Что показывает характеристика самовозбуждения

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

Рис. 28.5. Принципиальная схема (а) и характеристика х.х. (б) генератора параллельного возбуждения

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.ост w_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. U₀ = I_Вr_В .

На рис. 28.5, а показана схема включения генератора парал­лельного возбуждения, на рис. 28.5, 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 .

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

где m_i — масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм; m_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 ).

Следует отметить, что самовозбуж­дение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей крити­ческую n_кт. Это условие вытекает из ха­рактеристики самовозбуждения гене­ратора (рис. 28.6), представляющей собой зависимость напряжения генера­тора в режиме х.х. от частоты враще­ния при неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U₀ = F(n) при r_В = const.

Рис. 28.6. Характеристика самовозбуждения

Анализ характеристики самовозбуж­дения показывает, что при n

Источник

Регулировочная характеристика

Генератор параллельных возбуждений.Характеристика самовозбуждения.

шунтовая.Называется так потому,что обмотка возбуждения ОВШ включена параллельно обмотки якоря Я1 Я2. А1-амперметр,который показывает суммарный ток якоря и ток возбуждения.А2-только ток возбуждения. Rн-нагрузочное сопротивление.

Характеристика самовозбуждения.

Самовозбуждение происходит при скорости вращения превышающей критическую Н кр.

Эта кривая называется характеристикой самовозбуждения.Она представляет
собой зависимость напряжения генератора в режиме ХХ от скорости вращения при независимом сопротивлении цепи возбуждения U0=1(u)

Iв=const
Критическая скорость вращения зависит от сопротивления цепи возбуждения.
4.Условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения.
Самовозбуждение генераторов постоянного тока при соблюдении следующих условий:

1.Магнитная система машины должна обладать остаточным магнетизмом.

2.Присоединение обмотки возбуждения должно быть таким,чтобы МДС обмотки совпадало по направлению с потоком остаточного магнетизма Фост.

3.Сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического.

4.скорость вращения якоря должна быть больше критической.

Основные сведения о коллекторных машинах.

Коллекторные машины постоянного тока используются как двигатели и как генераторы.В промышленности наиболее распространены двигатели,что объясняется все возрастающим применением различных статических выпрямителей,обеспечивающих промышленные установки энергией постоянного тока.

Широкое распространение двигателей постоянного тока несмотря на их более высокую стоимость и сложность эксплуатации по сравнению с асинхронными объясняется в первую очередь простыми и надежными способами регулирования частоты вращения,большими пусковыми моментами и перегрузочной способностью,чем у двигателей переменного тока.Наибольшее распространение ДПТ получили в приводах,требующих глубокого регулирования частоты вращения.

Регулировочная характеристика

Генератора постоянного тока независимого возбуждеиия.

Регулировочная характеристика генератора постоянного тока — зависимость тока возбуждения Iв от нагрузки (силы тока) I при постоянном напряжении U=const и постоянном числе оборотов n=const.

При холостом ходе I=0 генератор имеет минимальный ток возбуждения Iво. Затем по мере роста нагрузки ток возбуждения Iв тоже растёт. Для поддержания постоянства напряжения U на зажимах генератора необходимо увеличивать его электродвижущую силу E, что и достигается увеличением тока возбуждения Iв.

Чем больше магнитное насыщение стали генератора, тем при прочих одинаковых условиях круче поднимается график регулировочной характеристики. Это объясняется тем, что с ростом тока в якорной обмотке усиливается размагничивающее действие реакции якоря и для компенсации его необходимо увеличивать ток возбуждения.

5.Петлевая обмотка якоря машин постоянного тока.
Обмотка якоря машины ПТ- это замкнутая система проводников определенным образом уложенная на сердечнике якоря и присоединная к коллектору.

Верхняя пазовая сторона одной секции лежащие в одном пазу и нижняя пазовая сторона другой секции образуют элементарный паз.

Схемы обмоток якоря выполняют развернутыми,все секции показывают одновитоковыми.Концы секций присоединяют к коллекторным пластинам.К каждой пластине присоединяют начало одной секции и конец другой.Сколько секций столько и коллекторных пластин.
В простой петлевой обмотке якря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам.

На сердечнике якоря при укладке секций начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей.Постепенно перемещаясь по поверхности якоря(коллектора) так,что за один обход якоря укладывают все секции обмтоки.В результате конец последней секции присоединяется к началу первой секции,т.е.обмотка замыкается.
а)Правоходовая;б)Левоходовая.

