Характеристика короткого замыкания

𝐼_𝑎 = 𝑓(𝐼_𝑏),𝑛 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑈 = 0 (108)

Вид данной характеристики: (рис. 9)

Даная характеристика носит линейный характер. Это связано с тем, что в режиме короткого замыкания магнитная система генератора не насыщена. Что связано с действием двух факторов:

1) Падение напряжения на обмотке якоря;

2) Размагничивающее действие реакции якоря;

При токе возбуждения равным нулю в обмотке якоря протекает величина, так называемого, остаточного тока

Е ^ост якоря 𝐼_{а ост} = _𝑅𝑎 (109). Этот ток зависит от наличия остаточной ЭДС. Величина этого тока небольшая – 1-2% от номинального тока. Внешние характеристики

𝑈 = 𝑓(𝐼_𝑎),𝑛 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝐼_𝑏 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (110) Вид данной характеристики: (рис. 4.83 методичка).

Данные характеристики снимают как на понижение напряжения (кривая 2), так и на повышение напряжения (кривая 1). Если снимается характеристика на понижение напряжения, то первая точка соответствует номинальному напряжению (ток якоря равен нулю). После чего ток якоря увеличивается до номинального значения. Необходимо помнить, что напряжение регулируется током возбуждения, а ток якоря регулировочным реостатом Rн.

Если снимается на повышение напряжения, то первая точка – номинальное напряжение и номинальный ток. При этом для установки этой точки одновременно регулируют как реостат в цепи возбуждения Rрв, так и нагрузочный реостат Rн. После чего ток якоря уменьшают до нуля.

По внешним характеристикам можно определить изменение напряжения при работе генератора от нагрузки ∆𝑈 = 𝑈 ^н−𝑈 100 (111). Величина этого изменения напряжения для генераторов составляет примерно 5-15% от

𝑈_н

номинального напряжения.

На вид данных характеристик влияет два фактора: 1) Падение напряжения в обмотке якоря; 2) Размагничивающее действие реакции якоря.

Влияние этих двух факторов можно показать с помощью уравнений

𝑈 = 𝐸_𝑎 − 𝐼_𝑎𝑅_𝑎, 𝐸_𝑎 = 𝐶_𝐸Ф𝑛 = 𝐶_𝐸(Ф_𝑏 + Ф_𝑎)𝑛 (112). Как известно, при работе генератора под нагрузкой, появляется ток в обмотке якоря, а значит появляется реакция якоря. Значит кроме потока возбуждения Фв в генераторе появляется поток якоря.

С увеличением тока якоря увеличивается падение напряжения в обмотке якоря IaRa, что приводит к уменьшению напряжения. С другой стороны, с увеличением тока якоря увеличивается размагничивающее действие реакции якоря, что приводит к уменьшению результирующего магнитного потока Ф, а значит уменьшению ЭДС якоря. В итоге это приводит к уменьшению напряжения U. Регулировочная характеристика

𝐼_𝑏 = 𝑓(𝐼_𝑎),𝑛 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑈 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (113) Вид данной характеристики: (рис. 4.81 методичка).

Вид данной характеристики зависит от двух факторов: 1) Падение напряжение в обмотке якоря;

2) Размагничивающее действие реакции якоря.

Этот вид можно пояснить с помощью данных уравнений (112).

Увеличивая ток якоря, в обмотке якоря увеличивается падение напряжения IaRa, что приводит к падению напряжению. С другой стороны, с увеличением тока якоря увеличивается размагничивающее действие реакции якоря (оказывает существенное влияние поток якоря Фа). В результате чего результирующий поток Ф уменьшается. Уменьшается ЭДС и напряжение.

Однако, по условию напряжение на генераторе должно оставаться неизменным. Для обеспечения неизменности напряжения необходимо увеличивать ток возбуждения.

Регулировочная характеристика показывает, как при изменении тока якоря необходимо регулировать ток возбуждения, чтобы напряжение на якоре оставалось неизменным. Нагрузочная характеристика

𝑈 = 𝑓(𝐼_𝑏),𝑛 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝐼_𝑎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (114) Вид данной характеристики: (рис. 4.82 методичка).

