Генератор постоянного тока с независимым возбуждением: Генераторы независимого возбуждения

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 = n_ном = const . Вторая ветвь характеристики идет несколько выше первой и при токе Iв = 0 в машине есть некоторая ЭДС E_{0, 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  E0 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  I_{B= 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 / R_Я) 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 и его характеристики — Студопедия

У генератора независимого возбуждения обмотка возбуждения В получает питание от постороннего источника тока — аккумулятора А (рис. 27). Ток возбуждения I_в, проходя по обмотке возбуждения, создает в полюсах магнитный поток Ф, пронизывающий обмотку якоря. При вращении якоря первичным двигателем в обмотке якоря индуктируется э. д. с. Е_я, величина которой, зависит от магнитного потока и скорости вращения якоря.

Если к зажимам генератора подключить нагрузку, то в цепях якоря и нагрузки потечет ток нагрузки I_нг.

Графическое выражение зависимостей между различными вели­чинами электрических машин называют характеристиками.Они могут быть получены опытным или расчетным путем.

Характеристика холостого ходаотображает зависимость напря­жения на зажимах генератора от тока возбуждения при постоянной скорости вращения и токе нагрузки, равном нулю.

Математически эту характеристику можно записать так:

Рис. 1. Принципиальная схема

Генератора независимого возбуждения

U = f(I_в) при I_нг. = 0 и n= const.

Схема для снятия некоторых характеристик генератора незави­симого возбуждения, приведена на рисунке 28.

Для изменения величины э. д. с. генератора в цепь обмотки воз­буждения введен регулировочный реостат R_р.Рубильник цепи на­грузки Р отключен. Силу тока возбуждения измеряет амперметр А, а напряжение на зажимах генератора -вольтметр V. Амперметр А1включенный в цепь нагрузки, в данном опыте не нужен, так как ток нагрузки равен нулю, но он необходим для снятия других характери­стик.

Рис. 2. Схема снятия характеристик холостого хода, внешней и регулировочной генератора независимого возбуждения

В обмотке возбуждения, к которой подключен аккумулятор, возникает ток I_в, а вольтметр показывает некоторое зна­чение э. д. с. При увеличении тока воз­буждения э. д. с. на зажимах генератора повышается: сначала в прямой зависимо­сти, а затем по мере насыщения магнитной системы машины это увеличение будет все меньшим (рис. 29).

Увеличим ток возбуждения до значения, при котором э. д. с. генератора возрастет примерно до значения 1,25 U_н, а затем, уменьшая ток возбуждения до нуля, запишем показанияамперметра А и вольтметра V. С уменьше­нием тока возбуждения напряжение на зажимах генератора снижает­ся, однако, когда ток возбуждения упадет до нуля, э. д. с. генератора не будет равна нулю, так как в полюсах есть поток остаточного магнетизма.

Величина э. д. с. от остаточного магнетизма состав­ляет 1—3% номинального напряжения машины.

Рис.3. Характеристика холостогохода генератора независимого возбуждения

Точка N, соответствующая номинальному значению напряжения генератора, лежит на перегибе кривой характеристики холостого хода. Начальная часть кривой ONсоответствует области неустой­чивых напряжений (незначительное изменение тока возбуждения приводит к значительному изменению напряжения), на пологой части кривой, в зоне насыщения, ограничиваются возможности регулиро­вания напряжения (для небольшого изменения напряжения требуется значительное изменение тока возбуждения).

Характеристика холостого хода дает представление о степени на­сыщения стали машины. По этой характеристике можно также опре­делить, на какое поминальное напряжение изготовлена машина. Для этого измеряют длину отрезка MNи получают в масштабе значение э. д. с, которое приближенно равно номинальному напря­жению машины.

Внешняя характеристика выражает зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянных значениях скорости вращения и сопротивления цепи возбуждения, т. е.

U =f(I_нг)прип= const иr_в=const.

В генераторе с независимым возбуждением ток возбуждения будет неизменным: I_в= const.

Внешнюю характеристику снимают при понижении и повышении напряжения.

В первом случаев режиме холостого хода устанавливают на зажимах генератора номинальное напряжениеи, не трогая регулировочный реостат R_р(см. рис. 28), нагружают генератор до номинального значения тока, записывая при этом показания амперметра А1 и вольтметра V. Амперметр А цепи возбуждения в данном опыте не нужен. Поскольку с увеличением нагрузки возрастает ток якоря I_я,,что сопровождается повышением па­дения напряжения 1_яR_я цепи яко­ря, и вследствие размагничивающего действия реакции якоря (при сдвиге щеток с геометрической нейтрали), напряжение машины уменьшается (рис. 30, а).

Если пренебречь размагничиваю­щим действием реакции якоря, то уравнение напряжения генератора можно записать в таком виде:

U = E-1_яR_я.