Если укладка секций ведется слева направо по якорю,то обмотка называется правоходовой.

Если укладка ведется справа налево,то обмотка называется левоходовой.

Расстояние между пазовыми сторонами секций по якорю:

Y₁-первый частичный шаг по якорю-это расстояние между началом секции и её концом.Выражается в пазах.

Y₂-второй частичный шаг по якорю-это расстояние между началом предыдущей секции и концом последующей.

Y-результирующий шаг по якорю-это расстояние между двумя началами секций рядомлежащих.

Yк-шаг обмотки по коллектору-расстояние между двумя коллекторными пластинами к которым присоеденены начало и конец одной секции.

Начало и конец каждой секции в простой петлевой обмотке присоеденены к рядом лежащим коллекторным пластинам,следовательно,результирующий шаг по якорю будет Y=Y_K=+-1,

Где знак “+” соответствует правоходовой обмотке,а знак “-“ левоходовой.

Левоходовая обмотка получила меньшее применение.Для определения всех шагов по якорю простой птлевой обмотки достаточно рассчитать первый частичный шаг

E-эпсела(ед.из.-пазы)
Zэ- число элементарных пазов якоря.

Эпсела-некоторое число меньше единицы суммируя или вычитая которое получают целое число.

Знак “+” соответствует секции с удлиненным шагом.

Знак “-“ соответствует секции с укороченным шагом.

Секции с укороченным шагом получили большее применение т.к. экономится обмоточный провод(меньше расход) при одних и тех же параметрах.

Второй частичный шаг по якорю рассчитывается:

.

Рассчитать шани и пыполнить развернутую схему простой петлевой обмотки якоря для четырехполюсной машины постоянного тока.Обмотка правоходовая,содержит 12 секций.

Отмечают и нумеруют все пазы и секции,наносят на предполагаему схему контуры магнитных полюсов и указывают их полярность.

Затем изображают коллекторные лпастины и наосят на схему первую секцию,обозначают соответственно коллекторные пластины присваивая номер секции расположенной в верхнем пазу.
Затем нумеруют остальные коллекторные пластины, а на схему наносят все остальные секции.Последняя секция(конец) должна замкнуть обмотку,это свидетельство правильного выполнения схем.

Далее на схеме изображают щетки(под серединой полюсов).
Т.к. коллекторные пластины смещены относительно пазрвых сторон соединенных с ними секций на 0,5 Г(Тау),то переходя к реальным щеткам их располагают нга коллекторе по оси главных полюсов.

Далее определяют полярность щеток,для этого предполагают что машина работает в генераторном режиме и ее якорь вращается в направлении стрелки.Воспользовавшись правилом “правой руки” определяют направление ЭДС в секциях.

2p=4

Пример развернутой схемы петлевой обмотки.

Параллельные ветви.
Если проследить за прохождением тока в секциях обмотки,то заметим что обмотка состоит их 4-х участков соединенных параллельно друг другу.

Каждая параллельная ветвь содержит несколько последовательно соединенных секций с одинаковым направлением тока в них.

Эту схему получают из развернуой схемы. На листе бумаги изображают щетки и имеющие с ними контакт коллекторные пластины.Затем совершают обход секций начиная с секции 1,которая замкнута с отризательной щеткой.

Далее идут секции 2 и 3 образующие праллельную ветвь и так последовательно обходят все секции получая данную схему.

Из полученной схемы,следует что ЭДС обмтоки якоря определяется значением ЭДС одной параллельной ветви,а значение тока якоря определяется суммой токов всех ветвей.

где, 2а-число параллельных ветвей обмотки якоря.

Ia-ток одной параллельных ветви.

В простой петлевой обмотке число параллельных ветвей равно числу главныз полюсов машины,т.е. 2а=2p.

Источник

Генераторы параллельного возбуждения

Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения

Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения происходит при соблюдении следующих условий: 1) наличия остаточного магнитного потока полюсов; 2) правильного подключения концов обмотки возбуждения или правильного направления вращения. Кроме того, сопротивление цепи возбуждения R_в при данной скорости вращения n должно быть ниже некоторого критического значения или скорость вращения при данном R_в должна быть выше некоторого критического значения.

Для самовозбуждения достаточно, чтобы остаточный поток составлял 2 – 3% от номинального. Остаточный поток такого значения практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машину или машину, которая по каким-либо причинам размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.

