книги / Электропитание устройств связи

от скорости вращения якоря машины и сопротивления цепи обмот­ ки возбуждения. Таким образом, в процессе самовозбуждения ге­ нератора ток в обмотке возбуждения постепенно увеличивается до

возбуждение ее происходит до напряжения, соответствующего точке А.

При изменении скорости вращения или сопротивления цепи возбуждения будет изменяться и напряжение, до которого воз­ буждается машина. При увеличении скорости вращения якоря машины также увеличится ЭДС и напряжение машины.

Угол наклона а зависимости U от / в определяется сопротивле­ нием цепи возбуждения, так как tga= K (U /IB)= K rB, где К — ко­

эффициент пропорциональности, зависящий от выбранного мас­ штаба для напряжения и тока возбуждения.

При увеличении гв (увеличивается гр) зависимость £/=/(/„)

пойдет под большим углом к горизонтальной оси и напряжение на зажимах генератора уменьшится. Дальнейшее увеличение сопро­ тивления гв также понижает напряжение. При некотором критиче­ ском сопротивлении гВКр зависимость U =f(IB) пересекает зависи­ мость Е в точке С, т. е. практически машина не возбуждается.

Однако самовозбуждение генератора не всегда возможно и бу­ дет происходить лишь при следующих определенных условиях:

I.Наличие поля остаточного магнетизма. Без этого поля не

будет создаваться ЭДС Е0ст> под действием которой в обмотке

возбуждения возникает ток. Рели машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо постороннего источни­ ка электрической энергии. После отключения обмотки возбужде­ ния машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.

101

2. Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с полем остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы НС этой обмотки увеличивала поле остаточного магнетизма. При встречном вклю­ чении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать остаточный магнитный поток и при длительной работе может полностью размагнитить машину. Если обмотка возбужде­ ния оказалась включенной встречно, то необходимо изменить на­ правление тока в ней.

3. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть меньше критического (гв<.гвкр), т. е. такого сопротивления, при

котором самовозбуждение генератора невозможно.

4. Сопротивление внешней нагрузки гн должно быть велико. При малом гн ток /в будет также мал и самовозбуждения не будет.

5.8. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и представляют зависимости между основными величинами, кото­ рыми являются ЭДС в обмотке якоря Е, напряжение на его за­ жимах U, ток в якоре /„, ток возбуждения /„ и число оборотов якоря п.

Характеристики представляют собой зависимости между дву­ мя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости различны для различных генераторов.

Все характеристики машины снимаются при постоянном числе оборотов якоря машины (п = const). При изменении скорости вра­

щения якоря машины все характеристики генератора изменяются существенно.

Характеристика холостого хода генератора представляет собой

Для генераторов независимого возбуждения без нагрузки (хо­

в измененном масштабе характеристика холостого хода представ­ ляет магнитную характеристику машины.

При /„ = 0 магнитная цепь машины (главным образом, ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Фост, который ин­ дуцирует в обмотке якоря ЭДС £ ост (рис. 5.14а). Эта ЭДС со­ ставляет несколько процентов (2—5%) номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения увеличивают­ ся как магнитный поток, так и ЭДС, индуцированная в обмотке якоря (кривая /). Если после снятия восходящей ветви этой за­ висимости до точки а начать постепенно уменьшать ток возбуж­

дения / в, то ЭДС также начнет уменьшаться, но за счет намагни-

102

чивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько

выше восходящей ветви этой характеристики. Изменяя / в не толь­ ко по величине, но и по направлению, можно снять весь цикл перемагничивания стали машины. Практически восходящая и нис­ ходящая ветви магнитной характеристики имеют крайне незначи­ тельное расхождение и за основную характеристику принимается средняя зависимость (кривая 3).

На рис. 5.146 показаны характеристики холостого хода, снятые

Рис. 5.14. Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения:

а) при перемагничивании стали; б) при изменении ско­ рости вращения якоря

мального типа точка номинального напряжения (точка А) нахо­

дится на перегибе магнитной характеристики, что соответствует оптимальным рабочим и регулировочным свойствам генератора.

Выбор точки номинального напряжения на линейном участке магнитной характеристики (точка А') приводит к резким измене­

ниям напряжения на зажимах генератора при изменениях нагруз­ ки, так как незначительные изменения намагничивающей силы вы­ зывают резкие изменения ЭДС. Выбор этой точки на пологом участке магнитной характеристики (точка А") ограничивает воз­

можность регулирования напряжения на зажимах генератора, потому что для изменения ЭДС требуются очень большие измене­ ния тока возбуждения.

