Характеристики генераторов постоянного тока.

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 16Следующая ⇒

Ответ: Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и представляют зависимость между основными величинами, которыми являются э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах и, ток в якоре I_я, ток возбуждения I_в и скорость вращения якоря п. Характеристики представляют собой зависимости между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов. Снятие всех характеристик машины производится при постоянной скорости вращения якоря, так как при изменении скорости значительно изменяются все характеристики генератора. Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения, снятую при отсутствии нагрузки и постоянном числе оборотов. Для генераторов независимого возбуждения при отсутствий; нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю. Так как э.д.с, индуктированная в обмотке якоря, равна Е = СпФ, то при постоянной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характеристика холостого хода представляет магнитную характеристику машины. При Iв=0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Ф₀, который индуктирует в обмотке якоря э.д. с. Е₀ (рис. 144, а). Эта э.д.с. составляет несколько процентов (2—5%) номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения увеличивается как магнитный поток, так и э. д. с, индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении I_в увеличивается и э.д.с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви зависимости от точки А начать постепенно уменьшать ток возбуждения I_в, то э.д. с. также начнет уменьшаться, но за счет намагничивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше восходящей ветви этой характеристики.

Изменяя I_в не только по величине, но и по направлению, можно снять весь цикл перемагничивания стали машины. Практически восходящая и нисходящая ветви магнитной характеристики имеют крайне незначительное расхождение, и за основную характеристику принимается средняя зависимость (кривая 3). На рис. 144, б показаны характеристики холостого хода, снятые при различных скоростях вращения якоря генератора. Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номинальной скоростью п_н, указанной в паспорте генератора. Для всех машин нормального типа точка номинального напряжения (точка А) находится на перегибе магнитной характеристики, что соответствует наиболее удачным рабочим и регулировочным свойствам генератора. Выбор точки номинального напряжения на линейном участке Магнитной характеристики приводит к резким изменениям напряжения на зажимах генератора при изменениях нагрузки, так как незначительные изменения намагничивающей силы вызывают резкие изменения э.д. с. Выбор этой точки на пологом участке магнитной Характеристики приводит к ограничению регулирования напряжения на зажимах генератора, так как для изменения э. д. с. требуются очень большие изменения тока возбуждения. При изменении скорости вращения якоря генератора изменит свое положение характеристика холостого хода, так как э. д. с. пропорциональна скорости. При n'> n_н характеристика холостого хода пойдет выше (кривая 2), а при n" < n_н — ниже (кривая 3), чем при номинальной скорости. Следовательно, при изменении скорости вращения якоря точка номинального напряжения окажется либо на линейном (точка В) либо на пологом (точка С) участке магнитной характеристики, что вызывает изменение всех характеристик генератора. Поэтому первичный двигатель для вращения якоря генератора надо выбрать так, чтобы его скорость была близкой к номинальной скорости генератора. Для генераторов параллельного возбуждения при холостом ходе ток в якоре равен току возбуждения (Iя=Iв). Так как этот ток составляет малую величину (несколько процентов номинального тока генератора), то напряжение на зажимах машины при холостом ходе будет примерно равным э.д. с. и характеристика холостого хода этого генератора практически совпадает с характеристикой генератора независимого возбуждения. Однако весь цикл перемагничивания в генераторах параллельного возбуждения снять нельзя, так как при изменении направления тока в обмотке возбуждения магнитный поток ее будет направлен встречно потоку остаточного магнетизма и самовозбуждение генератора окажется невозможным. Для генератора последовательного возбуждения характеристика холостого хода смысла не имеет, так как при холостом ходе в якоре и обмотке возбуждения ток равен нулю, и характеристика может быть снята только по схеме независимого возбуждения. Для этого обмотка возбуждения генератора должна быть включена в сеть какого-либо независимого источника тока. Для генераторов смешанного возбуждения характеристика холостого хода совпадает с характеристикой генератора параллельного возбуждения. Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки. Эта характеристика соответствует естественным условиям работы машины, т. е. машина нерегулируема (сопротивление цепи возбуждения rв постоянно) и снимается при неизменной скорости вращения. Для генераторов независимого возбуждения при постоянном rв неизменен также и ток возбуждения Iв. Внешние характеристики такого генератора показаны на рис. 145. Кривая 1 представляет собой внешнюю характеристику, снятую на понижение напряжения. Для снятия этой характеристики устанавливается такой ток в обмотке возбуждения, чтобы при холостом ходе генератора напряжение на его зажимах было равно номинальному. Затем нагрузка генератора возрастает при неизменном токе в обмотке возбуждения. С возрастанием нагрузки (тока в якоре генератора Iя) увеличивается как падение напряжения в сопротивлении его обмотки, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает понижение напряжения. При изменении нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора уменьшается на величину Δ Uпн.

При снятии характеристики на повышение напряжения (кривая 2) устанавливается такой ток возбуждения, чтобы при номинальной нагрузке генератора напряжение на его зажимах было равно номинальному, после чего нагрузка генератора уменьшается. С уменьшением нагрузки (тока в якоре) также уменьшается как падение напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных контактах, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает повышение напряжения. При изменении нагрузки от номинальной до 0 напряжение на зажимах генератора увеличивается на величину Δ Uпн. За счет насыщения стали повышение напряжения будет меньше, чем понижение, так. кап размагничивающее действие реакции якоря будет сказываться тем сильнее, чем меньше степень насыщения стали. В генераторах параллельного возбуждения при постоянном сопротивлении цепи возбуждения гв ток возбуждения не остается постоянным, так как зависит от напряжения на зажимах генератора которое пои изменении нагрузки меняется. В генераторах независимого возбуждения увеличение нагрузки вызывает понижение напряжения под воздействием падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая 1 на рис. 146).