На вид данной характеристики влияет два фактора:

1) Падение напряжения в обмотке якоря;

2) Размагничивающее действие реакции якоря;

Влияние этих факторов можно показать с помощью вышеприведенных уравнений (112).

Рассмотрим для некоторой точки возбуждения I’в. Увеличение тока якоря от Ia1 до Ia2 приводит к увеличению тока обмотки якоря и уменьшению ЭДС якоря. Вследствие действия размагничивающего потока реакции якоря. Чем больше величина тока якоря, тем ниже будет располагаться нагрузочная характеристика. Так как действие этих двух факторов будет усиливаться.

Влияние этих факторов можно показать с помощью так называемого характеристического треугольника. Его можно получить с помощью двух характеристик при некоторой величине тока якоря:

1) Холостого хода;

2) Нагрузочной характеристики;

(рис. 4.85 методичка)

На основании основного уравнения напряжения для генератора определим ЭДС якоря

𝐸_𝑎 = 𝑈_н + 𝐼_ан𝑅_𝑎 (115).

Для чего из точки А отложим отрезок АВ равный падению напряжения в обмотке якоря.

Из точки В проведем прямую параллельную оси Iв до пересечения с характеристикой холостого хода и получим точку С. Соединим точку С с точкой А.

Треугольник АВС называется характеристическим треугольником. В этом треугольнике отрезок АВ в масштабе тока возбуждения характеризует падение напряжения в обмотке якоря. Другой отрезок ВС в масштабе тока возбуждения характеризует размагничивающее действие реакции якоря.

Достоинством генератора постоянного тока с независимым возбуждением является возможность широкого регулирования напряжения до максимального значения путём изменения тока возбуждения при малом изменении напряжения под нагрузкой. Однако недостатком является то, что необходим дополнительный источник питания для обмотки возбуждения. Независимо от того, какое напряжение будет обеспечено на обмотке якоря, для обмотки возбуждения устанавливаются стандартные значения напряжения 110В или 220В.

Это делается для упрощения регулировочный аппаратуры в цепи возбуждения.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением

В этом генераторе заложен принцип самовозбуждения, то есть обмотка возбуждения получает питание от обмотки якоря. Самовозбуждение данного генератора возможно при выполнении ряда условий, для этого рассмотрим режим холостого хода генератора: Rн= inf. Тогда остается контур «обмотка якоря – обмотка возбуждения».

Для этого контура можно записать уравнение напряжения

𝑙 Данное уравнение с его составляющими можно представить

𝑑𝑡 графически (рис. 10). Из выражения для ЭДС найдем скорость изменения тока возбуждения 𝑑𝑖 ^𝑏 = ^𝑙r HDPrR36nYRcrJSUcMjRQx9hlWoeyJodh5jti8Y6+dxjl7Cttexyl3LX6PkmW2mHDslBjR5uaytPu 7Ay8jjiu5+nzsD0dN5ev/cPb5zYlY25vpvUTqEhT/AvDD76gQyFMB39mG1RrQB6Jvyrecr4AdZDM AnSR6//oxTcAAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAA AAAAAAAAAAAvAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAxoyk5ngCAABTBgAADgAAAAAA AAAAAAAAAAAuAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAGiipVNoAAAACAQAADwAA AAAAAAAAAAAAAADSBAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAANkFAAAAAA== "> ^{−𝑖𝑏∑𝑅𝑏}

𝑑𝑡 𝐿_𝑏

(117).

Если разность положительная, то скорость также положительна и происходит процесс увеличения тока возбуждения. Установившийся ток в цепи обмотки возбуждения будет наблюдаться при скорости изменении тока возбуждения равному нулю. При этом генератор будет работать с установившемся значениями. Выходя из вышесказанного и графического представления данных характеристик вытекает следующее условие, обеспечивающее процесс самовозбуждения генератора:

1) Обязательно в генераторе должна иметь место остаточная ЭДС, значит в генераторе должен быть поток остаточного магнетизма.

2) Обязательно направления МДС обмотки возбуждения и МДС остаточное должны иметь одинаковые. Если направления этих МДС будет встречное, то магнитная система будет размагничена и процесса самовозбуждения не произойдет.

