Ток возбуждения в генераторе постоянного тока с параллельным возбуждением

Генераторы параллельного возбуждения

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

Схема генератора параллельного возбуждения. Схема изображена на рис. 1.20. Ток якоря IЯ = I + IВ у щеток разветвляется на ток нагрузкиI и ток возбуждения IВ . Обычно ток возбуждения невелик и составляет (0,01-0,05) IЯ.НОМ . Последовательно с обмоткой возбуждения включается реостат RP для регулирования возбуждения. Реостат позволяет изменять ток возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.

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

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

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

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

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

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

Так как Rя « Rв, то уравнение принимает вид:

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

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

Из сказанного вытекают условия, при которых генератор должен возбуждаться:

Ø наличие остаточной намагниченности;

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

Ø сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического;

Ø скорость вращения якоря должна быть выше критической скорости.

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

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

Генераторы параллельного возбуждения

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 21 февраля 2013 .
Категория: Статьи.

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.

Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения

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

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. Eаn, 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.

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 UEа, и характер кривой х. х. х. у генератора с параллельным возбуждением будет таким же, как и у генератора с независимым возбуждением.

Читайте также  Арк генератор как ставить

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 %.

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

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также  Съемник для снятия генератора 150

Если параметры цепи возбуждения подобраны так, что ΣRв < ΣRв.кр , то в точке С обеспечивается устойчивость режима самовозбуждения. При случайном уменьшении тока iв ниже установившегося значения Iв0 или увеличении его свыше Iв0 возникает соответственно положительная или отрицательная разность (е — iв ΣRв ), стремящаяся изменить ток iв так, чтобы он стал снова равным Iв0 . Однако при ΣRв > ΣRв.кр устойчивость режима самовозбуждения нарушается. Если в процессе работы генератора увеличить сопротивление цепи возбуждения ΣRв до значения, большего ΣRв.кр , то его магнитная система размагничивается и ЭДС уменьшается до Еост . Если генератор начал работать при ΣRв > ΣRв.кр , то он не сможет самовозбудиться. Следовательно, условие ΣRв < ΣRв.кр ограничивает возможный диапазон регулирования тока возбуждения генератора и его напряжения. Обычно можно уменьшать напряжение генератора, увеличивая сопротивление ΣRв , лишь до (0,6—0,7)Uном . Внешняя характеристика генератора представляет собой зависимость U = f(Iн ) при n = const и Rв = const (кривая 1, рис. 8.48). Она располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением (кривая 2). Это объясняется тем, что в рассматриваемом генераторе кроме двух причин, вызывающих уменьшение напряжения с ростом

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Схема генератора представлена на рис. 8.8. Якорь генератора приводится во вращение от приводного двигателя (не показан) с частотой вращения п. Цепь обмотки возбуждения генератора подключена параллельно цепи обмотки якоря, поэтому ток возбуждения /в определяется ЭДС якоря Е, т.е. электрическая энергия, необходимая для возбуждения генератора, поступает из цепи якоря машины, а не от независимого источника (как для генератора независимого возбуждения). Пуск генератора осуществляют на холостом ходу, т.е. SA разомкнут. В начале пуска ЭДС якоря Е определяет остаточный магнитный поток, который ее создает. Остаточная ЭДС определяет первоначальный ток возбуждения /в, который с помощью параллельной обмотки возбуждения создает дополнительный магнитный поток генератора, увеличивая общий поток машины.

Схема генератора параллельного возбуждения

Рис. 8.8. Схема генератора параллельного возбуждения

Это в свою очередь увеличивает ЭДС и ток возбуждения, пока не наступит установившийся режим, при котором определенной ЭДС Е* будет соответствовать ток возбуждения /*15 на рис. 8.9, а точка А. Описанный процесс установления установившегося магнитного режима генератора называют процессом самовозбуждения.

Точка установившегося режима генератора (рис. 8.9, а) соответствует пересечению характеристики холостого хода (кривая 1) генератора с параллельным возбуждением и прямой падения напряжения на сопротивлении RB обмотки возбуждения (прямая 2): U* = RBIB, т.е. когда Еон = RBI*Bl (принимаем RJB = 0).

Характеристика холостого хода генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, что и аналогичная характеристика генератора с независимым возбуждением (см. рис.8.7, а).

Самовозбуждение генератора с параллельным возбуждением происходит при следующих необходимых условиях:

Характеристики генератора с параллельным возбуждением

Рис. 8.9. Характеристики генератора с параллельным возбуждением: а — холостого хода; б — внешняя

  • • наличие остаточного магнитного поля машины, характеризуемого потоком остаточного намагничивания (остаточный поток сохраняется в машине, если по обмотке возбуждения хотя бы раз был пропущен ток);
  • • включение параллельной обмотки возбуждения должно быть таким, чтобы создаваемый /в магнитный поток совпадал по направлению с остаточным магнитным потоком;
  • • сопротивление цепи возбуждения генератора Яв должно быть меньше критического Якр, соответствующего прямой 3 (см. рис. 8.9, а), совпадающей с прямолинейным участком характеристики холостого хода Е0 (1В).

