Характеристики генераторов постоянного тока

1. Для оценки свойств различных типов генераторов.

2. Оценка внутренних характеристик силового генератора.

· Характеристика х.х. U=f(I_в), n=const, I_A=0

· Характеристика к.з. I_A=f(I_B), n=const, U=0

· Внешняя характеристика U=f(I_A), n=const, I_B=0 R_B=const

· Регулировочная характеристика I_B=f(I_A), n=const, U=const

· Нагрузочная U=f(I_в), I_A=const

 

Характеристика х.х.

K_μ= –коэффициент насыщения

 

Хар-ка х.х. носит криволинейный характер, что объясняется стальных сетей.

Генератор, который хотя бы раз работал обладает остаточным магнитным потоком.

При снятии хар-ки х.х. ток возбуждения должен изменятся только в одну сторону, в противоположном случае мы попадаем на частные циклы.

 

Характеристика к.з. Для снятия хар-ки к.з обмотка возбуждения должна быть запитана от постороннего источника по типу генератора с независимым возбуждением.

В генераторах с большим остаточным магнитным потоком такую хар-ку нельзя снять, т.к. токи якоря могут значительно превышать их номинальное значение.

Хар-ка носит прямолинейный характер, так как отсутствует насыщение магнитной цепи.

За счет остаточного магнитного потока эта хар-ка начинается не из 0. При внезапном к.з. в первый момент времени ток якоря возрастает, в дальнейшем ток якоря будет уменьшатся, т.к. цепь обмотки возбуждения закорочена, в результате ток якоря будет опред. величиной остаточного магнитного потока.

Внешняя характеристика

R_B=const

U=E-I_A∑R_A

С увеличением тока якоря, возрастает падение напряжения.

Под действием реакции якоря уменьшается основной магнитный поток, что приводит к уменьшению Э.Д.С. Под действием двух указанных величин уменьшается ток возбуждения генератора, что приводит еще к большему уменьшению напряжения.

2- с независимым возбуждением

Регулировочная хар-ка

При увеличении тока якоря напряжение на зажимах генератора уменьшается.

Для поддержания неизменным напряжение при фиксированном значении скорости вращения необходимо увеличивать Э.Д.С,

Что и осущ. за счет увеличения тока возбуждения.

Нагрузочная хар-ка Нагрузочная по своему внешнему виду напоминает хар-ку х.х. и снимается при токе якоря равному минимальному значению.

 

САМОВОЗБУЖДЕНИЕ ГПТ

Генераторы делятся на генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением. В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе. В зависимости от способа включения обмоток такие генераторы делятся на: 1) генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые, 2) генераторы последовательного возбуждения, или сериесные, и 3) генераторы смешанного возбуждения, или компаундные.

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 R_В при данной скорости вращения n должно быть ниже некоторого критического значения или скорость вращения при данном R_В должна быть выше некоторой критической величины.

Для самовозбуждения достаточно, чтобы остаточный поток составлял 2-3% то номинального. Остаточный поток такой величины практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машины или машину, которая размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.

При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая Э.Д.С., индуцируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке возбуждения малый ток i_В. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно увеличение Э.Д.С., которая в свою очередь обуславливает дальнейшее увеличение i_В, и т. д. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не одстигнет установившегося значения.

Рассмотрим подробнее процесс самовозбуждения при холостом ходе.

На рисунке а) кривая 1 представляет собой характеристику ХХ, а прямая 2 – так называемую характеристику цепи возбуждения или зависимость U_В=R_Вi_В, где R_В = const – сопротивление цепи возбуждения, включая сопротивление регулировочного реостата.

В процессе самовозбуждения i_В ≠ const и напряжение на концах цепи возбуждения

, где L_В – индуктивность цепи возбуждения.

Напряжение якоря при холостом ходе (I=0)

U_a=E_a-i_BR_a

Изображается на рисунке а) кривой 1. Так как i_В мало, то практически U_a=E_a.

Но в генераторе параллельного возбуждения U_a=U_B, поэтому разность ординат кривой 1 и кривой 2 на рисунке а) составляет и характеризует скорость и напрвление изменения i_В. Если прямая 2 проходит ниже кривой 1, то , i_В растет и машина самовозбуждается до напряжения, соответствующего на рисунке а) точке пересечения кривой 1 и прямой 2, в которой , и рост i_В прекратится.

Чем больше R_В тем медленнее происходит процесс самовозбуждения. Прямая 4 является касательной к кривой 1. При этом машина будет находиться на грани самовозбуждения. Значение R_В, соответствующее прямой 4, называется критическим (R_В.кр). При R_В> R_В.кр (прямая 5) самовозбуждение невозможно и напряжение машины определяется остаточным потоком.

 

 

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГПТ.

При параллельно работе генераторов необходимо соблюсти следующие условия: 1) при включении генератора на параллельную работу не должно возникать значительных толчков тока, способных вызвать нарушения в работе генераторов и потребителей; 2) генераторы должны нагружаться по возможности равномерно, пропорционально их номинальной мощности.

Включение на параллельную работу. Надо соблюсти следующие условия: 1) полярность генератора 2 должна быть такой же, как и генератора 1 или шин Ш; 2) Э.Д.С. генератора 2 должна равняться напряжению на шинах.

Параллельная работа генераторов параллельного возбуждения.

При параллельной работе двух или более генераторов их напряжения U всегда равны, так как генераторы включены на общие шины. Поэтому для случая работы двух генераторов их уравнения напряжения можно записать в следующем виде:

U=E_a1-I_a1R_a1=E_a2-I_a2R_a2, где E_a=c_eФ_δn.

После включения генератора 2 на шины его можно нагрузить током. Для этого нужно увеличить Э.Д.С. генератора E_a2, которая станет больше U, в результате чего в якоре генератора 2 возникнет ток I_a2. Тогда при неизменном токе нагрузки ток I_a1 уменьшится. Если Э.Д.С. E_a1 останется постоянной, то разность E_a1-I_a1R_a1 не будет уже равна прежнему значению напряжения на шинах и U увеличится. Поэтому для поддержания U = const одновременно с увеличением E_a2 нужно уменьшать E_a1. Изменение E_a1 и E_a2 возможно двумя путями: изменением тока возбуждения i_B или скорости вращения n. В обоих случаях генератор и его первичный двигатель изменяет свою мощность. В эксплуатационных условиях обычно изменяют ток возбуждения.

 

Параллельная работа генератора смешанного возбуждения.

Если показанный на рисунке уравнительный провод аб отсутствует, то устойчивая параллельная работа невозможна. Действительно, пусть при отсутствии этого провода ток I₁ первого генератора несколько увеличился. Тогда действие последовательной обмотки возбуждения этого генератора усилится, его Э.Д.С. E_a1 возрастет, что вызовет дальнейшее увеличение I₁, и т. д. Одновременно ток I₂ и Э.Д.С. E_a2 второго генератора будут непрерывно уменьшаться. В результате возможна значительная перегрузка генератора 1, а генератор 2 разгрузится и даже может перейти в двигательный режим.

При наличии уравнительного провода параллельная работа будет протекать нормально, т. к. случайное приращение тока якоря одного генератора распределится между последовательными обмотками возбуждения обоих генераторов и вызовет увеличение Э.Д.С. обоих генераторов.

Можно также перекрестить последовательные обмотки возбуждения обоих генераторов: обмотку генератора 1 включить последовательно в цепь якоря генератора 2 и наоборот.

Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения со встречным включением последовательных обмоток происходит без подобных затруднений.

 

 

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Такое определение предполагает обязательное соединение якоря двигателя с рабочим механизмом. Принцип действия двигателя постоянного тока основан на взаимодействии проводника с током с магнитным потоком, в котором этот проводник расположен. На каждый проводник обмотки якоря действует сила, направление которой определяется по правилу левой руки. Произведение сил на радиус создает момент и если момент двигателя больше момента статического, то якорь начинает разворачиваться.

В двигательном режиме можно определить следующие элементы его работы: 1) пусковой режим; 2) рабочий или двигательный; 3) торможение.

Принято считать то, что ∆U на 2-ух щётках составляет 2 В. ∆Pмех – потери в подшипниках при трении якоря о воздух. В электр.машинах разделяют 2 класса потерь: 1) постоянные потери мощности, не зависящие от тока нагрузки; 2) переменные потери, связанные с током нагрузки и стоком якоря. При равенстве постоянных и переменных потерь электромагнитное устройство работает с максимальным КПД.

. Если U>E– двигательный режим. U<E– генераторный режим.

. При постоянстве мощности при увеличении момента на валу двигателя уменьшается частота вращения.

. В двигательном режиме противоЭДС является своеобразным регулятором между моментом на валу и током якоря. Как следует из формулы, при пуске двигателя, когда n=0, противоЭДС Eтакже равно 0, пусковой ток принимает очень большие значения, поэтому на время пуска двигателя должны приниматься меры для ограничения величины пускового тока.

, где n-скорость.

Как следует из выражения, имеются следующие пути регулирования:

1) изменением подводимого Uпри машинной реализации исполнения системы генератор-двигатель;

2) увеличением добавочного сопротивления (скорость падает);

3) уменьшением магнитного потока (скорость увеличивается).

Условие устойчивой работы рабочего механизма и двигателя: