Основні визначення та поняття

Обертаючись в магнітному полі кожний провідник обмотки сис­тематично переходить із зони одного полюса в зону другого. ЕРС і струм провідника змінюється як за величиною так і за напрямком, а секції, що складається цими провідниками замикаються накоротко щітками.

Явище, пов'язане з переключенням секцій обмотки з однієї паралельної гілки в іншу, та зміною напрямку струму в них зветь­ся комутація.

Розглянемо процес комутації на прикладі ППО (рис.6.1).

До початку комутації (рис.6.1,а) через щітку проходить струм

І_а=І₁=І_аа+І_аа=2×І_аа.

 

 

    а)                                    б)                                      в)

 

 

а) до початку комутації; б) під час комутації; в) після комутації секції 1

Рисунок 6.1. – Процес комутації

 

Струм секції 1: І=І_аа=І₁. В процесі комутації (рис.6.1,б) колекторні пластини 1 і 2 вступають в контакт зі щіткою. Секція 1 замкнена накоротко. Струм якоря І_а=І₁+І₂ =2×І_аа повинен бути незмінним, тобто за період комутації Т_к – сума струмів І₁+І₂ –  постійна. Струм секції 1 і за час Т_к невизначений (поки що!). Після комутації струм секції  І=І_аа, але протилежний за напрямком. В наслідок комутації напрямок струму змінюється на протилежний, а його значення - на 2×І_аа. Період комутації (в сталому режимі) визначається виразом

 

Рівняння струму комутуючої секції

 

На підставі законів Кірхгофа знайдемо струм і секції 1 в процесі комутації: маємо три рівняння і три невідомих струми: і; І₁, І₂.

,

тут R₁ та R₂ - опори щіточного контакту пластин 1 та 2.

(І_аа+і) R₁-(І_аа-і) R₂=Sl.

Звідки  

Як випливає з рис.6.2 струм і є функція часу за період  Т_к. Функціями часу в виразі i(t) мають бути S l, та опори R₁ та R₂.  Аналітичні вирази R₁(t) та R₂(t) не існують. Але класична теорія комутації вважає, що R₁ та R₂ визнача­ються тільки площею безпосереднього контакту між щіткою і колекторною пластиною, тобто R₁ пропорційний обернено площі S₁, a  R₂ – відповідно S₂ за умови рівномірного обертання S₂ зростає, а S₁ зменшується за час t в межах (0£ t£Т_к), тут S₂=в_щl_щt/Т_к, S₁=в_щl_щ .

Якщо взяти відношення:

то рівняння i(t) матиме наступний явний вигляд:

Рисунок 6.2 – Струм комутую­чої секції

 

або заключно:

 

Лінійна комутація

Якщо сума ЕРС Sl дорівнює нулю, то струм – змінюється в часі лінійно, а саме:

а) t=0; i=I_aa; б) t=0,5 T_K; i=0; в) t=T_K; і=-І_аа.  Деякі висновки з рис.6.3:

1) a₁=a₂; 2) tga₁=I₁/(T_K-t); 3) tga₂=I₂/t./

Визначимо густину струму під набігаючим краєм щітки

або

Густина струму під збігаючим краєм щітки

тут

t

Рисунок 6.3 – Графік лінійної комутації

 

Тому будемо мати рівність: D₁=D₂ – жодна частина щіт­ки не перевантажується. За та­кої умови комутація буде прак­тично безіскрова.

ПРИМІТКА: фактично опори R₁ та R₂ включають в свою величи­ну також опір секції R_с та опір провідників, що з'єднують секцію з колектором R_п. З ура­хуванням цих опорів комутація стає криволінійна і a¢₁>a₁, a¢₂>a₂. Зростання опору секції підвищує густину струму як на початку комутації, так і в кінці, і тому можливе іскріння під обома краями щіток (мікромашини постійного струму).

