Внешняя хар-ка

Если постепенно нагружать генератор, отмечая по показаниям амперметра, включенного в цепь якоря, величину тока нагрузки, оставляя неизменным скорость вращения генератора и ток возбуждения, то можно получить зависимость напряжения на зажимах машины от тока нагрузки. Эта зависимость называется внешней характеристикой. По горизонтальной оси отложен ток нагрузки, по верти кальной оси — напряжение генератора. Характеристика показывает, как меняется напряжение генератора с изменением нагрузки. У генераторов с независимым возбуждением при номинальной нагрузке, постоянной скорости и постоянном токе возбуждения понижение напряжения может составлять 5—8% от номинального. Для поддержания напряжения генератора постоянным изменяют ток возбуждения при помощи регулировочного реостата.

ХХ Изменяя сопротивление цепи возбуждения регулировочным реостатом, замечая показания амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключенного к щеткам генератора, устанавливаем зависимость между э. д. с. генератора при холостом ходе машины и током возбуждения. Эта зависимость представляется кривой, называемой характеристикой холостого хода.
При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (І_в=0) вольтметр машины покажет нуль при любом числе оборотов якоря. Увеличение тока возбуждения будет сопровождаться вначале пропорциональным увеличением э. д. с. генератора. Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейной. Но дальнейшее увеличение тока возбуждения вызовет магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. Если теперь уменьшать ток возбуждения генератора, то можно заметить, что при тех же самых значениях тока возбуждения э. д. с. генератора будет иметь большие значения, чем при намагничивании, и кривая размагничивания пройдет несколько выше, чем кривая намагничивания. Это объясняется явлением гистерезиса. При уменьшении тока возбуждения до нуля генератор за счет остаточного магнетизма будет иметь некоторую э. д. с. Чем дальше за перегибом характеристики лежит точка, соответству ющая э. д. с. генератора при нормальной работе, тем меньше изменяется э. д. с. машины в зависимости от тока возбуждения. Возможность регулировки напряжения в случае работы машины за перегибом характеристики невелика. Наоборот, если генератор будет работать на прямолинейной части характеристики, то небольшие изменения тока возбуждения вызовут значительные изменения э. д. с. генератора. Таким образом, характеристика холостого хода показывает магнитные свойства генератора.

12) В генераторе со смешанным возбуждением имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Наличие двух обмоток при их согласном включении позволяет получать приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки. Подбирая число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение ΔU_посл компенсировало суммарное падение напряжения ΔU при работе машины с одной только параллельной обмоткой, можно добиться, чтобы напряжение U при изменении тока нагрузки от нуля до I_ном оставалось практически неизменным.

Генераторы постоянного тока имеют большей частью параллельное возбуждение. Обычно для улучшения внешней характеристики они снабжаются небольшой последовательной обмоткой (1-3 витка на полюс). При необходимости такие генераторы могут включаться и по схеме с независимым возбуждением.

Генераторы с независимым возбуждением используются только при большой мощности и низком напряжении. В этих машинах независимо от величины напряжения на якоре обмотка возбуждения рассчитывается на стандартное напряжение постоянного тока 110 или 220 В с целью упрощения регулирующей аппаратуры.

Самовозбуждение генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим:
1. Наличие потока остаточного магнетизма. При отсутствия этого потока не будет создаваться э. д. с. Е0, под действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток, так что возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.
2. Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма. При встречном включении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать остаточный магнитный поток и при длительной работе может полностью размагнитить машину. Если обмотка возбуждения оказалась включенной встречно, то необходимо изменить направление тока в ней, т. е. поменять ме­стами провода, подходящие к зажимам этой обмотки.
3. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении цепи воз­буждения самовозбуждение генератора невозможно.
4. Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико, так как при малом сопротивлении ток

возбуждения будет также мал и самовозбуждения не произойдет.