Номинальному режиму работы генератора соответствует точка N на рис. 8.9, а, для которой ток возбуждения /в н и напряжение UH на зажимах генератора имеют номинальные значения.

Нагрузку к генератору подключают после окончания процесса самовозбуждения, через 1. 2 с, замыкая коммутатор SA (см. рис. 8.8).

Так как ток возбуждения составляет обычно 1. 5% от номинального тока якоря, то на характеристиках ток нагрузки не отличают от тока якоря, т.е. /я = I.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения U(I) при Яв = const и п = const (рис. 8.9, б, кривая 2) отличается от внешней характеристики генератора независимого возбуждения (кривая 1) более крутым спадом напряжения на зажимах генератора из-за дополнительного уменьшения тока возбуждения при понижении напряжения с ростом тока нагрузки. Снижение напряжения при номинальной нагрузке составляет 10. 18% от ?.

При дальнейшем плавном уменьшении сопротивления нагрузки (увеличении тока Г) снижение напряжения происходит так быстро, что ток нагрузки, достигнув максимального критического значения /кр, самопроизвольно начинает уменьшаться вместе с резким снижением напряжения, достигая установившегося значения /КЗу при напряжении (7=0. Несмотря на внезапное уменьшение напряжения до нуля, ток возбуждения и, следовательно, поток машины не могут исчезнуть сразу, из-за запаса энергии в магнитном поле индуктивности катушки возбуждения. Поэтому в якоре некоторое время существует достаточно большая ЭДС, которая и вызывает бросок тока в цепи якоря. При этом резко увеличивается электромагнитный момент, создающий механические напряжения, опасные для вала и приводного двигателя, усиливается искрение щеток, которое может привести к круговому огню на коллекторе. Внезапное короткое замыкание также опасно для генератора параллельного возбуждения, как и для генератора независимого возбуждения. Поэтому с помощью плавких предохранителей FU (см. рис. 8.8) необходимо быстро отключить цепь якоря, как только ток якоря возрастет до значения (2,0. 2,5)/н.

Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения /в (/ ) при U = const по сравнению с регулировочной характеристикой генератора независимого возбуждения (см. рис. 8.7, в) пойдет круче, так как, чтобы компенсировать значительное снижение напряжения, необходимо увеличить ток возбуждения в большей степени. На рис. 8.7, в эта характеристика показана пунктирной линией. В генераторе параллельного возбуждения напряжение регулируется в узких пределах и без изменения знака. Достоинство таких генераторов — не требуется отдельный источник питания для обмотки возбуждения.

Генераторы с параллельным возбуждением

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

Реостаты возбуждения имеют, как правило, холостые контакты, при помощи которых можно осуществить короткое замыкание обмотки возбуждения «на себя». Это необходимо при отключении обмотки возбуждения. Если выключить обмотку возбуждения путём разрыва её цепи, то исчезающее магнитное поле создаст очень большую ЭДС самоиндукции, способную пробить изоляцию обмотки и вывести генератор из строя. При коротком замыкании обмотки возбуждения при её отключении энергия исчезающего магнитного поля переходит в тепло, не причиняя вреда обмотке возбуждения, так как ЭДС самоиндукции не превысит номинального напряжения на зажимах генератора.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением сам питает свою обмотку возбуждения и не нуждается в постороннем источнике электрической энергии. Самовозбуждение генератора возможно только при наличии остаточного магнетизма в сердечниках электромагнитов, поэтому они изготавливаются из литой стали и после прекращения работы генератора сохраняется остаточный магнетизм. Так как обмотка возбуждения подключена к его зажимам, то в ней при вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС , и по обмотке возбуждения начинает протекать ток. Если обмотка возбуждения включена правильно, так, что её магнитный поток направлен «попутно» с магнитным потоком остаточного магнетизма, то суммарный магнитный поток возрастает, увеличивая ЭДС , магнитный поток и ток возбуждения . Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с , , зависящими от величины сопротивления цепи возбуждения.

Однако процесс нарастания электродвижущей силы генератора (процесс самовозбуждения генератора) не прогрессирует, то есть ЭДС генератора не возрастает неограниченно. Всякий раз рост индуктированной ЭДС генератора ограничен тем или иным пределом. Для этого необходимо рассмотреть характеристику холостого хода генератора.

Характеристика холостого хода генератора постоянного тока с параллельным возбуждением Характеристика холостого хода генератора с параллельным возбуждением

На рисунке приведена характеристика холостого хода генератора с параллельным возбуждением, то есть кривая зависимости напряжения на зажимах от тока возбуждения при постоянном числе оборотов якоря и при постоянном сопротивлении цепи возбуждения .

Одновременно показан график зависимости падения напряжения в цепи возбуждения генератора от тока возбуждения . Эта зависимость линейна, так как , где — полное постоянное сопротивление обмотки возбуждения и реостата возбуждения.

При малых величинах тока возбуждения электродвижущая сила больше падения напряжения в обмотке возбуждения: .