 

Нелінійна комутація

 

6.4.1 Сповільнена комутація

У всіх положеннях щітки на колекторних пластинах 1 і 2, тоб­то, 0£t£Тк, секція 1 замкнена накоротко і в ній ін­дукуються наступні EРС:

1. ЕРС обертання, якщо в зоні комутації (по осі q-q МПС) є магнітний потік l _об=В_dql¢V_a.

 2. ЕРС самоіндукції

тут Lс - індуктивність самоіндукції комутуючої секції.

Наявність l _L зі зміною струму від (+І_aа) до (-І_aа) неминуча.

3. ЕРС взаємоіндукції:

 де М_с – взаємна індуктивність секції 1 з іншими, що знахо­дяться в одному з нею пазу і приймають участь у процесі ко­мутації. Це можливо тільки за умови якщо в_щ>в_к. Тоді комутують одночасно кілька секцій, впливаючи одна на одну завдяки взаємоіндукції.

4. Трансформаторна ЕРС:

має місце тільки зі зміною основного потоку. Сума ЕРС l _L та l _M об'єднуються загальною назвою реактивна ЕРС

l _p= l _L+ l _M, a S l = l _p+ l _TP+ l _об.

Згідно з законом Ленца l _p створює додатковий струм, що за­тримує спадання струму в секції (або підвищення його після зміни напрямку). Таким чином, l _p сповільнює процес комутації, затри­муючи перехід струму і через нуль. Як результат і=0 в момент часу з рис.6.4 слід відзначити, що сповільнена комутація порушує однаковість ку­тів a₁ та a₂: a₁ >>a₂, тобтоD₁>>D₂. Підвищена густина струму D₁   під збі­гаючим краєм щітки несприятли­во впливає на процес комутації (іскріння в момент розриву ко­роткого замикання секції).

ЗАУВАЖЕННЯ: якщо врахувати також те, що секції обертаються в зоні потоку поперечної реакції якоря, то в них індукуються ЕРС оберта­ння l _об. Як відомо l _об співпадає по напрямку з струмом ідо початку комутації та в першій його фазі , внаслі­док чого комутація ще більш затримується.

 

 

Рисунок 6.4 – Сповільнена комутація

 

6.4.2 Прискорена комутація

Реактивна ЕРС l _р, що є найбільш суттєва причина сповіль­неної комутації знаходиться наступним чином

тут реактивна повна індуктивність секції:

після перетворень будемо мати:

Тут

Середнє значення пропорційне кілько­сті витків секції, довжині секції, лінійній швидкості якоря та лінійному навантаженню. Для компенсації реактивної ЕРС треба ство­рити по осі q-q МПС магнітне поле, що індукуватиме ЕРС l _к зустрічного напрямку щодо l _р.Тоді

S l = l _p+ l _об- l _К.

Можливі варіанти:

– S l =0; l _p+ l _об= l _К – лінійна комутація, l _об»0;

– S l <0; | l _К |>| l _p+ l _об| - прискорена комутація (рис.6.5).

Рисунок 6.5 – Прискорена комутація

 

Прискорена комутація характерна тим, що:

a₂>a₁ і D₂>D₁.

За умови, коли l _К>> l _p (перекомпенсація), густина струму D₂ набігаючого краю щітки значно зростає, що провокує сильне іс­кріння в момент замикання сек­ції. Практично комутацію регу­люють таким чином (за допомогою додаткових полюсів), щоб вона була дещо прискорена у всіх без винятку генераторів.

 

6.4.3 Вплив струмів комутації на потік МПС

 

Якщо щітки на геометричній нейтралі та у₁=t, та вісь сек­ції співпадає з віссю d-d в момент комутації. На початку комутації струм К.З. секції i має напрямок струму І_аа і створює пов­здовжню розмагнічуючу реакцію якоря. В кінці комутації - зміна напрямку струму і, реакція якоря розмагнічуюча.

За умови лінійної комутації і=0 в момент t=0,5 Тк, то­му розмагнічуюча дія спочатку і підмагнічуюча в кінці взаємно ком­пенсується. Якщо має місце сповільнена комутація і=0 для t >0,5 Тк, в цьому випадку переважає розмагнічуюча дія.