Изменение напряжения ΔU опре­деляют в процентах от номинального

,

где ΔU% составляет (5-10%) U_н.Еслибы продолжать нагружать генератор далее и затемзамкнутьего зажимы накоротко, чего делать нельзя, то можно было бы полу­чить продолжение внешней характеристики. Точке пересечения кри­вой с осью абсцисс соответствовало бы значение тока короткого за­мыкания I_к, которое может быть в несколькодесятковразбольшеноминального. Обмотку якоря защищают от токов короткогозамыкания, устанавливая в цепи нагрузки плавкие предохранители или
автоматы.

Рис. 4 Внешние характеристики генератора н.в. при понижении и повышении напряжения.

Во втором случаеустанавливают поминальное напряжение на за­жимах генератора при поминальном токе нагрузки и затем, не изме­няя скорости вращения и сопротивления регулировочного реостата, уменьшают ток нагрузки до нуля, записывая показания приборов. Вследствие того, что с уменьшением тока нагрузки падение напря­жения в цепи якоря уменьшается, соответственно возрастает и напря­жение на зажимах генератора до значе­ния U_o(рис. 30, б). Тогда

.

Регулировочная характеристика отражает зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянных значениях скорости вращения и напряжения на зажимах генератора, т.е.

I_В =f(I_нг)прип = const иU = const.

Регулировочная характеристика показывает, как нужно изменять ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки поддерживать напряжение постоянным.

Регулировочную характе­ристику снимают по схеме, показанной на рисунке 28, причем используют все вклю­ченные приборы.

Так как U= Е -I_яR_я, а с увеличением тока яко­ря 1_Явозрастает падение на­пряжения I_яR_я, то для того, чтобы напряжение Uостава­лось неизменным, нужно одновременно с увеличением тока якоря повышать э. д. с, увели­чивая ток возбуждения 1_я(рис. 31).

Рис. 5. Регулировочная характеристикагенератора н.в.

Характеристикой короткого замыкания выражают зависимость тока короткого замыкания от тока возбуждения при постоянном зна­чении скорости вращения и напряжении, равном нулю, т. е.

1_к = f(I_в) при п = const и U = 0.

При снятии характеристики короткого замыкания величина тока короткого замыкания не должна превышать номинального зна­чения. Для этого в цепь возбуждения, кроме регулировочного рео­стата, включают дополнительное сопротивлениеR_доб, чтобы значи­тельно уменьшить ток возбуждения I_в (рис. 32, а). Обмотку якоря замыкают накоротко через амперметр А.

Поскольку ток возбуждения 1_Ви соответственно магнитный поток Ф при снятии характеристики очень малы, то сталь машины не насы­щена, в результате чего характеристика короткого замыкания пред­ставляет собой прямую линию (рис. 32, б).

Рис. 6. Опыт короткого замыкания генератора н.в. а) схема; б) характеристика

При помощи характеристики короткого замыкания можнопри­ближенно определить значение тока короткого замыкания, который протекает в генераторе в тот момент, когда замыкание происходит при номинальном режиме работы. Для этого откладывают (точка N) значение тока возбуждения 1_Вн, соответствующее номинальному ре­жиму работы генератора, затем продолжают линию характеристики до пересечения ее с перпендикуляром, восстановленным в точке N. Отрезок NMпредставляет собой в масштабе приближенновеличину тока короткого замыкания в номинальном режиме работы генера­тора.

билеты_ЭМ / 10.Генератор постоянного тока с независимым возбуждением принцип действия, характеристики

10.Генератор
постоянного тока с независимым
возбуждением: принцип действия,
характеристики.

Генератор с независимым возбуждением.
В генераторе этого типа (рис. 8.43) ток
возбуждения Iв не зависит от тока якоря
Iа, который равен току нагрузки Iн . Ток
Iв определяется только положением
регулировочного реостата Rp.в , включенного
в цепь обмотки возбуждения:

(8.56)

где Uв — напряжение источника питания;
Rв — сопротивление обмотки возбуждения;
Rp.в — сопротивление регулировочного
реостата

Обычно ток возбуждения невелик и
составляет 1 — 3 % от номинального тока
якоря. Основными характеристиками,
определяющими свойства генераторов
постоянного тока, являются характеристики:
холостого хода, внешняя, регулировочная
и нагрузочная.

Характеристикой холостого хода
(рис. 8.44, а) называют зависимость U0 = f(Iв)
при Iн = 0 и n = const. При холостом ходе
машины, когда цепь нагрузки разомкнута,
напряжение U0 на зажимах обмотки якоря
равно ЭДС Е0 = сеФn. Частота вращения
якоря n поддерживается неизменной, и
напряжение при холостом ходе зависит
только от магнитного потока Ф, т. е. тока
возбуждения Iв . Поэтому характеристика
U0 = f(Iв ) подобна магнитной характеристике
Ф = f(Iв ). Характеристику холостого хода
легко получить экспериментально. Для
этого сначала устанавливают ток
возбуждения таким, чтобы U0 ≈ l,25Uном ,
затем уменьшают ток возбуждения до нуля
и снова увеличивают его до прежнего
значения. При этом

получаются восходящая и нисходящая
ветви характеристики, которые выходят
из одной точки. Расхождение ветвей
объясняется наличием гистерезиса в
магнитопроводе машины. При Iв = 0 в обмотке
якоря потоком остаточного магнетизма
индуцируется остаточная ЭДС Еост ,
которая составляет 2—4 % от Uном .

