Какой ток опасен для генератора параллельного возбуждения

Генератор параллельного возбуждения и его характеристики

В генераторе параллельного возбуждения, который иногда назы­вают шунтовым, обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря (рис. 33, а).

При вращении якоря генератора магнитный поток остаточного магнетизма индуктирует в его обмотке небольшую э. д. с, а так как к якорю подключена обмотка возбуждения полюсов, то в ней появ­ляется незначительный ток, обусловленный этой э. д. с. Ток возбу­ждения вызывает увеличение магнитного потока полюсов, что, в свою очередь, приводит к увеличению э. д. с. и т. д.

Величина установившегося напряжения холостого хода зависит от величины сопротивления цепи возбуждения, а также от степени насыщения магнитной системы машины.

Основные условия самовозбуждения генератора постоянной тока параллельного возбуждения таковы:

а)Наличие в стали полюсов остаточного магнетизма.Отсутствие остаточного магнетизма редко наблюдается в машинах постоянного тока. Для восстановления остаточного магнетизма об­мотку возбуждения па короткое время нужно подключить к источнику постоянного тока.

б)Правильное (согласное) соединение обмотки возбуждения иобмотки якоря, чтобы магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, совпадал по направлению с маг­нитным потоком остаточного магнетизма.Если обмотки возбуждения и якоря включены так, что магнитные потоки полюсов и остаточного магнетизма направлены встречно, то происходит размагничивание полюсов, препятствующее возбужде­нию машины. Для возбуждения машины нужно изменить направление вращения якоря или переключить концы обмотки возбуждения.

в)Выведение регулировоч­ного реостата из цепи возбуждения.Когда реостат в цепи обмотки возбуждения не выведен, по обмотке возбуждения протекает очень малый ток, недостаточный для самовоз­буждения.

г)Отключение нагрузки у генера­торов параллельного возбуждения. Если нагрузка не отключена, то ток в обмотке возбуждения недо­статочен для самовозбуждения.

Рис. 33. Генератор параллельного возбуждения: а) схема; б) внешняя характеристика

Характеристики холостого хода(U = f(I_в) при I_нг. = 0 и n= const)и регулировочная(I_В =f(I_нг) при п =const и U = const) для генератора параллельного возбуждения снимаются таким же образом, как и для генератора независимого возбуждения; их вид и назначение те же. Характеристика короткого замыкания(1_к = f(I_в) при п = const и U = 0) в этом случае подобна той же характеристике генератора независимого возбуждения; снять ее можно только по схеме независимого возбуждения, так как у короткозамкнутого генератора параллельного возбуждения не будет тока возбуждения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения значительно отличается от аналогичной характеристики генератора независимого возбуждения. Эту характеристику снимают по схеме, приведенной на рисунке 33, а.

Для сравнения на рисунке 33, б приведены внешние характеристики генератора независимого возбуждения (1) и параллельного возбуждения (2).

По мере увеличения нагрузки напряжение генератора независи­мого возбуждения постепенно понижается вследствие падения напря­жения на сопротивлении обмотки якоря и размагничивающего дей­ствия реакции якоря. Ток возбуждения в генераторе независимого возбуждения при снятии внешней характеристики не изменяется, постоянна по величине и э. д. с. генератора.

У генератора параллельного возбуждения ток возбуждения I_в зависит отнапряжения машины , а так как напряжение машины Uс увеличением нагрузки уменьшается, то снижается и вели­чина тока возбуждения, что приводит к большему изменению напря­жения по сравнению с генератором независимого возбуждения. С уве­личением нагрузки происходит размагничивание генератора, и поэ­тому в генераторе параллельного возбуждения ток нагрузки возра­стает только до определенного, критического значения токаI_кр, превышающего номинальный ток в 2—2,5 раза.

При достижении критического тока напряжение машины сразу понижается до нуля, ав обмотке якоря протекает незначительный по величине ток короткого замыкания, обусловленный э. д. с. остаточ­ного магнетизма.

Напряжение генератора параллельного возбуждения вначале изменяется незначительно, так как, пока сталь полюсов еще насыщена, влияние размагничивания машины сказывается мало. По мереувеличения тока нагрузки происходит уменьшение напряжения идальнейшее размагничивание машины, что приводит к более резкому понижению напряжения, а при достижении критического тока к бы­строму исчезновению («сбрасыванию») напряжения и нагрузки.

Ток короткого замыкания не опасен для генератора параллель­ного возбуждения, но критический ток может вызвать круговой огонь на коллекторе.

Генераторы параллельного возбуждения широкое приме­няются в сельскохозяйственных машинах (машинные возбудители синхронных гене­раторов, на автомобилях, тракторах и в зарядных агрегатах).

Генераторы постоянного тока с самовозбуждением. Условия самовозбуждения.

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 Rв при данной скорости вращения n должно быть ниже некоторого критического значения или скорость вращения при данном Rв 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 iв. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно, увеличение э. д. с., которая обуславливает дальнейшее увеличение iв, 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 iв 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 Uв = Rв × iв, где Rв = const – сопротивление цепи возбуждения, включая сопротивление регулировочного реостата.

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

где Lв – индуктивность цепи возбуждения.

Напряжение якоря при холостом ходе (I = 0)

изображается на рисунке 1, а кривой 1. Так как ток iв мал, то практически Uа = Eа.

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

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

и рост iв поэтому прекращается.

Из рассмотрения рисунка 1, а следует, что нарастание iв и, следовательно, Uа 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 Uа теоретически возросло бы до Uа = ∞.

Вообще любые процессы самовозбуждения – электрические, и другие, наблюдаемые в различных устройствах, — ограничиваются только нелинейностью характеристик системы.

Рисунок 2. Магнитные мостики насыщения в магнитной цепи

Если Rв 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 Rв получим прямую 4, касательную к кривой 1. При этом машина будет находиться на грани самовозбуждения: при небольших изменениях n или Rв (например, вследствие нагревания) машина может развивать небольшое напряжение или терять его. Значение Rв, соответствующее прямой 4, называется критическим сопротивлением цепи возбуждения (Rв.кр). При Rв > Rв.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 Rв можно регулировать U до значения U = Uмин., соответствующего началу колена кривой х. х. х. В машинах обычного исполнения Uмин. = (0,65 – 0,75)Uн.

Э. д. с. Eа ∼ 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 Rв 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 Rв существует такое значение скорости вращения n = nкр. (кривая 2 на рисунке 1, б), ниже которого самовозбуждение невозможно. Такое значение n = nкр. называется критической скоростью вращения.

Рисунок 3. Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения

В некоторых случаях требуется, чтобы U генератора параллельного возбуждения можно было регулировать в широких пределах, например Uн : Uмин. = 5 : 1 или даже U : Uмин. = 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.

Как возбудить генератор

Что же потребуется для возбуждения генератора. Как упоминалось ранее следует первым делом снять «шоколадку», так как причина поломки кроется в ней. Затем соединяются плюсовые контакты на обоих устройствах, а минусовые в регуляторе разрезается и соединяется с «массой» щеток.

На клемме «30» генератора заизолировать провод. К выводной цепи «15» подключить индикатор не менее 15 Ватт. Это относится к генераторам серии Г222. На других моделях агрегатов возбуждение проводится способом подключения к выводу «В».

Схема самовозбуждения генератора.

На схеме отмечены диоды, которые бывают только на современных типах генераторов, на более ранних версиях их нет. Правильнее сказать, что схема в которой нет этих диодов – классическая, с ними – более новая.

У некоторых моделей генераторов якоря имеют в конструкции щетки. Их тоже нужно снять, а таблетку высверлить. Один из контактов подключается к плюсу якоря через диод, второй – к минусу.

Ток начинает поступать не сразу, а только после набора определенного числа оборотов. Исходя из показаний тахометра можно определить, что подача пойдет только после 4 тыс. оборотов в минуту. То есть разгоняем двигатель до 4 000 появляется напряжение, сбрасываем обороты до 1 000 напряжение пропадет. Это и есть принцип выработки тока при самовозбуждении.

Некоторые марки авто имеют малооборотистую силовую установку. В таком случае для увеличения начально скорости вращения придется что-то проделать со шкивом. На обычных моторах проблем возникнуть не должно.

Разбираем далее. Важно знать, что на выходе генератора мы получим не 12 В. При отсутствии регулятора (таблетки) агрегат выдаст все, что сможет в зависимости от оборотов, временами даже до 30 В. Например, при старте этот показатель подпрыгивает до 36 В. Увидеть это можно, подключив лампу под соответствующее напряжение на вывода генератора. А после, постепенно падает до 20 вольт.