За прискореної комутації крива струму переходить через нуль в момент t <0,5 Тк і підмагнічуюча дія буде переважаючою тим більш, чим менш t. В режимі двигуна дія комутаційної реак­ції якоря буде протилежна.

 

6.4.4 Причини іскріння

Процес комутації часто супроводжується іскрінням на колектор­і. Дуже сильне іскріння може перейти в "круговий вогонь" вздовж кола колектора, в результаті чого виникає електрична дуга і коротке замикання між щітками.

Іскріння може бути і механічного походження: в наслідок вібрації, зміни геометричної форми колектора (еліпсність), пога­не стягування пластин, шерсткість поверхні та виступання слюдяних прокладок над пластинами. А також, причина може бути із-за непра­вильного вибору щіток, та слабке (або навпаки дуже сильне) натис­кання їх на колектор.

Іскріння може бути пов'язана з комутацією, а також з нерів­номірним розподілом напруги між колекторними пластинами. Комута­ція буде найбільш сприятлива, якщо найбільша величина різниці напруги U_K.max не перевищує 25 — 28 В для МПС великої потужно­сті, для малих машин - 50- 60 В.

З метою усунення пов'язаного з комутацією іскріння необхід­но зменшити (або зкомпенсувати) реактивну ЕРС   l _а. Згідно з формулою для l _а зменшити реактивну ЕРС слідуючими засобами:

-   кількість витків W_свсекції слід брати найменшим. Однак, це не завжди можливо, тому що маючи мале W_стреба збільшува­ти кількість секцій S, а також кількість пластин K, як результат, діаметр колектора збільшується;

- треба, щоб одночасно в процесі комутації знаходилась найменша кількість секцій. Тоді треба мати ширину щітки близьку до ши­рини пластини, але, разом з цим, довжина колектора занадто збільшується. Тому практично: в_щ=(1,5...3)в_к;

- слід вибирати малу лінійну швидкість V_к, але це не бажано, тому що тихохідні машини мають дуже великі масогабаритні показ­ники;

- треба вибирати щітки з підвищеним  значенням опорів R₁ та R₂, однак жорсткі щітки ведуть до підвищення зношування колектора.

Таким чином кожний засіб має обмежений ступінь використання, інакше він визиває небажані явища.

Найкращим засобом компенсації l _p є створення в зоні кому­тації магнітного поля, що створює в комутуючій секції EРС l _k протилежного напрямку.

Тоді S l = l _p- l _К.

Щоб потік був саме компенсуючим необхідно полярність додаткових полюсів підбирати таким чином: у генератора; N-S_д-S-N_д і т.д.; у двигуна: N- N_д-S-S_д. В цьому випадку результуюче поле МПС створюється сумісною дією МРС F_зб полюсів, МРС F_a якоря та МРС F_ддодаткових полюсів (рис.6.6). З порівняння видно, що рис.6.6 МРС F_дта F_aнаправлені зустріч­но. Щоб комутація була задовільна треба l _k зрівняти з l _p тобто

l _k ³ l _р;

l _k=В_К× l _д×V_al(2W_C);        

l _р=А× l _і×V_al(2W_C).

Звідки; В_к= , або В_к=С_К×А. З метою збереження С_К×=сonst, треба зазор d_д під додатковими полюсами брати більш ніж d. Індукцію в осерді додаткового полюса ма­ти не більше 0,8...1 Тл (І_а=І_ан), тоді l=(4...8)×10^-6 Гн/м.

 Забезпечення автоматичної компенсації ЕРС l _p і реакції якої в зоні комутації зі зміною навантаження здійснюється послідовним включенням обмотки додаткових полюсів з обмоткою якоря. Дослідна перевірка правильності вибору кількості витків W_К полюсів та зазору під ними виконується побудовою, так званих, кривих піджив­лення додаткових полюсів [1,2].

