Генераторный режим машины постоянного тока

Основной характеристикой генератора постоянного тока (ГПТ) как источника питания ЭЭ является зависимость его напряжения и от тока нагрузки ;, называемая внешней характеристикой: и = /(г). Цепь якоря генератора описывается уравнением источника напряжения и с внутренней ЭДС е и внутренним сопротивлением , равным сумме сопротивлений всех последовательно включенных элементов цепи якоря (например, обмотки якоря гя и дополнительных полюсов гд :

Здесь принято обычное для автономного источника совпадение направлений ЭДС е и тока г.

Схемы МПТ с независимым (а), параллельным (б), последовательным («) и смешанным (г) возбуждением

Рис. 8.8. Схемы МПТ с независимым (а), параллельным (б), последовательным («) и смешанным (г) возбуждением

Внешняя характеристика в значительной мере определяется зависимостью ЭДС е от тока нагрузки i, которая, в свою очередь, определяется схемой питания обмоток главных полюсов. У МПТ используются четыре основных варианта включения обмоток возбуждения (рис. 8.8):

  • • на независимый источник напряжения ив (машины независимого возбуждения);
  • • параллельно цепи якоря с напряжением и (машины параллельного возбуждения, или шунтовые);
  • • последовательно в цепь якоря с током i (машины последовательного возбуждения, или сериесные);
  • • одной обмотки параллельно цепи якоря с напряжением и, а другой — последовательно в цепи якоря с током i (машины смешанного возбуждения, или компаундные).

У обычных МПТ сопротивление обмотки параллельного возбуждения (шунтовой) гв ш в несколько десятков раз больше сопротивления номинальной нагрузки генератора rHOM = uHOU / iHOU, а сопротивление обмотки последовательного возбуждения (сериесной) гв с в несколько десятков раз меньше гном. Сопротивление обмотки якоря гя и добавочных полюсов гд также не превышает нескольких процентов гнои.

Генераторы с независимым возбуждением от источника постоянного напряжения ив при изменении тока нагрузки i сохраняют постоянство потока Ф, так как Ф=к^ив = const. Эти зависимости справедливы для магнитопровода в ненасыщенном состоянии, т.е. при ограниченных значениях ив. Пренебрежение влиянием реакции якоря на магнитный поток Ф, не полностью устраняемым дополнительными полюсами, позволяет внешние характеристики генераторов с независимым возбуждением описывать согласно (8.8) прямой:

где и = сФО. — напряжение (ЭДС е) генератора в режиме XX (рис. 8.9).

Внешние характеристики ГПТ с независимым возбуждением (1) и самовозбуждением при параллельном (2), последовательном (3) и смешанном включении обмоток

Рис. 8.9. Внешние характеристики ГПТ с независимым возбуждением (1) и самовозбуждением при параллельном (2), последовательном (3) и смешанном включении обмоток: согласном (4) и противовключении (5)

В режиме внезапного КЗ ток генератора быстро увеличивается до значений (15—20) iHOU, а затем снижается, продолжая оставаться в 8—10 раз большим, чем iHOM . Режим КЗ ГПТ особенно опасен при независимом возбуждении. Возникают значительные ЭДС, которые вызывают механическое повреждение элементов конструкции генератора. Кроме того, КЗ сопровождается возникновением искрения по всему коллектору, называемого «круговым огнем», которое вызывает обгорание поверхности коллектора и щеток.

Генераторы с самовозбуждением и обмоткой параллельного возбуждения (см. рис. 8.8,6) имеют магнитный поток, зависящий от напряжения и и, следовательно, тока нагрузки ;, так как и = /(/). Поэтому внешняя характеристика таких генераторов «мягче», чем у генераторов с независимым возбуждением (рис. 8.9), в особенности в области токов перегрузок (7 > iHOM). Установившийся ток КЗ самовозбуждающегося генератора не превосходит номинального значения iHOU.

При необходимости поддерживать у генератора постоянное напряжение и используют регулирование его тока возбуждения. Значения тока возбуждения, обеспечивающего и - const при различных токах нагрузки, описываются регулировочной характеристикой iB =/(;') (рис. 8.10,а). Принципиальные схемы регулирования тока возбуждения iB показаны на рис. 8.10,б,в.

Генераторы последовательного возбуждения используются редко. В них имеет место значительная взаимная зависимость изменения напряжения и и тока нагрузки ;, так как поток пропорционален току нагрузки: Фз = к Л.

Форма внешней характеристики генераторов последовательного возбуждения показана на рис. 8.9. Нарушение ее линейности при больших токах происходит из-за насыщения магнитной цепи в результате усиления действия реакции якоря.

Регулировочная характеристика ГПТ (а) и схемы управления возбуждением при самовозбуждении (б) и независимом возбуждении («)

Рис. 8.10. Регулировочная характеристика ГПТ (а) и схемы управления возбуждением при самовозбуждении (б) и независимом возбуждении («)

Г енераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки на каждом полюсе, одна из которых обтекается током, пропорциональным напряжению генератора или постороннего источника напряжения возбуждения, а вторая — током якоря. При отсутствии насыщения магнитопровода при смешанном возбуждении справедлива формула Ф4 = к,и + к Л. Знаки ± показывают, что вторая, последовательная (сериесная) обмотка может быть включена так, чтобы либо усиливать МП параллельной (шунтовой) обмотки, либо его ослаблять. Использование последовательной обмотки с согласным или встречным включением позволяет существенно влиять на внешнюю характеристику ГИТ (соответственно кривые 4 и 5 на рис. 8.9). Согласное включение, обеспечивает большее постоянство напряжения генератора в широком диапазоне токов нагрузки (приближение к характеристике идеального источника напряжения). Встречное включение ограничивает предельные значения тока нагрузки вплоть до режима КЗ (приближение к характеристике идеального источника тока).

Автономные ГПТ должны обладать свойством начального самовозбуждения — свойством перехода от состояния iB =0 и и = 0 при Q = 0 к состоянию iB > 0 и и а и 1юи при Пяом без использования дополнительных источников питания. Физически такой переход реализуем, если в генераторе при iB = 0 существует остаточное МП. Соответствующий этому полю остаточный поток и создаваемая им остаточная ЭДС е0 (см. рис. 8.5) могут обеспечить самовозбуждение генератора только при выполнении во всем диапазоне значений 0 < /в < iB1 неравенства iBrB < е = /(г„), где е = /(i„) — характеристика XX. Переходный процесс начального самовозбуждения описывается с помощью уравнения, составленного для контура возбуждения (рис. 8.11,6):

решение которого определяет закон нарастания тока возбуждения во времени до установившегося режима, определяемого точкой Л (рис. 8.11,а). Если сопротивление контура возбуждения настолько велико (например, г’), что нарушается неравенство igrB <е, то процесс начального самовозбуждения прекращается при малых значениях е (точка В на рис. 8.11, а).

Характеристика XX (а) и схема возбуждения генератора (б)

Рис. 8.11. Характеристика XX (а) и схема возбуждения генератора (б)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >