Генератор параллельного возбуждения

Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока ос­нован на том, что магнитная система машины, будучи намагни­ченной, сохраняет длительное время небольшой магнитный поток остаточного магнетизма сердечников полюсов и станины Ф_ост (по­рядка 2-3% от полного потока). При вращении якоря поток Ф_ост индуцирует в якорной обмотке ЭДС Е_ост,под действием которой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток I_в.ост. Если МДС обмотки возбуждения I_в.остw_в имеет такое же направление, как и поток Ф_ост, то она увеличивает поток главных полюсов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение ЭДС генератора, отчего ток возбуждения вновь увеличится. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падени­ем напряжения в цепи возбуждения, т. е. I_вr_в = U₀.

На рис. 16, а показана схема включения генератора парал­лельного возбуждения, на рис. 16, б – характеристика х.х. гене­ратора (кривая 1) и зависимость падения напряжения от тока воз­буждения I_вr_в = f(I_в) (прямая 2). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней U₀ = I_вr_в.

Рис. 16. Принципиальная схема (а) и характеристика х.х. (б) генератора параллельного возбуждения

Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из тре­угольника ОАВ:

(28.10)

где m_i – масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм; т_u– масштаб на­пряжения (по оси ординат), В/мм.

Из (28.10) следует, что угол наклона прямой I_вr_в = f(I_в) к оси абсцисс прямо пропорционален сопротивлению цепи возбужде­ния. Однако при некотором значении сопротивления реостата r_рг сопротивление r_в достигает значения, при котором зависимость I_вr_в = f(I_в) становится касательной к прямолинейной части ха­рактеристики х.х. (прямая 3). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при которой прекращается самовозбуждение генератора, называют критиче­ским сопротивлением (r_в.крит).

Рис. 17. Характеристика самовозбуждения

Следует отметить, что самовозбуж­дение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей крити­ческую n_кр. Это условие вытекает из ха­рактеристики самовозбуждения гене­ратора (рис. 17), представляющей собой зависимость напряжения генера­тора в режиме х.х. от частоты враще­ния при неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U₀ = ¦(n) при r_в= const.

Анализ характеристики самовозбуж­дения показывает, что при п < п_крувели­чение частоты вращения якоря генератора сопровождается незна­чительным увеличением напряжения, так как процесса самовоз­буждения нет и появление напряжения на выходе генератора обу­словлено лишь остаточным намагничиванием магнитной цепи генератора. Процесс самовозбуждения начинается при п > n_кр.В этом случае увеличение частоты вращения сопровождается резким ростом напряжения U₀. Однако при частоте вращения, близкой к номинальной, рост напряжения несколько замедляется, что объяс­няется магнитным насыщением генератора. Критическая частота вращения зависит от сопротивления цепи возбуждения и с ростом последнего увеличивается.

Таким образом, самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: а) магнитная система машины должна обладать остаточным магнетизмом; б) присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, что­бы МДС обмотки совпадала по направлению с потоком остаточ­ного магнетизма Ф_ост; в) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического; г) частота вращения якоря должна быть больше критической характеристики ШГ.

Так как генератор параллельного возбуждения самовозбужда­ется лишь в одном направлении, то и характеристика х.х. этого генератора может быть снята только для одного квадранта осей координат.

Нагрузочная и регулировочная характеристики генератора па­раллельного возбуждения практически не отличаются от соответ­ствующих характеристик генератора независимого возбуждения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения 1 (рис. 18) менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения.

Рис. 18. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения

Объясняется это тем, что в генераторе параллельно­го возбуждения помимо причин, вызывающих уменьшение на­пряжения в генераторе независимого возбуждения (реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря), действует еще и третья при­чина – уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением на­пряжения от действия первых двух причин. Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопротивления нагрузки r_нток увеличивается лишь до критического значе­ния I_кр, а затем при дальней­шем уменьшении сопротив­ления нагрузки ток начинает уменьшаться. Наконец, ток нагрузки при коротком замы­кании I_к < I_кр. С увеличением тока усиливается размагничивание генератора (усиление реакции якоря и уменьшение тока возбуж­дения), машина переходит в ненасыщенное состояние, при котором даже небольшое уменьшение сопротивления нагрузки вызывает резкое уменьшение ЭДС машины. Так как ток определяется напряжением на выводах генератора U и сопротивлением нагрузки r_н т.е. I= U/r_н,то при токах нагруз­ки I < I_кр, когда напряжение генератора уменьшается медлен­нее, чем убывает сопротивление нагрузки, происходит рост то­ка нагрузки. После того как I = I_кр, дальнейшее уменьшение r_н сопровождается уменьшением тока нагрузки, так как в этом случае напряжение U убывает быстрее, чем уменьшается со­противление нагрузки r_н. Номинальное изменение напряжения генератора парал­лельного возбуждения составляет 10-30%.

Таким образом, короткое замыкание, вызванное медленным уменьшением сопротивления нагрузки, не опасно для генератора параллельного возбуждения. Но при внезапном к.з. магнитная сис­тема генератора не успевает размагнититься и ток I_к достигает опасных для машины значений I_к = (8¸12)I_ном (кривая 2). При та­ком резком возрастании тока нагрузки на валу генератора возни­кает значительный тормозящий момент, а на коллек­торе появляется сильное искрение, переходящее в круговой огонь. Поэтому необходимо защищать генератор от перегрузки и к.з. по­средством плавких предохранителей или же применением релей­ной защиты.