Внешней характеристикой (рис. 8.44,б)
называют зависимость U = f(Iн ) при n = const
и Iв = const. В режиме нагрузки напряжение
генератора

(8.57)

U = Е -Iа ΣRa ,

где ΣRa — сумма сопротивлений всех
обмоток, включенных последовательно в
цепь якоря (обмоток якоря, добавочных
полюсов и компенсационной).

С увеличением нагрузки на уменьшение
напряжения U влияют:

1) падение напряжения во внутреннем
сопротивлении ΣRa машины;

2) уменьшение ЭДС Е в результате
размагничивающего действия реакции
якоря.

Изменение напряжения при переходе от
режима номинальной нагрузки к режиму
холостого хода

(8.58)

Δu = (U0 — Uном )/Uном .

Для генераторов с независимым возбуждением
оно составляет 5-15%.

Регулировочной характеристикой
(рис. 8.44, в) называют зависимость Iв = f(Iн
) при U = const и n = const. Она показывает,
каким образом следует регулировать ток
возбуждения, чтобы поддерживать
постоянным напряжение генератора при
изменении нагрузки. Очевидно, что в этом
случае по мере роста нагрузки нужно
увеличивать ток возбуждения.

Нагрузочной характеристикой (рис.
8.45, а) называют зависимость U = f(Iв ) при
n = const и Iн = const. Нагрузочная характеристика
при Iн = Iном (кривая 2) проходит ниже
характеристики холостого хода (кривая
1), которую можно рассматривать как
частный случай нагрузочной характеристики
при Iн = 0. Разность ординат кривых 1 и 2
обусловлена размагничивающим действием
реакции якоря и падением напряжения во
внутреннем сопротивлении ΣRa машины.

Достоинством генераторов с независимым
возбуждением являются возможность
регулирования напряжения в широких
пределах от нуля до Uмах путем изменения
тока возбуждения и сравнительно малое
изменение напряжения под нагрузкой.
Однако для питания обмотки возбуждения
таких генераторов требуются внешние
источники постоянного тока.

Генераторы с независимым возбуждением
используют только при большой мощности,
а также при малой мощности, но низком
напряжении. Независимо от значения
напряжения на якоре обмотку возбуждения
рассчитывают на стандартное напряжение
постоянного тока 110 или 220 В для упрощения
регулирующей аппаратуры.

2

Характеристики генераторов независимого возбуждения

Характеристика холостого хода. Определяет зависимость напряжения U₀ от тока возбуждения при I_а=0 и n=const.  Для снятия этой характеристики собирается схема, показанная на рис. 1. Выключатель «Р» отключен, генератор разгоняется до номинальной частоты вращения, снятие характеристики начинают с I_в=0. При этом, ввиду наличия магнитного потока остаточного намагничивания, в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС Е_ост, величина которой обычно составляет (2…3)% от U_н генератора.

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

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

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

Анализ характеристики холостого хода показывает, что начальная часть кривой представляет собой практически прямую линию, так как при малых токах I_впочти вся МДС идет на преодоление магнитного сопротивления воздушного зазора. По мере увеличения тока I_ви возрастания потока Ф сталь магнитопровода насыщается и зависимость U₀= f(I_в) становится нелинейной.

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

Рис.3 — Нагрузочные характеристики генератора независимого возбуждения

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

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

Внешняя характеристика генератора снимается по схеме рис. 4.

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

ГОСТ регламентирует величину изменения напряжения генератора (у генераторов независимого возбуждения

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

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

Рис. 6 — Регулировочная характеристика генератора

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

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

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

Рис. 7 — Характеристика короткого замыкания.

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

Генератор постоянного тока независимого возбуждения — Студопедия

Для исследования генератора независимого возбуждения собирается электрическая цепь, схема которой показана на рис. 4.2. Обмотка возбуждения подключается к источнику постоянного тока U_В = 200В без добавочного сопротивления.

При этом по обмотке возбуждения будет протекать постоянный ток

I_B = U_В/R_В. В якорную цепь генератора включается нагрузочное сопротивление R_H и амперметр А.

Получив разрешение на выполнение опыта, необходимо переключателем поставить R_H = ∞. Включить переменное трехфазное напряжение 380В и постоянное напряжение 200В. Асинхронный двигатель вращает якорь генератора, а ток обмотки возбуждения создает магнитное поле. В обмотке якоря наводится электродвижущая сила Е, которая создает напряжение, измеряемое вольтметром V. При R_H = ∞ записать показания приборов в таблицу 4.3. Уменьшая сопротивление R_H необходимо провести еще 4 – 5 опытов и записать значения U, I_Я, n в таблицу 4.3. В процессе опытов ток I_Я не должен превышать номинальное значение I_H, указанное в таблице 4.1.

