Способы возбуждения генераторов постоянного тока
Работа генератора постоянного тока
Якорь генератора приводится во вращение каким-либо двигателем, развивающим вращающий момент Мг. При перемещении проводников обмотки якоря в магнитном поле полюсов в них индуктируется э. д. c., направление которой определяется правилом правой руки (рис. 153). Если якорь вращается с числом оборотов в минуту п, то в его обмотке индуктируется э. д. с., равная
E = CEn Φ . (138)
Если обмотку якоря через щетки замкнуть на какой-либо приемник энергии r (сопротивление нагрузки), то через этот приемник и обмотку якоря будет протекать ток Iя, который в обмотке якоря по направлению совпадает с направлением э. д. с. В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем полюсов будет создан электромагнитный момент Мэ, направление которого определяется правилом левой руки.
Таким образом, развиваемый машиной электромагнитный момент является тормозным, направленным встречно по отношению вращения якоря машины, так что для вращения последнего первичный двигатель должен развивать вращающий момент M1, достаточный для преодоления электромагнитного тормозного момента, следовательно, машина потребляет механическую энергию.
В случае, когда наступает равновесие моментов, т. е. M1 = Mэ, якорь машины вращается с неизменной скоростью. При нарушении равновесия моментов число оборотов якоря начнет изменяться. Если почему-либо момент первичного двигателя M1 уменьшается, т. е. станет меньше электромагнитного момента генератора (M1 < Mэ), то число оборотов якоря машины начнет уменьшаться. При этом будет понижаться как э. д. с., так и ток в обмотке якоря, что вызовет уменьшение тормозного электромагнитного момента генератора. В случае увеличения момента первичного двигателя (M1 > Mэ) число оборотов якоря, а также э. д. с. и ток в его обмотке будут увеличиваться, что вызовет увеличение тормозного электромагнитного момента.
При нарушении равновесия моментов число оборотов якоря, э. д. с. и ток в его обмотке претерпевают изменения до восстановления равновесия моментов, т. е. пока электромагнитный момент генератора не станет равным вращающему моменту первичного двигателя.
Таким образом, любое изменение момента первичного двигателя, т. е. потребляемой генератором мощности, вызывает соответствующее изменение как электромагнитного момента генератора, так и вырабатываемой им мощности. Так же при изменениях нагрузки генератора потребуется соответствующее изменение момента первичного двигателя для поддержания постоянства числа оборотов якоря генератора.
Ток обмотки якоря Iя, протекающий при нагрузке генератора, встречает на своем пути сопротивление внешней нагрузки rн, сопротивление обмотки якоря rоб и сопротивление переходных контактов между щетками и коллектором rщ. Обозначив через rя внутреннее сопротивление машины, представляющее собой сумму сопротивлений обмотки якоря и щеточных контактов (rоб + rщ), для тока в якоре можем записать:
|
|
|
|
|
|
Сопротивление rщ непостоянно и зависит от многих факторов, как-то: величины и направления тока, состояния коллектора, силы нажатия щеток на коллектор, скорости вращения. Падение напряжения в щеточных контактах остается примерно неизменным при изменениях нагрузки (принимается равным 2 в на пару угольных и графитных щеток). Поэтому внутреннее сопротивление машины rя также не является величиной постоянной при изменении нагрузки генератора.
Так как
I я r н = U ,
где U — напряжение на зажимах генератора при нагрузке, то получим следующее уравнение равновесия э. д. с. для генератора:
U = E - I я r я . (140)
Из уравнения равновесия э. д. с. легко получить уравнение мощностей, т. е.
U I я = E Iя - I2я rя (141)
или
P 2 = P э - P об ,
где Р2 — полезная мощность генератора, отдаваемая потребителю электрической энергии;
Рэ — внутренняя или электромагнитная мощность генератора, преобразованная им в электрическую;
Роб — потери мощности в обмотке якоря и щеточных контактах.
|
|
|
При холостом ходе генератора электромагнитная мощность равна нулю (Рэ = 0), но для вращения якоря машины первичный двигатель должен затратить некоторую мощность Р0, расходуемую на потери холостого хода. Мощность Р0 складывается из потерь механических на трение в подшипниках и трение о воздух вращающихся частей машины Рмех и из потерь в стали на гистерезис и вихревые токи Рст. В генераторах с самовозбуждением в мощность Р0 входит также мощность, затраченная на создание магнитного потока, т. е. на возбуждение машины.
При нагрузке генератора первичный двигатель затрачивает мощность Р1 равную Р1 = Рэ + Р0.
Электромагнитный момент машины равен:
где 
— угловая скорость якоря, рад/сек.
Так как
то электромагнитный момент машины определится следующим выражением:
Величины а, Р и N постоянны для данной машины, поэтому выражение 
— некоторый постоянный для данной машины коэффициент.
Электромагнитный момент равен:
M э = k Φ I я , (144)
т. е. электромагнитный момент машины пропорционален произведению тока в якоре на магнитный поток полюсов.
|
|
|
Способы возбуждения генераторов постоянного тока
В зависимости от способа питания обмотки возбуждения для современных генераторов постоянного тока применяется независимое возбуждение магнитного потока и самовозбуждение.
При независимом возбуждении (рис. 154, а) обмотка возбуждения соединяется с вспомогательным источником энергии постоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки включается сопротивление rp. При таком возбуждении ток Iв не зависит от тока в якоре Iя.
Недостатком генераторов независимого возбуждения является потребность в дополнительном источнике энергии. Несмотря на то, что этот источник обычно имеет малую мощность (несколько процентов мощности генераторов), необходимость в нем является большим неудобством и поэтому генераторы независимого возбуждения находят ограниченное применение в специальных установках (ГД) и в машинах высоких напряжений, у которых питание обмотки возбуждения от цепи якоря недопустимо по конструктивным соображениям.
Генераторы с самовозбуждением имеют более широкое применение. В зависимости от соединения обмотки возбуждения они могут быть параллельного (рис. 154, б), последовательного (рис. 154, в) и смешанного (рис. 154, г) возбуждения.
У генераторов параллельного возбуждения ток Iв мал (несколько процентов номинального тока якоря), а обмотка возбуждения имеет большое число витков. При последовательном возбуждении током возбуждения служит ток якоря и обмотка возбуждения имеет малое число витков.
При смешанном возбуждении на полюсах генератора помещается две обмотки возбуждения — параллельная и последовательная.
Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока протекает одинаково при любой схеме возбуждения. Рассмотрим процесс самовозбуждения генератора параллельного возбуждения, получившего наиболее широкое применение.
Какой-либо первичный двигатель вращает якорь генератора, в магнитной цепи (ярмо и сердечники полюсов) которого сохранился небольшой остаточный магнитный поток Φост. Этим магнитным потоком в обмотке вращающегося якоря индуктируется э. д. с. Еост, составляющая несколько процентов номинального напряжения машины.
Под действием э. д. с. Еост в замкнутой цепи, состоящей из якоря и обмотки возбуждения, протекает ток Iв. Намагничивающая сила обмотки возбуждения Iвωв (ωв — число витков) направлена согласно с потоком остаточного магнетизма, увеличивая магнитный поток машины Φm, что вызывает увеличение как э. д. с. в обмотке якоря Е, так и тока в обмотке возбуждения Iв. Увеличение последнего вызывает дальнейшее увеличение Φm, что в свою очередь увеличивает Е и Iв.
Из-за насыщения стали магнитной цепи машины самовозбуждение происходит не беспредельно, а до какого-то определенного напряжения, зависящего от скорости вращения якоря машины и сопротивления цепи обмотки возбуждения. При насыщении стали магнитной цепи увеличение магнитного потока замедляется и процесс самовозбуждения заканчивается. Увеличение сопротивления в цепи обмотки возбуждения уменьшает как ток в ней, так и магнитный поток, возбуждаемый этим током. Поэтому уменьшается э. д. с. и напряжение, до которого возбуждается генератор.
Изменение скорости вращения якоря генератора вызывает изменение э. д. с., которая пропорциональна скорости, вследствие чего изменяется и напряжение, до которого возбуждается генератор.
Самовозбуждение генератора происходит лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим.
1. Наличие потока остаточного магнетизма. При отсутствии этого потока не создается э. д. с. Еост, под действием которой 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 в машине сохранится остаточный магнитный поток.
2. Обмотка возбуждения должна быть включена 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. В этом случае в обмотке возбуждения необходимо изменить направление тока, т. е. поменять местами провода, подходящие к ее зажимам.
3. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть не чрезмерно большим; при очень большом сопротивлении цепи возбуждения самовозбуждение генератора невозможно.
4. Сопротивление внешней нагрузки должно быть относительно велико, так как при малом сопротивлении ток возбуждения будет также мал и самовозбуждения происходить не будет
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!