Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения

Эта характеристика отражает зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки:

Рис.14.2.Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением.

У генера­тора параллельного возбуждения ток во внешней цепи меняется с изменением сопротивления нагруз­ки. Если сопротивление внешней цепи уменьшается, растет ток нагрузки. (Говорят – «увеличивается нагрузка генератора»)

При увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора под влиянием реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря уменьшается. Снижение напряжения вызывает уменьшение тока возбуждения

В свою очередь, уменьшение I_в вызывает ослабление основного магнитного потока, а следовательно, умень­шение э.д.с. и напряжения на зажимах генератора.

С понижением напряжения происходит дальнейшее уменьшение I_в.

При этом маг­нитная система генератора постепенно размагничивается. В генера­торе с параллельным возбуждением ток нагрузки увеличивается лишь до определенного критического значения I_кр, превышающего номинальное не более чем в 2—2,5 раза.

Величина тока нагрузки за­висит от двух факторов: величины напряжения генератора и сопро­тивления нагрузки. При увеличении тока нагрузки уменьшается напря­жение на зажимах генератора (рис. 14.2.).

В начале, когда магнитная система насыщена, размагничивание идет медленно и напряжение U изменяется незначительно, вследствие чего ток в цепи якоря увели­чивается. Однако при дальнейшем увеличении тока степень насы­щения магнитной системы резко уменьшается, и напряжение начинает быстро падать. Преобладающим будет уже не уменьшение со­противления цепи, а понижение напряжения.

Поэтому ток, достигнув критического значения, начнет уменьшаться. При к.з I_в =0, так как U = 0.Величина I_к.з. будет определяться только ве­личиной э.д.с. остаточной индукции:

Таким образом, к.з, вызванное постепенным уменьшением сопротивления нагрузки, не опасно для генератора параллельного возбуждения.

Но при вне­запном коротком замыкании магнитная система генератора не успе­вает сразу размагнититься, и ток I_к.з. достигает опасных для маши­ны значений. При таком резком возрастании тока па валу генера­тора возникает значительный тормозящий момент, а на коллекторе появляется сильное искрение, переходящее в круговой огонь.

Дата добавления: 2014-12-24 ; просмотров: 1020 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

В генераторе параллельного возбуждения, который иногда назы­вают шунтовым, обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря (рис. 33, а).

При вращении якоря генератора магнитный поток остаточного магнетизма индуктирует в его обмотке небольшую э. д. с, а так как к якорю подключена обмотка возбуждения полюсов, то в ней появ­ляется незначительный ток, обусловленный этой э. д. с. Ток возбу­ждения вызывает увеличение магнитного потока полюсов, что, в свою очередь, приводит к увеличению э. д. с. и т. д.

Величина установившегося напряжения холостого хода зависит от величины сопротивления цепи возбуждения, а также от степени насыщения магнитной системы машины.

Основные условия самовозбуждения генератора постоянной тока параллельного возбуждения таковы:

а)Наличие в стали полюсов остаточного магнетизма.Отсутствие остаточного магнетизма редко наблюдается в машинах постоянного тока. Для восстановления остаточного магнетизма об­мотку возбуждения па короткое время нужно подключить к источнику постоянного тока.

б)Правильное (согласное) соединение обмотки возбуждения иобмотки якоря, чтобы магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, совпадал по направлению с маг­нитным потоком остаточного магнетизма.Если обмотки возбуждения и якоря включены так, что магнитные потоки полюсов и остаточного магнетизма направлены встречно, то происходит размагничивание полюсов, препятствующее возбужде­нию машины. Для возбуждения машины нужно изменить направление вращения якоря или переключить концы обмотки возбуждения.

в)Выведение регулировоч­ного реостата из цепи возбуждения.Когда реостат в цепи обмотки возбуждения не выведен, по обмотке возбуждения протекает очень малый ток, недостаточный для самовоз­буждения.

г)Отключение нагрузки у генера­торов параллельного возбуждения. Если нагрузка не отключена, то ток в обмотке возбуждения недо­статочен для самовозбуждения.