Таблица 4.3

Напряжение генератора в общем случае определяется по формуле

В таблице 4.3 даны значения я U, I_яи R_Я. По этим значениям легко рассчитать ЭДС обмотки якоря генератора

Полученные значения Е записать в таблицу 4.3.

Полезная мощность генератора

По известным значениям Uи I_Яопределяются значения Р₂ и записываются в таблицу 4.3.

Потери мощности на возбуждение генератора

Эта мощность подводится к генератору от источника постоянного тока, расходуется на нагревание обмотки возбуждения и рассеивается в окружающую среду. Эти потери не зависят от нагрузки генератора и в процессе эксперимента остаются постоянными.

Потери в обмотке якоря

Полученные значения ΔP_Я записываются в таблицу 4.3.

Механическая мощность, потребляемая генератором с вала асинхронного двигателя

Полня мощность потребляемая генератором

Рассчитанная по этой формуле мощность Р₁ записывается в таблицу 4.3.

Коэффициент полезного действия генератора

Значения η записываются в табл. 4.3.

По данным таблицы 4.3. на одном графике строятся характеристики U = F(I_Я) и E = F(I_Я). На другом строятся характеристики P₁ = F(P₂) и η = F(P₂).

Сравнить полученные характеристики с теоретическими и сделать выводы.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением — Студопедия

Ток I_в для ГПТ в обмотке возбуждения формируется посторонним источником и не зависит от I_я. Этот тип возбуждения применяют, когда нужно менять в широких пределах I_в и напряжение U. Для снижения потерь в ОВ ток I_в устанавливают небольшим
(1–3% от I_я), а нужная величина МДС F_в = I_вw_в достигается за счет большого количества витков w_в. ОВ выполняют из тонкого провода, ее сопротивление R_в достаточно велико (сотни Ом). Ток возбуждения I_в = U_в/(R_в + R_р),где R_p – сопротивление регулировочного реостата.

О свойствах генератора судят по нескольким характеристикам. Характеристикой холостого хода называют зависимость E = f(I_в) при I_я = 0 и n = const. Поскольку E = C_enФ, то при n = const эта характеристика подобна характеристике Ф = f(I_в). При I_в = 0 в якоре наводится E_ост за счет потока остаточного намагничивания полюсов Ф_ост (рис. 3.66): E_ост ≈ 0,03E_ном. При I_в > I_в.ном начинается магнитное насыщение.

Внешней характеристикой называют U = f(I_я) при n, I_в = const. Под нагрузкой напряжение генератора U = E – I_яR_яS, где в R_яS входят сопротивление якорной обмотки R_я, сопротивление добавочных полюсов и сопротивление скользящего контакта между щетками и коллектором. С увеличением нагрузки генератора (т. е. уменьшением R_н) ток якоря растет, а напряжение U падает, что вызывается ростом потерь на R_яS и снижением E, обусловленным реакцией якоря. DU = = (U₀ – U_ном)/U_ном составляет 5÷15%.

Внешние характеристики ГПТ

Изменение I_в = const дает семейство внешних характеристик. При R_н = 0 (режим короткого замыкания) ток якоря недопустимо велик: I_я = (10÷20)I_я.ном. От таких перегрузок цепь якоря защищают с помощью реле и контакторов.

На практике напряжение U поддерживают компенсирующим изменением тока возбуждения за счет использования автоматических регуляторов. Достоинством генераторов с независимым возбуждением является возможность регулировать напряжение в широких пределах от нуля до U_ном и поддерживать его почти постоянным. Недостаток – необходимость в источнике питания ОВ.

Генераторы малой мощности выполняют иногда с постоянными магнитами возбуждения. Их характеристики близки к рассмотренным.

Генератор независимого возбуждения — Знаешь как

Схема генератора дана на рис. 8-21. К обмотке возбуждения подводится ток возбуждения I_в от независимого источника энергии. Для регулирования этого тока служит реостат r_ш, имеющий добавочный контакт. При установке движка реостата на этот контакт обмотка возбуждения замыкается накоротко. При отсутствии этого контакта запасенная в магнитном поле энергия при размыкании цепи возбуждения будет вызывать электрическую дугу между последним контактом и движком реостата. В результате контакты оплавляются. Кроме того, при большой индуктивности обмотки возбуждения возникающая при разрыве ее э. д. с. самоиндукции настолько велика, что может вызвать пробой межвитковой изоляции обмотки и может быть опасна для обслуживающего персонала.

К зажимам якоря присоединяются вольтметр и амперметр, измеряющие напряжен кие U и ток I = I_я, проходящий по нагрузке r. Предполагается, что генератор приводится во вращение первичным двигателем, не показанным на рис. 8-21.

Характеристика холостого хода это зависимость а. д. с. холостого хода E₀ = U₀ от тока возбуждения I_впри постоянной скорости вращения и при токе нагрузки I = 0. т. е.

Рис. 8-21. Схема соединения генератора независимого возбуждения.