ХХ Изменяя сопротивление цепи возбуждения регулировочным реостатом, замечая показания амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключенного к щеткам генератора, устанавливаем зависимость между э. д. с. генератора при холостом ходе машины и током возбуждения. Эта зависимость представляется кривой, называемой характеристикой холостого хода.
При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (І_в=0) вольтметр машины покажет нуль при любом числе оборотов якоря. Увеличение тока возбуждения будет сопровождаться вначале пропорциональным увеличением э. д. с. генератора. Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейной. Но дальнейшее увеличение тока возбуждения вызовет магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. Если теперь уменьшать ток возбуждения генератора, то можно заметить, что при тех же самых значениях тока возбуждения э. д. с. генератора будет иметь большие значения, чем при намагничивании, и кривая размагничивания пройдет несколько выше, чем кривая намагничивания. Это объясняется явлением гистерезиса. При уменьшении тока возбуждения до нуля генератор за счет остаточного магнетизма будет иметь некоторую э. д. с. Чем дальше за перегибом характеристики лежит точка, соответствующая э. д. с. генератора при нормальной работе, тем меньше изменяется э. д. с. машины в зависимости от тока возбуждения. Возможность регулировки напряжения в случае работы машины за перегибом характеристики невелика. Наоборот, если генератор будет работать на прямолинейной части характеристики, то небольшие изменения тока возбуждения вызовут значительные изменения э. д. с. генератора. Таким образом, характеристика холостого хода показывает магнитные свойства генератора.

Внешняя характеристика генератора

Для параллельной работы генераторов постоянного тока необходимо выполнить следующие условия:
1. Напряжение включаемого генератора должно быть равно напряжению сети или напряжению уже работающего генератора.
2. Полярность соединяемых зажимов включаемого генератора и сети должна быть одинаковой (плюс генератора должен быть соединен с плюсом сети и минус генератора — с минусом сети).

Первое условие параллельной работы генераторов — равенство напряжений — выполняется следующим образом. Пускается в ход первичный двигатель, приводящий во вращение включаемый генератор, и его скорость вращения доводится до номинальной. Изменяя сопротивление регулировочного реостата генератора, устанавливают напряжение генератора равным напряжению сети или напряжению уже работающего генератора. Равенство напряжений проверяется по вольтметрам, подключенным к сети и генератору, или одним вольтметром с вольтметровым переключателем.
Второе условие параллельной работы — совпадение полярностей— проверяется только для генератора, впервые включаемого на параллельную работу. Зажимы генератора располагают так, чтобы при повторных включениях это условие было заранее выполнено. Проверку полярности можно производить или при помощи магнитоэлектрического вольтметра или при помощи ламп накаливания. Любая пара зажимов сети и генератора при выключенном рубильнике машины замыкается перемычкой. К зажимам другой пары подключается вольтметр, рассчитанный на двойное напряжение сети. Если плюс сети совпадает с плюсом генератора, а минус сети с минусом генератора, то вольтметр покажет нуль.

При неправильном включении вольтметр покажет двойное напряжение.
Генератор, включенный параллельно в сеть или включенный с другим работающим генератором, тока не дает, так как э. д. с. генератора равна и противоположна напряжению сети. Чтобы генератор стал давать ток в сеть, нужно увеличить его э. д. с. при помощи регулировочного реостата.

Ток, отдаваемый генератором в сеть, проходя по обмотке якоря генератора и взаимодействуя с магнитным потоком полюсов, создает момент сопротивления, противоположный моменту вращения первичного двигателя генератора. Поэтому с увеличением тока нагрузки механическая мощность первичного двигателя также должна увеличиваться.
Для перевода нагрузки с одного генератора на другой необходимо одновременно менять сопротивление регулировочных реостатов, увеличивая ток возбуждения генератора, который нужно нагрузить, и уменьшая ток возбуждения генератора, который нужно разгрузить.
Может случиться, что во время работы генератора э. д. с. его понизится (например, при уменьшении скорости первичного двигателя или при обрыве приводного ремня, приводящего генератор во вращение от первичного двигателя). В этом случае ток из сети пойдет в генератор и последний будет работать электрическим двигателем. Для предотвращения этого в цепи генератора устанавливают особые автоматы, которые выключают генератор, как только ток его изменит свое направление.

18) Двигатель с параллельным возбуждением. В этом двигате­ле (рис. 10.51, а) обмотка возбуждения подключена парал­лельно с обмоткой якоря к сети. В цепь обмотки возбужде­ния включен регулировочный реостат R_pB, а в цепь якоря—пусковой реостат R_n. Характерная особенность дви­гателя— его ток возбуждения I _в не зависит от тока якоря

Рис. 10.51. Схема двига­теля с параллельным воз­буждением (а) и его мо-

ментная и скоростная ха­рактеристики (б)

1_а (тока нагрузки), так как питание обмотки возбуждения по существу независимое. Следовательно, пренебрегая раз­магничивающим действием реакции якоря, можно прибли­женно считать, что и поток двигателя не зависит от нагрузки. При этом условии, согласно (10.45) и (10.46), получаем, что зависимости M=f(I_a) и n = f(l_a) (моментная и скоростная характеристики) линейные (рис. 10.51,б). Сле­довательно, линейная и механическая характеристика двига­теля n = f(M) (рис. 10.52, а).

Если в цепь якоря включен добавочный резистор или реостат R_n, то

п = [U-I_а(ΣR_а + R_П)]/(с_еФ) = п₀-Δп, (10.47)

где п_о=U/(с_еФ) — частота вращения при холостом ходе; Δ п = ( ΣR _а +R_п)1_а/(с_еФ) — снижение частоты, обусловленное суммарным падением напряжения во всех сопротивлениях, включенных в цепь якоря двигателя.

Величина Δ n, зависящая от суммы сопротивлений ΣR _а + + R_П, определяет наклон скоростной n = f(I _а)и механической n = f(M) характеристик к оси абсцисс. При отсутствии в цепи якоря добавочного сопротивления R_n указанные характеристики жесткие (естественные характеристики 1 на рис. 10.51,б и 10.52, а), так как падение напряжения 1_а ΣR _а в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при

Рис. 10.52. Механические (а) и рабочие (б) характеристики

двигателя с параллельным возбуждением

номинальной нагрузке составляет лишь 3...5% от U_HOM. При включении добавочного реостата угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего образуется семей­ство реостатных характеристик 2, 3, 4, соответствующих различным сопротивлениям реостата R_nl, R_n2 и R_n3. Чем больше сопротивление R_n, тем больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т. е. тем она мягче.

Реакция якоря, уменьшая несколько поток машины Φ при нагрузке, стремится придать естественной механической характеристике отрицательный угол наклона, при котором частота вращения η возрастает с увеличением момента М. Однако двигатель с такой характеристикой в большинстве электроприводов устойчиво работать не может. Поэтому современные двигатели большой и средней мощностей с параллельным возбуждением часто имеют небольшую последовательную обмотку возбуждения, которая придает механической характеристике необходимый наклон. МДС этой обмотки при токе I _ном составляет около 10% от МДС параллельной обмотки.

Регулировочный реостат R_{p. B} позволяет изменять ток возбуждения двигателя I _в и его магнитный поток Ф. Как следует из (10.46), при этом изменяется и частота вращения п. В цепь обмотки возбуждения выключатели и предохранители не устанавливают, так как при разрыве этой цепи и неболь­шой нагрузке на валу частота вращения двигателя резко возрастает (двигатель идет в «разнос»). При этом сильно увеличивается ток якоря и может возникнуть круговой огонь.

Рабочие характеристики рассматриваемого двигателя (рис. 10.52,6) представляют собой зависимости потребляемой мощности Ρ₁, тока Ι_α I _н, частоты вращения n, момента Μ и КПД η от отдаваемой мощности Р₂ на валу двигателя при U= const и I_B = const. Характеристики n = f (Р₂) и М = f (Р₂) являются линейными, а зависимости Ρι = f (Ρ₂), I_a = f(P₂) и η = f(P₂) имеют характер общий для всех электрических машин. Иногда рабочие характеристики строят в зависимости от тока якоря 1_а.

