книги / Электротехнические устройства радиосистем
..pdfвает магнитный поток машины ф макс* что вызывает уве личение как э. д. с. в обмотке якоря Е, так и тока в об мотке возбуждения iB. Увеличение iB вызывает дальней шее увеличение ф максУвеличение тока возбуждения машины происходит не беспредельно, а до определенной
величины, |
зависящей |
от |
скорости |
if |
|
|
|
|
|
||||
вращения |
якоря машины |
и сопро |
|
|
д /Л |
|
|||||||
тивления в цепи обмотки возбужде |
и |
|
|
|
|||||||||
ния. Таким образом, в процессе са |
|
А |
/ |
1 |
|
|
|||||||
мовозбуждения генератора ток в об |
|
|
|
||||||||||
мотке |
возбуждения постепенно уве |
/ ! / |
1 |
|
|
||||||||
личивается до установившегося зна |
/ Л |
* |
1 |
|
|
||||||||
чения iBA (рис. 3-16). Увеличение |
/ а |
|
1 |
|
|
||||||||
/ а \ | |
|
|
|
|
|||||||||
тока |
возбуждения вызывает |
увели |
/ |
К1— 4— |
£ |
|
|||||||
чение |
э. д. с. в |
якоре |
(кривая |
У). |
|
се |
На |
|
|
||||
Напряжение на |
зажимах |
генерато |
Рис. |
|
3-16. |
Зависи |
|||||||
ра можно |
определить |
произведени |
|
||||||||||
мость э. д. с. и напря' |
|||||||||||||
ем тока возбуждения на сопротив |
жения |
генератора |
от |
||||||||||
ление цепи возбуждения гв (сумма |
гока |
возбуждения. |
|
||||||||||
сопротивления |
обмотки |
возбужде |
|
i^rB= U. |
|
|
|||||||
ния и регулировочного реостата), т. е. |
Сле |
||||||||||||
довательно, |
при |
неизменном |
гв |
зависимость |
U |
от |
|
||||||
представляет собой прямую линию (прямая 2). |
|
|
|||||||||||
При |
£ > £ / , |
т. е. э. д. с. в |
обмотке |
якоря |
не |
уравновешена падением напряжения в сопротивлении цепи возбуждения, вследствие чего ток возбуждения увеличивается.
Ток iB оказаться больше £ва не может, так как при этом э. д. с., индуктированная в замкнутой цепи, окажет ся меньше падения напряжения (E < i BrB) f что невозмож но. Таким образом, точка пересечения кривых Е и U (точка А) характеризует установившийся режим работы машины и возбуждение ее происходит до напряжения, соответствующего точке А.
При изменении скорости вращения или сопротивле ния цепи возбуждения будет изменяться и напряжение, до которого возбуждается машина. При увеличении ско рости вращения якоря машины также увеличится и на пряжение машины.
Угол наклона а прямой U от iB определяется сопро тивлением цепи возбуждения, так как
tg<x= k ~ = k r b,
‘в
где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от
111
выбранного масштаба для напряжения и тока возбужде ния.
При |
увеличении |
гп (увеличивается |
гр) зависимость |
U = f ( i B) |
пойдет под |
большим углом к |
горизонтальной |
оси и напряжение на зажимах генератора уменьшится. Дальнейшее увеличение сопротивления гв будет вызы вать также понижение напряжения. При некотором кри тическом сопротивлении гвлф зависимость U=\f(iB) пере секает кривую Е в начальной части (точка С ),т.е. прак тически машина не возбуждается.
Однако самовозбуждение генератора не всегда воз можно и будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим.
1. Наличие поля остаточного магнетизма. При отсут ствии этого поля не будет создаваться э. д. с. Е0ст, под действием которой в обмотке возбуждения возникает т#к. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то обмотку возбуждения надо вклю чить в сеть какого-либо постороннего источника электри ческой энергии. После отключения обмотки возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.
2 . Обмотка возбуждения должна быть включена со
гласно с полем остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала маг нитный поток машины.
При встречном включении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать остаточный магнитный поток и при длительной работе может пол ностью размагнитить машину. Если обмотка возбужде ния оказалась включенной встречно, то необходимо из менить направление тока в.ней.
