Трехобмоточный генератор

Трехобмоточным называют генератор, имеющий три обмотки возбуждения: независимую, параллельную и последовательную, действующую навстречу двум первым (см. рис. 5.5). Якоря тягового генератора G1 и возбудителя G2приводятся во вращение от дизеля, а обмотка возбуждения L4 получает питание от независимого источника (аккумуляторной батареи). Независимая обмотка возбуждения L3 тягового генератора может получать питание и от источника с постоянным напряжением, например, от аккумулятора.

Результирующая н. с. обмоток генератора

F_г=F_нез+F_пар–F_посл–F_{р я},

где F_нез=w_незi_нез – н.с. обмотки независимого возбуждения с числом витков w_нез на полюс; F_пар=w_парi_пар –н.с. обмотки параллельного возбуждения с числом витков w_пар на полюс; F_посл = w_послI_г –н.с. последовательной обмотки с числом витков w_посл на полюс; F_{р я} = к_ряI_г –н.с., эквивалентная размагничивающему действию реакции якоря, которая может быть сведена к нулю при повороте щёток от нейтрали против направления вращения якоря.

Н. с. параллельной обмотки

,

где w_пар и R_пар –количество витков на полюс и сопротивление цепи (вместе с добавочным сопротивлением) параллельной обмотки возбуждения соответственно; R_г –сопротивление цепи якоря генератора.

Следовательно н. с. генератора

, (5.2)

где .

Обозначив через λ_Г магнитную проводимость магнитной цепи генератора, получим

или . (5.3)

Из равенства (5.3) следует, что трехобмоточный генератор удовлетворяет основным требованиям саморегулирования двигатель-генератора, так как магнитный поток уменьшается с увеличением тока нагрузки и возрастает с повышением угловой скорости.

Если магнитная цепь генератора при всех значениях магнитного потока является ненасыщенной, то магнитную проводимость и коэффициент реакции якоря можно приближенно принять постоянными.

На рис. 5.6 приведены кривые, показывающие характер зависимости магнитного потока от тока нагрузки и частоты вращения вала дизеля при ненасыщенной магнитной цепи генератора. Зависимость магнитного потока от тока является линейной.

Максимальное значение тока по равенству (5.2) получается из условия Ф_г=0, чему соответствует ток

Из сопоставления характеристик при F_нез=const и F_нез=а_нn_д видно, что во втором случае характеристики Ф_г(n_д) при прочих равных условиях круче. Изменение максимального тока в зависимости от частоты вращения вала дизеля полезно, так как позволяет получить различные пусковые токи без всяких переключений в схеме.

Влияние насыщения магнитной цепи на форму характеристик генератора удобнее выяснить путем графического построения их. Для качественного анализа, как и прежде, коэффициент к_р принимается постоянным. Из равенства (5.2) следует, что при холостом ходе (I_г =0) н. с. генератора равна сумме н. с. независимой и параллельной обмоток. Отложив по оси абсцисс отрезки (рис. 5.7) 0а=F_нез и ас=F_пар, получим э. д. с. холостого хода генератора Е_г =вс.

Угловой коэффициент прямой aв (отношение ординаты к абсциссе) определяется из равенства

.

Нетрудно убедиться, что прямая aв является линией зависимости падения напряжения в цепи параллельной обмотки от н.с., так как для любого значения н.с. параллельной обмотки F_пар=аf

,

где i_{пар 1} – ток параллельной обмотки для точки е.

При холостом ходе падение напряжения в цепи параллельной обмотки равно ЭДС генератора. Следовательно, ЭДС определяется точкой пересечения характеристики холостого хода с линией падения напряжения в параллельной обмотке, проведенной из точки а под углом β с угловым коэффициентом к_пар, зависящим только от параметров цепи параллельной обмотки.

При некотором токе нагрузки I_Г1 ЭДС генератора снижается вследствие размагничивающего влияния последовательной обмотки и реакции якоря, а также из-за уменьшения н. с. параллельной обмотки в результате снижения напряжения в ее цепи. Для опре­деления ЭДС и напряжения генератора необходимо построить треугольник в₁gd (см. рис. 5.7) с катетами в₁g=(к_{р я}+w_посл)I_г1 и gd=R_гI_г1 и расположить его так, чтобы вершина d находилась на линии aв, так как напряжение генератора равно падению напряжения в цепи параллельной обмотки. При этом ордината точки d определяет напряжение генератора и ордината точки в₁ – его ЭДС при токе I_г1.

Если провести прямую а₁в₁, параллельную aв, то

.

Следовательно, для определения ЭДС генератора при любом токе следует отложить от точки а влево отрезок аа₁, равный произведению w_посл на заданный ток, и из точки a₁ провести прямую, параллельную линии aв до пересечения с характеристикой холостого хода.

На рис. 5.8 изображено построение внутренней характеристики генератора Е_г(I_г) (левый квадрант) по двум характеристикам холостого хода при различных насыщениях магнитной цепи (правый квадрант). Из построения видно, что форма внутренней характеристики определяется формой характеристики холостого хода

Коэффициент к_ря, учитывающий размагничивающее влияние реакции якоря, можно принимать постоянным только при ориентировочных предварительных расчетах. Практически для расчета характеристик необходимо пользоваться нагрузочными характеристиками, представляющими собой зависимость Е_г или магнитного потока Е_г/n_д от намагничивающей силы F_г при различных токах нагрузки (см. рис. 5.9).

Параметры обмоток возбуждения выбираются по режимам (Е_гмакс, I_гмин) и (Е_гмин, I_гмакс) при номинальной мощности. При этом

и ,

где . Так как число неизвестных больше числа уравнений, одна из величин предварительно задается. Удобно выбрать коэффициент к_пар так, чтобы угол β был немного больше угла α. Затем полученное число витков последовательной обмотки округляют до целого числа. Возможно использование двух параллельных цепей в последовательной обмотке. При этом эффективное число витков, может быть кратным 0,5.