E₀ = _f(I_в)

при п = const и I = 0.

Так как Е₀ = Ф, то в другом масштабе она является магнитной характеристикой машины. Она снимается для проверки теоретических расчетов магнитной цепи машины.

Для ее получения вращают якорь генератора с постоянной скоростью п = п_н при разомкнутых зажимах якоря. Включив рубильник цепи возбуждения, увеличивают постепенно ток возбуждения I_в до тех пор, пока напряжение генератора U₀ достигнет величины (1,1—1,2) U_н . Записав значения I_в и U₀ уменьшают постепенно ток возбуждения, продолжая измерять и записывать величины I_в и U₀. По намученным данным строят график, показанный на рис. 8-22. Как видно, при разомкнутой цепи возбуждения, когда I_в = 0, напряжение U₀ — (2—2,5)% U_н. Оно называется остаточной э.д. с. Е_ост. Точка, соответствующая номинальному напряжению U_н обычно лежит на колене кривой — при токе I_вх, называемом током возбуждения, при холостом ходе и номинальном напряжении.

Внешняя характеристика генератора — это зависимость величины напряжения генератора от изменения нагрузки, т. е тока внешней цепи при неизменных скорости вращения и токе возбуждения:

при I_в = const и п = const.

Эта характеристика показана на рис. 8-23.

Рис. 8-22. Характеристика холостого хода генератора. Рис. 8-23. Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением.

Якорь генератора приводят во вращение со скоростью п = п_н и возбуждают до напряжения U ≈ (1,1—1,2) U_н. После этого замыкают рубильник внешней цепи и уменьшают сопротивление нагрузки г, регулируя ток возбуждения так, чтобы при I = I_H установилось номинальное напряжение U_H. Это будет первая точка характеристики. Затем, увеличивая сопротивление г при неизменных токе возбуждения и скорости вращения, разгружают генератор до холостого хода. Записывая значения U и I, строят характеристику.

При разгрузке э. д. с. и напряжение генератора возрастают вследствие уменьшения размагничивающего действия реакции якоря и уменьшения падения напряжения в обмотке якоря Ir_я, так как U = Е — Ir_я. Характеристика (рис, 8-23) построена в процентах, где за 100% приняты номинальные значения U_H и I_H

Каждый тип генератора характеризуется величиной называемой процентным изменением напряжения. Для генераторов с независимым возбуждением ∆U% = 5 — 10%. Такое колебание напряжения при изменении нагрузки не приемлемо для большинства потребителей и возникает необходимость поддержания его постоянным.

Регулировочная характеристика показывает, как надо регулировать ток возбуждения I_в, чтобы при изменении тока I напряжение U оставалось неизменным, т. е.

Рис. 8-24. Регулировочная характеристика генератора с независимым возбуждением.

I_в = f(I)

при U = const и n = const. Установив U = U_H, при I = I_н разгружают генератор до холостого хода, уменьшая ток возбуждения I_в так, чтобы напряжение оставалось неизменным. Записывая токи I и I_в, строят регулировочную характеристику (рис. 8-24).

Статья на тему Генератор независимого возбуждения

Типы генераторов постоянного тока с раздельным возбуждением и самовозбуждением

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Магнитный поток в машине постоянного тока создается катушками возбуждения, по которым проходит ток. Циркулирующий ток в обмотках возбуждения создает магнитный поток, и это явление известно как Возбуждение .

Генераторы постоянного тока

классифицируются по способам возбуждения их полей.

По возбуждению генераторы постоянного тока классифицируются как генераторы постоянного тока с отдельным возбуждением и генераторы постоянного тока с самовозбуждением.Есть также Генераторы постоянного тока с постоянным магнитом .

Генераторы постоянного тока с самовозбуждением далее классифицируются как Генераторы постоянного тока с шунтовой обмоткой ; серии генераторов постоянного тока и составных генераторов постоянного тока.

Генераторы постоянного тока с комбинированной обмоткой подразделяются на генераторы постоянного тока с длинной шунтовой обмоткой и генераторы постоянного тока с короткой обмоткой.

Полюс возбуждения генератора постоянного тока неподвижен, а провод якоря вращается.Напряжение, генерируемое в проводе якоря, имеет переменный характер, и это напряжение преобразуется в постоянное напряжение на щетках с помощью коммутатора.

В комплекте:

Подробное описание различных типов генераторов поясняется ниже.

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом

В этом типе генератора постоянного тока нет обмотки возбуждения, размещенной вокруг полюсов. Поле, создаваемое полюсами этих машин, остается постоянным.Хотя эти машины очень компактны, но используются только в небольших размерах, таких как динамо-машины в мотоциклах и т. Д.

Основным недостатком этих машин является то, что магнитный поток, создаваемый магнитами, со временем ухудшается, что изменяет характеристики машины.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Генератор постоянного тока, обмотка или катушка которого возбуждается от отдельного или внешнего источника постоянного тока, называется генератором постоянного тока с отдельным возбуждением. Поток, создаваемый полюсами, зависит от тока поля с ненасыщенной областью магнитного материала полюсов.т.е. поток прямо пропорционален току возбуждения. Но в насыщенной области поток остается постоянным.

Рисунок самовозбуждающегося генератора постоянного тока показан ниже:

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Здесь,

I _a = I _L , где I _a — ток якоря, а I _L — линейный ток.

Напряжение на клеммах определяется как:

Если известно падение контактной щетки, то уравнение (1) записывается как:

Развиваемая мощность определяется уравнением, показанным ниже:

Выходная мощность определяется уравнением (4), приведенным выше.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением

Самовозбуждающийся Генератор постоянного тока — это устройство, в котором ток на обмотку возбуждения подается самим генератором. В самовозбуждающемся генераторе постоянного тока катушки возбуждения могут быть подключены параллельно якорю последовательно, или он может быть включен частично последовательно и частично параллельно обмоткам якоря.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением дополнительно классифицируется как

Шунтирующий генератор

В генераторе с шунтирующей обмоткой, обмотка возбуждения подключена к обмотке якоря, образуя параллельную или шунтирующую цепь.Следовательно, на него подается полное напряжение на клеммах. Очень маленький ток возбуждения I _sh , flo

.

Электрогенератор | инструмент | Британника

Электрогенератор , также называемый динамо , любая машина, преобразующая механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередач бытовым, коммерческим и промышленным потребителям. Генераторы также производят электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

Голограммы часто встречаются на кредитных картах.

Механическая мощность электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость. Механическая энергия может поступать из нескольких источников: гидротурбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, вырабатываемый за счет тепла от сжигания ископаемого топлива или ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели.Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.

Практически все генераторы, используемые для электроснабжения сетей, вырабатывают переменный ток, полярность которого меняется на фиксированную частоту (обычно 50 или 60 циклов или двойное изменение полярности в секунду). Поскольку несколько генераторов подключены к электросети, они должны работать на одной частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.

Генераторы синхронные

Основной причиной выбора переменного тока для электрических сетей является то, что его постоянное изменение со временем позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую мощность при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд). Частной формой переменного тока является синусоида, которая имеет форму, показанную на рисунке 1.Это было выбрано, потому что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены, и в результате они имеют одинаковую форму. Тогда в идеале все напряжения и токи должны иметь синусоидальную форму. Синхронный генератор предназначен для получения этой формы с максимальной точностью. Это станет очевидно, когда ниже будут описаны основные компоненты и характеристики такого генератора.

Синусоидальная волна. Encyclopædia Britannica, Inc.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Ротор

Элементарный синхронный генератор показан в разрезе на рис. 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в прорези, вырезанные на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения. Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре к статору, приблизительно синусоидально распределяется по периферии ротора.На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна снаружи вверху, максимальна внутрь внизу и равна нулю с двух сторон, что приблизительно соответствует синусоидальному распределению.

Элементарный синхронный генератор. Encyclopdia Britannica, Inc.

Статор элементарного генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, обеспечивающего легкий путь для магнитного потока. В этом случае статор содержит только одну катушку, причем две стороны размещены в пазах в утюге, а концы соединены друг с другом изогнутыми проводниками по периферии статора.Катушка обычно состоит из нескольких витков.

Когда ротор вращается, в обмотке статора индуцируется напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется со временем, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит через две стороны катушки. Таким образом, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° из положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже.Форма волны напряжения будет примерно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.

Роторная конструкция генератора на рис. 2 имеет два полюса: один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий полюс для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в обмотке статора за каждый оборот ротора. Таким образом, частота электрического выходного сигнала, измеренная в герцах (циклах в секунду), равна скорости вращения ротора в оборотах в секунду. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, например, первичный двигатель и скорость ротора должны быть 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту.Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной из-за механической нагрузки. В этом случае ротор генератора сконструирован с четырьмя полюсами, разнесенными с интервалом 90 °. Напряжение, индуцированное в катушке статора, которая охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоид на оборот. Таким образом, требуемая частота вращения ротора для частоты 60 Гц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, например, используемых в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов.Возможные значения частоты вращения ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — количество полюсов.

.

Характеристика генераторов постоянного тока — Генераторы с раздельным возбуждением и самовозбуждением

Характеристика представляет собой график между двумя зависимыми величинами. Он показывает установившуюся характеристику генераторов постоянного тока. Характеристики генераторов постоянного тока объясняют взаимосвязь между нагрузками, возбуждением и напряжением на клеммах через график. Ниже приведены три важные характеристики генератора постоянного тока.

Характеристика намагничивания

Эта характеристика дает изменение генерируемого напряжения или напряжения холостого хода в зависимости от тока возбуждения при постоянной скорости.Это также называется характеристикой холостого хода или разомкнутой цепи.

Внутренняя характеристика

Внутренняя характеристика генератора постоянного тока строит кривую между генерируемым напряжением и током нагрузки.

