Характеристики генераторов независимого возбуждения

О свойствах генераторов постоянного тока судят по их характеристикам. К ним относятся характеристика холостого хода (х.х.х.), нагрузочная, короткого замыкания (х.к.з.), внешняя и регулировочная.

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость при и .

Снятие характеристики холостого хода производится начиная с максимального напряжения (рис. 6.24). При уменьшении тока возбуждения напряжение U уменьшается по нисходящей кривой aб. В точке б ( ) генератор вырабатывает напряжение за счет остаточного намагничивания полюсов. Если изменить полярность полюсов и увеличивать ток возбуждения в обратном направлении, то напряжение уменьшится до нуля (точка в), а затем будет возрастать по абсолютной величине. В точке г напряжение U достигает такого же (по модулю) значения, что и в точке а. Затем ток возбуждения уменьшают до нуля и, сменив полярность, увеличивают его до первоначального значения. Пунктирная линия представляет собой расчетную характеристику холостого хода , которая в относительных единицах совпадает с магнитной характеристикой . При переходе к относительным единицам в качестве базисного напряжения используют номинальное напряжение якоря , а в качестве базисного тока возбуждения соответствующий этому напряжению по характеристике холостого хода ток .

Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость при и . Обычно ток якоря принимается равным номинальному . Нагрузочная характеристика подобна характеристике холостого хода, но проходит несколько ниже ее за счет падения напряжения в якоре и размагничивающего действия реакции якоря (рис. 6.25). Действительно, возьмем, например, точку «b» нагрузочной характеристики, соответствующую току возбуждения . Результирующий магнитный поток при этом токе возбуждения создает в обмотке якоря ЭДС

.

Для создания этой же ЭДС в режиме х.х. требуется ток возбуждения . Величина тока определяет размагничивающее действие поля реакции якоря в масштабе тока возбуждения. Треугольник bcd является реактивным треугольником. При уменьшении тока возбуждения катет cd также уменьшается, так как снижается размагничивающее действие поперечной реакции якоря вследствие уменьшения насыщения. Если щетки установлены на геометрической нейтрали, то в предельном режиме, когда (в режиме короткого замыкания), катет c¢d¢ становится равным нулю, в противном случае он определяет величину продольной реакции якоря.

Характеристика короткого замыкания определяет зависимость при и . В режиме короткого замыкания

.

Поскольку мало, то в области рабочих токов ( ) ЭДС Е также мала. Поэтому генератор не насыщен и характеристика является линейной (рис. 6.26). Начальное значение тока якоря при без учета влияния реакции якоря определяется остаточной ЭДС генератора

.

На характеристику короткого замыкания существенное влияние оказывает ток в коммутируемых секциях. Магнитное поле коммутируемой секции действует по продольной оси, как и поле обмотки возбуждения (рис. 6.19). Величина поля коммутируемой секции определяется средним значением коммутируемого тока за период коммутации

.

Этот ток образует МДС секции

.

При прямолинейной коммутации МДС . При замедленной коммутации МДС ослабляет поле главных полюсов, а при ускоренной - усиливает. Это проявляется в наклоне характеристики короткого замыкания. В частности, при ускоренной коммутации поток, а следовательно, и ток короткозамкнутого якоря лавинообразно нарастают. Поэтому снять характеристику короткого замыкания такой машины не удается.

Внешняя характеристика генератора при и показывает зависимость напряжения генератора от тока нагрузки. Внешняя характеристика описывается уравнением

.

Вид характеристики представлен на рис. 6.27. При увеличении нагрузки напряжение генератора снижается вследствие падения напряжения в цепи якоря и размаг-

ничивающего действия поля реакции якоря. Падение напряжения при номинальном токе нагрузки определяет жесткость внешней характеристики. Чем меньше величина , тем выше жесткость внешней характеристики. Внешняя характеристика может быть построена с помощью характеристики холостого хода и реактивного треугольника (рис. 6.28). Задаваясь рядом значений тока якоря в пределах от 0 до , строят реактивные треугольники bcd, b¢c¢d¢, b²c²dОшибка! Ошибка связи. и т.д. и размещают их так, чтобы вершины d, d¢, d² треугольников лежали на х.х.х., а стороны сb, с¢b¢, с²b² - на линии , при этом положение точек b, b¢, b² определяет напряжение U генератора.

