Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока основан на том, что магнитная система машины, будучи намагниченной, сохраняет длительное время небольшой магнитный поток остаточного магнетизма сердечников полюсов и станины Ф ост (порядка 2-3% от полного потока). При вращении якоря поток Фост индуцирует в якорной обмотке ЭДС Е ост,под действием которой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток Iв.ост. Если МДС обмотки возбуждения I в.ост w в имеет такое же направление, как и поток Фост, то она увеличивает поток главных полюсов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение ЭДС генератора, отчего ток возбуждения вновь увеличится. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падением напряжения в цепи возбуждения, т. е. I в r в = U 0.
На рис. 16, а показана схема включения генератора параллельного возбуждения, на рис. 16, б – характеристика х.х. генератора (кривая 1) и зависимость падения напряжения от тока возбуждения I в r в = f(I в ) (прямая 2). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней U 0 = I в r в.
Рис. 16. Принципиальная схема (а) и характеристика х.х. (б) генератора параллельного возбуждения
Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из треугольника ОАВ:
(28.10)
где m i – масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм; т u– масштаб напряжения (по оси ординат), В/мм.
Из (28.10) следует, что угол наклона прямой I в r в = f(I в ) к оси абсцисс прямо пропорционален сопротивлению цепи возбуждения. Однако при некотором значении сопротивления реостата rрг сопротивление rв достигает значения, при котором зависимость I в r в = f(I в ) становится касательной к прямолинейной части характеристики х.х. (прямая 3). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при которой прекращается самовозбуждение генератора, называют критическим сопротивлением (rв.крит).
Рис. 17. Характеристика самовозбуждения
Следует отметить, что самовозбуждение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей критическую nкр. Это условие вытекает из характеристики самовозбуждения генератора (рис. 17), представляющей собой зависимость напряжения генератора в режиме х.х. от частоты вращения при неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U 0 = ¦(n) при r в= const.
Анализ характеристики самовозбуждения показывает, что при п < п крувеличение частоты вращения якоря генератора сопровождается незначительным увеличением напряжения, так как процесса самовозбуждения нет и появление напряжения на выходе генератора обусловлено лишь остаточным намагничиванием магнитной цепи генератора. Процесс самовозбуждения начинается при п > n кр.В этом случае увеличение частоты вращения сопровождается резким ростом напряжения U 0. Однако при частоте вращения, близкой к номинальной, рост напряжения несколько замедляется, что объясняется магнитным насыщением генератора. Критическая частота вращения зависит от сопротивления цепи возбуждения и с ростом последнего увеличивается.
Таким образом, самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: а) магнитная система машины должна обладать остаточным магнетизмом; б) присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, чтобы МДС обмотки совпадала по направлению с потоком остаточного магнетизма Фост; в) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического; г) частота вращения якоря должна быть больше критической характеристики ШГ.
Так как генератор параллельного возбуждения самовозбуждается лишь в одном направлении, то и характеристика х.х. этого генератора может быть снята только для одного квадранта осей координат.
Нагрузочная и регулировочная характеристики генератора параллельного возбуждения практически не отличаются от соответствующих характеристик генератора независимого возбуждения.
Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения 1 (рис. 18) менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения.
|
Рис. 18. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения
Объясняется это тем, что в генераторе параллельного возбуждения помимо причин, вызывающих уменьшение напряжения в генераторе независимого возбуждения (реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря), действует еще и третья причина – уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением напряжения от действия первых двух причин. Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопротивления нагрузки r нток увеличивается лишь до критического значения I кр, а затем при дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки ток начинает уменьшаться. Наконец, ток нагрузки при коротком замыкании I к < I кр. С увеличением тока усиливается размагничивание генератора (усиление реакции якоря и уменьшение тока возбуждения), машина переходит в ненасыщенное состояние, при котором даже небольшое уменьшение сопротивления нагрузки вызывает резкое уменьшение ЭДС машины. Так как ток определяется напряжением на выводах генератора U и сопротивлением нагрузки r н т.е. I= U/r н,то при токах нагрузки I < I кр, когда напряжение генератора уменьшается медленнее, чем убывает сопротивление нагрузки, происходит рост тока нагрузки. После того как I = I кр, дальнейшее уменьшение r н сопровождается уменьшением тока нагрузки, так как в этом случае напряжение U убывает быстрее, чем уменьшается сопротивление нагрузки r н. Номинальное изменение напряжения генератора параллельного возбуждения составляет 10-30%.
Таким образом, короткое замыкание, вызванное медленным уменьшением сопротивления нагрузки, не опасно для генератора параллельного возбуждения. Но при внезапном к.з. магнитная система генератора не успевает размагнититься и ток I к достигает опасных для машины значений I к = (8¸12) I ном (кривая 2). При таком резком возрастании тока нагрузки на валу генератора возникает значительный тормозящий момент, а на коллекторе появляется сильное искрение, переходящее в круговой огонь. Поэтому необходимо защищать генератор от перегрузки и к.з. посредством плавких предохранителей или же применением релейной защиты.