 

Контрольні питання до теми 6

1. Яке фізичне явище зветься комутацією?

2. В яких межах змінюється струм комутуючої секції?

3. Як складається рівняння струму секції?

4. Що таке лінійна комутація? Умови існування її?

5. Затримана комутація – причини і дія її?

6. Прискорена комутація і як її отримують?

7. Причини іскріння під щітками?

8. Способи покращення комутації.

 

Рисунок 6.6 – Розподіл МРС і крива результуючого поля генератора з додатковими полюсами

 

 

ГЕНЕРАТОРИ

Загальні положення

 

Генератори постійного струму (ГПС) як перетворювачі механічної енергії в електричну, бувають з незалежним збудженням та самозбудженням.

Останні можуть розподілятись на: а) генератори паралельного збудження (шунтові); б) послідовного (серієсні); та в) змішаного збудження (компаундні). Принципові електричні схеми генераторів (рис.7.1) відрізняються досить суттєво одна від одної.

МРС двообмоточного генератора (рис.7.1,г) можуть відніма­тися або складатися, підсилюючи поле. Для всіх схем потужність збудження дорівнює 1..3% від Р_н. Якщо генератор обертається з постійною швидкістю і до зажимів (Я₁, Я₂)  підключено опір навантаження то завдяки дії ЕРС якоря Е з'явиться струм І:  звідки маємо рівняння рівноваги напруг генератора (рис.7.1,а)

.

де =1 В на одну щітку з графіту, та =0,5 В – мідно-графітна щітка.

   І=І_ан – номінальне навантаження.

а) незалежного збудження, І=І_а; б)  шунтового збудження, І=І_а-І_зб;

в)  серієсного збудження, І=І_а=І_зб; 

г)  компаундного збудження, І=І_зб1= І_а-І_зб2

 

Рисунок 7.1 – Принципові електричні схеми генераторів

 

Тобто для генераторного режиму МПС: . Перет­ворення енергії в ГПС краще всього пояснюється енергетичною ді­аграмою (рис.7.2).

 

 

Рисунок 7.2 – Енергетична діаграма ГПН

 

Р₁ – первинна потужність; р_мех – механічні втрати; Р_ст – втрати в сталі; р_м+р_щ – втрати в міді і щітках.  

Якщо рівняння ЕРС генерато­ра помножити на струм І, то:

І×Е=(V+Ir_a+DV_щ);

Р_а=Р₂+р_М+р_щ=Р₂+Р_ел.

Електромагнітна потужність Р_а=Е×І є основна ланка, що зв'язує підведену потужність Р₁ і корисну потужність Р₂=V×І. Потужність Р_а пов'язана з електромагнітним моментом відомим виразом з теоретичної механіки:

Р_а=wM,

тут    w – кругова частота обертання генератора (w=pn/30).

Звідки М дорівнює

.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) як завжди 

 

7.2 Характеристики генераторів

 

Система збудження генераторів визначає їх властивості, котрі простіше за все визначаються графічно в вигляді характери­стик, які встановлюють залежності між основними електричними ве­личинами:

1) напруга генератора V;

2) струм збудження I_зб;

3)струм якоря І_а;

4) швидкість обертання w.

Але вважається, що швидкість обертання w=const, тому всі характеристики знімають за цією умовою. Основні характеристики слідуючі: 1. Навантажувальна – U =f(І_зб);  w=const; I=const.

В окремому випадку I=0 ми маємо характеристику холостого ходу (XX): E=f(І_зб);  w=const; I=0.    

2. Зовнішня характеристика: U =f(І_а);  w=const; І_зб=const

3. Регулювальна характеристика: І_зб=f(І_а);  w=const; U =const. Визначає, як регулювати І_зб, щоб напруга U нt мінялась зі зміною струму І_а.

В окремому випадку, коли U=0, регулювальна характеристика перетворюється в характеристику короткого замикання (КЗ): І_кз=f(І_зб);  w=const; U =0.

 

7.3 Характеристики генератора незалежного збудження

7.3.1 Характеристика холостого ходу

 

Незалежне збудження використовується дуже часто для живлення ГПС для регулювання систем електроприводу (система Леонарда). Характеристика  Е=f(І_зб);  w=const; І_а=І=0,  в деякому масштабі повторює характеристику намагнічування машини, тому що

U₀=Е=КФw=КеФ.

Рисунок 7.3 – Схема досліду ХХ

 

Вона також дозволяє оцінити ступінь насичення магнітної системи. Точка N по середині "коліна" теоре­тичної ХХХ (слабо насичена зона) виби­рається тому, що робота ГПС в глибокій зоні насичення обмежує регулювальні можливості генератора. Прямолінійна частина ХХХ дає нестійку роботу гене­ратора. Коли І_зб=0, Е=Е_ост, тому що Ф_ост=(1...3)%Ф_н (рис.7.4).

 

Рисунок 7.4 – Характеристика XX

 

7.3.2 Навантажувальна характеристика

 

Залежність U =f(І_зб);  w=const; I_а=const. Напруга U завжди менше ЕРС Е із-за падіння напруги R_аI_a. їх вплив оцінюється навантажувальною характеристикою. Характеристичний трикутник DАВС, (у якого ВС – внутрішнє падіння напруги в генераторі; АВ - вплив реакції якоря) дозволяє оцінити як реакцію якоря, так і вплив R_аI, а також побудува­ти зовнішню та регулювальну характеристики ГПС.

DАВС будується слідуючим чином:

1. Будується ХХХ та навантажувальна характеристики (рис.7.5).

 

 

Рисунок 7.5 – Побудова DАВС

 

2. Вибирається значення струму І_зб і знаходиться напруга (точка С).

3. Паралельно осі ординат відкладається відрізок    (І_а=І_н, або І_а=0,5×І_н).

4. Через точку В паралельно осі абсцис відкладається відрізок ВА до перетину з ХХХ в точці А. Трикутник АВС і є характеристич­ний. Відрізок СF – повне падіння напруги в якірній обмотці і ВF - зменшення ЕРС Е завдяки дії реакції якоря.

 

7.3.3 Зовнішня характеристика

 

Залежність  U=f(І_а);  w=const; R_зб= const (I_зб=const). Ця характеристика знімається за схемою (рис.7.3) підключенням опору R_н слідуючим чином:

а) встановлюють І_зб, щоб струм навантаження І=І_аа за умови U=U_н;

б) потім (не змінюючи І_зб) розвантажують генератор до І_а=0, записуючи показання амперметра А, та вольтметра U;

в) разом з цим змeншується R_аІ_а та реакція якоря і напруга U зростає до U₀=Е, тобто має місце зміна напруги DU=U₀-U_н.

 

 

 

 

Рисунок 7.6 – Зовнішня характеристика

 

Зовнішню характеристику будують у відносних одиницях в долях U_н та І_ан. Інколи знімають зовнішню ха­рактеристику на падіння напруги,   починаючи з І_а=0; U=U₀  і до струму І_а=1,25 І_ан.

Зовнішню характеристику мож­на побудувати маючи DАВС та XXX:

а) будуємо XXX;

б) характеристичний трикутник А_нВ_нС_н будуємо так, щоб А_н була на XXX, а точка С_н на відстані С_нС_к=U_н=1;

 в) С_кА₀ дає напругу U₀=Е;

г) А₀С_к=)Д₀=Е на ХХХ.

Точку Д₁ будуємо аналогічно, наприклад для І_а=0,5×І_ан  зменшуємо А_НС_Н пополам в точці G. Зносимо С_HG    паралельно самій собі в положення А₁С₁. Проектуємо С₁ в точку Д₁ (рис.7.7). З'єднуємо точки Д₀; Д₁; Д_н і будуємо зовнішню характеристику.