3. Сопротивление цепи обмотки возбуждения долж но быть меньше критического (гв< г влф), т. е. такого сопротивления, при котором самовозбуждение генерато ра невозможно.
4. Сопротивление внешней нагрузки гп должно быть велико. При малом гп ток iB будет также мал и самовоз буждения происходить не будет.
3-8. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и представляют зависимости между основными величинами, которыми являются э. д. с. в об-
ll?
мотке якоря |
Е, |
напряжение |
на его зажимах U, ток |
в якоре / а, |
ток |
возбуждения |
iB и скорость вращения |
якоря п. Характеристики представляют собой зависи мости между двумя из указанных основных величин при
неизменных остальных. |
|
|
|
||
Снятие |
всех |
характеристик машины |
производится |
||
при постоянной |
скорости |
вращения |
якоря машины |
||
(/z = const). |
При |
изменении |
скорости |
вращения якоря |
|
машины изменяются все характеристики |
генератора. |
Характеристика холостого хода. Характеристика хо
лостого хода генератора представляет собой зависимость
между |
э. д. с. в якоре |
и током |
возбуждения E = f ( i n), |
|
снятую |
при |
отсутствии |
нагрузки |
(/п = 0 ) и постоянной |
скорости (п |
= const). |
|
|
Для генераторов независимого возбуждения при от сутствии нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю (7а = 0). Так как э. д. с , созданная в обмотке яко ря равна Е = Спф1 то при п = const э. д. с. окажется пря мо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характеристика холостого хода представляет магнитную характеристику машины (зави симость магнитного потока от намагничивающей силы).
При tB= 0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Ф о ст, который индуктирует в обмотке якоря э. д. с. Еаст (рис. 3-15,а). Эта э. д. с. составляет несколько процентов (2 —5%) номинального напряжения машины. С увеличе
нием тока в обмотке возбуждения in увеличиваются магнитный поток и э. д. с., индуктированная в обмотке якоря (кривая /). Если после снятия восходящей ветви этой зависимости до точки А начать постепенно умень шать ток возбуждения iB, то э. д. с. также начнет умень шаться, но за счет намагничивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше восходящей ветви этой характеристики. Изменяя /в не только по ве личине, но и по направлению, можно снять весь цикл перемагничивания стали машины.
Практически восходящая и нисходящая ветви маг нитной характеристики имеют крайне незначительное расхождение и за основную характеристику принимают среднюю ветвь.
На рис. 3-17 показаны характеристики холостого хода, снятые при различных скоростях вращения якоря генератора.
8—1468 ИЗ
Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номинальной скоростью пи, указанной в паспорте ге нератора. Для всех машин нормального типа точка но минального напряжения (точка А) находится на пере гибе магнитной характеристики, что соответствует хоро шим рабочим и регулировочным свойствам генератора.
Выбор точки номинального напряжения на линейном участке магнитной характеристики (точка А') приводит
Рис. 3-17. Характеристика холостого хода генера тора независимого возбуждения.
а — при псремагиичиванин стали; б — при изменении ско рости вращения якоря.
к резким изменениям напряжения на зажимах генера тора при изменениях нагрузки, так как незначительные изменения намагничивающей силы вызывают резкие изменения э. д. с. Выбор этой точки на пологом участке магнитной характеристики (точка Л") приводит к огра ничению регулирования напряжения на зажимах гене ратора, так как для изменения э. д. с. требуются очень большие изменения тока возбуждения.
При изменении скорости вращения якоря генератора изменит свое положение и характеристика холостого хо
да, так |
как |
э. д. |
с. |
пропорциональна |
скорости. |
При |
|
п ' > п н |
характеристика |
холостого |
хода |
пойдет |
выше |
||
(кривая |
2 ), |
а при |
п"< пн— ниже |
(кривая 3), чем при |
номинальной скорости.
Следовательно, при изменении скорости вращения
якоря точка |
номинального напряжения окажется либо |
на линейном |
(точка б ), либо на пологом (точка С) |
114
участке магнитной характеристики, что вызывает изме нение всех характеристик генератора. Поэтому первич ный двигатель для вращения якоря генератора надо выбрать так, чтобы его скорость была близкой к номи нальной скорости генератора.
