Генератор независимого возбуждения и его характеристики

У генератора независимого возбуждения обмотка возбуждения В получает питание от постороннего источника тока — аккумулятора А (рис. 27). Ток возбуждения I_в, проходя по обмотке возбуждения, создает в полюсах магнитный поток Ф, пронизывающий обмотку якоря. При вращении якоря первичным двигателем в обмотке якоря индуктируется э. д. с. Е_я, величина которой, зависит от магнитного потока и скорости вращения якоря.

Если к зажимам генератора подключить нагрузку, то в цепях якоря и нагрузки потечет ток нагрузки I_нг.

Графическое выражение зависимостей между различными вели­чинами электрических машин называют характеристиками.Они могут быть получены опытным или расчетным путем.

Характеристика холостого ходаотображает зависимость напря­жения на зажимах генератора от тока возбуждения при постоянной скорости вращения и токе нагрузки, равном нулю.

Математически эту характеристику можно записать так:

Рис. 1. Принципиальная схема

Генератора независимого возбуждения

U = f(I_в) при I_нг. = 0 и n = const.

Схема для снятия некоторых характеристик генератора незави­симого возбуждения, приведена на рисунке 28.

Для изменения величины э. д. с. генератора в цепь обмотки воз­буждения введен регулировочный реостат R_р. Рубильник цепи на­грузки Р отключен. Силу тока возбуждения измеряет амперметр А, а напряжение на зажимах генератора - вольтметр V. Амперметр А1 включенный в цепь нагрузки, в данном опыте не нужен, так как ток нагрузки равен нулю, но он необходим для снятия других характери­стик.

Рис. 2. Схема снятия характеристик холостого хода, внешней и регулировочной генератора независимого возбуждения

В обмотке возбуждения, к которой подключен аккумулятор, возникает ток I_в, а вольтметр показывает некоторое зна­чение э. д. с. При увеличении тока воз­буждения э. д. с. на зажимах генератора повышается: сначала в прямой зависимо­сти, а затем по мере насыщения магнитной системы машины это увеличение будет все меньшим (рис. 29).

Увеличим ток возбуждения до значения, при котором э. д. с. генератора возрастет примерно до значения 1,25 U_н, а затем, уменьшая ток возбуждения до нуля, запишем показания амперметра А и вольтметра V. С уменьше­нием тока возбуждения напряжение на зажимах генератора снижает­ся, однако, когда ток возбуждения упадет до нуля, э. д. с. генератора не будет равна нулю, так как в полюсах есть поток остаточного магнетизма.

Величина э. д. с. от остаточного магнетизма состав­ляет 1—3% номинального напряжения машины.

Рис.3. Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения

Точка N, соответствующая номинальному значению напряжения генератора, лежит на перегибе кривой характеристики холостого хода. Начальная часть кривой ON соответствует области неустой­чивых напряжений (незначительное изменение тока возбуждения приводит к значительному изменению напряжения), на пологой части кривой, в зоне насыщения, ограничиваются возможности регулиро­вания напряжения (для небольшого изменения напряжения требуется значительное изменение тока возбуждения).

Характеристика холостого хода дает представление о степени на­сыщения стали машины. По этой характеристике можно также опре­делить, на какое поминальное напряжение изготовлена машина. Для этого измеряют длину отрезка MN и получают в масштабе значение э. д. с, которое приближенно равно номинальному напря­жению машины.

Внешняя характеристика выражает зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянных значениях скорости вращения и сопротивления цепи возбуждения, т. е.

U =f(I_нг) при п = const и r_в = const.

В генераторе с независимым возбуждением ток возбуждения будет неизменным: I_в = const.

Внешнюю характеристику снимают при понижении и повышении напряжения.

В первом случаев режиме холостого хода устанавливают на зажимах генератора номинальное напряжение и, не трогая регулировочный реостат R_р (см. рис. 28), нагружают генератор до номинального значения тока, записывая при этом показания амперметра А1 и вольтметра V. Амперметр А цепи возбуждения в данном опыте не нужен. Поскольку с увеличением нагрузки возрастает ток якоря I_я,, что сопровождается повышением па­дения напряжения 1_яR_я цепи яко­ря, и вследствие размагничивающего действия реакции якоря (при сдвиге щеток с геометрической нейтрали), напряжение машины уменьшается (рис. 30, а).

Если пренебречь размагничиваю­щим действием реакции якоря, то уравнение напряжения генератора можно записать в таком виде:

U = E-1_яR_я.

Изменение напряжения ΔU опре­деляют в процентах от номинального

,

где ΔU% составляет (5-10%) U_н. Если бы продолжать нагружать генератор далее и затем замкнуть его зажимы накоротко, чего делать нельзя, то можно было бы полу­чить продолжение внешней характеристики. Точке пересечения кри­вой с осью абсцисс соответствовало бы значение тока короткого за­мыкания I_к, которое может быть в несколько десятков раз больше номинального. Обмотку якоря защищают от токов короткого замыкания, устанавливая в цепи нагрузки плавкие предохранители или
автоматы.

Рис. 4 Внешние характеристики генератора н.в. при понижении и повышении напряжения.

Во втором случае устанавливают поминальное напряжение на за­жимах генератора при поминальном токе нагрузки и затем, не изме­няя скорости вращения и сопротивления регулировочного реостата, уменьшают ток нагрузки до нуля, записывая показания приборов. Вследствие того, что с уменьшением тока нагрузки падение напря­жения в цепи якоря уменьшается, соответственно возрастает и напря­жение на зажимах генератора до значе­ния U_o (рис. 30, б). Тогда

.

Регулировочная характеристика отражает зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянных значениях скорости вращения и напряжения на зажимах генератора, т.е.

I_В =f(I_нг) при п = const и U = const.

Регулировочная характеристика показывает, как нужно изменять ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки поддерживать напряжение постоянным.

Регулировочную характе­ристику снимают по схеме, показанной на рисунке 28, причем используют все вклю­ченные приборы.

Так как U = Е - I_яR_я, а с увеличением тока яко­ря 1_Я возрастает падение на­пряжения I_яR_я, то для того, чтобы напряжение U остава­лось неизменным, нужно одновременно с увеличением тока якоря повышать э. д. с, увели­чивая ток возбуждения 1_я (рис. 31).

Рис. 5. Регулировочная характеристика генератора н.в.

Характеристикой короткого замыкания выражают зависимость тока короткого замыкания от тока возбуждения при постоянном зна­чении скорости вращения и напряжении, равном нулю, т. е.

1_к = f(I_в) при п = const и U = 0.

При снятии характеристики короткого замыкания величина тока короткого замыкания не должна превышать номинального зна­чения. Для этого в цепь возбуждения, кроме регулировочного рео­стата, включают дополнительное сопротивление R_доб, чтобы значи­тельно уменьшить ток возбуждения I_в (рис. 32, а). Обмотку якоря замыкают накоротко через амперметр А.

Поскольку ток возбуждения 1_В и соответственно магнитный поток Ф при снятии характеристики очень малы, то сталь машины не насы­щена, в результате чего характеристика короткого замыкания пред­ставляет собой прямую линию (рис. 32, б).

Рис. 6. Опыт короткого замыкания генератора н.в. а) схема; б) характеристика

При помощи характеристики короткого замыкания можнопри­ближенно определить значение тока короткого замыкания, который протекает в генераторе в тот момент, когда замыкание происходит при номинальном режиме работы. Для этого откладывают (точка N) значение тока возбуждения 1_Вн, соответствующее номинальному ре­жиму работы генератора, затем продолжают линию характеристики до пересечения ее с перпендикуляром, восстановленным в точке N. Отрезок NM представляет собой в масштабе приближенновеличину тока короткого замыкания в номинальном режиме работы генера­тора.