Если в двигателе обмотка якоря и обмотка возбуждения подключены к источникам питания с различными напряже­ниями, то его называют двигателем с независимым возбужде­нием. Такие двигатели применяют в электрических приводах, у которых питание обмотки якоря осуществляется от генератора или полупроводникового преобразователя. Меха­нические и рабочие характеристики двигателя с независимым возбуждением аналогичны характеристикам двигателя с па­раллельным возбуждением, так как у них ток возбуждения I _в также не зависит от тока якоря 1_а.

19) Двигатель с последовательным возбуждением. В этом двигателе (рис. 10.53,а) ток возбуждения I _в = I _а, поэтому

Рис. 10.53. Схема двигателя с последовательным возбуждением (а) и его моментная и

скоростная характеристики (б)

магнитный поток Ф является некоторой функцией тока якоря 1_а. Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. При I _а<(0,8...0,9 )I _ном, когда магнит­ная система машины не насыщена, Ф = k_ф I _а, причем коэф­фициент пропорциональности k_ф в значительном диапазоне нагрузок остается практически постоянным. При дальнейшем возрастании тока якоря поток Ф возрастает медленнее, чем I _а, при больших нагрузках (I _а >I _НОМ) можно считать, что Ф const. В соответствии с этим изменяются зависимости n = f(I_a) и M = f(I_a).

При /_а<(0,8...0,9)/_ном скоростная характеристика двигате­ля n = f(l_a) (рис. 10.53,6) имеет форму гиперболы, так как частота вращения

(10.48)

где С₁ и С₂ — постоянные.

При 1_а > I _ном скоростная характеристика становится линей­ной, так как частота вращения

(10.49)

где С'₁ и С'₂ — постоянные.

Аналогично можно получить зависимость электромагнит­ного момента от тока якоря M=f(l_a). При I _а<(0,8...0,9 )I _{н *} *I _ном моментная характеристика M=f(I_a) имеет форму параболы (рис. 10.53,б), так как электромагнитный момент

М=с_мФI_а = с_мк_ф1²_а = С₃1²_а, (10.50)

где С₃ — постоянная.

При I_a>I _HOM моментная характеристика линейная, так как

Рис. 10.54. Механические (а) и рабочие (б) характеристики двигателя

с последовательным возбуждением

М=с_мФ1_а = С'₃1_а, (10.51)

где С'з — постоянная.

Механические характеристики n = f(M) (рис. 10.54, а) мож­но построить на основании зависимостей n = f(l_a) и М= f(l_a). При I _а<(0,8...0,9 )I _ном частота вращения изменяется по закону

(10.52)

где С₄ — постоянная.

При I_a>I _ном зависимость n = f(M) становится линейной.

Включая в цепь якоря пусковые реостаты с сопротивлениями R_nl9 R_n2 и R_n3 кроме естественной характеристики 1 можно получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4, причем, чем больше R_n, тем ниже располагается характеристика.

Рабочие характеристики двигателя с последовательным возбуждением приведены на рис. 10.54,б. Зависимости n = f(P₂), M=f(P₂) являются нелинейными; зависимости P₁ = f(P ₂)' I_a = f(P₂) и η = f (P₂) имеют примерно такой же характер, как и у двигателя с параллельным возбуждением.

20). Двигатель со смешанным возбуждением.

В этом двигателе магнитный поток Φ создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения — паралельной и последовательной. Поэтому его механические характеристики (кривые 3 и 4) располагаются между характеристиками двигателей с параллельным (пря­мая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения МДС параллельной и по­следовательной обмоток при номинальном режиме можно приблизить характеристики двигателя со смешанным возбуж­дением к характеристике 1 (при малой МДС последователь­ной обмотки) или к характеристике 2 (при малой МДС параллельной обмотки). Одним из достоинств двигателя со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, так как его частота вращения п₀ может быть ограничена на допустимом уровне.

14)

Энергетические диаграммы генератора (а), двигателя (б)

Date: 2015-07-24; view: 463; Нарушение авторских прав