В генераторах параллельного возбуждения при уменьшении напряжения также уменьшается ток возбуждения, что вызывает уменьшение магнитного потока и понижение напряжения. Следовательно, при увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора этого типа уменьшается в большей мере (кривая 2), чем в генераторах независимого возбуждения, так как, помимо понижения напряжения за счет падения напряжения, в сопротивлении машины и реакции якоря, происходит также понижение напряжения за счет уменьшения тока возбуждения. Уменьшение внешнего сопротивления нагрузки вызывает увеличение тока до некоторого значения Iмакс, не превышающего номинальный ток более чем в 2-2, 5 раза. При дальнейшем уменьшении внешнего сопротивления ток уменьшается и при коротком замыкать будет значительно меньше номинального. Уменьшение сопротивления нагрузки вызывает уменьшение тока возбуждения, так как напряжение генератора понижается. Если ток возбуждения уменьшился настолько, что машина оказалась размагниченной, то э. д. с. понижается в большей степени, чем сопротивление нагрузки, что: вызывает уменьшение тока в якоре. При коротком замыкании генератора параллельного возбуждения ток I_в равен нулю, и обмотка возбуждения не создает магнитного потока. Поэтому в обмотке якоря будет э. д. с. только от остаточного магнитного потока Е₀, имеющая малое значение, и, следовательно, ток короткого замыкания I_к будет также мал.

Несмотря на малое значение установившегося тока короткого замыкания нельзя сказать, что для генераторов этого типа режим короткого замыкания не представляет опасности. При внезапном коротком замыкании такого генератора ток в обмотке возбуждения мгновенно уменьшиться до нуля не может, так же как и магнитный поток. Поэтому в обмотке якоря в момент короткого замыкания будет индуктирована большая э. д. с. и протекает ток во много раз больше номинального, вследствие чего создается интенсивное искрение под щетками, переходящее в круговой огонь, и машина может быть выведена из строя. Внешняя характеристикана повышение напряжения у генератора параллельного возбуждения (кривая3) имеет такой же вид, как у генератора независимого возбуждения. Для генератора последовательного возбуждения внешняя характеристика показана на рис. 147. В генераторах этого типа ток возбуждения равен току якоря (I_в=I_я), и при холостом хода (Iя=0) в обмотке якоря будет создана э. д. с. за счет остаточного магнетизма Ео; С увеличением нагрузки также увеличится ток в обмотке возбуждения, что вызывает увеличение э. д. с. (кривая 1). Напряжение на зажимах генератора при нагрузке меньше э. д. с. вследствие падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая 2). Таким образом, у генератора последовательного возбуждения напряжение резко меняется с изменением нагрузки, поэтому они не нашли широкого применения. В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное и встречное включения последовательной и параллельной обмоток. При согласном включении обмоток возбуждения результирующая намагничивающая сила, создающая магнитный поток, равна сумме намагничивающих сил параллельной и последовательной обмоток, а при встречном включении — разности этих намагничивающих сил. На рис. 148 показаны внешние характеристики генератора смешанного возбуждения. Увеличение нагрузки такого генератора вызывает уменьшение напряжения на его зажимах за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря. Однако с увеличением нагрузки возрастает также ток в последовательной обмотке возбуждения. Поэтому при согласном включении обмоток увеличение нагрузки будет вызывать увеличение магнитного потока и э. д. с. обмотки якоря. Если э. д. с. с увеличением нагрузки возрастает на величину, равную понижению напряжения генератора за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря, то напряжение на зажимах генератора будет практически оставаться неизменным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной (кривая 1).

Такой генератор, называемый нормально возбужденным, не требует изменения тока возбуждения при изменениях нагрузки. При уменьшении числа витков последовательной обмотки э. д. с. с возрастанием нагрузки будет увеличиваться в меньшей степени и не будет компенсировать понижения напряжения, так что напряжение на зажимах генератора будет уменьшаться (кривая 2), т. е. генератор недовозбужден. Если число витков последовательной обмотки возбуждения больше, чем то, которое соответствует нормальному возбуждению машины, то генератор окажется перевозбужденным и напряжение на его зажимах будет увеличиваться с увеличением нагрузки (кривая 3). При встречном включении обмоток возбуждения внешняя характеристика подобна этой зависимости для генератора параллельного возбуждения (кривая 4), однако токи максимальный /м и короткого замыкания Iк у этого генератора будут меньше соответствующих токов генератора параллельного возбуждения за счет размагничивающего действия намагничивающих сил последовательной обмотки. Наиболее часто применяют генераторы нормально возбужденные, а также перевозбужденные генераторы, позволяющие компенсировать падение напряжения в линии, соединительных проводах и т. д. с тем, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным при изменении тока. Генераторы со встречным включением обмоток возбуждения не обеспечивают постоянства напряжения и широкого применения не нашли. Их используют в тех случаях, когда необходимо ограничить токи коротких замыканий (например, при электросварке). Регулировочная характеристика генератора показывает, в какое мере следует изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным при изменении тока нагрузки. Таким образом, регулировочная характеристика генератора представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки, снимаемая при постоянном напряжении на зажимах генератора В генераторах независимого и параллельного возбуждения! увеличением тока нагрузки необходимо увеличить ток возбуждения для того, чтобы скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении машины и размагничивающее действие потока реакции якоря для обеспечения постоянства напряжения. В генераторах смешанного возбуждения (нормально возбужденных) напряжение при изменении нагрузки не претерпевает изменений, и, следовательно, необходимость регулирования тока возбуждения отпадает, т. е. регулировочная характеристика в таких генераторах не имеет смысла, так как ток возбуждения постоянен, при изменениях тока нагрузки.

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 11 12 131415 16 Следующая ⇒