Схемы включения обмотки возбуждения генераторов постоянного тока

Генераторы смешанного возбуждения

Генератор смешанного возбуждения имеет параллельную и последовательную обмотки возбуждения, поэтому он совмещает в себе свойства генераторов обоих типов (рисунок 1 г). Обмотки возбуждения могут включаться согласно или встречно. При согласном включении обмоток возбуждения МДС обоих обмоток направлены в одну сторону и при увеличении нагрузки магнитный поток увеличивается. При встречном включении МДС обмоток направлены встречно и результирующий магнитный поток при увеличении нагрузки уменьшается. Как правило, применяется согласное включение обмоток возбуждения, при этом главную роль играет параллельная обмотка возбуждения. Последовательная обмотка предназначена для компенсации МДС реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря при определенной нагрузке. Этим достигается практически постоянное по величине напряжение генератора в определенных пределах изменения тока нагрузки.

Характеристика холостого хода генератора смешанного возбуждения ничем не отличается от характеристики генератора параллельного возбуждения т.к. на холостом ходу ток в последовательной обмотке равен нулю и генератор работает как параллельный.

Нагрузочные характеристики U=f(Iв) при I=const и n=const (рис. 1 ) имеют аналогичный вид, что и у генератора независимого возбуждения. Однако при согласном включении последовательной обмотки нагрузочная характеристика генератора смешанного возбуждения (кривая 2) пойдет выше, чем такая же характеристика генератора независимого или паралельного возбуждения (кривая 3).

Рис.1 – Нагрузочные характеристики генератора смешанного возбуждения

Рис. 1 – Нагрузочные характеристики генератора смешанного возбуждения

При достаточно сильной последовательной обмотке возбуждения нагрузочная характеристика может располагаться выше характеристики холостого хода (кривая 1). В последнем случае действие последовательной обмотки возбуждения можно рассматривать как подмагничивающую реакцию якоря.

Внешняя характеристика U=f(I) при rв=const и n=const (рис. 2). Вид характеристики зависит от числа ампер-витков последовательной обмотки возбуждения.

Рис. 2 – Внешние характеристики генератора смешанного возбуждения

Рис. 2 – Внешние характеристики генератора смешанного возбуждения

При согласном включении можно рассчитать последовательную обмотку так, чтобы напряжение генератора U при токе Iв было равно номинальному напряжению Uн, т.е. в этом режиме МДС последовательной обмотки полностью компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря. Поэтому у такого генератора по мере увеличения тока нагрузки напряжение на зажимах изменяется незначительно (кривая 1).

Для поддержания постоянного напряжения на зажимах приемников электроэнергии необходимо скомпенсировать еще и падение напряжения в линии электропередачи, действие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря. В этом случае усиливают последовательную обмотку и внешняя характеристика такого перекомпаундированного генератора будет иметь вид кривой 2. Если обмотки возбуждения включены встречно, то напряжение генератора при росте нагрузки будет резко падать (кривая 3). Генератор называют в этом случае противокомпаундным. Такое включение используют в сварочных генераторах. Для сравнения на рисунке 2.12 дана характеристика генератора параллельного возбуждения (кривая 4).

Регулировочная характеристика Iв=f(I) при U=const и n=const (рис. 3). Для нормально-компаундированного генератора (кривая 1) ток возбуждения в параллельной обмотке при изменении нагрузки от I=0 до I=Iн должен изменяться незначительно, т.к. размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря компенсируется последовательной обмоткой.

Рис. 3 – Регулировочные характеристики генератора смешанного возбуждения

Рис. 3 – Регулировочные характеристики генератора смешанного возбуждения

В перекомпаундированном генераторе (кривая 2) при росте нагрузки необходимо даже снижать ток возбуждения, т.к. в таком генераторе с ростом нагрузки поток будет увеличиваться за счет увеличения МДС последовательной обмотки.

В противокомпаундном генераторе для поддержания U=const с ростом нагрузки необходимо резко увеличивать ток возбуждения Iв в параллельной обмотке (кривая 3). Для сравнения на рис.3, показана регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения (кривая 4).