                      1,0         0,5                              0,5           С_к

Рисунок 7.7 – Побудова зовнішньої характеристики

 

7.3.4 Регулювальна характеристика

 

Залежність І_зб=f(І_а);  w=const; U = const.

Зміна навантаження за умови I_зб=const призводить до сут­тєвої зміни напруги U, що є не бажаним явищем.

Для підтримки U = const, коли І=Varia, потрібно регулю­вати струм збудження (збільшувати з підвищенням І, та навпаки):

а) в першому випадку буде висхідна гілка регулювальної характерис­тики (рис. 7.8);

б) в другому - нисхідна.

Середня крива вважається практичною регулювальною характерис­тикою генератора.

Регулювальну характеристику мож­на побудувати за характеристикою XX та АВС. Побудова здійснюється ана­логічно, як для зовнішньої характерис- тики (але в першому та четвертому квадрантах). Побудова наведена на рис.7.9 у наступному порядку:

1. Будуємо характеристику ХХ (для U_н=1).

2. Проводимо лінію ДС паралельно осі абсцис на відстані ОД= U_н=1.

3.  Будуємо DА _нВ _нС _н таким чином, щоб точка А була на XXX, а точ­ка С на прямій ДС.

 

 

Рисунок 7.8 – Регулювальна характеристика

 

4. Знаходимо струм збудження номінальний: І_зб.н.

5. Зносимо точку a_н до перетину з І н=1 в точці N.

6. Ділемо сторону А _нС _н пополам в точці d.    

7. Зносимо точку d на XXX в точку А₁.

8. Проводим лінію А₁С₁ || А _нС_н  і будуємо DА₁В₁С₁.  Подальша по­будова аналогічна.

9. В режимі XX маємо точку ad. В реальних умовах струм збудження зростає дещо швидше (пунктир рис.7.9).

7.3.5 Характеристика короткого замикання (КЗ)

 

Це є залежність І=f(І_зб); U=0, w=const, яка знімається замиканням вихідних клем генератора накоротко. Якщо U=0, то E=U+R_aI=R_aI і, оскільки, R_а мала величина, то потрібно, щоб E також була мала.

Проведення досліду КЗ починають з мінімально можливих значень струму збудження, щоб струм якоря І не був досить великий. Зви­чайно дослід проводять до значень І=(1,25...1,3)І_н.

 

 

Рисунок 7.9 – Побудова регулювальної характеристики

 

 

Залежність І=f(І_зб) є практично пряма лінія.

Для І_зб=0 (завдяки дії Ф_ост) струм І¹0 і для МПС вели­кої потужності може дорівнювати номінальному. Тому перед початком досліду маши­ну слід повністю розмагнітити.

 

1 - характеристика КЗ не розмагніченого генератора;

2 - характеристика розмагніченого генератора

Рисунок 7.10 – Характеристики КЗ

 

7.4 Характеристики генератора паралельного збудження

 

7.4.1 Умови самозбудження

 

Щоб генератор мав можливість забезпечити магнітну систему необхідною енергією для збудження магнітного потоку Ф_о треба виконати наступні умови (самозбудження):

1) необхідно, щоб в магнітній системі МПС був остатній магніт­ний потік Ф_ост=(2...3)% Ф_0н.  Цьому потоку відповідає остатня ЕРС Ф_ост»(2...3)% U_н, яка визиває в обмотці збудження невеликий струм, що створює додатковий потік Ф_дод;

2) в залежності від напрямку І_зб, ф_ост та Ф_дод можуть сумуватися або відніматися, що визнача­ється напрямком обертання якоря. На корпусі генера-

Рисунок 7.11 – Схема генератора з самозбудженням

 

ратора завжди позначається стрілкою необхідний напрямок обертання. Процес самозбудження може продовжува­тись тільки в одну сторону в напрямку дії потоку Ф_ост;

3) якщо обидва потоки Ф_ост та Ф_дод співпадають, то результуючий потік весь час збільшується. Це призводить до підвищення індукованої ЕРС, струму збудження і знову потоку збудження... і т.д.

