Електричні машини

4.4. Генератори постійного струму

Залежно від способу живлення обмотки збудження розрізняють генератори:

- з незалежним збудженням;

- з паралельним збудженням;

- з послідовним збудженням (серієсний);

- зі змішаним збудженням (компаундний); він має дві обмотки збудження; одна включена паралельно обмотці якоря, а інша - послідовно з нею і навантаженням.

Генератори малої потужності іноді виконуються з постійними магнітами. Властивості таких генераторів близькі до властивостей генераторів з незалежним збудженням.

У генераторі з незалежним збудженням (рис. 4.8а) струм збудження не залежить від струму якоря Iа. який дорівнює струму навантаження Iн. Зазвичай струм збудження невеликий і становить 1. 3% від номінального струму якоря.

Основними характеристиками генератора є характеристики: холостого ходу, зовнішня, регулювальна і здатність навантаження.

Мал. 4.8. Принципова схема генератора з незалежним збудженням (а) і його характеристика холостого ходу (б)

Характеристика холостого ходу U0 = f (Iв) при Iн = 0 і n = const (рис. 4.8б). Розбіжність входить і низхідній гілок характеристики пояснюється наявністю гістерезису в муздрамтеатрі машини. Eост становить 2. 4% від Uном.

Σr - сума опорів всіх обмоток, включених послідовно в ланцюг якоря (якоря, додаткових полюсів і компенсаційної обмотки).

Зі збільшенням навантаження напруга U зменшується з двох причин:

- через падіння напруги у внутрішньому опорі Σr машини;

- через зменшення ЕРС E в результаті розмагнічуючого дії реакції якоря.

Величина становить 3. 8%.

У генераторі з паралельним збудженням (рис. 4.10а) обмотка збудження приєднана через регулювальний реостат паралельно обмотці якоря. Для нормальної роботи приймачів електроенергії необхідно підтримувати сталість напруги на їх затискачах, незважаючи на зміну загального навантаження генератора. Це здійснюється за допомогою регулювання струму збудження.

Регулювальної характеристикою генератора (рис. 4.9б) називається залежність струму збудження Iв від струму якоря Iа при постійній напрузі U і швидкості n. Така характеристика показує, як треба змінювати струм збудження для того, щоб при змінах навантаження підтримувати сталість напруги на затискачах генератора. Ця крива спочатку майже прямолінійна, але потім загинається вгору від осі абсцис, внаслідок впливу насичення муздрамтеатру машини. Отже, в машині використовується принцип самозбудження, при якому обмотка збудження живиться безпосередньо від самого генератора.

Мал. 4.10. Принципова схема генератора з паралельним збудженням (а); характер зміни ЕРС і струму збудження генератора в процесі збудження (б)

Самозбудження генератора можливо тільки при наявності гістерезису в магнітному колі.

При обертанні якоря в його обмотці потоком залишкового магнетизму индуктируется ЕРС Еост. і по обмотці збудження починає протікати струм. Якщо обмотка збудження включена так, що її НС Fв спрямована згідно з НС залишкового магнетизму, то магнітний потік зростає, збільшуючи ЕРС Е, потік Ф і струм збудження Iв. Машина самовозбуждается і починає стійко працювати з Iв = const, E = const, залежними від величини опору R в ланцюзі збудження.

Для режиму холостого ходу генератора:

L - сумарна індуктивність обмоток збудження і якоря.

Залежність e = f (iв) являє собою характеристику холостого ходу генератора ОА, а пряма ОВ - ВАХ опору R в (tg # 947; = Rв) (рис. 4.10б).

Поки є позитивна різниця (e-iв Rв). член> 0, тобто відбувається наростання струму iв. Сталий режим буде мати місце при = 0, тобто в точці С. При зміні величини опору R в пряма ОВ змінює свій кут # 947 ;, що призводить до зміни усталеного струму збудження Iв0. і відповідного йому напруги U0 = E0. Параметри ланцюга підбираються так, щоб в точці С забезпечувалася стійкість режиму самозбудження. При випадковій зміні iв виникає відповідна позитивна або від'ємна різниця (e-iв Rв). яка прагне змінити струм iв так, щоб він став знову дорівнює Iв0.

Ступінь стійкості розглянутого режиму буде визначатися похідною:

# 946; - # 963; # 947; # 958; л перетину характеристики ОА з прямою ОВ.

При збільшенні R в до критичної позначки Rв.кр .. відповідного # 947; кр. кут # 946; ≈0 і режим самозбудження стає нестійким, при цьому ЕРС генератора зменшується до Еост. Таким чином, для нормальної роботи генератора з паралельним збудженням необхідно, щоб R в

Зовнішня характеристика генератора з самозбудженням розташовується нижче зовнішньої характеристики генератора з незалежним збудженням (рис. 4.11). Пояснюється це тим, що в розглянутому генераторі напруга зменшується не тільки з ростом навантаження і розмагнічуючого дії реакції якоря, але і внаслідок зменшення струму збудження, який залежить від напруги U, т. Е. Від струму Iн.

Мал. 4.11. Зовнішні характеристики генераторів з незалежним (верхня крива) і паралельним (нижня крива) збудженням

Струм короткого замикання створюється тільки ЕРС від залишкового магнетизму і становить (0,4. 0,8) Iном.

Робота на ділянці ab зовнішньої характеристики нестійка.

Регулювальна характеристика генератора з паралельним збудженням має такий же вигляд, як і для генератора з незалежним збудженням.

У генераторі з послідовним збудженням (рис. 4.12а) струм збудження Iв = Іа = Iн.

Мал. 4.12. Схема генератора з послідовним збудженням (а) і його зовнішня характеристика (б)

Зовнішня характеристика (крива 1) і характеристика холостого ходу (крива 2) зображені на рис. 4.12б. З огляду на те, що в генераторі з послідовним збудженням напруга сильно змінюється при зміні навантаження, такі генератори практично не застосовуються. Їх використовують лише при електричному гальмуванні двигунів з послідовним збудженням, які при цьому переводяться в генераторний режим.

У генераторі зі змішаним збудженням є дві обмотки збудження: основна (паралельна) і допоміжна (послідовна). Наявність двох обмоток при їх згодному включенні дозволяє отримувати приблизно постійна напруга генератора при зміні навантаження. Підбираючи число витків послідовної обмотки так, щоб при номінальному навантаженні створюване нею напруга # 916; Uпосл компенсувало сумарне падіння напруги # 916; U при роботі машини з одного тільки паралельної обмоткою, можна домогтися, щоб напруга U при зміні струму навантаження від нуля до Iном залишалося практично незмінним.

Генератори постійного струму мають здебільшого паралельне збудження. Зазвичай для поліпшення зовнішньої характеристики вони забезпечуються невеликий послідовної обмоткою (1-3 витка на полюс). При необхідності такі генератори можуть включатися і за схемою з незалежним збудженням.

Генератори з незалежним збудженням використовуються тільки при великій потужності і низькій напрузі. У цих машинах незалежно від величини напруги на якорі обмотка збудження розраховується на стандартну напругу постійного струму 110 або 220 В з метою спрощення регулюючої апаратури.