При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая электродвижущая сила (э. д. с.), индуктируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке возбуждения малый ток i_в. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно, увеличение э. д. с., которая обуславливает дальнейшее увеличение i_в, и так далее. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет установившегося значения.

Если подключение концов обмотки возбуждения или направление вращения неправильны, то возникает ток i_в обратного направления, вызывающий ослабление остаточного потока и уменьшение э. д. с., вследствие чего самовозбуждение невозможно. Тогда необходимо переключить концы обмотки возбуждения или изменить направление вращения. В соблюдении этих условий можно убедиться, следя с помощью вольтметра с малым пределом измерения за напряжением якоря при замыкании и размыкании цепи возбуждения.

Полярность зажимов генератора при самовозбуждении определяется полярностью остаточного потока. Если при заданном направлении вращения полярность генератора необходимо изменить, то следует перемагнитить машину путем подачи тока в обмотку возбуждения от постороннего источника.

Рисунок 1. Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения при различных сопротивлениях цепи возбуждения (а) и при различных скоростях вращения (б)

Рассмотрим подробнее процесс самовозбуждения при холостом ходе.
На рисунке 1, а кривая 1 представляет собой характеристику холостого хода (х. х. х.), а прямая 2 – так называемую характеристику цепи возбуждения или зависимость U_в = R_в × i_в, где R_в = const – сопротивление цепи возбуждения, включая сопротивление регулировочного реостата.

В процессе самовозбуждения i_в ≠ const и напряжение на концах цепи возбуждения

где L_в – индуктивность цепи возбуждения.

Напряжение якоря при холостом ходе (I = 0)

изображается на рисунке 1, а кривой 1. Так как ток i_в мал, то практически U_а = E_а.

Но в генераторе параллельного возбуждения (смотрите рисунок 1, б, в статье «Общие сведения о генераторах постоянного тока») U_а = U_в. Поэтому разность ординат кривой 1 и прямой 2 на рисунке 1, а составляет d(L_вi_в)/dt и характеризует скорость и направление изменения i_в. Если прямая 2 проходит ниже кривой 1, то

i_в растет и машина самовозбуждается до напряжения, соответствующего на рисунке 1, а точке пересечения кривой 1 и прямой 2, в которой

и рост i_в поэтому прекращается.

Из рассмотрения рисунка 1, а следует, что нарастание i_в и, следовательно, U_а сначала происходит медленно, затем ускоряется и к концу процесса вновь замедляется. Начавшийся процесс самовозбуждения прекращается или ограничивается в точке а’ вследствие криволинейности х. х. х. При отсутствии насыщения U_а теоретически возросло бы до U_а = ∞.

Если R_в увеличить, то вместо прямой 2 получим прямую 3 (рисунок 1, а). Процесс самовозбуждения при этом замедляется и напряжение машины, определяемое точкой а’’, будет меньше. При дальнейшем увеличение R_в получим прямую 4, касательную к кривой 1. При этом машина будет находиться на грани самовозбуждения: при небольших изменениях n или R_в (например, вследствие нагревания) машина может развивать небольшое напряжение или терять его. Значение R_в, соответствующее прямой 4, называется критическим сопротивлением цепи возбуждения (R_в.кр). При R_в > R_в.кр (прямая 5) самовозбуждение невозможно и напряжение машины определяется остаточным потоком.

Из сказанного следует, что генератор параллельного возбуждения может работать только при наличии определенного насыщения магнитной цепи. Посредством изменения R_в можно регулировать U до значения U = U_мин., соответствующего началу колена кривой х. х. х. В машинах обычного исполнения U_мин. = (0,65 – 0,75)U_н.

Э. д. с. E_а ∼ n, и для разных значений n₁ > n₂ > n₃ получим х. х. х., изображенные на рисунке 1, б кривыми 1, 2, 3. Из этого рисунка видно, что при небольшом значении R_в в случае кривой 1 имеется устойчивое самовозбуждение, при кривой 2 машина находится на грани самовозбуждения и при кривой 3 самовозбуждение невозможно. Поэтому для каждого данного значения R_в существует такое значение скорости вращения n = n_кр. (кривая 2 на рисунке 1, б), ниже которого самовозбуждение невозможно. Такое значение n = n_кр. называется критической скоростью вращения.

В некоторых случаях требуется, чтобы U генератора параллельного возбуждения можно было регулировать в широких пределах, например U_н : U_мин. = 5 : 1 или даже U : U_мин. = 10 : 1 (возбудители синхронных машин). Тогда кривая х. х. х. должна искривляться уже в своей начальной части. С этой целью в необходимых случаях в магнитной цепи выполняют участки с ослабленным сечением (магнитные мостики насыщения) в виде прорезей в листах сердечников полюсов (рисунок 2, а), выступов в верхней части этих листов (рисунок 2, б) и тому подобных. В таких мостиках происходит концентрация магнитного потока, и их насыщение наступает уже при малых потоках.

Характеристика холостого хода

Характеристика холостого хода U = f(i_в) при I = 0 и n = const при параллельном возбуждении может быть снята только в одном квадранте (рисунок 3) путем регулирования i_в с помощью регулировочного реостата в цепи возбуждения (смотрите рисунок 1, б, в статье «Общие сведения о генераторах постоянного тока»). Так как ток i_в мал, то U ≈ E_а, и характер кривой х. х. х. у генератора с параллельным возбуждением будет таким же, как и у генератора с независимым возбуждением.

Характеристика короткого замыкания

Характеристика короткого замыкания I = f(i_в) при U = 0 и n = const для генератора параллельного возбуждения может быть снята только при питании обмотки возбуждения от постороннего источника, как и для генератора независимого возбуждения, так как при самовозбуждении при U = 0 ток цепи возбуждения также равен нулю i_в = 0.

Внешняя характеристика

Внешняя характеристика U = f(I) генератора параллельного возбуждения снимается при R_в = const и n = const, то есть без регулирования в цепи возбуждения, при естественных условиях работы. Вследствие этого к двум причинам падения напряжения, указанным для генератора независимого возбуждения (смотрите статью «Генераторы независимого возбуждения»), прибавляется третья – уменьшение i_в при уменьшении U. В результате внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (рисунок 4, кривая 1) падает круче, чем у генератора независимого возбуждения (кривая 2). Поэтому номинальное изменение напряжения (смотрите определение в статье «Генераторы независимого возбуждения») у генератора параллельного возбуждения больше и составляет дельта U_н% = 10 – 20 %.

Работа машины на ветви аб характеристики несколько неустойчива и имеется склонность самопроизвольного изменения I. Ток I_к.уст. в некоторых случаях может быть больше I_н.

Построение внешней характеристики генератора параллельного возбуждения с помощью х. х. х. и характеристического треугольника показано на рисунке 5, где 1 – кривая х. х. х.; 2 – характеристика цепи возбуждения U_в = R_в × i_в при заданном R_в = const и 3 – построенная кривая внешней характеристики.

Перенеся все эти точки в левый квадрант диаграммы рисунка 5 и соединив их плавной кривой, получим искомую характеристику 3. С учетом нелинейной зависимости катета аб треугольника от I опытная зависимость U = f(I) имеет характер, показанный на рисунке 5 слева штриховой линией.

Хотя установившийся ток короткого замыкания генератора параллельного возбуждения невелик, внезапное короткое замыкание на зажимах этого генератора практически столь же опасно, как и у генератора независимого возбуждения. Объясняется это тем, что вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения и индуктирования вихревых токов в массивных частях магнитной цепи уменьшение магнитного потока полюсов происходит медленно. Поэтому быстро нарастающий ток якоря достигает значений I_к = (5 – 15)I_н.

Регулировочная и нагрузочная характеристика

Регулировочная характеристика i_в = f(I) при U = const и n = const и нагрузочная характеристика U = f(i_в) при I = const и n = const снимаются так же, как и у генератора независимого возбуждения. Так как i_в и R_а × i_в малы, то падение напряжения от i_в в цепи якоря практически не оказывает влияния на напряжение на зажимах генератора. Поэтому указанные характеристики получаются практически такими же, как и у генератора независимого возбуждения. Построение этих характеристик с помощью х. х. х. и характеристического треугольника также производится аналогичным образом.

В заключение можно отметить, что характеристики и свойства генераторов независимого и параллельного возбуждения мало отличаются друг от друга. Единственное заметное отличие заключается в некотором расхождении внешних характеристик в пределах от I = 0 до I = I_н. Более сильное расхождение этих характеристик при I намного больше I_н не имеет значения, поскольку в таких режимах машины в условиях эксплуатации, как правило, не работают.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Источник