Характеристика короткого замыкания. Эта характеристика может быть снята только при питании параллельной обмотки возбуждения от постороннего источника питания и при встречном включении последовательной обмотки, т.к. при согласном включении возникает недопустимо большой ток короткого замыкания. Если затем снять характеристику короткого замыкания с отключенной последовательной обмоткой, то можно определить МДС этой обмотки и теоретически построить характеристику короткого замыкания для случая согласного включения обмоток.

Управление возбуждением двигателей постоянного тока

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого (рис.1), параллельного (рис.2), последовательного (рис.3) и смешанного (рис.4) возбуждения. При параллельном, последовательном и смешанном возбуждении напряжение на обмотке возбуждения зависит от напряжения на обмотке якоря, при независимой системе возбуждения, обмотка возбуждения питается от дополнительного источника постоянного тока и не зависит от режима работы и нагрузки двигателя.

Рис.1 Схема независимого возбуждения

Рис.2 Схема параллельного возбуждения

Рис.3 Схема последовательного возбуждения

Рис.4 Схема смешанного возбуждения

Для регулирования скорости двигателей постоянного тока применяют различные способы.
В общем случае скорость двигателя определяется выражением:

Как видно из выражения (1.1), регулировать скорость двигателя постоянного тока возможно двумя способами:

— Изменением питающего напряжения U

— Изменением магнитного потока машины Ф (изменением тока возбуждения)

Раньше регулирование питающего напряжения встречало трудности связанные с преобразованием напряжения постоянного тока, изменение скорости вращения двигателя осуществлялось с помощью включения в цепь якоря дополнительного регулировочного реостата. Основными недостатками этого метода являются потери в реостате, через который протекает ток полной нагрузки двигателя, неудобство управления.

Наиболее удобным, распространенным и экономичным способом регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока, является изменение магнитного потока машины (изменение тока возбуждения). Экономия связана с тем, что в данном случае управлять можно не большим током якоря, а малым током возбуждения, что уменьшает потери и удешевляет систему управления. Однако этот способ позволяет лишь увеличивать скорость вращения двигателя.

Согласно выражению (1.1), с уменьшением Ф скорость возрастает (рис.5). Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением Ф, т. е. с наименьшей величиной n. При таком регулировании к. п. д. двигателя остается высоким, так как мощность возбуждения мала, и потери при регулировании минимальны. Максимальная скорость вращения в данном случае ограничивается механической прочностью машины и условиями ее коммутации.

Рис.5 Характеристики ДПТ при регулировании тока возбуждения

Современные способы регулирования скорости двигателей постоянного тока

Сегодня основным средством управления двигателями постоянного тока становятся современные тиристорные регуляторы (назовем их “приводы постоянного тока”), их производят множество фирм, специализирующихся на приводной технике (например, Control Techniques, Siemens, Sprint-Electric и т.д.). Современные приводы постоянного тока позволяют управлять не только скоростью вращения двигателя, но и его моментом (например, на линиях намотки). За счет различных интерфейсов обмена сигналами с автоматизированной системой управления, изменять параметры работы двигателя достаточно просто и удобно.

Приводы постоянного тока могут работать как в одном квадранте, так и во всех четырех, при этом изменяя не только ток обмотки якоря, но и ток обмотки возбуждения — многие приводы имеют встроенные “контроллеры поля”, что дает возможность регулировать скорость двигателя в самом широком диапазоне.

Следует отметить, что “ослабление” поля при задании скорости двигателя выше номинальной, привод производит автоматически, контроллер поля представляет собой тот же тиристорный регулятор. Встроенные контроллеры поля имеют приводы Mentor, Mentor MP (Control Techniques), PL, PLX (Sprint-Electric). Остальные модели приводов постоянного тока этих брендов для питания обмотки возбуждения двигателей имеют неуправляемые выпрямители.

