Генераторы независимого возбуждения

Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими основными величинами являются: 1) напряжение на зажимах U, 2) ток возбуждения i_B, 3) ток якоря I_аили ток нагрузки I, 4) скорость вращения n.

Обычно генераторы работают при п = const. Поэтому основные характеристики генераторов определяются при n= n_н = const.

Существует пять основных характеристик генераторов: 1) холостого хода, 2) короткого замыкания, 3) внешняя, 4) регулировочная, 5) нагрузочная.

Все характеристики могут быть определены как эксперименталь­ным, так и расчетным путем.

Характеристика холостого хода (х. х. х.) U = f (i_B)при I = 0 и п = const определяет зависимость напряжения Uили э. д. с. якоря Е_аот тока возбуждения при холостом ходе (I = 0, Р₂ = 0). При уменьшении i_B напряжение уменьшается по нисходящей ветви аб характеристики сначала медленно ввиду насыщения магнитной цепи, а затем быстрее. При i_B = 0 генератор развивает некоторое напряжение U₀₀ = Об

Если затем изменить полярность возбуждения и увеличить i_Bв обратном направлении, начиная с i_B = 0, то при некотором i_в<0 напряжение упадет до нуля (точка в), а затем Uизменит знак и будет возрастать по абсолютной величине по ветви вг х. х. х. Когда ток i_Bи напряжение Uдостигнут в точке г такого же абсолютного значения, как и в точке а, ток i_Bуменьшаем до нуля (точка д), меняем его полярность и снова увеличиваем, начиная сi_B=0. При этом U меняется по ветви деа х. х. х. В итоге вернемся в точку а характеристики. X. х. х. имеет вид неширокой гистерезисной петли вследствие яв­ления гистерезиса в магнитной цепи индуктора.

Средняя штриховая х. х. х. на рис. представляет собой расчетную х. х. х., которая в определенном масштабе повто­ряет магнитную характеристику генератора.

Характеристика холостого хода позволяет судить о насыщении магнитной цепи машины при номинальном напряжении, проверять соответствие расчетных данных

Характеристика короткого замыкания (х. к. з.) I — f (i_B) при U = О и п = const снимается при замыкании выходных зажимов цепи якоря генератора накоротко. Так как U = О, то, согласно выражению E_a=I_aR_a, и поскольку R_a мало, то в усло­виях опыта э. д. с. Е_а также должна быть мала.

Так как при снятии х. к. з. электродвижущая сила мала и поэтому поток мал и машина не насыщена, то зависимость I = f (i_B) практически прямолинейна. В размагниченной машине х. к. з. начинается с нуля (штриховая линия). Если х. к. з. снята без предварительного размагничивания машины (сплошная линия на рис.), то ее также целесообразно перенести параллельно самой себе в начало координат (штриховая линия на рис.).

Характеристический (реактивный) треугольник определяет величину реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря. Он строится для нахождения величины, реакции якоря по экспериментальным данным и используется также для построения некоторых характеристик машины, если они не могут быть сняты экспериментально. Характеристический треугольник можно построить по экспериментальным данным с помощью х. х. х. и любой другой основной характеристики машины, а также по расчетным данным.

Поскольку в условиях снятия х. к. з. магнитная цепь машины не насыщена, то построенный характеристический треугольник учитывает только продольную реакцию якоря, вызванную случайным или сознательным сдвигом щеток с геометрической нейтрали и тклонением коммутации от прямолинейной. При

установке щеток на геометрической нейтрали катет треугольника i_Ba = дб равен н. с. коммутационной реакции якоря (в масштабе i_в) и характеризует качество коммутации (на рис. а — замедленная коммутация и на рис,6 — ускоренная). Когда щетки стоят на нейтрали и коммутация прямолинейна, i_Ba = дб = 0 и треугольник бег вырождается в вертикальную прямую.

Для построения характеристического треугольника с учетом влияния поперечной реакции якоря, можно воспользоваться характеристикой холостого хода и внешней, регулировочной или нагрузочной характеристикой. Обычно пользуются нагрузочной.

Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения U = f(I) при i_B = const и п = const (рис. 9-6) определяет за­висимость напряжения генератора от его нагрузки в естественных условиях, когда ток возбуждения не регулируется. При увеличении I напряжение Uнесколько падает по двум причинам: вследствие падения напряжения в цепи яко­ря IR_aи уменьшения э. д. с

Рис. 9-6. Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения

Внешнюю характеристику рекомендуется снимать при таком возбуждении (i_B = i_вн), когда при I = I_н также U = U_K(номинальный режим). При переходе к холостому ходу ( I = 0) в этом случае напряжение возрастает на вполне определенную величину DU_н(рис. 9-6), которая называется номинальным изме­нением напряжения генератора. В генераторах независимого возбуждения

DU_н% =DU_н/ U_н ×100 = 5 ¸ 15 %.