Рис. 33. Генератор параллельного возбуждения: а) схема; б) внешняя характеристика

Характеристики холостого хода(U = f(I_в) при I_нг. = 0 и n= const)и регулировочная(I_В =f(I_нг) при п =const и U = const) для генератора параллельного возбуждения снимаются таким же образом, как и для генератора независимого возбуждения; их вид и назначение те же. Характеристика короткого замыкания(1_к = f(I_в) при п = const и U = 0) в этом случае подобна той же характеристике генератора независимого возбуждения; снять ее можно только по схеме независимого возбуждения, так как у короткозамкнутого генератора параллельного возбуждения не будет тока возбуждения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения значительно отличается от аналогичной характеристики генератора независимого возбуждения. Эту характеристику снимают по схеме, приведенной на рисунке 33, а.

Для сравнения на рисунке 33, б приведены внешние характеристики генератора независимого возбуждения (1) и параллельного возбуждения (2).

По мере увеличения нагрузки напряжение генератора независи­мого возбуждения постепенно понижается вследствие падения напря­жения на сопротивлении обмотки якоря и размагничивающего дей­ствия реакции якоря. Ток возбуждения в генераторе независимого возбуждения при снятии внешней характеристики не изменяется, постоянна по величине и э. д. с. генератора.

У генератора параллельного возбуждения ток возбуждения I_в зависит отнапряжения машины , а так как напряжение машины Uс увеличением нагрузки уменьшается, то снижается и вели­чина тока возбуждения, что приводит к большему изменению напря­жения по сравнению с генератором независимого возбуждения. С уве­личением нагрузки происходит размагничивание генератора, и поэ­тому в генераторе параллельного возбуждения ток нагрузки возра­стает только до определенного, критического значения токаI_кр, превышающего номинальный ток в 2—2,5 раза.

При достижении критического тока напряжение машины сразу понижается до нуля, ав обмотке якоря протекает незначительный по величине ток короткого замыкания, обусловленный э. д. с. остаточ­ного магнетизма.

Напряжение генератора параллельного возбуждения вначале изменяется незначительно, так как, пока сталь полюсов еще насыщена, влияние размагничивания машины сказывается мало. По мереувеличения тока нагрузки происходит уменьшение напряжения идальнейшее размагничивание машины, что приводит к более резкому понижению напряжения, а при достижении критического тока к бы­строму исчезновению («сбрасыванию») напряжения и нагрузки.

Ток короткого замыкания не опасен для генератора параллель­ного возбуждения, но критический ток может вызвать круговой огонь на коллекторе.

Генераторы параллельного возбуждения широкое приме­няются в сельскохозяйственных машинах (машинные возбудители синхронных гене­раторов, на автомобилях, тракторах и в зарядных агрегатах).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8460 – | 7349 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения U навыводах генера­тора от тока нагрузки I. При снятии данных для построения внеш­ней характеристики генератор приводят во вращение с номиналь­ной скоростью и нагружают его до номинального тока при номинальном напряжении. Затем, постепенно уменьшая нагрузку вплоть до х.х. (I= 0), снимают показания приборов. Сопротивле­ние цепи возбуждения r_B и частоту вращения в течение опыта под­держивают неизменными.На рис. 28.4, а представлена внешняя характеристика генера­тора независимого возбуждения, из которой видно, что при увеличении тока нагрузки I напряжение на выводах генератора понижа­ется; это объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря. Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость внешней характеристики) оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки:

.

Обычно для генератора независимого возбуждения ΔU_ном = 5 – 10% .

Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения

Характери­стика I_В= F(I) показывает, как следует менять ток в цепи возбуж­дения, чтобы при изменениях нагрузки генератора напряжение на его выводах оставалось неизменным, равным номинальному. При этом частота вращения сохраняется постоянной (n – const).

При работе генератора без нагрузки в цепи возбуждения уста­навливают ток I_во, при котором напряжение на выводах генератора становится равным номинальному. Затем постепенно увеличивают нагрузку генератора, одновременно повышают ток возбуждения таким образом, чтобы напряжение генератора во всем диапазоне нагрузок оставалось равным номинальному. Так получают восхо­дящую ветвь характеристики (кривая 1 на рис. 28.4, б). Постепен­но уменьшая нагрузку генератора до х.х. и регулируя соответст­вующим образом ток возбуждения, получают нисходящую ветвь характеристики (кривая 2 на рис. 28.4, б). Нисходящая ветвь регу­лировочной характеристики расположена ниже восходящей, что объясняется влиянием возросшего остаточного намагничивания магнитной цепи машины в процессе снятия восходящей ветви. Среднюю кривую 3,проведенную между восходящей и нисходящей ветвями, называютпрактической регулировочной характери­стикой генератора.