При изменении скорости вращения якоря генератора изменит свое положение характеристика холостого хода, так как ЭДС про­ порциональна скорости. При п'7>п характеристика холостого хода пойдет выше (кривая 2), а при n"<Cnn — ниже (кривая 3), чем

при номинальной скорости. Следовательно, при изменении скоро­

ной характеристики, что изменит все характеристики генератора. Поэтому первичный двигатель для вращения якоря генератора

103

Для генераторов с самовозбуждением всех типов эта характе­ ристика не может быть снята. Поэтому для генераторов с само­ возбуждением характеристика короткого замыкания снимается по схеме независимого возбуждения, для чего обмотка возбуждения должна быть включена в сеть постороннего источника тока. Ха­ рактеристики холостого хода и короткого замыкания дают возмож­ ность определить рабочие свойства генератора без испытания его под нагрузкой. По этим характеристикам могут быть построены все характеристики генератора.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость на­ пряжения на зажимах генератора от тока нагрузки U = f(Ia). Эта

характеристика соответствует естественным условиям работы ма­ шины, т. е. машина нерегулируема (rB=const), и снимается при неизменном числе оборотов (п= const).

Рассмотрим рис. 5.16. Кривая а представляет собой внешнюю

характеристику, снятую при понижении напряжения. Для снятия этой характеристики устанавливается такой ток в обмотке воз­ буждения, чтобы при холостом ходе генератора напряжение на его зажимах было равно номинальному. Затем нагрузка генератора

ется как падение напряжения в сопротивлении его обмотки, так и размагничивающее действие реакции якоря, что снижает напря­ жение. При изменении нагрузки от нуля до номинальной напря­ жение на зажимах генератора уменьшится на величину AUnн.

так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает повышение напряжения. При изменении нагрузки от номинальной до 0 напряжение на зажимах генератора увеличится на величину At/nnЗа счет насыщения стали повышение напряжения будет меньше, чем понижение (AUnv< A U ns), так как размагничиваю­ щее действие реакции якоря будет сказываться тем сильнее, чем меньше степень насыщения стали машины.

Нагрузочные свойства генератора оцениваются процентным по­ вышением напряжения A U % = [(U o — U1\)IU^]\00, где t/w — номи­ нальное напряжение генератора; Uo — напряжение, которое уста­

навливается при отключении нагрузки (/н= 0 ).

В генераторах независимого возбуждения увеличение нагруз­ ки снижает напряжение за счет падения напряжения в сопротив­ лении машины и реакции якоря (кривая / на рис. 5.17). В гене­ раторах параллельного возбуждения при уменьшении напряже­ ния также уменьшается ток возбуждения и, следовательно, маг­ нитный поток и напряжение. Следовательно, при увеличении на­ грузки напряжение на зажимах генератора этого типа уменьшает-

105

ся в большей мере (кривая 2), чем в генераторах независимого возбуждения.

Уменьшение внешнего сопротивления нагрузки вызывает уве­ личение тока до некоторого значения / м, не превышающего номи­ нальный ток более чем в 2—2,5 раза. При дальнейшем уменьше­ нии внешнего сопротивления ток уменьшается и при коротком за­ мыкании будет значительно меньше номинального (7К<Л \0-

Уменьшение сопротивления нагрузки уменьшит ток возбуждения, т. е. напряжение генератора. Если ток возбуждения уменьшился настолько, что машина оказалась размагниченной, то ЭДС умень­ шится в большей степени, чем сопротивление нагрузки, что вызы­ вает уменьшение тока в якоре.

При коротком замыкании генератора параллельного возбужде­ ния ток возбуждения равен нулю и обмотка возбуждения не соз­ дает магнитного потока. Поэтому в обмотке якоря будет ЭДС только от остаточного магнитного потока £ост, шмеющая малое значение, и, следовательно, ток короткого замыкания /к будет так­ же мал. Внешняя характеристика на повышение напряжения у генератора параллельного возбуждения (кривая 3) подобна та­

кой же характеристике генератора независимого возбуждения. Генераторы параллельного возбуждения применяются наибо­

лее широко. Их недостатком является сравнительно большое из­ менение напряжения при изменении нагрузки. Поэтому, если при­ емник энергии требует постоянства напряжения при изменении на­ грузки генератора, автоматически меняется и ток в обмотке воз­ буждения, изменяя как магнитный поток, так и ЭДС в обмотке якоря так, чтобы обеспечить постоянство напряжения. Для изме­ нения тока в обмотке возбуждения включается регулируемое со­ противление.