Для генераторов параллельного возбуждения при холостом ходе ток в якоре равен току возбуждения (7а = / в), который составляет несколько процентов номи нального тока генератора. Поэтому напряжение на за жимах машины при холостом ходе будет примерно рав ным э. д. с. и характеристика холостого хода этого генератора практически совпадает с характеристикой генератора независимого возбуждения.
Для генератора последовательного возбуждения ха рактеристика холостого хода смысла не имеет, так как при холостом ходе в якоре и обмотке возбуждения ток равен нулю и характеристика может быть снята только по схеме независимого возбуждения.
Для генератора смешанного возбуждения характери стика холостого хода совпадает с характеристикой гене ратора параллельного возбужде ния.
|
Внешняя |
|
характеристика. |
j |
|
|||||
Внешняя |
характеристика |
пред |
|
|
||||||
ставляет |
собой зависимость на- им |
|
||||||||
пряжения |
на |
зажимах |
генерато |
|
|
|||||
ра |
от |
тока |
нагрузки |
[/= /(/„ ) . |
|
|
||||
Эта характеристика |
соответству |
О |
|
|||||||
ет |
естественным |
условиям |
рабо- |
|
||||||
ты машины, т. е. машина нерегу |
Рис. 3-18. Внешние ха- |
|||||||||
лируема |
Гв = |
const И характер!!- |
||||||||
стика |
снимается |
при |
неизменной |
рактеристики |
генератора |
|||||
скорости |
n ^ const. |
|
|
|
независимого |
возбужде- |
||||
|
Внешние |
характеристики ге |
|
|
||||||
нератора |
независимого |
возбуж |
Кривая а |
|
||||||
дения |
показаны |
на |
рис. |
3-18. |
представ |
ляет собой внешнюю характеристику, снятую при пони жении напряжения. Для снятия этой характеристики устанавливается такой ток в обмотке возбуждения, что бы при холостом ходе генератора напряжение на его зажимах было равно номинальному. Затем нагрузка ге нератора увеличивается при неизменном токе в обмотке возбуждения. С увеличением нагрузки (тока в якоре генератора /а) увеличиваются как падение напряжения
8* |
115 |
в сопротивлении его обмотки, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает понижение на пряжения. При изменении нагрузки от нуля до номи нальной напряжение на зажимах генератора уменьшит ся на величину AUnu.
При снятии характеристики на повышение напряже ния (кривая б) устанавливают такой ток возбуждения, чтобы при номинальной нагрузке генератора напряже ние на его зажимах было равно номинальному, после чего нагрузку генератора уменьшают.
При уменьшении нагрузки генератора уменьшаются падение напряжения в сопротивлении обмотки якоря, и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает повышение напряжения. При изменении на грузки от номинальной до 0 напряжение на зажимах ге
нератора увеличится на величину ДUvn, За счет насыще ния стали повышение напряжения будет меньше, чем понижение (A^Unn<^Urm), так как размагничивающее действие реакции якоря будет сказываться тем сильнее, чем меньше степень насыщения стали машины.
Нагрузочные свойства генератора оцениваются про центным повышением напряжения при отключении на
грузки, определяемым |
из следующего выражения: |
Ь и = |
U 0 — U N |
" 1 0 0 ° / о , |
где UN— номинальное напряжение генератора; f/0— на пряжение, которое устанавливается при отключении на грузки (7Н= 0).
Вгенераторах независимого возбуждения увеличение нагрузки вызывает понижение напряжения только за счет падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая 1 на рис. 3-19). В генераторах параллельного возбуждения увеличение нагрузки сопро вождается уменьшением тока возбуждения, что вызыва ет уменьшение магнитного потока и дополнительное понижение выходного напряжения. Следовательно, при увеличении нагрузки напряжение на зажимах генера тора параллельного возбуждения уменьшается в боль шей мере (кривая 2 ), чем в генераторах независимого
возбуждения.
Вгенераторах параллельного возбуждения уменьше ние внешнего сопротивления нагрузки вызывает увели-
116
4ение тока до некоторого значения / м, превышающего номинальный ток не более чем в 2 —2,5 раза. При даль
нейшем уменьшении внешнего сопротивления ток
уменьшается и при |
коротком |
замыкании |
будет значи |
|||||
тельно |
меньше номинального |
(/к< |
|
|
||||
< / JV) . |
Уменьшение сопротивления |
|
|
|||||
нагрузки вызывает |
уменьшение то |
|
|
|||||
ка возбуждения, так как налряже- им |
|
|||||||
ние |
генератора |
понижается. |
Если |
|
|
|||
ток |
возбуждения |
|
уменьшится |
на |
|
|
||
столько, что машина окажется |
раз |
|
|
|||||
магниченной, то э. д. с. уменьшает |
|
|
||||||
ся в большей степени, чем сопро |
|
|
||||||
тивление нагрузки, |
что |
вызывает |
|
|
||||
уменьшение тока |
в якоре. |
|
Рис. 3-19. Внешняя |
|||||
При |
коротком |
|
замыкании гене |
|||||
|
харакгеристика гене |
|||||||
ратора |
параллельного возбуждения |
ратора |
«параллельного |
|||||
ток возбуждения |
равен |
нулю и об |
позбуждения. |
мотка возбуждения не создает маг нитного потока. Поэтому в обмотке якоря индуктируется
э. д. с. остаточным магнитным полем Е0ст, имеющая ма лое значение, при этом ток короткого замыкания /к бу дет также мал.
Внешняя характеристика на повышении напряжения у генератора параллельного возбуждения (кривая 3) подобна этой же характеристике генератора независимо го возбуждения.
Генераторы параллельного возбуждения находят Наиболее широкое применение. Недостатком этих гене раторов является сравнительно большое изменение на пряжения при изменении нагрузки. В случае, когда приемник энергии требует постоянства напряжения, при изменении нагрузки генератора, автоматически меняется и ток в обмотке возбуждения, изменяя как магнитный Поток, так и э. д. с. в обмотке якоря. Для изменения то ка в обмотке возбуждения включается регулируемое сопротивление.
Для генератора последовательного возбуждения внешняя характеристика показана на рис. 3-20. В гене
раторах этого |
типа ток |
возбуждения .равен |
току якоря, |
|
И при |
холостом ходе в |
обмотке якоря будет создана |
||
э. д. с. |
за счет |
остаточного магнетизма £ ост• |
С увеличе |
нием нагрузки также увеличится ток в обмотке воз буждения, чТ° вызывает увеличение э. д. с. (кривая а).
Напряжение на зажимах генератора при нагрузке мень ше э. д. с. за счет падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая б).
Таким образом, у генераторов последовательного возбуждения напряжение резко меняется с изменением нагрузки, в -силу чего они не на
шли применения.
В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное •и встречное включение последо вательной и параллельной обмо ток. При согласном включении обмоток возбуждения результи рующая намагничивающая сила, создающая магнитный поток, рав на сумме НС параллельной и по следовательной обмоток, а при встречном включении — -разности этих НС.
На рис. 3-21 показаны внешние характеристики гене раторов смешанного возбуждения. Увеличение нагрузки такого генератора вызывает уменьшение напряжения на его зажимах за счет падения напряжения в его со противлении и реакции якоря. Однако с увеличением нагрузки увеличивается также ток в последовательной обмотке возбуждения. Поэтому при согласном включе нии обмоток увеличение нагрузки будет вызывать увели чение магнитного потока и э. д. с. обмотки якоря. Если э. д. с. с увеличением нагрузки возрастает на величину, численно равную понижению напряжения генератора, вызванному падением напряжения и реакцией якоря, то результирующее напряжение на зажимах генератора будет практически оставаться неизменным при измене нии нагрузки от холостого хода до номинальной (кри вая /). Такой генератор, называемый нормально воз бужденным, не требует изменения тока возбуждения при изменениях нагрузки. При уменьшении числа витков последовательной обмотки увеличение э. д. с. с воз растанием нагрузки будет происходить в меньшей сте пени и не будет компенсировать понижения напряжения, так что напряжение на зажимах генератора будет уменьшаться (кривая 2 ), т. .е генератор недовозбужден.
