Краткие сведения из теории

Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются характеристика холостого хода, внешняя и регулиро­вочные характеристики.

Характеристика холостого хода Е = f (I_B) дает зависи­мость эдс генератора от тока возбуждения при неизменном чис­ле оборотов n = const и при отсутствии нагрузки I_Я = 0. На рис.5.3 показана характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением.

Рисунок 5.3 - Характеристика холостого хода генератора

Постоянного тока

Опытная характеристика холостого хода, снятая при плав­ном изменении тока возбуждения от нуля до максимума и снова до нуля представляет собой петлю гистерезиса. Во всех расче­тах ее представляют одной средней кривой.

При холостом ходе и постоянной скорости вращения генера­тора имеем E º Ф (т.к. Е = С_Е× n× Ф при n = const, Е = КФ или E º Ф). Следовательно, характеристика холостого хода гене­ратора, представляющая собой зависимость Е = f (I_B), дает нам в то же время зависимость (в соответствующем масштабе) Ф = f (I_B), т.е кривую намагничивания машины.

В самом деле, точка С характеристики холостого хода при I_В = 0 характеризует величину потока остаточного магнетизма Ф_ОСТ. Обычно Ф_ОСТ. = 2 ¸ 5% от номинального потока машины. Восходящая и нисходящая ветви характеристики холостого хода ограничивают некоторую площадь. Это, как известно, объясняет­ся явлением гистерезиса и говорит о свойствах стали полюсов сохранять остаточную намагниченность. Наконец, по положению на характеристике холостого хода точки N, соответствующей номинальной эдс, можно судить о степени насы­щения магнитной цепи машины. Обычно эта точка лежит на переги­бе или так называемом колене кривой. Это объясняется тем, что работа на прямолинейной части кривой вызвала бы неустойчивое напряжение, а работа за перегибом, т.е. в насыщенной части кривой, ограничивала бы возможность регулирования напряжения.

Внешняя характеристика U = f (I_Я) представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора от нагрузочного тока I_Я при постоянном токе возбуждения I_B и при постоянном числе оборотов.

В зависимости от способа возбуждения внешняя характерис­тика будет иметь тот или иной вид. На рис. 5.4. приведена внеш­няя характеристика, соответствующая генератору с независимым возбуждением.

Рисунок 5.4 - Внешняя характеристика генератора постоянного

Тока

Внешняя характеристика (рис.5.4) показывает, что напряжение на зажимах нерегулируемого генератора при увеличении тока нагрузки понижается. Понижение напряжения происходит из-за увеличения падения напряжения во внутренних сопротивле­ниях цепи якоря I_Я R_Я и от уменьшения эдс вследствие реакции якоря при нагрузке

U = E – I_Я × R_Я.

Сопротивление цепи якоря R_Я включает в себя последовательно соединенные: сопротивление ветвей обмоток, сопротивление сколь­зящих контактов между коллектором и щетками и сопротивление включенных последовательно с якорем специальных обмоток (например, обмотки дополнительных полюсов). Внешняя характеристика имела бы вид прямой (а), если бы эдс при нагрузке не изменя­лась. Вследствие же реакции якоря регулирующий поток возбуж­дения и, следовательно, эдс якоря уменьшается. Заметное умень­шение потока и эдс якоря происходит при нагрузках, больших но­минальной.

При номинальной нагрузке напряжение генератора на 5–10% меньше напряжения при холостом ходе (эдс якоря).

При уменьшении сопротивления нагрузки до нуля машина пере­ходит в режим короткого замыкания, при этом ток в якоре дости­гает наибольшего значения I_К =Е/R_Я опасного для целости обмотки, коллектора и щеток.

Для поддержания постоянства напряжения генератора необхо­димо регулировать ток возбуждения. Зависимость тока возбужде­ния от тока нагрузки I_B = f (I_Я) при постоянном напряжении называется регулировочной характеристикой (рис.5.5).