Конечно, схему можно и доработать. Например, путем добавления конденсатора на плюсовый провод идущий к якорю. Это нужно для того, чтобы при снижении числа оборотов мотора не падало напряжение. Качественный конденсатор также будет не лишним на выходе, это обеспечит сглаживание первого скачка напряжения и регулирование последующих спадов.

Собирая такую схему стоит помнить о выдаче большого напряжения. Оно значительно выше нормальных 12 В, поэтому существует опасность спалить лампочку, ЭБУ и другую электронику автомобиля.

Помните! При работе от самовозбуждения генератор будет передавать всю выделяемую электроэнергию, которую сможет выработать, а это может вызвать сильный перегрев и самого агрегата. Небольшая перегрузка и можно идти за новым агрегатом. Соответственно применять такой способ рекомендуется только в случае крайней необходимости.

Характеристика короткого замыкания

Характеристика короткого замыкания I = f(iв) 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 iв = 0.

Внешняя характеристика

Внешняя характеристика U = f(I) генератора параллельного возбуждения снимается при Rв = 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 iв 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 Uн% = 10 – 20 %.

Рисунок 4. Внешние характеристики генераторов параллельного (1) и независимого (2) возбуждения

Характерной особенностью внешней характеристики генератора параллельного возбуждения является то, что при некотором максимальном значении тока I = Iмакс. (точка а на рисунке 4) она делает петлю и приходит в точку б на оси абцисс, которая соответствует установившемуся току короткого замыкания. Ток Iк.уст. относительно мал и определяется остаточным потоком, так как в данном случае U = 0, и поэтому iв = 0. Такой ход характеристики объясняется следующим. При увеличении тока I напряжение U падает сначала медленно, а затем быстрее, так как с уменьшением U и iв падает поток Фδ, магнитная цепь становится менее насыщенной и малые уменьшения iв будут вызывать все большие уменьшения Фδ и U (смотрите рисунок 3). Точка а на рисунке 4 соответствует переходу кривой х. х .х. с нижней части колена на прямолинейный, ненасыщенный участок. При этом, начиная с точки а (рисунок 4), дальнейшее уменьшение сопротивления нагрузки Rнг., подключенной к зажимам машины не только не вызывает увеличения I, а наоборот, происходит уменьшение I, так как U падает быстрее Rнг..

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

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 Uв = Rв × iв при заданном Rв = const и 3 – построенная кривая внешней характеристики.

При I = 0 значение U определяется пересечением кривой 1 и прямой 2. Для получения значения U при I = Iн разместим характеристический треугольник для номинального тока так, чтобы его вершины а и в расположились на кривой 1 и прямой 2. Тогда точка в определит искомое значение U, что можно доказать с помощью подобных же рассуждений, изложенных в статье «Генераторы независимого возбуждения», в случае построения внешней характеристики генератора независимого возбуждения. Для других значений тока между 1 и 2 можно провести наклонные отрезки прямых, параллельные ав, которые представляют собой гипотенузы новых характеристических треугольников. Нижние точки этих отрезков в’ , в’’ и т. д. определяют U при токах

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 Iк = (5 – 15)Iн.

Регулировочная и нагрузочная характеристика

Регулировочная характеристика iв = f(I) при U = const и n = const и нагрузочная характеристика U = f(iв) при I = const и n = const снимаются так же, как и у генератора независимого возбуждения. Так как iв и Rа × iв малы, то падение напряжения от iв 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 = Iн. Более сильное расхождение этих характеристик при I намного больше Iн 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.

