 |
Свойства и характеристики генераторов независимого возбуждения
|
|
|
|
Свойства электрических машин постоянного и переменного тока, представляющие интерес с точки зрения практического использования машин, в значительной мере определяются их характеристиками, каждая из которых представляет собой график зависимости между двумя важнейшими величинами.
Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная характеристики.
Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хода E (I в) генератора независимого возбуждения (рис. 9.12) представляет собой зависимость ЭДС якоря от тока обмотки возбуждения при работе генератора вхолостую (приемник отключен, I = 0) и n = const. Она дает представление о том, как необходимо изменять ток возбуждения, чтобы получать те или иные значения ЭДС генератора.
Согласно выражению (9.7) Е = k е Ф n. При холостом ходе генератора независимого возбуждения Ф = f 2 (I в w в) = f 1(I в), поэтому
E = k е nf 1(I в).
Изменяя с помощью реостата r р ток I в, можно изменять магнитный поток Ф и, следовательно, ЭДС Е генератора.
Если магнитная цепь машины была полностью размагничена, то при увеличении тока возбуждения зависимость Ф(I в) представляется кривой 1 (рис. 9.13), подобной кривой намагничивания. Поскольку при n = const ЭДС прямо пропорциональна магнитному потоку, график Ф(I в) представляет собой в другом масштабе по оси ординат характеристику холостого хода E (I в).
Каждому значению тока I в при его уменьшении (кривая 2) соответствуют несколько большие значения потока Ф и ЭДС Е, чем при увеличении тока; при I в = 0 генератор имеет небольшой поток остаточного намагничивания Ф0 и соответствующую ему ЭДС Е 0. Обычно Ф0 = (0,02÷0,06)Фном и E 0 = (0,02÷0,06) E ном, где Фном и E ном - магнитный поток и ЭДС, соответствующие номинальным данным генератора.
|
|
|
Рис. 9.13. Характеристики холостого хода генератора независимого возбуждения
Рис. 9.14. Внешние характеристики генератора независимого возбуждения
За расчетную принимают обычно характеристику 3, расположенную между характеристиками 1 и 2. Точку А, соответствующую номинальным данным генератора, выбирают при расчете на «колене» (в зоне наибольшей кривизны) характеристики холостого хода. Выбирать точку А в области значительного насыщения ферромагнитных материалов нецелесообразно, так как это приводит к значительному увеличению тока, мощности и габаритных размеров обмотки возбуждения при незначительном увеличении ЭДС.
Внешняя характеристика. Внешняя характеристика U (I) генератора постоянного тока независимого возбуждения представляет собой зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при I в = const и n = const.
Зависимость U (I) может быть получена на основании уравнения, составленного по второму закону Кирхгофа для цепи якоря генератора, согласно которому
U = Е - I я r я = Е - Ir я , (9.11)
где I я— ток якоря, равный току I приемника; r я — сопротивление якоря, включающее в себя сопротивление обмотки якоря, щеточного контакта, обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки (если она имеется).
Так как у генератора независимого возбуждения по условию I в = const, то пренебрегая реакцией якоря, следует считать Ф = const, а значит, и Е = const. При этих условиях внешняя характеристика U (I) представляет собой прямую линию (характеристика 1 на рис. 9.14).
Если в уравнении (9.11) заменить напряжение согласно закону Ома выражением U = Ir п, а затем решить его относительно тока, то получим
| I = | Е | . |
| r я + r п |
(9.12)
Как видно из (9.12) и (9.11), при работе генератора вхолостую (r п = ∞) I = 0 и U = Ux = Е (рис. 9.14). С увеличением числа подключенных приемников эквивалентное сопротивление r пуменьшается, что вызывает увеличение тока нагрузки I, падения напряжения Ir я в сопротивлении r я и снижение напряжения U.
|
|
|
Рис. 9.15 Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения
Вследствие реакции якоря магнитный поток и ЭДС несколько уменьшаются при увеличении нагрузки, что приводит к дополнительному снижению напряжения. Внешняя характеристика при этом получается непрямолинейной (характеристика 2 на рис. 9.14). Для получения в этом случае номинального напряжения при токе I ном необходимо устанавливать при холостом ходе несколько большую ЭДС,
Ux 1 = E 1 > Ux = E.
Относительное изменение напряжения генератора
| Δ I ном = | Ux - U ном | |
| U ном |
сравнительно невелико и равно примерно 5—10%.
Если при холостом ходе устанавливать различные значения ЭДС, а затем увеличить нагрузку генератора, то можно получить семейство внешних характеристик, подобных характеристике 2, например характеристики 3 и 4 на рис. 9.14.
Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика I в(I) представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при n = const и U = const. Она показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки, чтобы поддерживать напряжение.
Возможность поддержания напряжения путем изменения тока I в вытекает из уравнения (9.11). Как видно, для этого необходимо соответствующим образом изменять ЭДС, что и можно сделать путем изменения тока I в.
Регулировочная характеристика генератора (рис. 9.15) нелинейна, что объясняется нелинейностью внешней характеристики и характеристики холостого хода.
Недостатком генератора независимого возбуждения является то, что он требует постороннего источника электрической энергии для питания обмотки возбуждения. От указанного недостатка свободны генераторы параллельного и смешанного возбуждения.
|
|
|
