Свойства и характеристики генераторов смешанного возбуждения

Существенный недостаток генератора параллельного возбу­ждения, заключающийся в относительно большом изменении напряжения при колебаниях нагрузки, легко устраняется у генераторов смешанного возбуждения с помощью второй, последовательной обмотки возбуждения С ₁ — С ₂ (рис. 9.19).

Рис. 9.19 Схема включения генератора смешанного возбуждения

Рис 9.20. Внешние характеристики генератора смешанного возбуждения

Характеристика холостого хода. Так как при холостом ходе (I = 0) обмотка последовательного возбуждения не принимает участия в образовании магнитного потока, то характеристика холостого хода генератора смешанного возбуждения не отличается от характеристики генератора параллельного возбуждения (см. рис. 9.17). Процесс самовозбуждения генератора смешанного возбуждения при холостом ходе протекает в том же порядке, что и генератора параллельного возбуждения.

Внешняя характеристика. На основании второго закона Кирхгофа (рис. 9.19)

U = Е - I _я r _я - Ir _с, (9,15)

где r _с — сопротивление последовательной обмотки. Так как I _я = I + I _в, то вместо (9.15) получим

U = E - I (r _я + r _с) - I _в r _я.

Если пренебречь, как и ранее, падением напряжения I _в r _я , то

U = E - I (r _я + r _с). (9,16)

Заменив в (9.16) напряжение согласно выражению U = Ir _п, нетрудно получить формулу для тока:

I =	E	.
r я + r c + r п

(9.17)

Равенства (9.16) и (9.17) отличаются от соответствующих равенств для генератора параллельного возбуждения наличием сопротивления r _с. Однако обычно r _с << r _я, поэтому влияние этого сопротивления на изменение напряжения и тока при колебаниях нагрузки можно не учитывать. Существенным является то, что последовательной обмоткой создается дополнительная МДС, пропорциональная току нагрузки, из-за которой меняется магнитный поток и ЭДС генератора. Последнее нетрудно установить с помощью выражений

Ф = f _l (I _в w _в + Iw _c),

Е = k _e nf ₁ (I _в w _в + Iw _c) = f (I _в w _в + Iw _c).

Выполнив обмотку С ₁ — C ₂ с соответствующим числом витков w _c, можно получить при номинальном токе то же напряжение U, что и при холостом ходе (характеристика 1 на рис. 9.20). Как видно, с увеличением тока I напряжение U достигает наибольшего значения, после чего снижается. Последнее объясняется увеличением степени насыщения ферромагнитных материалов магнитной цепи. Последовательная обмотка при соответствующем выборе числа витков дает возможность получить весьма небольшое изменение напряжения генератора.

В том случае, когда по условиям работы, например, при дуговой электросварке, требуется иметь значительное снижение напряжения, последовательную обмотку включают встречно по отношению к параллельной работе. Этому на рис. 9.20 соответствует характеристика 2.

Рис. 9.21. Регулировочная характеристика генератора смешанного возбуждения

Регулировочная характеристика. Если необходимо поддержать напряжение генератора, следует с помощью реостата r _р изменять ток I _в в соответствии с регулировочной характеристикой, изображенной на рис. 9.21.

 

 

ПУСК ДВИГАТЕЛЕЙ

Пуск двигателей постоянного тока производится с помощью реостата r, включаемого в цепь якоря двигателя (см рис. 9.22). Необходимость в пусковом реостате может быть пояснена с помощью формулы тока (9.19).

В первое мгновение после подключения двигателя к сети n = 0 и E = k_е Ф n = 0. Поэтому без учета влияния индуктивности якоря начальный пусковой ток якоря будет I _я,п = U /(r _я + r).

Если производить пуск двигателя без пускового реостата (r = 0), то начальный пусковой ток будет ограничиваться лишь небольшим сопротивлением якоря, например для двигателей мощностью от 5 до 100 кВт окажется в 10 — 30 раз больше номинального ¹. Такой ток недопустим прежде всего по условиям коммутации двигателя, так как при этом возникает недопустимо интенсивное искрение под щетками. Кроме того, при таком токе двигатель развивает слишком большой начальный пусковой момент, который может привести к недопустимым ускорениям и поломке механизмов. Пуск двигателя без пускового реостата при питании от сети относительно небольшой мощности сопровождается снижением напряжения сети, что ухудшает условия работы других потребителей.

¹ В действительности из-за индуктивности обмотки якоря пуско­вой ток несколько меньше указанных значений.

Рассчитав соответствующим образом сопротивление пускового реостата, можно ограничить начальные пусковой ток и пусковой момент до требуемых значений. При увеличении частоты вращения якоря ЭДС возрастает, что приводит к уменьшению тока и момента. Это позволяет постепенно уменьшать сопротивление пускового реостата r в процессе пуска двигателя.

Обычно полное сопротивление пускового реостата r разбивают на несколько ступеней (рис. 9.21, а), число которых определяет число искусственных электромеханических и механических характеристик, на которых двигатель работает при пуске. Уравнение искусственных электромеханических и механических характеристик (рис. 9.27) нетрудно получить из (9.20) и (9.21), заменив в них r _я на r _я + r:

n и = U - I я(r я + r) ; kе Ф kе Ф n и = U - М (r я + r) . kе Ф kеkM Ф2

}

(9.23)

Характер изменения магнитного потока при изменении нагрузки не зависит от сопротивления цепи якоря, вследствие чего искусственные характеристики двигателей имеют те же особенности, что и естественные. Исключением является лишь то, что большим добавочным сопротивлением реостата в цепи якоря соответствуют при том же токе I _я или моменте М меньшие частоты вращения и, следовательно, более «мягкие» характеристики. Все искусственные характеристики двигателя параллельного возбуждения (рис. 9.27, б), а также смешанного возбуждения (рис. 9.27, в) проходят через одни и те же точки холостого хода. У двигателей последовательного возбуждения независимо от значения добавочного сопротивления цепи якоря при М = М_с → 0 I _я → 0, Ф → 0, а n → ∞ (рис. 9.27, г).

Расчет ступеней пускового реостата и их выключение в процессе пуска производятся таким образом, чтобы момент двигателя изменялся в заранее выбранных пределах — между максимальным (M ₁) и минимальным (М ₂) значениями, которым соответствуют токи якоря I ₁ и I ₂. При подключении двигателя к сети в цепь якоря должны быть включены все ступени реостата, чему соответствует на характеристике 1 n = 0, I _я = I ₁ и М = M ₁. Так как M ₁ > М _с, начнется переходный процесс, при котором частота вращения и ЭДС будут возрастать, а ток и момент уменьшаться. При n = n ₁, I _я = I ₂ и М = М ₂ ступень реостата с сопротивлением r ₁ выключают, следствием чего является переход двигателя на характеристику 2 и увеличение тока якоря и момента до значений I _я = I ₁ и М = M ₁ .

Далее следует разгон двигателя по характеристике 2 и т. д. Установившийся режим наступает на естественной характеристике при частоте вращения n _с, при которой М = М _с. Во многих промышленных установках выключение ступеней пускового реостата производится автоматически.

От выбора значений моментов M ₁ и М ₂ зависят время пуска, число пусковых ступеней реостата и плавность пуска. Наименьшее значение момента М ₂ должно быть больше М _c. С точки зрения нормальной работы двигателей наибольшее значение момента M ₁ определяется условиями коммутации;

Рис. 9.27. Схема пускового реостата ( а ) и пусковые механические характеристики двигателей ( б, в, г )

очевидно, двигатель последовательного возбуждения может иметь большее значение момента М ₁(см. § 9.14).

 

При пуске двигателей параллельного и смешанного возбуждения сопротивление r _р (см. рис. 9.22) выключают, чтобы производить пуск при большем значении магнитного потока. Как следует из формулы М = k_M Ф I _я, это дает возможность получать требуемые значения момента М ₁при меньшем токе якоря.

Для расчетов, связанных с пуском, и построения искусственных электромеханических и механических характеристик двигателя параллельного возбуждения можно воспользоваться уравнениями (9.23).

Чтобы можно было использовать выражение (9.23) для двигателей последовательного и смешанного возбуждения, заменим в нем k_е Ф ее выражением из (9.20). В результате получим

n и =	U - I я(r я + r)	ne.
U - I я /r я

(9.24)

Расчет искусственной электромеханической характеристики по уравнению (9.24) производят в следующем порядке. Задаются током якоря I _я ; пользуясь естественной электромеханической характеристикой двигателя n_е (I), по току I = I _я находят частоту вращения n_е ; по уравнению (9.24) подсчитывают частоту вращения n _и, соответствующую току I _я. Рассчитав характеристику n _и(I _я) и зная зависимость М (I) двигателя, нетрудно построить искусственную механическую характеристику n _н(М).

Пример 9.2. Для двигателей примера 9.1 определить полное сопротивление пускового реостата r, если требуется получить начальный пусковой момент М _п = 2,5 М _ном. Построить искусственную механическую характеристику двигателя с сопротивлением r.

Решение. У двигателя параллельного возбуждения ток прямо пропорционален моменту Поэтому начальный пусковой ток будет

I я,п =	I ном	М п =	I ном	2,5 М ном = 2,5 I ном = 2,5 53 ≈ 132 А.
М ном	М ном

Полное сопротивление пускового реостата i = 1,37 Ом найдем из (9.19), положив L = 0.

Искусственная механическая характеристика двигателя подчиняется уравнению

n и =	U	-	М (r я + r п)	=		-	М (0,3 + 1,37)	≈ 1200 - 5,1 М
kе Ф	kеkM Ф2	0,185	0,186 1,76

Механическая характеристика, соответствующая i = 1,37 Ом, дана на рис 9.26 (характеристика 2).

 

⇐ Предыдущая28293031323334353637Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: