Общие сведения о генераторах постоянного тока

Классификация генераторов постоянного тока. Генераторы постоянного тока могут быть независимого возбуждения и с самовозбуждением (рис. 4.12).

Генераторы независимого возбуждения подразделяются на генераторы с электромагнитным возбуждением (рис. 4.12,а), в которых обмотка возбуждения подключена к постороннему источнику постоянного тока, и на магнитоэлектрические генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения подразделяются на генераторы параллельного возбуждения (рис. 4.12,б), генераторы последовательного возбуждения (рис. 4.12,в), генераторы смешанного возбуждения (рис. 4.12,г). Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, расположенные на главных полюсах: параллельную и последовательную.

Рис. 4.12

 

Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения представлена на рис. 4.13. Подводимая механическая мощность к валу генератора без потерь механических магнитных и добавочных преобразуется в электромагнитную мощность которая частично тратится на электрические потери в цепи якоря а остальная часть представляет собой полезную мощность Потери в обмотке возбуждения - На основании изложенного следует:

 

Рис. 4. 13

Уравнение вращающих моментов. Если обе части выше записанного уравнения разделить на угловую частоту вращения якоря то получим

где - вращающий момент на валу генератора;

- электромагнитный момент, развиваемый якорем; - момент холостого хода.

В неустановившемся режиме, когда частота вращения изменяется, возникает динамический момент вращения

 

где – момент инерции вращающейся части.

В общем случае, когда

где – статический момент.

Уравнение ЭДС и напряжений генератора. Напряжение на клеммах обмотки якоря генератора равно

где - ЭДС обмотки якоря; - полное сопротивление цепи якоря; - сопротивление обмотки якоря; – сопротивление щеточного контакта.

Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока параллельного возбуждения. Принцип самовозбуждения основан на том, что магнитная система машины, будучи намагничена, сохраняет небольшой остаточный поток (порядка 2 3 % от номинального потока возбуждения).

При вращении якоря поток индуктирует в якорной обмотке остаточную ЭДС . Так как обмотка возбуждения подключена к цепи якоря по ней начинает протекать ток , который создает Если потоки и действуют согласно, то возрастает ЭДС обмотки якоря, что будет увеличивать ток возбуждения. И это будет происходить до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падением напряжения цепи возбуждения, т.е.

На рис. 4.14 совмещены характеристика холостого хода генератора (1) и зависимость падения напряжения обмотки возбуждения (2). Угол наклона прямой (2) пропорционален сопротивлению цепи возбуждения.

Рис. 4.14

 

Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждениия. Однако при некотором сопротивлении цепи возбуждения зависимость становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода (3, угол ). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при котором прекращается самовозбуждение генератора, называется критическим

Самовозбуждение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей некоторое значение, называемое критическим Характеристика холостого хода (4) соответствует критической частоте вращения генератора.

Таким образом, самовозбуждение генератора постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий:

1. Наличие остаточного магнитного потока

2. Поток обмотки возбуждения должен совпадать по направлению с остаточным магнитным потоком

3. Сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического;

4. Частота вращения якоря должна быть достаточной, больше критической.