Если число витков последовательной обмотки возбужде ния больше, чем го, которое соответствует нормальному
возбуждению машины, то генератор окажется перевоз бужденным и напряжение на его зажимах будет увели чиваться с увеличением нагрузки (кривая 3).
При встречном включении обмоток возбуждения внешняя характеристика генератора со смешанным воз буждением подобна аналогичной характеристике генера
тора |
параллельного возбужде |
|
|
|||||
ния |
(кривая |
4 ), |
однако |
токи |
|
|
||
максимальный |
/ м |
и короткого |
______и |
|||||
замыкания / к |
|
у этого |
генера |
---------г' |
||||
тора |
будут |
меньше |
соответ |
|||||
ствующих токов генератора па |
|
~ тг |
||||||
раллельного |
возбуждения |
за |
Д |
! |
||||
счет |
размагничивающего |
дей |
| |
|||||
ствия НС последовательной об |
) |
1 |
||||||
мотки. |
|
|
|
|
|
|
1та |
|
Наиболее часто применяют |
|
|||||||
ся генераторы, |
нормально |
воз |
|
|
бужденные. Используются так |
|
|
|
|
|||||
же |
перевозбужденные |
генера |
Рис. 3-21. Внешняя характе |
||||||
торы, позволяющие компенси |
|||||||||
ристика |
генераторов |
сме |
|||||||
ровать |
падение |
напряжения |
|||||||
шанного |
возбуждения. |
|
|||||||
в линии, |
соединительных про |
/ — при |
нормальном возбужде |
||||||
водах и т. д. с тем, чтобы на |
нии: |
2— при недовозбуждении; |
|||||||
Я — при |
перевозбуждении; |
4 — |
|||||||
пряжение на нагрузке |
остава |
при |
встречном включении |
обмо |
|||||
лось |
постоянным |
при |
измене |
ток |
возбуждения. |
|
|||
|
|
|
|
||||||
нии тока. |
|
|
|
|
|
|
|||
Генераторы со |
встречным включением обмоток |
воз |
буждения не обеспечивают постоянства напряжения. Их применяют в тех случаях, когда необходимо ограничить токи коротких замыканий (например, при электро сварке).
3-9. ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
При^ включении двигателя постоянного тока в сеть под действием приложенного напряжения будет протекать ток как в обмотке якоря, так и в обмотке воз буждения. Ток Возбуждения создает магнитный поток полюсов.
В результате взаимодействия тока в проводниках обмотки якоря с магнитным полем полюсов создается вращающий момент и якорь машины приходит во вра щение. Таким образом, электрическая энергия, получен-
мая машиной из сети источника энергии, преобразуется в энергию механическую.
Положим, что генератор параллельного возбуждения включен на совместную (параллельную) работу с дру гими генераторами в сеть большой мощности (рис. 3-22). Ток, который будет отдавать генератор в сеть (ток яко ря), определится из следующего выражения:
(3-18)
где / а — ток в обмотке якоря; га — сопротивление цепи этой обмотки; Е — э. д. с., индуктируемая в этой же об мотке; Uc — напряжение сети.
Рис. 3-22. Схема |
Рис. 3-23. Схема работы генерато |
включения генера |
ра (а) и двигателя (б) постоянного |
тора параллельио- |
тока. |
го возбуждения в |
|
мощную сеть. |
|
Направление э. д. с. и тока в активных проводах яко ря показано на схеме (рис. 3-23, а). Машина развивает элек
тромагнитный момент Мф, являющийся тормозным, т. е. по
требляет механическую энергию и вырабатывает энергию Эле ктрическую.
Если посредством регулировочного сопротивления уменьшить ток возбуждения, то уменьшатся как магнит ный поток, так иэ. д. с., индуктируемая в обмотке якоря. Это вызовет уменьшение нагрузки генератора. ИзмецяЯ сопротивление регулировочного реостата, можно сделать ток возбуждения таким /*по, при котором э. д. с. в обмет ке якоря равна напряжению сети и ток в якоре ранен нулю, т. е. машина работает вхолостую.