Основной недостаток генераторов независимого возбужде­ния — это необходимость в постороннем источнике энергии по­стоянного тока — возбудителе. Однако возможность регулирова­ния напряжения в широких пределах, а также сравнительно жесткая внешняя характеристика этого генератора являются его достоинствами.

25. Характеристики генератора постоянного тока параллельного возбуждения

Определение. Генераторами параллельного возбуждения называют генераторы, обмотка возбуждения которых питается от ЭДС обмотки якоря и подключена к выводам якоря машины параллельно цепи нагрузки.

Схема генератора параллельного возбуждения. Схема изображена на рис. 1.20. Ток якоря I_Я = I+ I_В у щеток разветвляется на ток нагрузкиI и ток возбуждения I_В . Обычно ток возбуждения невелик и составляет (0,01-0,05) I_Я.НОМ . Последовательно с обмоткой возбуждения включается реостат R_P для регулирования возбуждения. Реостат позволяет изменять ток возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.

Характеристика холостого хода генератора с самовозбуждением всегда снимается при независимом возбуждении (обмотка возбуждения отключается от якоря и запитывается от постороннего источника) и поэтому аналогична характеристике холостого хода генератора с независимым возбуждением.

Характеристика холостого хода U₀=f (I_в) при I=0 и n=const. В процессе самовозбуждения в генераторах параллельного возбуждения I_a=I_в, причем I_в=(0,02…0,03) I_н. Поэтому можно пренебречь реакцией якоря и падением напряжения в обмотке якоря и считать, что между характеристиками холостого хода генератора параллельного возбуждения и независимого возбуждения практически нет разницы. Следует учесть, что эта характеристика может быть снята только в одном квадранте, так как процесс самовозбуждения в данном генераторе может протекать только в одном направлении при согласном действии остаточного магнитного потока и потока, создаваемого током возбуждения, причем на прямолинейном участке характеристики напряжение генератора не удается регулировать как у генератора независимого возбуждения, что определяет меньший диапазон регулирования его напряжения.

Нагрузочная характеристика U=f (I_в) при I=const и n=const. Нагрузочные характеристики генератора параллельного возбуждения практически совпадают с характеристиками генератора независимого возбуждения, так как увеличение тока I_а на величину тока возбуждения при параллельном возбуждении не может оказать заметного влияния на напряжение генератора.

Внешняя характеристика U=f (I) при r_в=const и n=const (рисунок 1) показывает влияние изменения нагрузки на напряжение генератора. При этом ток возбуждения не регулируется с помощью регулировочного реостата. Следует учесть, что при независимом возбуждении

а при параллельном возбуждении

Последнее равенство означает, что при снятии внешней характеристики ток возбуждения генератора изменяется пропорционально напряже­нию на генераторе. Таким образом, уменьшение напряжения генератора параллельного возбуждения при увеличении его нагрузки вызывается не только размагничивающим действием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря, но и уменьшением тока возбуждения. Поэтому внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (рисунок 1 ) (кривая 1) располагается ниже внешней характеристики генератора независимого возбуждения (кривая 2).

В генераторе параллельного возведения ток нагрузки I будет увеличиваться только до определенного критического значения I_кр=(2. 2,5) I_н, после чего он начнет уменьшаться до I_ко M₁, то скорость электродвигателя начнет уменьшаться. При этом уменьшается и против э. д. с., а ток в обмотке якоря, согласно выражению (22), будет воз­растать, что вызовет возрастание вращающего момента. Умень­шение числа оборотов будет происходить до тех пор, пока вра­щающий момент не станет равным моменту сопротивле­ния М_с2.

При уменьшении момента сопротивления происходит обрат­ный процесс. Если момент сопротивления станет меньше вра­щающего момента, развиваемого электродвигателем, то ско­рость вращения последнего начнет возрастать. Это вызовет возрастание противо э. д. с., а значит, уменьшение тока и вра­щающего момента. Процесс прекратится, когда вращающий момент станет равным моменту сопротивления на валу электро­двигателя.

