Электрические машины конспект лекций

С увеличением сопротивления râ вольтамперная характеристика идет круче, генератор возбуждается до меньшего напряжения (точки A è A ). Критическим сопротивлением называется сопротивление цепи возбуждения, при котором вольтамперная характеристика идет по касательной к начальному (линейному) участку характеристики холостого хода. Генератор при этом устойчиво не возбуждается.

Кроме того, надо иметь в виду, что скорость генератора тоже не должна быть ниже определенного предела. Иначе генератор не возбуждается.

ВОПРОСЫ

23.3.1.1.Несмотря на наличие остаточного магнитного потока и сопротивление цепи возбуждения, меньшее критического, вполне исправный генератор не возбуждается. Что надо сделать, чтобы он возбудился?

23.3.1.2.Генератор параллельного возбуждения, работая вхолостую со скоростью n1, возбуждается до напряжения UÀ, соответствующего точке A (см. рис. 23.6). До какого напряжения возбудится генератор при скорости 0,5n1?

à) UÀ; á) 0,5UÀ;

в) не возбудится.

23.3.2.Характеристики генератора параллельного возбуждения

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения имеет вид, показанный на рис. 23.7. Этот генератор можно нагрузить лишь до определенного значения якорного тока, называемого критическим током Iêð. Обычно I êð 2…3Iíîì. При попытках нагрузить его еще больше ток якоря начинает уменьшаться и характеристика поворачивается в обратную сторону (участок bc).

Установившийся ток короткого замыкания Iê (U 0, I â 0, Râí) определяется только потоком остаточного намагничивания, и поэтому он невелик. Отсюда, однако, не надо делать вывода, что короткое замыкание для генератора параллельного возбуж-

261

дения не опасно. В процессе внезапного короткого замыкания ток короткого замыкания, прежде чем дойти до установившегося значения, достигает весьма большой величины (до 15Iíîì), крайне опасной для ма-

øèíû.

Разберемся более подробно, чем объясняется такая форма внешней характеристики генератора параллельного возбуждения. Прежде всего необходимо отметить, что в отли-

чие от генератора независимого возбуждения здесь уже нельзя принимать I â const, а надо считать постоянным сопротивление цепи возбуждения: râ const. (Условие n const, естественно, остается в силе).

Ток возбуждения в этом случае с ростом нагрузки будет уменьшаться, вследствие увеличения падения напряжения в якоре и реакции якоря напряжение на якоре будет снижаться. Уменьшение тока возбуждения, в свою очередь, также вызовет дополнительное уменьшение напряжения генератора. Таким образом, по сравнению с генератором независимого возбуждения напряжение с ростом нагрузки при параллельном возбуждении будет падать быстрее (см. рис. 23.7, кривые 1 è 2).

Относительное изменение напряжения у генератора параллельного возбуждения доходит до 15–20 %.

Перегиб характеристики в точке b объясняется следующим образом. Ток генератора

I à U íîì .

Râí

С увеличением нагрузки уменьшаются сопротивление внешней цепи Râí, напряжение на генераторе и ток возбуждения. Пока магнитная цепь генератора остается насыщенной, напряжение генератора с ростом нагрузки уменьшается медленнее,

262

чем сопротивление нагрузки Râí, и ток якоря растет. Генератор работает на участке ab внешней характеристики. Когда же ток возбуждения уменьшается до такой степени, что машина станет ненасыщенной (см. начальную крутую часть кривой холостого хода, рис. 23.2), то даже небольшое уменьшение тока возбуждения вызывает резкое снижение напряжения.

В этих условиях напряжение будет падать быстрее, чем уменьшается Râí, и ток якоря будет также уменьшаться. Генератор будет работать на участке bc внешней характеристики.

Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения практически не отличается от такой же характеристики генератора независимого возбуждения.

ВОПРОСЫ

23.3.2.1. На рис. 23.8 показаны внешние характеристики генератора параллельного возбуждения, снятые при одной и той же скорости. Укажите правильное соотношение сопротивлений цепи возбуждения.

à) râ1 râ2 râ3 ; á) râ1 râ2 râ3 ; â) râ1 râ2 râ3 .

23.3.2.3.Какие характеристики определяют свойства генераторов постоянного тока?

23.3.2.4.Почему у генератора параллельного возбуждения изменение напряжения при сбросе нагрузки больше, чем у генератора независимого возбуждения?

23.3.2.5.Каковы условия самовозбуждения генераторов постоянного тока?

263

23.4. Генератор смешанного возбуждения

Генератор смешанного возбуждения (см. рис. 23.1, ã) в дополнение к основной параллельной обмотке возбуждения име-

и очень мало зависит от нагрузки. Внешняя характеристика генератора в соответствии с этим

имеет вид, показанный на рис. 23.9. Вид внешней характеристики определяет собой и вид регулировочной характеристики (рис. 23.10). Iâ здесь — ток возбуждения параллельной обмотки.

Генератор смешанного возбуждения является наиболее совершенным из всех типов генератора постоянного тока, но устройство второй последовательной обмотки возбуждения удорожает машину.

264

Лекция 24

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

24.1. Принцип действия двигателя постоянного тока. Вращающий момент

Подобно другим электрическим машинам машина постоянного тока обратима, т. е. может работать как генератором, так и двигателем. Действительно, если по якорным проводникам воз-

ãäå Da — диаметр якоря;

Fïð — среднее значение силы, действующей на проводник,

266

Fïð Bñð lI ïð .

Ток в проводнике якорной обмотки

I ïð I a .

2a

Из равенства

Da 2 p

получим диаметр якоря

Da 2 p.

Подставляя в (24.1) полученные значения Fïð, Iïð è Da, íàé-

äåì

M ïð p Bñð lI a , 2a

или, учитывая, что Bñð l ,

M ïð p I a . 2a

Полный электромагнитный момент, развиваемый якорем при числе проводников якорной обмотки, равном N, будет следующим:

называется коэффициентом момента.

Выражение (24.2) является общим и справедливо для любого режима работы машины.

В генераторном режиме момент, определяемый этим выражением, будет тормозным. Он преодолевается вращающим моментом первичного двигателя.

Полезный момент двигателя на валу несколько меньше электромагнитного момента, но разница невелика. В дальнейшем речь пойдет об электромагнитном моменте.

267

ВОПРОСЫ

24.1.1.Изменится ли ток якоря двигателя, если при постоянном моменте сопротивления на валу увеличить ток возбуждения?

а) не изменится; б) увеличится; в) уменьшится.

24.1.2.Каково соотношение коэффициентов ЭДС Cå и момента CM в машине постоянного тока?

à) C e C M ; á) C e C M ; â) C e C M .

24.2. ПротивоЭДС, ток якоря и скорость вращения двигателя постоянного тока

При вращении якоря в магнитном поле двигателя в якорной обмотке, как и в генераторном режиме, будет индуктироваться ЭДС, величина которой определяется выражением (20.3). Определив направление этой ЭДС по правилу правой руки (см. рис. 24.1), нетрудно заметить, что ЭДС направлена против тока и напряжения, поданного на якорь, т. е. будет противоэлектродвижущей силой. Тогда уравнение напряжений для якорной цепи двигателя напишется так:

U E a ra I a ,

èëè

Подставляя в (24.4) величину ЭДС из (20.3), получим число оборотов двигателя в минуту:

268

ВОПРОСЫ

24.2.1.Одинаковы ли ЭДС машины в генераторном (Eã)

èдвигательном (Eä) режимах, если напряжение на якоре и якорный ток в обоих случаях одинаковы?

a) E ã E ä ; á) E ã E ä ; â) E ã E ä .

24.2.2. Изменяется ли ток якоря двигателя при уменьшении числа оборотов двигателя в минуту? Напряжение на двигателе и ток возбуждения постоянны.

а) увеличивается; б) уменьшается;

в) остается постоянным.

24.2.3. Определите электромагнитный момент двигателя в номинальном режиме. Данные двигателя: Píîì 6 êÂò,

Uíîì 220 Â, I a.íîì 32,2 À, níîì 150 îá/ìèí, ra 0,57 Îì.

24.3.Двигатель параллельного возбуждения

269

270