106

Для генератора последовательного возбуждения внешняя ха­ рактеристика показана на рис. 5.18. В генераторах этого типа ток возбуждения равен току якоря и при холостом ходе в обмотке якоря будет создана ЭДС за счет остаточного магнетизма Еогт. С увеличением нагрузки также увеличится ток в обмотке возбуж­ дения, что вызывает увеличение ЭДС (кривая а). Напряжение на зажимах нагруженного генератора меньше ЭДС за счет падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая б).

В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное и встречное включение последовательной и параллельной обмоток. При согласном включении обмоток возбуждения результирующая НС, создающая магнитный поток, равна сумме НС последова­ тельной и параллельной обмоток, а при встречном включении — разности этих НС.

5.9. ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

При включении двигателя постоянного тока в сеть под дейст­ вием приложенного напряжения будет протекать ток как в обмот­ ке якоря, так и в обмотке возбуждения. Ток возбуждения создает

ток возбуждения, то уменьшится как магнитный поток, так и ЭДС в обмотке якоря, а значит, и нагрузка генератора. Изменяя сопро­ тивление регулировочного реостата, можно сделать ток возбужде­ ния таким До, при котором ЭДС в обмотке якоря равна напряже­

107

нию сети, а ток в якоре равен нулю, т. е. генератор работает вхоло­ стую.

Если ток возбуждения меньше тока, соответствующего режиму холостого хода генератора (7в< / во), то ЭДС обмотки якоря будет меньше напряжения сети и ток в якоре изменит направление на обратное (рис. 5.216), что видно из (5.7). При изменении направ­ ления тока в проводниках обмотки якоря также изменится направ-

s

Рис. 5.20. Работа:

а) генератора; б) двигателя постоянного тока

ление электромагнитного момента М$, развиваемого машиной

т.е. момент станет вращающим. Таким образом, машина, потреб­ ляя электрическую энергию, вырабатывает механическую энергию,

т.е. работает двигателем.

Если отключить первичный двигатель, то якорь машины будет продолжать вращаться под действием развиваемого электромаг­ нитного момента . При вращении якоря в проводниках его об­ мотки создается ЭДС, направление которой противоположно на­ правлению тока. Поэтому ее называют противоэдс или обратной ЭДС.

Противоэдс играет роль регулятора потребляемой мощности, т. е. изменение потребляемого тока происходит вследствие измене­ ния противоэдс, равной

В этих выражениях С и К — постоянные конструктивные ко­

эффициенты.

Приложенное напряжение уравновешено противоэдс и падени­ ем напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных кон­ тактов. Поэтому для двигателя уравнение равновесия эдс примет вид

108

Условием установившегося режима работы двигателя является равенство вращающего и тормозного моментов. Если вращающий

нарушении равновесия моментов появляется дополнительный мо­ мент, создающий положительное или отрицательное ускорение вращения якоря.

Если увеличить нагрузку (тормозной момент на валу двигате­ ля Мт), то равновесие моментов нарушится (М$ < М Т) и скорость

вращения якоря начнет уменьшаться. При уменьшении скорости вращения якоря уменьшается также противоэдс, т. е. увеличивают­ ся как ток в якоре, так и вращающий момент двигателя. Измене­ ние скорости вращения, противоэдс и тока в якоре происходит до восстановления равновесия моментов, т. е. до тех пор, пока вра­ щающий момент не окажется вновь равным тормозному моменту. Если равновесие моментов не восстанавливается и тормозной мо­ мент остается всегда больше вращающего момента то скорость вращения уменьшается непрерывно до остановки дви­

гателя. Такие ситуации возникают при больших тормозных мо­ ментах на валу и значительных понижениях напряжения сети.

При уменьшении нагрузки на валу двигателя (М ф > М т) ско­ рость вращения якоря начнет увеличиваться, что увеличит проти­ воэдс в его обмотке Ток в обмотке якоря начнет уменьшаться, уменьшая вращающий момент двигателя. Скорость, противоэдс и ток в якоре будут изменяться также до восстановления равнове­ сия моментов (М ф =МТ)

Однако в двигателях постоянного тока сравнительно часто соз­ даются условия, при которых равновесие моментов не восстанав­ ливается при любом изменении скорости, так что вращающий момент всегда остается больше тормозного момента на валу дви­ гателя (М ^> М Т). В таких случаях скорость вращения якоря не­

прерывно увеличивается, теоретически стремясь к бесконечности. Значительное превышение номинальной скорости может разру­

шить машину. Такой аварийный режим называется «разносом» двигателя.

Направление вращения якоря двигателя зависит от полярности полюсов и от направления тока в проводниках обмотки якоря. Таким образом, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения направления вращения якоря нужно изменить полярность полю­ сов переключением обмотки возбуждения, или изменить направ­ ление тока в обмотке якоря. Обмотка возбуждения обладает зна-

109