принцип действия, основные характеристики и свойства генератора постоянного тока с парал­лельным возбуждением.

Работа генератора постоянного тока основана на явлении наведения ЭДС в проводниках, движущихся в постоянном магнитном поле. Генераторы постоянного тока преобразуют механическую энергию вращательного движения первичного двигателя ( асин­хронного двигателя, дизеля ) в электрическую. Основное магнитное поле генератора создается электромагнитами, размещенными на статоре, обмотки которых называются обмотками возбуждения.

Генераторы постоянного тока по способу их возбуждения делятся на генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением. У генератора с независимым возбуждением обмотка возбуждения не имеет гальванической связи с обмоткой якоря, расположенной на роторе (якоре) и питается от постороннего источника постоянного тока (аккумуляторная батарея, возбудитель, выпрямитель).

Генераторы с самовозбуждением не нуждаются в постоянном источнике, и получает энергии из цепи якоря. По способу соединения обмоток возбуждения с обмоткой якоря такие генераторы делятся на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным соединением.

Для усиления магнитного поля в генераторах сердечники статора и якоря выполняются из магнитомягких материалов, причем сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые токи набираются из отдельных изолированных пластин из электротехнической стали. Обмотка якоря генератора барабанная, двухслойная выпол­няется из идентичных секций и укладывается в пазы на внешней поверхности якоря. Для получения во внешней цепи постоянной по направлению и максимальной по величине ЭДС генератор имеет щеточно-коллекторный узел.

Основными характеристиками генератора являются характе­ристика холостого хода; внешняя и регулировочная характерис­тики.

Зависимость ЭДС генератора Е от тока в обмотке возбуж­дения I при постоянной частоте вращения якоря n : n=nн= const и разомкнутой внешней цепи ( I=0) называется характеристи­кой холостого xoдa.

Для генераторов с параллельным возбуждением при холос­том ходе ток нагрузки I~О , а ток якоря Iя=Iв составляет 2-5% от номинального тока якоря Iя и можно считать, что Iя=0

ЭДС якоря генератора равна:

где СЕ – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции .об­мотки возбуждения;

Ф - магнитный поток полюса машины.

Поскольку частота вращения n=nн= const, то ЭДС якоря Е будет пропорциональна магнитному потоку полоса генеpaтора Ф, т.е. характеристика холостого хода имеет такой вид, как и кривая намагничивая материала магнитопровода. Вследствие малости падения напряжения на обмотке якоря, напряжение на его зажимах практически равно ЭДС якоря. ЭДС Еосоответствует Iв = 0 и возникает за счет остаточного намаг­ничивания материала магнитной цепи генератора. При больших токах возбуждения (в силу насыщения материала магнитопровода) крутизна характеристики Е (Iв ) снижается.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения генератора ЕГ от тока нагрузки I при постоянной частоте вращения и постоянном сопротивлении в цепи возбуждения Rв.

Регулировочная характеристика показывает, как следует изменять ток возбуждения Iв при изменении тока наг­рузки I , чтобы величина напряжения, генератора U была пос­тоянной при частоте вращения якоря n=nн= const.

Из уравнения электрического состояния генератора

видно, что с увеличением тока нагрузки напряжение падает и для увеличения напряжения до первоначального значения ток возбуждения Iв необходимо увеличить, что приведет к увеличе­нию магнитного потока Ф и ЭДС якоря Е.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Принципиальная схема экспериментальной установки приве­дена на рис. 2.

В качестве генератора используется машина постоянного тока типа П-52 со следующими номинальными данны­ми: Рн-- 0,6 кВт. Uн = 110 В, n=1450 об/мин, Rя =0,6 Ом, Rв = 140 Ом. Якорь генератора приводится во вращение трехфазным асинхронным двигателем (АД) типа АО 22-I2-4, установленным на общем основании о генератором.

Измерительные приборы и пускорегулирующая аппаратура ус­тановлены на передней панели установки. Выключателем K1 производится подключение параллельной обмотки возбуждения ОВ генератора. Для регулирования тока возбуждения в схему внесен реостат Rр.

Нагрузкой генератора служит набор параллельно соединенных постоянных и переменного резисторов R. Выключатель К1 предназначен для подключения асинхронного двигателя. В установке используются измерительные приборы: вольтметр с пределом измерений 150 В, кл.точн. 1,5; миллиамперметр с пределом измерений 500 тА, кк.точн.1,0; амперметр с пределом измерения 7,5 А, кл. точн. 1,0.

1. Ознакомиться о установкой и собрать схему, приведен­ную на рис. 2.

2. Записать паспортные данные машины постоянного тока П-22 в табл.1 и технический характеристики измерительных приборов.

3. Снять данные для построения характеристики холостого хода Е(Iв) при n=const, I=0:

а) с помощью выключателей K2 - К7 отключить нагрузку R2 - R7 от генератора;

б) реостат Rp в цепи возбуждения полностью взвести и разомкнуть выключателем К1 цепь возбуждения;

в) выключателем Кв произвести пуск асинхронного двига­теля;

г) измерять вольтметром величину ЭДС Е0, индуцируемую в обмотке якоря остаточной индукцией магнитной цепи и записать в табл. 2;

д) замкнуть цепь обмотки возбуждения выключателем Ki, и постепенно увеличивать ток возбуждения от нуля до максимума, записывая показания миллиамперметра мА и вольтметра V пока регулировочный реостат, не будет полностью выведен ( за­фиксировать 5 – 7точек ). Ток возбуждения следует изменять толь­ко в одном направлении без возврата к предыдущим значениям. Данные наблюдений занести в табл.2;

е) уменьшать ток возбуждения только в одном направлении без возврата от Iв до нуля и записать 5-7 показаний миллиамперметра мА и вольтметра V. Данные наблюдений занес­ти в табл. 2. 4. Снять данные для построения внешней характеристики генератора U(l) при n = const и постоянном сопротивлении цепи обмотки возбуждения:

а) установить напряжение генератора 70 В при рабо­те его вхолостую с помощью реостата Rр в цепи обмотки возбуждения;

б) с помощью выключателя К2 включить нагрузку в цепь якоря генератора;

в) не изменяя сопротивлении цепи обмотки возбуждения постепенно увеличивать ток нагрузки I генератора от нуля до максимума, путем подключения выключателями В3 – В7 резисторов R3 – R7, измеряя при этом напряжение U и ток нагрузки I.

Данные наблюдений занести в табл.3.

5. Снять данные для построения регулировочной характеристики

а) установить с помощью реостата Rp напряжение U на зажимах генератора, равное 60В при отключенной нагрузке(все выключатели В3 – В7 разомкнуты). Зафиксировать первую точку;

б) постепенно увеличивать ток нагрузки путей подключения резисторов R3 – R7 выключателями В3 – В7 поддерживая напряжение на зажимах генератора постоянным, равным 60 В ре­остатом Rр в цепи возбуждения. Зафиксировать показания миллиамперметра и амперметра для 5-7 точек.

Данные наблюдений занести в тайл.4.

Таблица 1

, В	, А	, кВт	n ,об/мин	RЯ , Ом	RВ , Ом
110	5,45	0,6	1450	0,6	140

Таблица 2

№ опыта	1	2	3	4	5	6
, А	0	115	200	280	350	420
, В	7	30	45	60	70	80

Таблица 3

№ опыта	1	2	3	4	5	6
I , А	0	1,1	2,2	3	3,2	3,5
U , В	70	65	60	55	53	50

Таблица 4

№ опыта	1	2	3	4	5	6
IВ , мА	325	310	305	285	273	260
I , А	4,2	3,5	3,2	2,1	1	0
U , В	60	60	60	60	60	60

Вывод: В результате проделанной работы мы получили характеристики генератора постоянного тока с параллельным возбуждением, дающие полное представление о возможности применения генератора в той или иной электроустановке.

studfiles.net

8.2. Характеристика генератора параллельного возбуждения

Характеристика холостого хода может быть получена только в одном квадранте, иначе остаточный магнитный поток будет размагничен.

Внешняя характеристика пройдет ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Внешняя характеристика: 1 – ге­нератора с независимым возбуж­де­нием; 2 – генератора с параллельным возбуждением

Падение напряжения U обусловлено тремя условиями.

1. С увеличением тока якоря Ia увеличивается IaRa, но уменьшается U.