Читайте также  Схема установки ремня генератора опель мерива

Номинальный ток контроллеров возбуждения приводов постоянного тока имеют следующие значения:
Sprint-Electric PL, PLX — 8A (для приводов с номинальным током якоря 12-123A), 16A (для приводов с номинальным током якоря 155-330A), 32A (для приводов с номинальным током якоря 430-630A).

Control Techniques Mentor — M25(R) — M210(R) — 8 А, остальные габариты с неуправляемым выпрямителем.
Control Techniques Mentor MP —
MP25Ax(R), MP45Ax(R), MP75Ax(R), MP105Ax(R), MP155Ax(R), MP210Ax(R) — 8А
MP350Ax(R), MP420Ax(R), MP550Ax(R), MP700Ax(R), MP825Ax(R), MP900Ax(R) — 10A
MP1200Ax(R), MP1850Ax(R) — 20А.

Для токов обмотки возбуждения имеющих значение свыше 8А, Control Techniques предлагает внешние контроллеры поля, которые связываются с приводом постоянного тока по цифровой шине — это контроллеры FXM-5 (до 90А) и FXMP-25 (до 25А).

На практике часто встречаются двигатели с низковольтными обмотками возбуждения с большими токами. В данном случае, для изменения тока можно применить приводы постоянного тока, при этом вместо обмотки якоря подключить обмотку возбуждения. Это может быть любой аналоговый или цифровой привод постоянного тока. При использовании в качестве регуляторов поля простых аналоговых преобразователей Sprint-Electric (модели 340, 680, 1220, 340i, 680i, 1220i, 370, 370E, 400E, 800E, 1200E, 400, 800, 1200, 400i, 1600i, 3200i, SL, SLE), производитель рекомендует настраивать их в режим управления моментом.
Привод Mentor MP (Control Techniques) имеет для этого специальный режим.

Исследование электрических машин постоянного и переменного тока: Методические указания к лабораторным работам , страница 17

Из этого следует, что характеристика холостого хода имеет большое значение для оценки свойств генератора.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах якоря от тока якоря при неизменном токе возбуждения и частоте вращения якоря

Для снятия внешней характеристики устанавливают номинальное значение напряжения при холостом ходе генератора (). Затем генератор постепенно нагружают до значения тока якоря , снимая при этом 5 – 7 точек. При записи каждой точки необходимо проверить постоянство частоты вращения якоря и тока возбуждения. Результаты записывают в табл.25.

На рис.3 показана внешняя характеристика генератора независимого возбуждения, из которой видно, что с ростом нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается. Анализ внешних характеристик необходимо проводить на основании уравнения:

Напряжение на зажимах генератора независимого возбуждения уменьшается из – за увеличения падения напряжения в обмотке якоря генератора при увеличении тока якоря (). Кроме того, происходит некоторое уменьшение магнитного потока (Ф) из–за размагничивающего действия реакции якоря при насыщенной магнитной системе генератора.

Относительное падение напряжения при нагрузке определяется

где — напряжение при номинальном токе якоря генератора.

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость тока возбуждения от тока якоря при поддержании номинального напряжения и номинальной частоты вращения якоря

Снятие регулировочной характеристики производится при возрастании нагрузки генератора от до . Записывают показания приборов, как генератора, так и двигателя. Результаты заносят в табл.26.

Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения представлена на рис.4.

Относительное увеличение тока возбуждения при номинальном токе якоря определяется ,

где — ток возбуждения при холостом ходе;

— ток возбуждения при номинальном токе якоря.

Коэффициент полезного действия агрегата определяется

где — мощность, потребляемая двигателем из сети;

— полезная мощность генератора.

В лабораторных условиях приводной двигатель и испытуемый генератор являются машинами одного типа, поэтому их КПД принимаем равным, тогда КПД генератора можно определить

Параллельное возбуждение

Испытания генератора при параллельном возбуждении проводят по схеме, представленной на рис. 5.