Внешние характеристики (характеристики нагрузки)

Внешние характеристики или характеристики нагрузки показывают соотношение между напряжением на клеммах и током нагрузки при постоянной скорости.

В комплекте:

Характеристика генератора постоянного тока с раздельным возбуждением

В генераторе постоянного тока с отдельным возбуждением, отдельный источник постоянного тока подключен к обмотке возбуждения.Этим источником может быть батарея, диодный выпрямитель, другой генератор постоянного тока или управляемый выпрямитель. Принципиальная схема генератора постоянного тока с отдельным возбуждением в нагруженном состоянии показана ниже.

Модель схемы генератора постоянного тока с раздельным возбуждением

Пусть генератор приводится в движение первичным двигателем с постоянной скоростью. Возбуждение поля (If) настраивается на номинальное напряжение без нагрузки. На протяжении всей работы это значение напряжения поддерживается постоянным.

Лет,

• R _fw — сопротивление обмотки возбуждения
• R _fc — сопротивление реостата возбуждения для управления током возбуждения.
• R _a — полное сопротивление цепи якоря, включая сопротивление контакта щетки.
• R _L — сопротивление нагрузки.
• I _L — ток нагрузки
• E _a — внутреннее генерируемое напряжение
• В — напряжение на зажимах
• I _a — ток якоря

Различные уравнения для отдельно возбужденного генератора постоянного тока следующие:

Если бы не было реакции якоря, генерируемое напряжение V ₀ было бы постоянным, как показано прямой линией (красный цвет) на рисунке ниже.

Характеристики клемм генератора постоянного тока с независимым возбуждением

Падение напряжения Δ V _AR из-за реакции якоря. Внутренняя характеристика (E _a ~ I _L ) также показана на приведенном выше рисунке, представленная синей цветной линией. На сопротивлении якоря Ra возникает падение напряжения IaRa. Внешняя характеристика генератора (V ~ I _L ) также показана розовой линией.

Точка P называется рабочей точкой , которая является пересечением между генератором, внешней характеристикой и характеристикой нагрузки, заданной соотношением V = I _L R _L .Эта точка P дает рабочие значения напряжения на клеммах и тока нагрузки.

Нарастание напряжения в самовозбужденном генераторе или шунтирующем генераторе постоянного тока

Генератор с самовозбуждением также известен как шунтирующий генератор постоянного тока, поскольку обмотка возбуждения подключена параллельно якорю. Таким образом, напряжение якоря обеспечивает ток возбуждения. Этот тип генератора обеспечивает собственное возбуждение поля.

Эквивалентная схема шунтирующего генератора постоянного тока показана на рисунке ниже:

Схема эквивалента шунтирующего генератора постоянного тока

Принимая во внимание приведенный выше рисунок, предположим, что генератор работает без нагрузки, а первичный двигатель приводит в движение якорь с определенной скоростью.Этот генератор будет создавать желаемое напряжение на клеммах. Остаточный магнитный поток, присутствующий в полюсах поля генератора постоянного тока, отвечает за нарастание напряжения. Создается небольшое напряжение Ear, которое определяется уравнением, показанным ниже.

Это напряжение составляет от 1 до 2 вольт. Это напряжение вызывает протекание тока If в обмотке возбуждения генератора. Ток возбуждения задается уравнением.

Поток увеличивается за счет магнитодвижущей силы, создаваемой током поля.В результате этого генерируемое напряжение Ea увеличивается. Это повышенное напряжение якоря увеличивает напряжение на клеммах. С увеличением напряжения на клеммах ток возбуждения If увеличивается еще больше. Это, в свою очередь, увеличивает магнитный поток и, следовательно, напряжение якоря дополнительно увеличивается, а процесс нарастания напряжения продолжается.

Кривая нарастания напряжения шунтирующего генератора постоянного тока показана ниже:

Наращивание напряжения шунтирующего генератора постоянного тока

Генератор работает без нагрузки в процессе роста напряжения, поэтому следующие уравнения, показанные ниже, дают установившийся режим работы.

Т.к. ток возбуждения Если в шунтирующем генераторе очень мало, падением напряжения I _f R _a можно пренебречь. Таким образом, уравнение (1) принимает вид:

Прямая линия V = I _f R _f , показанная на рисунке выше, известна как линия сопротивления поля .

Повышение напряжения в шунтирующем генераторе постоянного тока для различных сопротивлений цепи показано ниже:

Влияние сопротивления поля на напряжение холостого хода

Уменьшение сопротивления цепи возбуждения уменьшает наклон линии сопротивления поля, что приводит к более высокому напряжению.Увеличение сопротивления цепи возбуждения увеличивает наклон линии сопротивления поля, что приводит к снижению напряжения.

Если сопротивление цепи возбуждения увеличивается до критического сопротивления поля (R _C ), линия сопротивления поля становится касательной к начальной части кривой намагничивания.

Если значение сопротивления поля превышает критическое значение сопротивления поля, генератор не возбуждается. Кривая, показанная ниже, показывает изменение напряжения холостого хода при фиксированном сопротивлении поля и переменной скорости якоря.