Основные неисправности генератора

Рассмотрим наиболее распространенные неисправности, характерные для автомобильного генератора:

1. Обрывы электроцепей, короткие замыкания и другие повреждения. Чтобы диагностировать такой дефект, необходимо проверить силу тока и показатель напряжения на выходных контактах агрегата. Исходя из полученной информации принимается решение о дальнейших действиях.
2. Также автомобилисты часто встречаются с такой неисправностью, как чрезмерно изношенные графитовые щетки, регулятор напряжения либо диодный мост. Любую изношенную и вышедшую из строя деталь следует заменить на новую. Что касается регулятора, то как упоминалось выше, он обеспечивает оптимальную подзарядку автомобильного аккумулятора исходя из температуры в моторном отсеке. Другими словами, устройство в автоматическом режиме определяет нужное напряжение для батареи в данных условиях. В некоторых моделях генераторов встречается ручное переключение режимов в зависимости от времени года. В таком случае низкие температуры не окажут негативного влияния на работу устройства. О выходе из строя реле, просигнализируют перепады напряжения в системе – это может быть слабый свет фар во время езды, которые загораются ярче при увеличении оборотов двигателя.
3. Неисправные подшипники. В случае поломки этого элемента появятся посторонние повышенные шумы, хотя такой же симптом наблюдается и при плохой смазке узла.
4. Шумы и вой. В случае обнаружения таких признаков, необходимо провести проверку сепараторных элементов, дорожек качения, контактные кольца на наличие проворотов. Такие симптомы также могут говорить и о возможном возникновении межвиткового замыкания обмотки статорного элемента либо тягового реле. В любом случае при выявлении посторонних шумов во время работы генератора рекомендуется провести тщательную диагностику состояния контактов.
5. Рабочая температура генератора иногда может достигать 90 С, однако в случае явного перегрева, необходимо немедленно проверить работоспособность диодного моста. Помимо этого, следует определить не перегружена ли бортовая сеть автомобиля дополнительными приборами и сторонними устройствами. В случае критического повышения температур первым делом потемнеет изоляция обмотки статора, в худшем случае она может даже расплавиться.
6. Сильный износ ремня генератора. При чрезмерном износе ремень агрегата может попросту порваться, что ведет к его неправильной работе в целом. То есть в таком случае на все потребители будет расходоваться электроэнергия из аккумуляторной батареи авто. В случае обрыва ремня генератор перестает выполнять свои функции, а значит у водителя есть совсем немного времени, чтобы доехать до ближайшего автосервиса или СТО. На такой дефект могут указать перепады напряжения в бортовой сети машины. В таком случае следует проверить ремень на целостность, внимательно осмотреть его поверхность на наличие трещит, надрывав, расслоений и других механических повреждений. В случае их обнаружения его рекомендуется заменить сразу.

При обнаружении любого дефекта лучше сразу заняться его устранением самостоятельно либо обратиться в автосервис. В противном случае вы рискуете наткнуться на более дорогостоящий ремонт.

Генераторы с параллельным возбуждением

В генераторе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы потребителей электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на зажимах генератора, несмотря на изменение общей нагрузки. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения.

Реостаты возбуждения имеют, как правило, холостые контакты, при помощи которых можно осуществить короткое замыкание обмотки возбуждения «на себя». Это необходимо при отключении обмотки возбуждения. Если выключить обмотку возбуждения путём разрыва её цепи, то исчезающее магнитное поле создаст очень большую ЭДС самоиндукции, способную пробить изоляцию обмотки и вывести генератор из строя. При коротком замыкании обмотки возбуждения при её отключении энергия исчезающего магнитного поля переходит в тепло, не причиняя вреда обмотке возбуждения, так как ЭДС самоиндукции не превысит номинального напряжения на зажимах генератора.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением сам питает свою обмотку возбуждения и не нуждается в постороннем источнике электрической энергии. Самовозбуждение генератора возможно только при наличии остаточного магнетизма в сердечниках электромагнитов, поэтому они изготавливаются из литой стали и после прекращения работы генератора сохраняется остаточный магнетизм. Так как обмотка возбуждения подключена к его зажимам, то в ней при вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС , и по обмотке возбуждения начинает протекать ток. Если обмотка возбуждения включена правильно, так, что её магнитный поток направлен «попутно» с магнитным потоком остаточного магнетизма, то суммарный магнитный поток возрастает, увеличивая ЭДС , магнитный поток и ток возбуждения . Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с , , зависящими от величины сопротивления цепи возбуждения.

Однако процесс нарастания электродвижущей силы генератора (процесс самовозбуждения генератора) не прогрессирует, то есть ЭДС генератора не возрастает неограниченно. Всякий раз рост индуктированной ЭДС генератора ограничен тем или иным пределом. Для этого необходимо рассмотреть характеристику холостого хода генератора.

