Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика i _в = f (I) при U = const и n = const показывает, как нужно регулировать ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение генератора не менялось (рисунок 7). С увеличением I ток i _в необходимо несколько увеличивать, чтобы скомпенсировать влияние падения напряжения I _а × R _а и реакции якоря.

Рисунок 7. Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

При переходе от холостого хода с U = U _н к номинальной нагрузке I = I _нувеличение тока возбуждения составляет 15 – 25%.

Построение регулировочной характеристики (нижний квадрант рисунка 8) по х. х. х. (верхний квадрант рисунка 8) и характеристическому треугольнику производится следующим образом. Для заданного U = 0а = вб = const значение i _в при I = 0 определяется точкой в. Характеристический треугольник где для номинального тока расположим так, чтобы его вершины г и е находились соответственно на х. х. х. и прямой абе. Тогда отрезок 0ж = ае определяет значение i _в при I = I _н, что можно доказать аналогично тому, как это делалось в случае построения внешней характеристики. Для получения других точек характеристики достаточно провести между кривой х. х. х. и прямой абе на рисунке 8 отрезки прямых, параллельные гипотенузе ге. Тогда нижние концы (точки) этих отрезков будут соответствовать значениям i _в для значений I, определяемых отношениями длин этих отрезков к гипотенузе ге, как и в предыдущем случае. Снеся эти точки вертикально вниз, в нижний квадрант рисунка 8, на уровень соответствующих значений I, получим точки регулировочной характеристики. С учетом изменяющихся условий насыщения реальная опытная регулировочная характеристика будет иметь вид, показанный в нижнем квадранте рисунка 8 штриховой линией.

Рисунок 8. Построение регулировочной характеристики генератора независимого возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника

Обратным построением, если даны х. х. х. и регулировочная характеристика, можно получить характеристический треугольник.

 

13. Самовозбуждение генераторов постоянного тока.

Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора.
Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис. 10 изображен генератор с параллельным возбуждением.

Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат R_в. Генератор работает в режиме холостого хода.
Чтобы генератор самовозбудился, необходимо выполнение определенных условий.
Первым из этих условий является наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращении якоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшую остаточную ЭДС.
Рис. 10
Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения I_в = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления R_в в цепи возбуждения.
Третьим условием является то, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического. Изобразим на рис. 11 характеристику холостого хода генератора E = f (I_в) (кривая 1) и вольт - амперную характеристику сопротивления цепи возбуждения U_в = R_в·I_в, где U_в - падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристика представляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ (tg γ ~ R_в).

Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждения замедляется при насыщении магнитной цепи машины.
Рис. 11

Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.
Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения R_кр, когда
γ = γ_кр, самовозбуждение становится невозможным. При критическом сопротивлении вольт - амперная характеристика цепи возбуждения становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а в якоре появляется небольшая ЭДС.

14.Условия включения ГПТ на параллельную работу.

Необходимо выполнить следующие требования:

1. ЭДС включаемого генератора E_Г должна быть равна напряжению сети U_c;

2. Частота генератора f_Г должна быть равной частоте сети f_c;

3. E_Г и U_c должны быть в фазе;

4. Чередования фаз генератора и сети должны быть одинаковыми.

При указанных условиях векторы генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой частотой (рис.3.21), разности ЭДС и напряжений между одноименными контактами выключателя при включении генератора (рис.3.22) равны нулю

.

Рис. 3.21

Равенство ЭДС и напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора, а контролируется с помощью вольтметра (на рисунке отсутствует). Изменение частоты и фазы ЭДС генератора достигается изменением частоты вращения ротора генератора. Правильность чередования фаз проверяется только при первом включении генератора. Совпадение ЭДС и напряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых вольтметров или специальных синхроноскопов.

Неправильная синхронизация может вызвать серьезную аварию. Если, например, напряжения и будут в момент включения сдвинуты по фазе на , то это эквивалентно короткому замыканию при удвоенном напряжении ().

Синхронизация с помощью лампового синхроскопа может осуществляться по схеме на погасание (рис.3.22,а) или вращение света (рис.3.22,б). Схема синхронизации на погасание света предполагает включение ламп 1, 2, 3, между одноименными клеммами генератора и сети. Момент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Схема синхронизации на вращение света предполагает включение ламп 1 и 2 между разноименными клеммами генератора и сети. Момент синхронизации соответствует свечению этих двух ламп с максимальной яркостью и погасанию лампы 3, подключенной к одноименным клеммам генератора и сети.

Рис. 3.22

 

Метод точной синхронизации предполагает наличие автоматических синхронизаторов, которые осуществляют автоматическое регулирование E_Г и f_Г синхронизируемого генератора и при достижении необходимых

условий автоматически включают генераторы на параллельную работу. Однако автоматические синхронизаторы сложны и требуют непрерывного и квалифицированного обслуживания. Кроме того, в случае аварий процесс синхронизации с помощью автоматических синхронизаторов затягивается (до мин.), что с точки зрения оперативности ликвидации аварий крайне нежелательно.

Сущность метода грубой синхронизации (самосинхронизации) заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (E_Г =0) при частоте вращения близкой к синхронной, затем включается ток возбуждения и генератор втягивается в синхронизм. При самосинхронизации неизбежно возникает значительный бросок тока якоря (до 3,5 I_H). Однако этот ток все же меньше чем при внезапном коротком замыкании генератора на холостом ходу при , так как кроме сопротивления обмотки якоря генератора в цепи будут действовать и сопротивления элементов сети. Кроме того, величину броска тока снижает включение в цепь обмотки возбуждения сопротивления гашения поля.

15.Порядок включения ГПТ на параллельную работу.

Схема параллельной работы двух генераторов параллельного возбуждения показана на рисунке 1. Пусть генератор 1 уже работает на сборные шины и необходимо подключить к этим шинам генератор 2.

Тогда надо соблюсти следующие условия: 1) полярность генератора 2 должна быть такой же, как и генератора 1 или шин Ш, т. е. положительный (+) и отрицательный (–) зажимы генератора 2 должны с помощью рубильника или другого выключателя Р2 соединиться с одноименными зажимами сборных шин; 2) электродвижущая сила (э. д. с.) генератора 2 должна равняться напряжению на шинах. При соблюдении этих условий при подключении генератора 2 к шинам с помощью рубильника не возникает никакого толчка тока и этот генератор после его включения будет работать без нагрузки, на холостом ходу.

Рисунок 1. Схема параллельной работы генераторов параллельного возбуждения

Для выполнения и проверки этих условий включения поступают следующим образом. Генератор 2 приводят во вращение с номинальной скоростью и возбуждают до нужного напряжения. Его напряжение измеряют с помощью вольтметра V1 и вольтметрового переключателя П, для чего последний ставят в положение 2 – 2. Напряжение шин измеряют тем же вольтметром в положении переключателя Ш – Ш. Чтобы одновременно проверить соответствие полярностей, вольтметр V1 должен быть магнитоэлектрического типа. Тогда при включении вольтметра по схеме, изображенной на рисунке 1, отклонения его стрелки при правильной полярности генератора 2 и шин будут происходить в одну и ту же сторону. Если полярность генератора 2 неправильна, то необходимо переключить два конца от его якоря. Нужное значение напряжения генератора достигается путем регулирования его тока возбуждения i _в2 с помощью реостата.

Возможен также другой способ контроля правильности условий включения – с помощью вольтметра V2, подключенного к зажимам одного полюса рубильника Р2. Если другой полюс (нож) рубильника включить, то при равенстве напряжений и правильной полярности генераторов показание вольтметра V2 будет равно нулю.

При включении генератора 2 с неправильной полярностью в замкнутой цепи, образованной якорями обоих генераторов (рисунок 1) и шинами, э. д. с. обоих генераторов будут складываться. Так как сопротивление этой цепи мало, то возникают условия, эквивалентные короткому замыканию, что приводит к аварии. При правильной полярности, но неравных напряжениях генераторов в указанной цепи возникает уравнительный ток

значение которого также может оказаться большим.

При включении нагрузки уравнительный ток вызывает увеличение тока одного генератора и уменьшение тока другого, в результате чего генераторы нагружаются неодинаково.

16.Параллельная работа ГПТ, перевод нагрузки.

для равномерного распределения нагрузки между генераторами при различных ее значениях внешние ха­рактеристики генераторов должны совпадать. Однако достичь пол­ного совпадения характеристик даже у одинаковых генераторов не представляется возможным. Вместе с тем в известных пределах распределение нагрузки можно улучшить. Для этого прежде всего необходимо получить возможно более близкое совпадение харак­теристик приводных двигателей генераторов. Затем, если харак­теристики генераторов не слишком расходятся, доводку их можно осуществить поворотом щеток на углы, не оказывающие боль­шого влияния на коммутацию. Щетки у генератора с характери­стикой 1 следует повернуть в сторону вращения, а у генератора с характеристикой 2 - в сторону, противоположную вращению. При этом продольная реакция якоря и реакция добавочных по­люсов в генераторе со щетками, повернутыми в сторону враще­ния, увеличат падение напряжения при увеличении нагрузки, а в генераторе со щетками, повернутыми против вращения, наоборот, уменьшат падение напряжения. Характеристики сблизятся, и рас­пределение нагрузок между генераторами улучшится.

При параллельной работе двух генераторов неодинаковой мощ­ности необходимо получить распределение нагрузки, пропорцио­нальное их мощностям. Для этого внешние характеристики гене­раторов с учетом приводных двигателей должны иметь одинако­вый в процентном отношении наклон при изменении нагрузки от нуля до номинальной для каждого генератора.

Неравенство нагрузок при параллельной работе генераторов возрастает с уменьшением статизма, поэтому иногда при жестких внешних характеристиках генераторов не удается достичь прием­лемого распределения нагрузки между генераторами при парал­лельной работе. В таких случаях смогут помочь уравнительные соединения, включенные между якорями и добавочными полюсами генераторов.

Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения возможна лишь при наличии уравнительного соединения между якорями и последовательными обмотками возбуждения машин. В противном случае возможен неустойчивый режим параллельной работы. Действительно, без уравнительных соединений случайное увеличение нагрузки одного из генераторов (при соответствую­щем уменьшении ее у другого) приведет к увеличению его ЭДС. Это, в свою очередь, еще более увеличит неравномерность распре­деления нагрузки и т. д. Введение уравнительного соединения с малым сопротивлением способствует выравниванию нагрузок.

 

17.момент двигателя постоянного тока, уравнение вращающих моментов.

Если обмотку возбуждения и якорь двигателя подключить к сети постоянного тока напряжением U то, возникает электромагнитный вращающий момент Мэм. Полезный вращающий момент М на валу двигателя меньше электромагнитного на значение противодействующего момента, создаваемого в машине силами трения и равного моменту Мх в режиме х.х., т. е. М = Мэм—Мх.

Пусковой момент двигателя должен быть больше статического тормозного Мт в состоянии покоя ротора, иначе якорь двигателя не начнет вращаться. В установившемся режиме (при n = соnst) имеет место равновесие вращающего М и тормозного Мт моментов:

 

М = Мэм – Мх = Мт (8)

 

Из механики известно, что механическая мощность двигателя может быть выражена через вращающий момент и угловую скорость

 

 

Следовательно, полезный вращающий момент двигателя М (Н • м), выраженный через полезную мощность Р (кВт) и частоту вращения n (об/мин),

 

М =9550P/n (10)

 

Обсудим некоторые важные вопросы пуска и работы двигателей постоянного тока. Из уравнения электрического состояния двигателя следует, что

 

Iя = (U -- E)/Rя (11)

 

В рабочем режиме ток якоря Iя ограничивается э. д. с. E, если n приблезительно равно nном. В момент пуска п = 0, э. д. с. Е = 0 и пусковой ток Iп = U/Rя в 10—30 раз больше номинального. Поэтому прямой пуск двигателя, т. е. непосредственное включение якоря на напряжение сети, недопустимо. Чтобы ограничить большой пусковой ток якоря, перед пуском последовательно с якорем включается пусковой реостат Rп с небольшим сопротивлением. В этом случае при Е = О

 

Iп=U/(Rя – Rп) << U/Rя (12)

 

Сопротивление реостатаRп выбирается по допустимому току якоря.

По мере разгона двигателя до номинальной частоты вращения э. д. с. Е увеличивается, а ток уменьшается и пусковой реостат постепенно и полностью выводится (пусковые реостаты рассчитываются на кратковременное включение). Регулировочный реостат Rрег в цепи возбуждения с относительно большим сопротивлением (десятки и сотни Ом) перед пуском двигателя полностью выводится, чтобы при пуске ток возбуждения и магнитный поток статора Ф были номинальными. Это приводит к увеличению пускового момента, который обеспечивает быстрый и легкий разгон двигателя.

После пуска и разгона наступает установившийся режим работы двигателя, при котором тормозной момент на валу Мт будет уравновешиваться моментом, развиваемым двигателем Мэм, т. е. Мэм == Мт ( при n = соnst.)

Электродвигатели постоянного тока могут восстанавливать нарушенный изменением тормозного момента установившийся режим работы, т. е. могут развивать вращающий момент М, равный новому значению тормозного момента Мт при соответственно новой частоте вращения n'.

Действительно, если тормозной момент нагрузки Мт окажется больше вращающего момента двигателя Мэм, то частота вращения якоря уменьшится. При постоянных напряжении U и потоке Ф это вызовет уменьшение э. д. с. Е якоря, увеличение тока якоря и вращающего момента до наступления равновесия, при котором Мэм = Мт и n' <n. При уменьшении тормозного момента до Мт аналогично наступает установившийся режим работы при Мэм = Мт' и n">n'. Таким образом, двигатели постоянного тока обладают свойством саморегулирования — могут развивать вращающий момент, равный тормозному.

18. пуск двигателя постоянного тока

При пуске двигателя в ход необходимо: 1) обеспечить надлежащий пусковой момент и условия для достижения необходимой скорости вращения; 2) предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя.
Возможны три способа пуска двигателя в ход: 1) прямой пуск, когда цепь якоря подключается непосредственно к сети на ее полное напряжение; 2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря; 3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.

Прямой пуск

При n = 0 также E _а = 0 и, согласно выражению (5), в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока"

I а = U а / R а.

(1)

В нормальных машинах R _а = 0,02 – 0,1, и поэтому при прямом пуске с U = U _н ток якоря недопустимо велик:

I _а = (5 – 10) I _н.

Вследствие этого прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, у которых R _а относительно велико и поэтому при пуске I _а ≤ (4 – 6) I _н, а процесс пуска длится не более 1 – 2 с.