Перед началом испытания необходимо проверить возможность самовозбуждения генератора. При этом надо исходить из условий самовозбуждения:

а) наличия остаточного магнетизма;

б) поток, создаваемый током возбуждения, должен совпадать по направлению с потоком остаточного магнетизма;

в) сопротивление в цепи возбуждения должно быть меньше критического.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах якоря от тока якоря при постоянном значении частоты вращения якоря и величины сопротивления в цепи возбуждения

Снятие внешней характеристики осуществляется аналогично опыту для генератора независимого возбуждения. Опыт заканчивается коротким замыканием обмотки якоря генератора. Опытные данные записываются в табл. 25.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения изображена на рис. 6.

Смешанное возбуждение

Испытания проводятся по схеме, изображенной на рис.7.

Предварительно производят проверку включения обмоток возбуждения. Если при нагрузке напряжение на зажимах якоря изменяется незначительно, то обмотки возбуждения включены согласно; если же при нагрузке напряжение начинает заметно уменьшаться, то обмотки включены встречно.

Снимают внешние характеристики при согласном и встречном включении обмоток возбуждения. Порядок проведения опытов аналогичен опыту при независимом и параллельном возбуждении генератора. Опытные данные записывают в табл.25.

На рис.8 представлены внешние характеристики генератора смешанного возбуждения. Кривая 1 соответствует согласному включению обмоток возбуждения, а кривая 2 – встречному включению обмоток возбуждения.

Содержание отчета

1. Паспортные данные генератора и двигателя, также электроизмерительных приборов;

2. Схемы, по которым проводились опыты;

3. Характеристика холостого хода;

4. Регулировочная характеристика;

5. Внешние характеристики, построенные на одном графике;

6. Зависимость КПД генератора от тока якоря;

7. Выводы по работе.

Вопросы для самоконтроля

1. Какова классификация генераторов постоянного тока по типу возбуждения.

2. При каком включении обмоток возбуждения генератор постоянного тока работает в режиме самовозбуждения.

3. Назовите причины изменения напряжения на зажимах генератора постоянного тока при изменении тока нагрузки при независимом возбуждении.

4. Перечислите условия самовозбуждения.

5. Назовите причины изменения напряжения на зажимах генератора постоянного тока параллельного возбуждения при его работе в режиме внешней характеристики.

6. Отличается ли регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения от регулировочной характеристики генератора параллельного возбуждения? Если не отличается, то почему?

7. Чем определяется величина тока к.з. генератора постоянного тока при параллельном возбуждении.

Основные характеристики режимов работы

Якорь генератора приводят во вращение с практически постоянной скоростью. Рабочие свойства и особенности генераторов принято анализировать с помощью графиков – характеристик, которые можно снять экспериментально или рассчитать. Основной рабочей характеристикой генератора является внешняя характеристика, представляющая собой зависимость напряжения на зажимах якоря (или нагрузки) от тока нагрузки при нерегулируемой цепи возбуждения. Вспомогательной является регулировочная характеристика, показывающая, как надо регулировать ток возбуждения генератора в зависимости от тока нагрузки, чтобы напряжение оставалось постоянным. Связь между э. д. с. якоря и током возбуждения при постоянной скорости вращения дается характеристикой холостого хода.

Генератор постоянного тока (ГПТ) независимого возбуждения

На рис. 1 приведена схема ГПТ независимого возбуждения, позволяющая снять все его характеристики.

Рис. 1 Схема генератора постоянного тока независимого возбуждения

Если реостат возбуждения включить по схеме потенциометра со средней точкой (рис. 1), то можно изменять не только величину, но и направление тока в обмотке возбуждения и тем самым изменять знак э. д. с. якоря.

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

Рис. 2 Характеристика холостого хода генератора

Внешнюю характеристику U(I) снимают при Ω = Ωн = const и rв = const, что для рассматриваемого генератора соответствует Iв = const.

Читайте также  Вся схема трансмиссии ваз 2107

Внешняя характеристика (рис. 3) показывает, что напряжение на зажимах нерегулируемого генератора при увеличении тока нагрузки понижается. Это происходит из-за увеличения падения напряжения на внутренних сопротивлениях цепи якоря:

В сопротивление цепи якоря rя машины входит не только внутреннее сопротивление обмотки якоря, но и скользящих контактов между коллектором и щетками и последовательно соединенных специальных обмоток (например, обмотки дополнительных полюсов, компенсационной и др.).

Внешняя характеристика имела бы вид прямой, если бы э. д. с. E при нагрузке не изменялась. Но при нагрузках, больших номинальной, результирующий поток возбуждения и, следовательно, э. д. с. якоря уменьшаются вследствие поперечной реакции якоря.

При номинальной нагрузке напряжение генератора на 8÷10% меньше напряжения холостого хода.

При уменьшении сопротивления нагрузки до нуля машина переходит в режим короткого замыкания; при этом ток в якоре может достичь очень большого значения (3) Iку = Е/rя, опасного для целости обмотки, коллектора и щеток.

Рис. 3 Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения

Электрическую машину защищают от коротких замыканий и перегрузок быстродействующими устройствами защиты, отключающими цепь через 0,01÷0,05 с при токе выше допустимого.

Величину кратковременно допустимого тока, равного обычно (2÷2,5)·Iн, определяют из соображений безопасного для машины искрения щеток и нагрева.

Для поддержания постоянства напряжения генератора необходимо регулировать ток возбуждения, изменяя тем самым величину э. д. с. E.

Регулировочная характеристика, т. е. зависимость тока возбуждения от тока нагрузки Iв(I) при U = const и Ω = const, дана на рис. 4.

Рис. 4 Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

Необходимость отдельного источника питания обмотки возбуждения в ряде случаев является недостатком генераторов независимого возбуждения. Поэтому чаще применяют самовозбуждающиеся генераторы.

Генератор постоянного тока

Такая машина предназначена для генерации постоянного тока с применением перемещения проводника в магнитном поле. В данной статье рассмотрены физические принципы работы, конструкторские схемы, расчёт и сфера применения этого устройства.

Генератор

Промышленный генератор постоянного тока

Генерация электроэнергии

На рисунке ниже изображён простейший опыт, который помогает понять принцип действия генератора.

Схема

Образование тока при движении проводника

Если переместить проводник в пространстве так, чтобы он пересекал линии магнитного поля, то в нём образуется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление называют индукцией. При замыкании свободных концов в цепи будет течь ток, который можно использовать для питания лампы накаливания, или другой полезной нагрузки.

На рисунке изображена правая рука с отогнутым в сторону перемещения проводника большим пальцем. Этот простой способ используют для наглядного определения направления тока в цепи.

Для получения необходимого результата допустимо передвижение, как проводника, так и магнита.

По указанной выше схеме действующую машину создать не получится. Но следующий вариант вполне применим на практике.

Схема

Схема устройства и ЭДС на выходе

На рисунке изображена рамка, вращающаяся в магнитном поле (направление силовых линии обозначены стрелкой «В»). Съёмники энергии – это специальные щётки. Рамка присоединена к половинам колец (коллекторам), разъединённым электрически с помощью особых изолирующих вставок. На выходе этого устройства электродинамическая сила будет изменяться в соответствии с приведённым графиком. Её величину определяет расчёт на основе следующей формулы:

В – это поток созданного магнитного поля в Вб;

n – количество полных оборотов рамки за одну секунду.

Из формулы понятно, что получить больше электроэнергии можно двумя способами. Для этого надо увеличить скорость вращения либо повысить силу магнитного поля.

Уменьшение пульсации

На графике, который изображён выше, указан уровень еср. Если бы удалось стабилизировать ЭДС генератора на соответствующем значении, был бы получен нужный результат. Как такая задача решается на практике, видно из следующего рисунка.

Схема

Сглаживание электромагнитных колебаний с помощью нескольких рамок

Выходные электрические параметры этой машины далеки от идеала. Но ясно, что последовательное увеличение количества рамок позволит получить достаточно равномерный верхний уровень. Позитивное влияние в этом случае будут оказывать переходные процессы и взаимодействие электромагнитных полей, ведь приведённые графики иллюстрируют только примерные данные. Но даже в таком варианте ЭДС генератора на выходе будет изменяться не на всю амплитуду, а лишь на величину от Еmin до Еmax.

Увеличение количества рамок (витков обмоток генератора) и коллекторов поможет сгладить колебания на выходе.

Опытным путём можно подтвердить, что применение 20-22-х коллекторные конструкции позволят снизить пульсации ЭДС до 1-0,9%. Такие изменения на выходе генератора вполне приемлемы для решения многих практических задач.

Особенности работы генератора

Выше было отмечено улучшение качества электрических параметров при увеличении числа витков в обмотках. Но такое решение позволит получить ещё один положительный эффект. С его помощью увеличивают индуцируемую ЭДС на выходе в расчёте на один оборот ротора. Такой приём используют для того, чтобы генератор постоянного тока выполнял свои функции с высоким коэффициентом полезного действия.

С целью дальнейшего улучшения работы машины, конструкторы изучили возможности постоянных магнитов. Они способны выполнять свои полезные функции в автономном режиме без подключения к внешнему источнику энергии. Однако более сильное поле с помощью таких решений создать невозможно. Необходимый результат могут обеспечить только электромагниты.

Точный расчёт в этом случае будет сделать проще.

Выше были рассмотрены «идеальные» ситуации. Но при реализации конкретных проектов возникали разные затруднения. Например, необходимо было найти материал, который обеспечит хорошую электрическую проводимость, но одновременно не будет провоцировать ускоренный износ поверхности коллектора. Решение известно – это графитовые стержни, которые прижимаются с помощью пружин. Такие изделия сами постепенно истираются. Поэтому необходим определённый запас щёток для своевременной замены.

Для описания другой проблемы нужно пояснить некоторые процессы при вращении ротора в магнитном поле. Необходимо привести определения следующих базовых понятий:

  • геометрической нейтралью называют линию, которая проведена на равном расстоянии от северного и южного полюса;
  • физической называют такую линию, которая условно разделяет области воздействия полей, создаваемые электрической машиной.

В статическом положении эти линии совпадают. Но при начале вращения геометрическая – остаётся на своём месте, а физическая – отклоняется на определённый угол. Определённое влияние на этот процесс оказывает индуцированный ток, который индуцирует якорь. Суммарное воздействие всех полей ещё больше увеличивает угол смещения нейтрали (в сторону вращения ротора).

Чтобы максимально усилить эффективность генерации, графитовые стержни должны соприкасаться в месте выхода условной физической линии из коллектора.

Для этого точку прижима щёток смещают относительно геометрической центральной оси. При отклонении возникают электрические потери, образуются искры, которые попадают на коллекторные пластины. В такой ситуации появляющаяся окалина ухудшает проводимость, что ещё более снижает КПД установки.

Понятно, что в реальных условиях, когда нагрузка на выходе генератора изменяется, пришлось бы постоянно выполнять коррекцию положения щёток. Никакой расчёт в этом случае не поможет, ведь механическое перемещение щёток было бы слишком сложным. Чтобы исключить подобные вредные влияния устанавливают дополнительные полюсы. С их помощью создают магнитное поле. Оно компенсирует искажения, которые вносит якорь. Эти же части конструкции выполняют ещё одну важную функцию. При правильной настройке они нейтрализуют броски, при изменении направления тока в каждый момент, когда якорь переходит через нейтраль.

Читайте также  Кинематическая схема трансмиссии маз

Схемы электрических машин

Генераторы постоянного тока создают, со следующими схемами, обмоток возбуждения:

  • независимой;
  • последовательной;
  • параллельной;
  • смешанной.

Каждый из способов работы генератора имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Принцип независимого возбуждения понятен из названия. В этом случае напряжение питания подаётся от внешнего источника. Это может быть аккумуляторная батарея либо отдельный генератор, выполняющий вспомогательные функции.

Ток в такой обмотке достигает сравнительно небольших величин. Как правило, он не превышает 5-6% от генерируемого тока.

Чтобы изменять создаваемое обмоткой магнитное поле в цепь питания вставляют регулируемое сопротивление.

В некоторых типовых схемах используют изменение напряжения Uв.