В этом случае генератор питает током свою обмотку возбуждения. Происходит нормальный процесс самовозбуждения, то есть с ростом тока возбуждения растут электродвижущая сила и напряжение на обмотке возбуждения, что в свою очередь влечёт за собой увеличение тока возбуждения . Однако быстрота роста электродвижущей силы и напряжения различна. По мере увеличения тока возбуждения скорость роста ЭДС спадает, а скорость роста напряжения не менятся. При некоторой величине тока возбуждения напряжение становится равным электродвижущей силе :

. При токе возбуждения, равном графики электродвижущей силы и напряжения пересекаются. При дальнейшем росте тока возбуждения графики теоретически должны разойтись, однако в этом случае ЭДС должна стать меньше напряжения , что невозможно, так как напряжение является частью электродвижущей силы и не может быть больше её.

Значение тока возбуждения — это предельная величина его при постоянном числе оборотов и при постоянстве сопротивления цепи возбуждения . Для режима холостого хода генератора: , где — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря.

Угол наклона прямой, выражающей зависимость напряжения на зажмах генератора от тока возбуждения зависит от сопротивления цепи возбуждения и, следовательно, от сопротивления шунтового реостата, имеюшегося в цепи возбуждения. Чем больше это сопротивление, тем круче поднимается прямая зависимости от и тем при меньшем токе возбуждения произойдёт пересечение графиков зависимости и от тока возбуждения .

Процесс самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением длится до тех пор, пока ток возбуждения не достигнет некоторой предельной величины при заданных нормальных оборотах якоря генератора и электродвижущая сила не станет равной своему номинальному значению.

Если обмотка возбуждения генератора подключена неправильно к якорной обмотке, то генератор не возбудится, так как ток возбуждения создаёт магнитный поток, направленный навстречу остаточному магнитному потоку и машина размагнитится.

Затем нужно будет отключить от генератора обмотку возбуждения, правильно подключить её к источнику постоянного тока (аккумулятору), намагнитить и правильно собрать электрическую схему генератора.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Внешняя характеристика: При холостом ходе генератора напряжение на его зажимах максимально . Затем с ростом нагрузки генератора напряжение на его зажимах начинает падать, несколько быстрее, чем у генератора с независимым возбуждением. Это объясняется тем, что напряжение уменьшается не только в результате возрастающего влияния реакции якоря и падения напряжения в якорной обмотке, но и за счёт того, что с уменьшением напряжения на зажимах генератора уменьшается его ток возбуждения и в соответствии с этим снижается ЭДС.

Если происходит уменьшение электрического сопротивления потребителя то, следовательно, происходит увеличение нагрузки . Однако если сопротивление нагрузки станет критически мало, ток генератора достигнет своего критического значения, при котором начнётся резкое снижение напряжения. Как правило, критический ток генератора примерно в 2—2,5 раза больше номинального. В режиме короткого замыкания сопротивление становится равным нулю, ток генератора становится равным току короткого замыкания. Режим короткого замыкания генератору с параллельным возбуждением большой опасности не причиняет, так как при этом резко снижается ЭДС до остаточного значения . Однако переход через режим критического тока сопровождается сильным искрением под щётками коллектора из-за черезмерной перегрузки генератора и поэтому нежелателен.

Регулировочная характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Регулировочной характеристикой генератора с параллельным возбуждением называется зависимость тока возбуждения от нагрузки генератора (тока якоря) при постоянном напряжении и постоянных оборотах . У генераторов последовательного возбуждения ток возбуждения равен току якоря . Поэтому при холостом ходе, когда , наводится остаточная ЭДС .

Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет почти такой же вид, как и для генератора с независимым возбуждением. Эта кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх, вследствие влияния насыщения магнитопровода машины. Однако при одинаковой нагрузке ток в якорной обмотке генератора с параллельным возбуждением больше, чем ток в якорной обмотке генератора с независимым возбуждением, на величину тока возбуждения . Поэтому в генераторе с параллельным возбуждением при всех прочих одинаковых условиях падение напряжения в якорной обмотке генератора и реакция якоря больше, что требует большего тока возбуждения. Регулировочная характеристика поднимается круче, чем у генератора с независимым возбуждением.

Генераторы с параллельным возбуждением не боятся коротких замыканий. При коротком замыкании ток во внешней цепи резко увеличивается, следовательно, возрастает ток в якорной обмотке генератора. В результате резко увеличивается падение напряжения в якорной обмотке, в свою очередь снижается напряжение на зажимах генератора, снижается ток возбуждения, снижается ЭДС генератора и ток в якорной обмотке. Все эти процессы протекают настолько быстро, что кратковременный ток короткого замыкания не успевает прогреть провода якорной обмотки.

Посторонний источник электрической энергии, питающий постоянным током обмотку возбуждения генераторам с параллельным возбуждением не нужен.

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением применяются в технике связи для питания радиоустановок, для питания зарядных агрегатов, в передвижных сварочных аппаратах.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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