Генератор с последовательным возбуждением

 

Так как в генераторах с последовательным возбуждением напряжение сильно зависит от нагрузки (внешняя характеристика рис123 б), они непригодны для питания большинства потребителей.

Прим. В аварийном режиме как генераторы с последовательным возбуждением могут использоваться тяговые двигатели с электрическим торможением при очень малых скоростях движения.

4. Генератор со смешанным возбуждением

В этом генераторе (рис 124) обычно параллельная обмотка возбуждения является основной, а последовательная вспомогательной. Обе обмотки находятся на одних полюсах и соединены так, чтоб их потоки либо складывались, либо вычитались.

При согласном включении обмоток внешняя характеристика

похожа на характеристики генераторов с независимым возбуждением, т.е. напряжение слабо зависит от нагрузки (кривые 1,3,4).

Если последовательную обмотку включить встречно параллельной, то внешняя характеристика будет круто падающей (кривая 5).

Встречное включение применяю в сварочных генераторах, т.к. при коротком замыкании последовательная обмотка почти полностью размагничивает машину и уменьшает ток К.З. до безопасных значений. Кроме того генераторы со встречным включением обмоток возбуждения применяются на тепловозах для саморегулирования мощности дизель-генераторной установки.

 

3.14. Коэффициент полезного действия (КПД)

Любая машина, аппарат или механизм служит либо для преобразования энергии одного вида в другой, либо для изменения параметров этой энергии. При этом никакая машина не может выдать энергии (мощности) больше, чем она потребила, т.к. всегда имеются потери внутри машины.

КПД характеризует эффективность работы любой машины, т.е. он показывает, какая часть энергии на входе машины полезно отдается потребителю на выходе.

 

КПД = (P вых /P вх) *100%

Виды потерь:

1. Электрические (потери в меди) - из-за электрического сопротивления току. Чем больше нагрузка, т.е. ток, тем больше электрические потери. Меры борьбы: применение материалов с высокой проводимостью, повышение напряжения при передаче электроэнергии.

2. Магнитные (потери в стали) – возникают при перемагничивании сердечников (площадь петли гистерезиса). Почти не зависят от нагрузки, но сильно увеличиваются с ростом частоты перемагничивания, т.е. вращения якорей. Меры борьбы: применение магнитомягких материалов.

3. Механические потери - из-за трения. Меры борьбы: смазка, применение подшипников качения, магнитная подушка (бесконтактное взаимодействие деталей).

4. Добавочные потери - из-за вихревых токов, излучений и т.п.

Прим. Примеры КПД некоторых аппаратов:

· трансформаторов 99,7-99,9%;

· генераторов и двигателей постоянного тока 93-97%;

· асинхронные двигатели – 72-76%;

· обычной лампы накаливания 1-5%;

· энергосберегающие лампы (газоразрядные-люменисцентные) более30%;

· светодиодные лампы- более 70%.

 

 

Раздел. Химические источники тока

Подразделяются на:

· Аккумуляторы (работа в режиме разряда и заряда)

· Гальванические элементы (работа только в режиме разряда)

Кислотные аккумуляторы.

Состоят из диэлектрического корпуса, наполненного электролитом (30% серной кислоты - H₂SO₄ в дистиллированной воде - H₂O). В корпус помещен комплект пластин – электродов покрытыми активными массами.

Активной массой Анода (+) является оксид свинца(PbO₂), а активной массой Катода (-) -чистый губчатый свинец (Pb).

Пластины ставятся в ряд, чередуются и разделяются сепараторными перегородками. Внизу корпуса имеется поддон дляосаживания свинцового осадка - шлама.

При разряде идет реакция

PbO₂+Pb+2H₂SO₄<=>2PbSO₄+2H₂O

т.е. активные массы вступают в реакцию с серной кислотой с образованием сульфата свинца (PbSO₄) похожего на соль, и воды. При этом концентрация серной кислоты и плотность электролита понижается, а на электродах поддерживается около 2-х вольт на одну банку, а т.к. сульфат свинца это твердое кристаллическое вещество, то разряжать кислотный аккумулятор много нельзя (около 20%), т.к. возможно замыкание электродов. При разряде, т.е. подключении внешнего источника тока, идет обратная реакция, т.е. сульфат свинца растворяется в воде, при этом восстанавливаются активные массы и концентрация серной кислоты, повышается плотность электролита и напряжение (до14В на 6 банок), которое после отключения источника сравнительно быстро опускаются до 12В.