Внешнюю характеристику (в левом квадранте рис. 9-7) можно построить также с помощью характеристики холостого хода (в правом квадранте рис. 9-7) и характеристического треугольника. Для этого проведем на рис. 9-7 вертикальную прямую аб, соответствую­щую заданному току i_B = const. Тогда аб — Об представляет собой Uпри I = 0 и определяет начальную точку внешней характеристики.

Рис. 9-7. Построение внешней характеристики генератора независимого возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника

Регулировочная характеристика i_в = f (I) при U =const и п= const показывает, как нужно регулировать ток возбуждения, чтобы, при изменении нагрузки напряжение генера­тора не менялось (рис. 9-8). С увеличением I ток i_B необходимо несколько увеличивать, чтобы компенсировать влияние падения напряжения l_aR_a и реакции якоря.

Рис. 9-8. Регулировочная характеристика генератора независимого С учетом изменяющихся условий насыщения реальная опытная регулировочная характеристика будет иметь вид, показанный в нижнем квадранте рис. 9-9 штриховой линией.

Обратным построением, если даны х. х. х. и регулировочная характеристика, можно получить характери­стический треугольник.

Нагрузочная характеристика U =f (i_B) при / = const и п = const (кривая 2 на рис. 9-10) по виду схожа с х. х. х. (кривая 1 на рис. 9-10 ) и проходит несколько ниже х. х. х. вследствие падения напряжения в цепи якоря и влияния реакции якоря. X. х. х. представляет собой предельный случай нагрузочной характеристики, когда / = 0.

Влияние сдвига щеток с геометрической нейтрали сказывается в том, что возни­кает продольная реакция якоря, изменяющая поток полюсов, и поток добавочных полюсов будет индуктировать э. д. с. не в коммутируемых секциях, а в рабочих секциях параллельных ветвей якоря. При повороте щеток против направления вра­щения якоря (рис. 9-11) это вызовет уве­личение э. д. с. якоря, а при сдвиге по направлению вращения - уменьшение э. д. с. В первом случае внешняя характеристика (рис. 9-6) с увеличением / будет падать медленнее или даже может подниматься, во втором - будет падать более круто. При наличии добавочных полюсов в обоих случаях возникает расстройство коммутации.

4.8 Способы пуска и регулирования частоты вращения АД.

1) Прямой пуск включ-е обмотки его статора в сеть, на номин.напр. обмотки статора I_п=(4-7)∙I_Н. Это считается норм-м пуском.

2) Реакторный пуск. Сначала вкл-я выкл-ль В₁ (б) и дв.получает питание ч/з 3фаз. реактор. При достижении нормальной скорости вращ-я вкл-я выкл-ль В₂ кот. шунтирует реактор, в рез-те на двиг. Подается нормальное напр-е сети.

3) автотрансформаторный пуск. Сначала вкл-я выкл-ль В₁ (в) и В₂ и на дв. ч/з автотр-р АТ подается пониж-е напр-е, после достиж-я дв-м опред-й скорости В₂ отк-я и Д получает питание ч/з часть обмотки автотр-а, кот.в этом случае рабтает как реактор. Наконец вкл-я вык-ль В₃, в рез-те чего Д получает полное напр-е.

В₁ должен быть выбран на отключ-ю мощность при к.з., а В₂ и В₃ могут иметьменьшие отключ-е мощности.

4)пуск перекл-м «звезда-треуг-к» прим-я когда выведены все шесть концов обмотки статора (г) и Д норм-о работает с соединением обмотки статора в треуг-к напр-р когда Д раб-т от сети 380/220 и с соед-м обмоток «зв-тр.» работает от сети 220 В. В этом случае при пуске обмотка статора вкл-я в зв. (нижнее полож-е перекл-я П), а при достиж-и норм.скорости вращ-я переключается в тр-к (верхнее полож-е перекл-я П).

5) пкск Д с фазным ротором с пом-ю пускового реостата.

6) самозапуск АД. В эл-х сетях в рез-те к.з. остановка нежелательна.

При восстан-и напр-я начин-ся одноврем-й запуск не отключ-ся от сети Д. Такой самозапуск Д способ-т быстрому воост-ю норм-й работы произв-х мех-в. Однако одновр-й саозапуск большого числа АД загруж-т сеть большими токами что вызывает в ней большое падение напр-я и задержив-т процесс восст-я норм-го напр-я. Время самозапуска Д при этом увелич-я, а врде случаев знач-е пуск-го мом-а недостат-о для пуска Д.

Возм-сть самозапуска целесооб-о исп-ть для Д наиболее ответ-х произв-х мех-в.