Регулировочная характеристика при и показывает, как нужно регулировать ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение генератора оставалось постоянным. Вид регулировочной характеристики представлен на рис. 6.29. С увеличением тока нагрузки ток возбуждения необходимо увеличивать, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие поля реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря. При изменении нагрузки от холостого хода до номинального диапазон регулирования тока возбуждения составляет

.

Регулировочная характеристика так же, как и внешняя, может быть построена с помощью х.х.х. и реактивного треугольника (рис. 6.30). Построенные для выбранных токов якоря (в пределах от 0 до 1,25 ) реактивные треугольники размещают таким образом, чтобы точки b, b¢, ... лежали на линии , а точки d, d¢, ... лежали на характеристике холостого хода. Проекция точек b, b¢, ... на ось абсцисс определяет соответствующий ток возбуждения.

6.5.3. 6.6.3. Характеристики генераторов
с самовозбуждением

Генераторы этого типа не нуждаются в постороннем источнике постоянного тока для питания обмотки возбуждения. Они работают с самовозбуждением.

Самовозбуждение происходит при соблюдении следующих условий:

- наличие остаточного магнитного потока;

- согласное подключение обмотки возбуждения, при котором поток обмотки возбуждения совпадает с остаточным потоком;

- сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критичного.

Рассмотрим эти условия при работе генератора в режиме холостого хода (рис. 6.31).

Характеристика холостого хода генератора представлена на рис. 6.32. На этом же рисунке показаны прямые, характеризующие падение напряжения на активном сопротивлении цепи возбуждения. Процесс самовозбуждения описывается уравнением

, (6.6)

где - индуктивность обмотки возбуждения; - расчетная характеристика холостого хода, проходящая через начало координат. Знак “+” соответствует согласному включению обмотки возбуждения, а знак “-” - встречному.

Уравнение (6.6) позволяет определить динамическую составляющую тока возбуждения:

.

В соответствии с этим выражением, при наличии остаточной ЭДС и согласном включении обмотки возбуждения процесс самовозбуждения будет происходить лавинообразно для точек 1, 2, 3, ..., определяемых величиной сопротивления в цепи возбуждения. Точка 1 определяет напряжение генератора после завершения процесса самовозбуждения при . Введение сопротивления в цепь возбуждения приводит к снижению напряжения генератора (точка 2). Чем больше , тем меньше величина установившегося напряжения генератора. Сопротивление

определяет максимальное сопротивление цепи возбуждения, при котором возможно самовозбуждение. Если

,

то генератор не возбуждается, его напряжение остается близким к остаточному (точка 3).

Генераторы с самовозбуждением по схеме параллельного возбуждения (рис. 6.22, б) имеют характеристики холостого хода, нагрузочную и регулировочную, практически совпадающие с соответствующими характеристиками генераторов с независимым возбуждением. Характеристика короткого замыкания генератора параллельного возбуждения может быть снята только при питании обмотки возбуждения от постороннего источника, так как в режиме короткого замыкания генератора параллельного возбуждения и .

Лишь внешняя характеристика генераторов параллельного возбуждения имеет свои особенности. Внешние характеристики таких генераторов снимаются при неизменном сопротивлении регулировочного реостата . Вследствие этого к двум причинам, обулавливающим снижение напряжения в генераторах независимого возбуждения, прибавля-

ется третья - уменьшение тока возбуждения при уменьшении напряжения U. Поэтому внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (кривая 2 рис. 6.33) идет ниже внешней характеристики генератора независимого возбуждения (кривая 1 рис. 6.33). Характерной особенностью внешней характеристики генератора параллельного возбуждения является то, что при некотором критическом значении тока якоря она делает петлю и переходит в точку b, соответствующую установившемуся короткому замыканию.

Генераторы смешанного возбуждения (рис. 6.22, г) по своим свойствам близки к генераторам параллельного возбуждения. Из всего семейства характеристик генераторов смешанного возбуждения наиболее важное значение имеют внешние и регулировочные характеристики. Вид этих характеристик зависит от соотношения МДС последовательной и параллельной обмоток (рис. 6.34 и 6.35).

При согласном включении обмоток напряжение генератора сохраняется практически неизменным или даже растет (кривая 2 рис. 6.34) и для его стабилизации необходимо ток возбуждения параллельной обмотки уменьшать (кривая 2 рис. 6.35). При встречном включении (кривые 3 на рис. 6.34 и 6.35) - картина противоположная. Согласное включение обмоток применяют для получения жесткой внешней характеристики ( ), а встречное включение используют для получения экскаваторной характеристики. Такие характеристики автоматически защищают генератор от перегрузок, а также используются в сварочных генераторах.