2. Реакция якоря уменьшает эдс Е и, следовательно, U.

3. Уменьшение U ведет к уменьшению Iв, а следовательно, эдс Е и напряжения U и т.д.

Физический смысл регулировочной характеристики такой же как и у генератора с независимым возбуждением.

8.3. Генератор последовательного возбуждения

В генераторе последовательного возбуждения Iв = Ia = I, следовательно, характеристики холостого хода короткого замыкания и нагрузочную можно снять только по схеме независимого возбуждения. Эти характеристики имеют вид обычный для генератора независимого возбуждения.

Если n = const, то переменных остаются две: U и I. Поэтому генератор имеет, по существу, одну характеристику – внешнюю U = f(I).

Так как напряжение генератора последовательного возбуждения резко изменяется с нагрузкой, то практически эти генераторы не применяются (рис. 8.4, 8.5).

Рис. 8.4. Схема включения генератора с последова­тель­ным возбуждением	Рис. 8.5. Внешняя характеристика гене­ратора с последовательным возбуж­дением

8.4. Генератор смешанного возбуждения

Генератор смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения и совмещает свойства двух генераторов (параллельного и последовательного возбуждения, рис. 8.6):

1. характеристика холостого хода E = f(Iв) при I = 0, n = const не отличается от характеристики холостого хода генератора параллельного возбуждения;

2. при внешней характеристике обмотки включают: согласно (магнитодвижущие силы от обеих обмоток складываются) и встречно (магнитодвижущие силы вычитаются).

Рис. 8.6. Схема включения гене­ратора смешанного возбуж­дения

При согласном включении главную роль играет параллельная обмотка, а последовательная – компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря. Этим достигается автоматическое регулирование напряжения в определенных пределах нагрузки (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Внешняя характеристика генератора смешанного возбуждения

Встречное включение обмоток применяется в некоторых типах сварочных генераторов, где нужна крутопадающая характеристика.

Лекция 9 Двигатели постоянного тока

План лекции

9.1. Основные уравнения двигателей постоянного тока.

9.2. Пуск в ход двигателей постоянного тока.

9.3. Регулирование частоты вращения.

9.4. Условия устойчивой работы двигателей.

9.1. Основные уравнения двигателей постоянного тока

Основное уравнение выражает, что напряжение сети U урав­новешивается падением напряжения в обмотке якоря и противоэдс

, (9.1)

где ;– постоянная машины по эдс.

Уравнения (9.1) умножим на Ia

,

,

где Рэл – электрические потери мощности; PЭ – электромагнитная мощность двигателя.

Электромагнитной мощностью называется та часть мощности на входе P1, которая в процессе работы преобразуется в механическую мощность вращения якоря

,

где P2 – механическая полезная мощность на валу; Рмех – механические потери мощности; Рмг – магнитные потери мощности.

,

.

Таким образом, машина развивает электромагнитный момент

, (9.2)

в то же время , (9.3)

где М2 – полезный момент на валу двигателя, определяется моментом сопротивления рабочего механизма; М0 – момент холостого хода, идущий на преодоление сил трения в самом двигателе; Мj – динамический момент, возникающий при изменении скорости вращения,

,

где J – момент инерции.

Если – ускорение двигателя;

–замедление двигателя;

, то и , тогда,

где MC – момент сопротивления рабочего механизма, Нм.

Тогда электромагнитный момент определится по формуле:

,

.

Анализ выражений (9.2) и (9.3) показывает, что с увеличением момента на валу M2, возрастает электромагнитный момент МЭ и электромагнитная мощность PЭ, а также входная мощность . Но так как, то увеличение нагрузки двигателя сопровождается ростом тока в обмотке якоряIa.

studfiles.net

---

• 
  Мосэнерго луховицы телефон дежурного
• 
  Электротехника онлайн калькулятор
• 
  Как найти f в электротехнике
• 
  Охранная зона теплосети сколько метров
• 
  Сколько мм до верхней мертвой точки у пмл прибой
• 
  График момента электродвигателя
• 
  Электрическая емкость пары
• 
  Список средств защиты в электроустановках до 1000в образец
• 
  Замена источника тока источником эдс
• 
  Индуцированные заряды
• 
  Ппр электроустановок