28. Электромеханические (скоростные) и механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Коллекторные двигатели послдовательного возбуждения чаще применяются в неуправляемых электроприводах. Их достоинством является возможность одновременного обеспечения большого пускового момента и высокой скорости холостого хода, что способствует их применению в качестве тяговых двигателей на транспорте или исполнительных двигателей механизмов с широким диапазоном скоростей. В последнее время такие двигатели находят применение в бытовой технике. Например, в приводе барабана стиральной машины, где эти двигатели используются и как управляемые

Схема замещения двигателя в первом приближении может быть представлена в виде рис. 2.12, где, кроме обозначений, принятых в предыдущем параграфе, обозначено R_вт, L_вт – активное сопротивление и индуктивность короткозамкнутого контура вихревых токов.

Рис. 2.12. Схема замещения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Из теории электрических машин известно, что вихревые токи образуются в полюсах и в магнитопроводе двигателя при быстром изменении потока. В двигателях большой мощности влияние короткозамкнутого контура на динамические свойства может оказаться существенным. Однако для рассматриваемого класса приводов с мощностью до нескольких киловатт этим влиянием можно пренебречь. Тогда, в соответствии со схемой замещения и с учетом выражения (2.3), уравнение напряжения якорной цепи получит вид

В отличие от двигателей независимого возбуждения здесь магнитный поток является функцией тока якоря. Как мы отмечали, эта зависимость нелинейная, поэтому нелинейная и механическая характеристика, которую для реальной зависимости потока от тока (см. рис. 2.8.а) вообще трудно выразить аналитически. Для того, чтобы представить электромеханические характеристики в аналитической форме, заменим, как мы делали в предыдущем параграфе, реальную зависимость потока от тока аппроксимированной, вида (см. рис. 2.8.б). Тогда в установившемся режиме при i_я≤I_нс, где I_нс – ток двигателя, при котором наступает насыщение магнитной системы, из уравнения (2.57) с учетом (2.6) и (2.43.а) получим уравнения электромеханической:

и механической характеристик:

Здесь k₁ – коэффициент, связывающий поток двигателя с током якоря (Φ=k₁I_я).

При i_я>I_нс из-за насыщения системы согласно (2.43.б) поток условно можно принять постоянным, как и в двигателе независимого возбуждения, поэтому для описания характеристик с определенной степенью приближения справедливы выражения (2.5) и (2.7). Электромеханические характеристики двигателя имеют вид (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения

Согласно рис. 2.13 жесткость механической характеристики двигателя последовательного возбуждения – переменная. Для ее оценки при M 2 _a *r_Д), которые интенсивно растут с увеличением мощности двигателя.

Рис. 29.4. Механические характеристики двигателя параллельно­го возбуждения:

а — при введении в цепь якоря добавочного сопротивления;

б — при изменении основного магнитного потока;

в — при изменении напряже­ния в цепи якоря

Регулирование частоты вращения ДПТ НВ изменением основного магнитного потока

Этот способ регулирования в двигателе независимого возбуждения реализуется посредством реостата r_рег в цепи обмотки возбуждения. Так, при уменьшении сопротивления реостата возрастает магнитный поток обмотки возбуждения, что сопровождается по­нижением частоты вращения [см. (29.5)]. При увеличении r_рег час­тота вращения растет. Зависимость частоты вращения от тока воз­буждения выражается регулировочной характеристикойдвигателя n=f(I_В) при и.

Из выражения (29.5) следует, что с уменьшением магнитного потока Ф частота вращения n увеличивается по гиперболическому закону (рис. 29.5,а). Но одновременно уменьшение Ф ведет к рос­ту тока якоря Ia = M/(C_м*Ф). При потоке ток якоря дости­гает значения, т. е. падение напряжения в цепи яко­ря достигает значения, равного половине напряжения, подведенного к якорю . В этих условиях частота вращения двигателя достигает максимума n_max. При дальнейшем уменьшении потока частота вращения двигателя начинает убывать, так как из-за интенсивного роста тока I_a второе слагаемое выражения (29.9) нарастает быстрее первого.

При небольшом нагрузочном моменте на валу двигателя мак­симальная частота вращения n_max во много раз превосходит номи­нальную частоту вращения двигателя n_ном и является недопусти­мой по условиям механической прочности двигателя, т. е. может привести к его «разносу». Учитывая это, при выборе реостата r_рег необходимо следить за тем, чтобы при полностью введенном его сопротивлении частота вращения двигателя не превысила допус­тимого значения.

Например, для двигателей серии 2П допускается превышение частоты вращения над номинальной не более чем в 2—3 раза. Необходимо также следить за надежностью электриче­ских соединений в цепи обмотки возбуждения двигателя, так как при разрыве этой цепи магнитный поток уменьшается до значения потока остаточного магнетизма Ф_ост, при котором частота враще­ния может достигнуть опасного значения.

Вид регулировочных характеристик n = f(Ф) зависит от значе­ния нагрузочного момента M₂ на валу двигателя: с ростом M₂ мак­симальная частота вращения n_max уменьшается (рис. 29.5, б).

Рис. 29.5. Регулировочные характеристики двигателя независимого возбуждения

Недостаток рассмотренного способа регулирования частоты вращения состоит в том, что при изменении магнитного потока Ф меняется угол наклона механической характеристики двигателя.

Рассмотренный способ регулирования частоты вращения прост и экономичен, так как в двигателях независимого возбуж­дения ток I_В = (0,01 — 0,07)Iа, а поэтому потери в регулировочном реостате невелики.

Однако диапазон регулирования обычно составляет n_MAX/n_MIN = 2 — 5. Объясняется это тем, что нижний предел частоты вращения обусловлен насыщением машины, ограничивающим значение магнитного потока Ф, а верхний предел частоты опасностью «разноса» двигателя и усилением влияния реакции якоря, иска­жающее действие которого при ослаблении основною магнитного потока Ф усиливается и ведет к искрению на коллекторе или же к появлению кругового огня.

Регулирование частоты вращения ДПТ НВ изменение напряжения в цепи якоря

Регулирование часто­ты вращения двигателя изменением питающего напряжения при­меняется лишь при I_B = const, т. е. при раздельном питании цепей обмотки якоря и обмотки возбуждения при независимом возбуж­дении.

Частота вращения в режиме х.х. n₀ пропорциональна напря­жению, а от напряжения не зависит, поэтому ме­ханические характеристики двигателя при изменении напряжения не меняют угла наклона к оси абсцисс, а смещаются по высоте, оставаясь параллельными друг другу (см. рис. 29.4,в). Для осуще­ствления этого способа регулирования необходимо цепь якоря двигателя подключить к источнику питания с регулируемым на­пряжением. Для управления двигателями малой и средней мощно­сти в качестве такого источника можно применить регулируемый выпрямитель, в котором напряжение постоянного тока меняется регулировочным автотрансформатором (АТ), включенным на вхо­де выпрямителя (рис. 29.6,а).

Для управления двигателями большой мощности целесооб­разно применять генератор постоянного тока независимого возбу­ждения; привод осуществляется посредством приводного двигате­ля (ПД), в качестве которого обычно используют трехфазный двигатель переменного тока. Для питания постоянным током це­пей возбуждения генератора Г и двигателя Диспользуется возбу­дитель В — генератор постоянного тока, напряжение на выходе которого поддерживается неизменным. Описанная схема управле­ния двигателем постоянного тока (рис. 29.6, б) известна под на­званием системы «генератор — двигатель» (Г—Д).

Рис. 29.6. Схемы включения двигателей постоянного тока при регули­ровании частоты вращения изменением напряжения в цепи якоря

Изменение напряжения в цепи якоря позволяет регулировать частоту вращения двигателя вниз от номинальной, так как напря­жение свыше номинального недопустимо. При необходимости регулировать частоту вращения вверх от номинальной можно вос­пользоваться изменением тока возбуждения двигателя.

Изменение направления вращения (реверс) двигателя, рабо­тающего по системе Г—Д, осуществляется изменением направле­ния тока в цепи возбуждения генератора Г переключателем П, т. е. переменой полярности напряжения на его зажимах. Если двигатель постоянного тока работает в условиях резко переменной на­грузки, то для смягчения колебаний мощности, потребляемой ПД из трехфазной сети, на вал ПД помещают маховик М,который за­пасает энергию в период уменьшения нагрузки на двигатель Д и отдает ее в период интенсивной нагрузки двигателя.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения в цепи якоря обеспечивает плавное экономичное регулирование в широком диапазонеn_MAX/n_MIN ≥ 25 . Наибольшая частота вращения здесь ограничивается условиями коммутации, а наименьшая — условиями охлаждения двигателя.

Еще одним достоинством рассматриваемого способа регули­рования является то, что он допускает безреостатный пуск двига­теля при пониженном напряжении.