Схема

Независимое возбуждение обмотки электрического генератора постоянного тока

Чтобы понять, как работает машина, и определить оптимальный алгоритм настройки, надо измерить электрические параметры в режиме холостого хода. Он отличается отсутствием нагрузки в выходной цепи. Поэтому соответствующие влияния можно не принимать в расчёт. В таком состоянии напряжение, создаваемое генератором, будет равно ЭДС. На следующем рисунке в части а) приведён примерный график.

Графики

Графики электрических параметров генератора постоянно тока с независимым возбуждением обмотки

В этом эксперименте якорь вращается с неизменной скоростью (n1), поэтому только ток в обмотке возбуждения определял величину магнитного поля и, соответственно, ЭДС на выходе. Восходящий участок графика (1) показывает изменение напряжения на выходе при увеличении тока в обмотке. Нисходящий (2) – обратное действие при уменьшении тока. На нижнем графике приведены значения, которые были получены при снижении скорости вращения.

В части б) размещён график, иллюстрирующий изменение напряжения при разных нагрузках. Здесь постоянными были скорость вращения ротора и ток в обмотке возбуждения. Падение U объясняется снижением ЭДС, которое происходит из-за паразитного действия магнитного потока, создаваемый якорем, а также падением напряжения в его цепи.

Третий график (в) поясняет принципы регулировки генератора. Видно, что коррекции тока в обмотке возбуждения позволяют поддерживать напряжение на одном уровне при изменениях в цепи нагрузки.

На основании полученных результатов измерений и общего анализа можно сделать следующие выводы:

  • Внешнее возбуждение пригодно для регулировок напряжения генератора в широком диапазоне простыми методами. Для изменения напряжения в обмотке подойдёт элементарный расчёт.
  • Такая конструкция характеризуется относительно небольшим трансформированием производительности при изменении параметров нагрузки.
  • Необходим внешний источник питания. Это усложняет устройство и несколько снижает общую надёжность.

На следующих рисунках приведены принципиальные схемы генераторов с последовательной, параллельной и смешанной схемой обмотки возбуждения.

Схемы

Принципиальные схемы генераторов обмотки возбуждения: а) последовательного, б) параллельного, в) смешанного типа

Особенности схем

Вид схемы Особенности Применение
Последовательная Очень малое напряжение в режиме холостого хода, сильная зависимость от параметров нагрузки. Для генерации энергии такая схема не подходит. Её используют для создания машин, в которых торможение выполняется с применением реостатных методик.
Параллельная Подключение нагрузки осуществляется только после достижения номинального значения выходного напряжения. Эта схема подходит для создания генераторов, которые вырабатывают электроэнергию для заряда аккумуляторных батарей.
Смешанная Низкое влияние изменения параметров нагрузки на выходное напряжение. Требуется точный расчёт компонентов схемы, чтобы получить хороший результат. Такие решения применяют в сварочных аппаратах, где для работы устройство использует режим короткого замыкания.

Устройство генератора и расчёт

Устройства этого типа вытесняются аналогичными установками переменного тока, которые менее критичны к нагрузкам, обладают хорошими эксплуатационными характеристиками. Расчёт промышленного генератора выполняется специализированным конструкторским бюро.

На следующем рисунке приведена конструкция типичного генератора.

Конструкция

Конструкция генератора постоянного тока в разрезе

Использованы следующие обозначения:

  • 1, 2 – сердечник и катушка основного полюса;
  • 3 – наконечник;
  • 4, 5 – сердечник и катушка добавочного полюса;
  • 6 – станина;
  • 7 – ярмо;
  • 8 – подшипник;
  • 9, 11 – сердечник и обмотка якоря;
  • 10 – вентилятор;
  • 12 – коллектор;
  • 13 – щёточный палец.

Видео. Модель генератора постоянного тока

Самостоятельный расчёт и создание генератора постоянного тока своими руками вряд ли целесообразны. При необходимости не будет трудно найти и приобрести устройство с нужными параметрами. Конструкция его слишком сложна для качественного воспроизведения в домашних условиях.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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