Изменение напряжения холостого хода со скоростью

Кривая намагничивания изменяется в зависимости от скорости, и ее ординаты для любого тока возбуждения пропорциональны скорости генератора. Если сопротивление поля остается постоянным и скорость id уменьшается, все точки на кривой намагничивания опускаются.

При определенной скорости, называемой критической скоростью , линия сопротивления поля становится касательной к кривой намагничивания. Ниже критической скорости напряжение

.Генератор постоянного тока

| Статья о генераторе постоянного тока от Free Dictionary

машина постоянного тока, которая функционирует как генератор. Его работа описывается следующими уравнениями: P = UI _Ar , где P — выходная мощность, U — напряжение на клеммах и I _Ar — ток якоря; U = E — I _Ar R _Ar , где E — электродвижущая сила якоря, а R _Ar — сопротивление цепи якоря; и R _Ar = r _Ar + r _Co + r _Se (рисунок 1).

Рисунок 1. Способы возбуждения генераторов постоянного тока: (а) генератор с независимым возбуждением, (б) генератор с самовозбуждением, (в) составной генератор; (Ar) якорь, (Co) обмотки коммутирующих полюсов, (Sh) обмотка шунтирующего поля, (Se) обмотка последовательного возбуждения, (I _Ar ) ток якоря, ( I ) ток нагрузки, ( R _{) ex} ) сопротивление для регулирования тока возбуждения, ( I _ex ) ток возбуждения, (r _Ar ) сопротивление обмотки якоря, (r _Co ) сопротивление обмоток коммутирующих полюсов, (r _Sh ) сопротивление обмотки шунтирующего поля, (r _Se ) сопротивление обмотки последовательного возбуждения, (r _L ) нагрузка

Напряжение на клеммах, которое остается постоянным при изменении условий нагрузки, является основным требованием, предъявляемым к генератору постоянного тока. .Соотношение между напряжением на клеммах и током нагрузки U = f (I ) называется внешней характеристикой генератора постоянного тока и определяется типом возбуждения поля, используемого в генераторе. Некоторые способы возбуждения показаны на рисунке 1, а внешние характеристики для различных методов возбуждения показаны на рисунке 2, а. Напряжение генератора постоянного тока уменьшается с увеличением нагрузки из-за падения напряжения в цепи якоря и размагничивающего эффекта поля якоря из-за насыщения магнитной цепи.Оптимальная система возбуждения представляет собой составной генератор, который позволяет получать одинаковое напряжение в условиях холостого хода и номинальной нагрузки. Точная компенсация падения напряжения в цепи якоря (ротора) и размагничивающего эффекта поля якоря, вызывающего уменьшение основного магнитного потока в условиях нагрузки, возможна только для одного значения тока нагрузки. В генераторах с независимым возбуждением компенсация отсутствует. Более сильное падение напряжения в самовозбуждающихся генераторах является результатом уменьшения тока возбуждения с увеличением нагрузки.Диапазон, в котором ток возбуждения должен регулироваться, чтобы поддерживать постоянное напряжение при изменяющейся нагрузке, определяется характеристикой управления I _ex = f (I) генератора постоянного тока (рисунок 2, b).

Рисунок 2. Внешние (а) и управляющие (б) характеристики генераторов постоянного тока: (1) генератор с самовозбуждением, (2) генератор с автономным возбуждением, (3) составной генератор; ( I ) ток нагрузки, ( I _ex ) ток возбуждения, ( U ) напряжение на клеммах, ( R _ex ) сопротивление для регулирования тока возбуждения, (n) скорость вращения якорь

Безискровая коммутация тока — еще одно важное требование, которому должен удовлетворять генератор постоянного тока.Искрообразование можно уменьшить, если оснастить статор машины дополнительными переключающими полюсами. Генераторы постоянного тока большой мощности иногда строят с компенсирующими обмотками, которые вставляются в пазы полюсных наконечников и включаются последовательно с обмоткой якоря. Компенсирующая обмотка предназначена для компенсации поля якоря в зоне под основными полюсами. Обмотка обеспечивает автоматическую компенсацию при всех условиях нагрузки и равномерное распределение плотности магнитного потока под полюсной дугой.Таким образом снижается максимальное напряжение между соседними шинами коммутатора и исключается потенциальное искрение за пределами зоны коммутации.

В СССР производятся как генераторы постоянного тока общего назначения (серия 2-П), так и генераторы постоянного тока специального назначения. Примерами машин специального назначения являются генераторы постоянного тока для электросварки: серии GSO и ​​GD, а также серии PSU и PSG, которые приводятся в действие асинхронным двигателем и работают при токах от 125 до 500 ампер и при напряжениях от 60 до 70 вольт.Амплидин также можно отнести к классу генераторов постоянного тока специального назначения. Генераторы тахометров постоянного тока используются в системах автоматического управления; они работают с большей точностью, чем генераторы тахометров переменного тока.

ССЫЛКИ

См. Ссылки под

Большая советская энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

.