 

Также недостатком кислотного аккумулятора является относительно быстрый саморазряд (1,5% в сутки, 20% в месяц).

 

Щелочной аккумулятор.

В щелочном аккумуляторе электролитом является раствор щелочи, натрия или калия. Активными массами никель – железо (Ni-Fe), никель – кадмий (Ni-Cd), литий (Li) – ион (полимер).

Режимы разряда и заряда. Электрохимические реакции при разряде и заряде никель-железного аккумулятора могут быть выражены уравнением:

 

 

Читая уравнение слева направо, получаем процесс разряда, справа налево – процесс заряда.

Аналогичное уравнение отражает процессы разряда и заряда никель-кадмиевого аккумулятора.

Электролит в процессе электро-химических реакций не расходуется, поэтому его плотность не изменяется.

Полностью заряженный акку-мулятор имеет ЭДС около 1,45 В. При разряде напряжение аккумулятора довольно быстро падает до 1,3 В, а затем медленно уменьшается до 1 В. При этом напряжении разряд следует прекращать. Разряжать щелочные аккумуляторы ниже установленного конечного напряжения не рекомендуется, так как это может привести к безвозвратной потере емкости и уменьшению срока службы.

При заряде напряжение быстро поднимается до 1,75 В, а затем медленно повышается до 1,8В. Выделение газа у щелочных аккумуляторов не является признаком окончания заряда, однако при бурном газовыделении необходимо уменьшить зарядный ток. Щелочные аккумуляторы лучше перезарядить, чем недозарядить.

 

Преимущества щелочных аккумуляторов:

· они могут долгое время находиться в в полузаряженном или полностью разряженном состоянии;

· не боятся низких температур;

· могут работать при больших разрядных и зарядных токах, т.к имеют большое внутреннее сопротивление;

· не боятся коротких замыканий и глубоких разрядов;

· не боятся тряски, вибраций, ударов;

· имеют большой срок службы и хранения.

Недостатки:

· напряжение щелочного аккумулятора почти на 40% ниже напряжения кислотного;

· из-за большего внутреннего сопротивления падение напряжения в щелочном аккумуляторе больше, чем в кислотном, особенно при больших токах разряда.

 

Основной характеристикой аккумуляторов является ёмкость (С), которая измеряется в Ампер-часах (А*ч).

Емкость показывает – какое количество электричества может отдать аккумулятор, разрядившись при этом полностью, т.е до U=0(В)

Номинальная ёмкость (является паспортной характеристикой аккумулятора) показывает, какое количество электричества может отдать аккумулятор, разряжаясь номинальным разрядным током до допустимого напряжения. Uдоп. одного элемента (банки) щелочных аккумуляторов – 1В, кислотных – 1,7 В.

Примечание: если аккумулятор разряжать током ниже номинального, то емкость аккумулятора повышается, и наоборот. Если разряжать аккумулятор током свыше номинального, то емкость снижается.

 

 

Раздел. Переменный ток.

Получают обычно с помощью 3-х фазных синхронных генераторов или с помощью 1-но фазных генераторов, которые в отличие от генераторов постоянного тока вместо коллектора имеют 2 контактных кольца.

Параметры переменного тока.

1. Период Т, [c] – это время, за которое происходит полный цикл изменения тока.

 

 

2. Частота f, [Гц] (герц) – это количество колебаний (периодов) за 1 секунду.

3. Амплитуда i_m, u_m, p_m, e_m – это максимальное значение переменной величины за период.

4. Мгновенное значение i, u, p, e – это значение переменной величины, в какой-либо момент времени.

5. Действующее значение I, U, P, E – под действующим значением переменного тока понимают такую величину постоянного тока, при которой выделяется столько же энергии, сколько при переменном токе.

I=i_m/√2=0.7*i_m

U= u_m /√2

6. Фаза – это математическая величина, это когда период разделяют на 360 частей (один оборот ротора) и поэтому фазу измеряют не в секундах, а в электрических градусах.

Можно выделить три варианта соотношения изменений тока и напряжения:

· Совпадение по фазе – когда две переменные величины изменяются синхронно (Резонанс).

· Сдвиг по фазе – когда две переменные величины изменяются не синхронно. Сдвиг по фазе это термин математический, физически означает сдвиг по времени изменения.

· В противофазе – смещение тока относительно напряжения на половину периода (на 180 эл.град.)