Рисунок 5.5 - Регулировочная характеристика генератора

Постоянного тока

Генераторы с независимым возбуждением применяются в тех случаях, когда необходимо регулировать напряжение от значений близких к нулю, до номинальной величины. Это имеет место при регулировании скорости вращения двигателя, с помощью изменения подводимого к ним напряжения, осуществляемого по схеме генера­тор-двигатель. Необходимость отдельного источника питания обмот­ки возбуждения является недостатком генераторов с независимым возбуждением. Поэтому чаще применяются самовозбуждающиеся генерато­ры.

При самовозбуждении ток для питания обмотки возбуждения ге­нератора поступает от якоря генератора. Самовозбуждение возможно как при параллельном, так и при последовательном соединении обмо­ток возбуждения с якорем. Процесс самовозбуждения протекает сле­дующим образом. В массивной части магнитной цепи машины, по обмотке возбуждения которой хотя бы раз протекал ток, всегда имеется не­большой поток остаточного намагничивания, составляющий – 2–5% от номинального потока. При вращении якоря, витки обмотки якоря бу­дут пересекать магнитные линии остаточного потока, в результате чего в якоре будет наводиться эдс. Под действием этой эдс в це­пи обмотки возбуждения возникает ток, который при правильном сое­динении обмотки возбуждения к зажимам якоря увеличивает остаточ­ный магнитный поток полюсов. Наводимая эдс в якоре увеличивается, что ведет к дальнейшему увеличению тока в обмотке возбуждения и новому увеличению потока и эдс. Рост эдс от тока возбуждения ма­шины с насыщением магнитной цепи замедляется. Так как падение напряжения по обмотке возбуждения пропорционально току, то когда это падение напряжения становится равным эдс якоря, процесс са­мовозбуждения заканчивается. Самовозбуждение генератора становит­ся невозможным, если магнитная цепь генератора размагнитилась.

Для получения остаточного потока намагничивания нужно про­пускать ток через обмотку возбуждения от постоянного источника. Самовозбуждение генератора также невозможно, если обмотка возбуж­дения присоединена к якорю так, что возникающий в первый момент ток от остаточной эдс создает поток, направленный навстречу остаточному потоку полюсов.

Кроме этих двух условий, т.е. наличия поля остаточного на­магничивания и правильного присоединения обмотки возбуждения к якорю, необходимо выполнение третьего условия, связанного с величиной сопротивления цепи возбуждения (R_B < R_КР).

Тест к зачету по лабораторной работе № 5

УКАЖИТЕ НОМЕР ПРАВИЛЬНОГО ОТВЕТА:

5.1. В ОБМОТКЕ ЯКОРЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА ИНДУЦИРУЕТСЯ ЭДС:

1) постоянная 2) переменная

5.2. КОЛЛЕКТОР В РЕЖИМЕ ГЕНЕРАТОРА СЛУЖИТ ДЛЯ:

1) смены направления тока

2) создания магнитного потока

3) преобразования переменной ЭДС в постоянную

4) изменения величины напряжения

5.3. ПРИ ПОСТОЯННЫХ ОБОРОТАХ И НАПРЯЖЕНИИ СНИМАЕТСЯ ХАРАКТЕРИСТИКА:

1) холостого хода 2) внешняя 3) регулировочная

5.4. ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНЕРАТОРА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ ПРЕДСТАВЛЕНА КРИВОЙ:

2) б

3) в

4) г

5. 5. ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНЕРАТОРА СО СМЕШАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (ВСТРЕЧНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ) ПРЕДСТАВЛЕНА КРИВОЙ:

1)

2) б

3) в

4) не показана

5.6. ПРИ ТОКЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ I_В > I_{В НОМ} ХАРАКТЕРИСТИКА Ф (I_В) ПРЕДСТАВЛЕНА УЧАСТКОМ:

1)

2) б

3) в

4) не показана

1) 1,0 А; 11 А

2) 1,0 А; 9 А

3) 0,8 А; 10 А

4) 0,8 А; 9,2 А

2) 20 В

3) 80 В

4) 10 В