3) Как было отмечено ранее, процесс самовозбуждения возможен, если скорость изменения тока возбуждения больше нуля. Если вольтамперная характеристика будет лежать выше характеристики холостого хода, то скорость изменения тока возбуждения будет отрицательна. Значит, вольтамперная характеристика всегда должна располагаться ниже характеристики холостого хода, что обеспечит процесс самовозбуждения генератора.

Генератор постоянного тока имеет очень важную характеристику, а именно внешнюю характеристику.

(110)

 

LECTION #12

 

Вид данной характеристики показан на (рис. 4.88 б, методичка).

На вид данной характеристики влияет следующие факторы:

1) Падение напряжения на обмотке якоря;

2) Размагничивающие действие реакции якоря;

3) Уменьшения тока возбуждения, которое зависит от напряжения, а значит от тока нагрузки 𝐼_𝑏 = _𝑅 ^𝑈𝑏, 𝐼_𝑛 =

𝑈

(118). При этом напряжение уменьшается быстрее, чем уменьшается сопротивление нагрузки.

𝑅𝑛

Пытаясь довести ток якоря до номинальной величины, оказывается, что этот ток можно довести до некоторого критического значения. То есть, до точки «а». Попытка, увеличить ток якоря до номинального значения не дает возможности, при этом ток якоря уменьшается из-за действия тех факторов, которые отмечены выше. В результате этого генератор попадает в точку «б». Это точка короткого замыкания.

Участок «аб» является участком неустойчивой работы генератора.

Так как генератор является источником электрической энергии для потребителя, то такая внешняя характеристика для практических целей не пригодна.

Для того, чтобы обеспечить достаточно стабильную величину напряжения во всем диапазоне, изменения нагрузки последовательно с нагрузкой якоря включают сериесную обмотку с небольшим количеством витков. Эта обмотка создаст свою магнитную силу, которая скомпенсирует действие реакции якоря и обеспечит внешнюю характеристику, которая примерно присуща генератору постоянного тока с независимым возбуждением.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением можно использовать и в качестве генератора постоянного тока с независимым возбуждением, для чего необходимо параллельную обмотку возбуждения отключить от обмотки якоря и подключить к постороннему источнику энергии. Генератор постоянного тока смешанного возбуждения

Такой генератор имеет две обмотки возбуждения.

Одна обмотка возбуждения подключена параллельно к обмотке якоря (шунтовая обмотка). Другая обмотка возбуждения – сериесная, которая последовательно включается с обмоткой якоря.

Внешнюю характеристику для смешанного возбуждения можно получить на основании двух характеристик (рис. 4.90 методичка).

Если отключить шунтовую обмотку возбуждения, то тогда получим генератор с последовательным возбуждением, для которого внешняя характеристика имеет вид (кривая 2). Если отключить сериесную обмотку возбуждения и оставить шунтовую, то получим генератор с параллельным возбуждением (кривая 1). Если при этом подобрать числа витков последовательной обмотки возбуждения, при номинальной нагрузке, таким чтобы падение напряжения в обмотке якоря для генератора с последовательным возбуждением и падение напряжения в обмотке якоря для генератора с параллельным возбуждением были одинаковые, то тогда можно получить внешнюю характеристику генератора постоянного тока смешанного возбуждения. Для такого генератора падение напряжения при изменении нагрузки находится в пределах 2-3% от номинального напряжения. Если увеличить число витков последовательной обмотки возбуждения, то при изменении нагрузки, напряжение будет возрастать (кривая 4). Если включить сериесную обмотку встречно, то можно получить круто падающую внешнюю характеристику генератора постоянного тока смешанного возбуждения

(кривая 5).

Различают два понятия включения сериесной обмотки в якорную цепь:

1) Согласное включение;

2) Встречное включение;

Встречное включение сериесной обмотки используется в специальных генераторах постоянного тока, которые получили название генераторы сварочные постоянного тока, в которых необходимо ограничивать ток короткого замыкания.

Двигатели постоянного тока

Классификация по способу возбуждения

Двигатели постоянного тока классифицируются как генераторы по способу возбуждения:

1) Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением;

2) Двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением;

3) Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением;

4) Двигатели постоянного тока с смешанным возбуждением; Электрические схемы двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением

Это такой двигатель, у которого Ш1-Ш2 получает питание от постороннего источника. (рис. 11)