В процесі збудження струм і_зб безперервно змінюється, то в контурі збудження діють слідуючі ЕРС:

1) напруга u_зб на затискачах як якоря, так і кола збудження;

2) падіння напруги R_зб; і_зб;

3) ЕРС самоіндукції

Згідно з законом Кірхгофа:

Частіш за все R_зб=const, тобто, самозбудження протікає в режимі XX, то R_збі_зб змінюється пропорційно струму і_зб (лі­нійно)   R_зб= R_ш0+ R_д.зб; tga= R_зб

(рис.7.12).

В точці А процес самозбудження завершується, тому що u_зб-R_зб×і_зб=0, тобто

Якщо підвищувати опір R_зб, тобто кут a, то точка А буде ковзати по характеристиці ХХ (крива 2) в напрямку точки 0.

За деяким значенням R_зб= R_зб.кр крива 1 співпадає з лінійною частиною XXX (крива 3). Точка стабільного самозбудження А стає невизначеною (крива 3). За цих умов генератор не збуджує­ться, а його ЕРС не перевищує Е_ост.  R_зб.кр зветься критичний опором. Нахил ХХХ (крива 2) залежить від швидкості обертання яко­ря, то кожному значенню частоти обертання якоря w відповідає своє інше значення R_зб.кр.

 

 

 

 

Рисунок 7.12 – Процес самозбуд­ження

Висновок: для сталого, стабіль­ного режиму самозбудження необ­хідне виконання третьої умови R_зб<R_зб.кр, тобто нахил XXX (крива2) менше ніж нахил u_зб(і_зб) (крива 1).

 

     7.4.2 Характеристика холостого ходу

 

     Залежність U₀=f(I_зб); І=0; w=const зветься ха­рактеристикою холостого ходу. В зв'язку з тим, що генератор паралельного збудження самозбуджуються тільки в одному напрямку то XXX знімається   тільки  для однієї полярності

 

Рисунок 7.13 – Характеристика ХХ

 

струму збудження. Вважається, що XXX генератора співпадає з відповідною характе­ристикою незалежного збудження.

Регулювальна та навантажувальна характеристики (І_зб=f(I); U=const та U=f(I_зб); І=const; w=const) аналогічні, як і в генератора незалежного збудження, тому що збільшення струму І_а на величину струму І_зб(1...3)% І_ан не впливає суттєво на значення напруги U генератора.

 

7.4.3 Зовнішня характеристика генератора

 

Залежність U=f(I); R_зб=const; w=const зветься зовнішньою характери-тикою, яка висвітлює вплив зміни опору навантаження R_н на величину напруги генератора без регулювання струму збудження:

а) для генератора незалежного збудження;

б) для генератора з самозбудженням;

в) збільшення струму навантаження (рис.7.14) знижує напругу U: – у генератора незалежного збудження з двох причин: падіння напруги R_аІ_а; реакція якоря; – у генератора паралельного збудження є щє третя причина – зменшення струму  І_зб пропорційне U.

Це видно з порівняння зовнішніх характеристик (рис.7.14). Якщо зменшувати R_н до 0, то струм І спочатку підвищується до І_кр , І_кр =(2...2,5)І_н, а потім спа-

 

 

 

Рисунок 7.14 – Зовнішні характеристики генераторів

 

дає до І_кз=Е_ост/R_a. Це пояс­нюється наступним: поки генератор насичений напруга  Uмало залежить від зниження струму І_зб.Тому зменшення R_н сильніше впливає на струм І, який зрос­тає.

Подальше збільшення І знижує напругу U швидше (генератор не насичений) спочатку врівноважуючи, а потім перевершуючи вплив R_н. Відповідно до цього струм Ісягає значення І_кр   (рів­новага впливу R_нта падіння напруги U), а потім починає зменшуватись без упину (машина саморозмагнічується). В режимі КЗ (R_н=0; U=0; І_зб=0) в якірній обмотці протікає струм І_кз=Е_ост/R_a.

Примітка: характеристику КЗ зняти неможливо тому, що U=0; І_зб=0.

 

     7.5 Генератор послідовного збудження

 

В генератора послідовного збудження І_зб=І_а=І (рис.7.1,а). Отже характеристику XX, навантажувальну, а також і характеристику КЗ знімають тільки за схемою незалежного збудження (рис.7.3). Це означає, що їх графічний вигляд такий же, як і в генератора (рис. 7.1,а). В зв'язку з тим, що у генератора послідовного збудження (w=const) залишається тільки дві змінні U і І, то такий генератор має всього одну характеристику – зовнішню: U=f(I).

Зниження     опор R_н ®0        підвищує струм Іта напругу Uдо моменту  

насичення сталі.

 

Рисунок 7.15 – Зовнішня характеристика

 

Максимум U настає за умови повного насичення генератора. По­тім напруга знижується, як і в генератора незалежного збудження до 0 в точці КЗ (R_н=0; U=0; І=І_кз=Е_max/R_a). Такі генератори працюють тільки з наван­таженням (Р_н¹00).

 

     7.6 Генератор змішаного збудження

 

Генератор змішаного збудження має як паралельну, так і послі­довну обмотки і тому він суміщує в собі властивості обох генераторів. Збудження МПС, що відповідає номінальній напрузі в режимі XX дає паралельна обмотка. Послідовна ж вибирається звичайно так, щоб її ЕРС компенсувала дію реакції якоря та падіння напруги в якірній обмотці, забезпечуючи автоматичне регулювання напруги на­вантаження.

Властивості  компаундного генератора оцінюють за його ха­рактерис-тиками. Знаючи характеристики генератора паралельного та послідовного збудження легко пояснити аналогічні залежності компаундного генератора:

1) характеристика холостого ходу: U₀=f(I_зб); І=0; w=const нічим не відрізняються від відповідної характеристики генератора паралельного збудження, тому що І=0;

2) навантажувальна характеристика: U₀=f(I_зб); І= const; w=const має зовнішній вигляд, як і для генератора паралель­ного (або незалежного) збудження. Але, якщо послідовна обмотка досить сильна, навантажувальна характеристика може проходити (на одній діаграмі) вище характеристики XX. Побудову всіх ха­рактеристик можна здійснити за допомогою XXX та   DАВС, як і для інших генераторів.

Порівняння однакових характеристик дозволяє зробити суттєві висновки щодо конкретного використання генераторів. (Рис.7.16, 7.17).

 Генератор змішаного збудження з погодженим включенням послі­довної обмотки має найбільш сприятливі зовнішньо та регулювальну характеристики (криві з рис.7.16 та 7.17).

У генераторів змішаного збудження з зустрічним включенням послідовної обмотки дія останньої еквівалентна розмагнічуючій поздовжній реакції якоря. Саме тому напруга якоря різко падає (крива 4, рис.7.16). Така схема використовується у спеціальних триобмоточних генераторах.

 

 

 

 

Рисунок 7.16 – Зовнішні характеристики

.

1 – незалежна збудження;          2 – паралельне збудження;

3 – змішане збудження;          4 – змішане зустрічне збудження

 

Рисунок 7.17 –Регулювальні характеристики

 

Контрольні питання до теми 7

1. Що таке генератор постійного струму?

2. Які системи збудження існують для ГПС?

3. Рівняння електричної рівноваги ГПС.

4. Енергетична діаграма ГПС.

5. Характеристика ХХ ГПС незалежного збудження?

6. Зовнішня характеристика ГПС.

7. Регулювальна характеристика ГПС.

8. Характеристика КЗ ГПС.

9. Навантажувальна характеристика ГПС.

10. Побудова зовнішньої характеристики.

11. Принципи самозбудження ГПС з паралельним збудженням.

12.  Принцип самозбудження ГПС з паралельним збудженням.

13.  Характеристики ГПС паралельного збудження.

14.  Характеристики ГПС послідовного і змішаного збудження.