Глава 28. Коллекторные генераторы постоянного тока

Коллекторные генераторы постоянного тока

Основные понятия

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС Еа [см. (25.20)]. При подключении к генератору нагрузки в цепи якоря возникает ток, а на выводах генератора уста­навливается напряжение, определяемое уравнением напряжений для цепи якоря генератора:

U= Еа — Iа∑r (28.1)

Здесь

∑r =rа + rд+rк.о + rс + rщ (28.2)

— сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря rа, обмотки добавочных полюсов Гц, компенсационной обмотки rк.о, последовательной обмотки возбуждения rс и переходного щеточного контакта rш.

При отсутствии в машине каких-либо из указан­ных обмоток в (28.2) не входят соответствующие слагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение при­водным двигателем, который создает на валу гене­ратора вращающий момент М1. Если генератор работает в режиме х.х. (Iа= 0), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холостого хода М0. Этот момент обусловлен тормоз­ными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимо­действуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М [см. (25.24). В генераторе этот момент направлен встречно вра­щающему моменту приводного двигателя ПД (рис. 28.1), т. е. он является нагрузочным (тормо­зящим).

При неизменной частоте вращения (n = const) вращающий момент приводного двигателя М1урав­новешивается суммой противодействующих моментов: моментом х. х. Mq и электромагнитным моментом М, т.е.

М1= M0 + М. (28.3)

Выражение (28.3) — уравнение моментов для генератора при n = const. Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря ω, получим уравнение мощностей:

Р1 = Р0+Рэм, (28.4)

генераторе постоянного тока

где Р1 = М1ω — подводимая от приводного двигателя к генера­тору мощность (механическая); Р0 = Мо ω — мощность х. х., т. е. мощность, подводимая к гене­ратору в режиме х. х. (при от­ключенной нагрузке); Рэм = М ω — электромагнитная мощность генератора.

Согласно (25.27), получим

Рэм =ЕаIа, или с учетом (28.1)

Рэм = UIа +I²_a∑r =Р2+ Рэа,

(28.5)

где Р2— полезная мощность генератора (электрическая), т.е. мощность, отдаваемая генератором нагрузке; Рэа — мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря (см. §29.8).

Учитывая потери на возбуждение генератора Рэ.в, получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

P1 = Р2 + Ро +Рэа + Рэ.в - (28.6)

Следовательно, механическая мощность, развиваемой привод­ным двигателем Р1, преобразуется в генераторе (/' полезную электрическую мощность Р2, передаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь (Ро + Рэа+Рэв)

Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии n=const. Рассмотрим основные характеристики генераторов постоянного тока.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. {/о от тока возбуждения Iв:

Uо = f(Iв) при I = 0 и n = const.

Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбужде­ния Iв:

U = f(IB) при / Ф 0 и n — const.

Внешняя характеристика — зависимость напряжения на вы­ходе генератора U от тока нагрузки I:

U—f(I) при rрг = const и n=const,

где rpг — регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж­дения.

Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуж­дения /в от тока нагрузки I при неизменном напряжении на выхо­де генератора:

Iв = f(I) при U= const и n=const.

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов постоянного тока.