Характеристика холостого хода генератора постоянного тока с параллельным возбуждением Характеристика холостого хода генератора с параллельным возбуждением

На рисунке приведена характеристика холостого хода генератора с параллельным возбуждением, то есть кривая зависимости напряжения на зажимах от тока возбуждения при постоянном числе оборотов якоря и при постоянном сопротивлении цепи возбуждения .

Одновременно показан график зависимости падения напряжения в цепи возбуждения генератора от тока возбуждения . Эта зависимость линейна, так как , где — полное постоянное сопротивление обмотки возбуждения и реостата возбуждения.

При малых величинах тока возбуждения электродвижущая сила больше падения напряжения в обмотке возбуждения: .

В этом случае генератор питает током свою обмотку возбуждения. Происходит нормальный процесс самовозбуждения, то есть с ростом тока возбуждения растут электродвижущая сила и напряжение на обмотке возбуждения, что в свою очередь влечёт за собой увеличение тока возбуждения . Однако быстрота роста электродвижущей силы и напряжения различна. По мере увеличения тока возбуждения скорость роста ЭДС спадает, а скорость роста напряжения не менятся. При некоторой величине тока возбуждения напряжение становится равным электродвижущей силе :

. При токе возбуждения, равном графики электродвижущей силы и напряжения пересекаются. При дальнейшем росте тока возбуждения графики теоретически должны разойтись, однако в этом случае ЭДС должна стать меньше напряжения , что невозможно, так как напряжение является частью электродвижущей силы и не может быть больше её.

Значение тока возбуждения — это предельная величина его при постоянном числе оборотов и при постоянстве сопротивления цепи возбуждения . Для режима холостого хода генератора: , где — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря.

Угол наклона прямой, выражающей зависимость напряжения на зажмах генератора от тока возбуждения зависит от сопротивления цепи возбуждения и, следовательно, от сопротивления шунтового реостата, имеюшегося в цепи возбуждения. Чем больше это сопротивление, тем круче поднимается прямая зависимости от и тем при меньшем токе возбуждения произойдёт пересечение графиков зависимости и от тока возбуждения .

Процесс самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением длится до тех пор, пока ток возбуждения не достигнет некоторой предельной величины при заданных нормальных оборотах якоря генератора и электродвижущая сила не станет равной своему номинальному значению.

Если обмотка возбуждения генератора подключена неправильно к якорной обмотке, то генератор не возбудится, так как ток возбуждения создаёт магнитный поток, направленный навстречу остаточному магнитному потоку и машина размагнитится.

Затем нужно будет отключить от генератора обмотку возбуждения, правильно подключить её к источнику постоянного тока (аккумулятору), намагнитить и правильно собрать электрическую схему генератора.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Внешняя характеристика: При холостом ходе генератора напряжение на его зажимах максимально . Затем с ростом нагрузки генератора напряжение на его зажимах начинает падать, несколько быстрее, чем у генератора с независимым возбуждением. Это объясняется тем, что напряжение уменьшается не только в результате возрастающего влияния реакции якоря и падения напряжения в якорной обмотке, но и за счёт того, что с уменьшением напряжения на зажимах генератора уменьшается его ток возбуждения и в соответствии с этим снижается ЭДС.

Если происходит уменьшение электрического сопротивления потребителя то, следовательно, происходит увеличение нагрузки . Однако если сопротивление нагрузки станет критически мало, ток генератора достигнет своего критического значения, при котором начнётся резкое снижение напряжения. Как правило, критический ток генератора примерно в 2—2,5 раза больше номинального. В режиме короткого замыкания сопротивление становится равным нулю, ток генератора становится равным току короткого замыкания. Режим короткого замыкания генератору с параллельным возбуждением большой опасности не причиняет, так как при этом резко снижается ЭДС до остаточного значения . Однако переход через режим критического тока сопровождается сильным искрением под щётками коллектора из-за черезмерной перегрузки генератора и поэтому нежелателен.

Регулировочная характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Регулировочной характеристикой генератора с параллельным возбуждением называется зависимость тока возбуждения от нагрузки генератора (тока якоря) при постоянном напряжении и постоянных оборотах . У генераторов последовательного возбуждения ток возбуждения равен току якоря . Поэтому при холостом ходе, когда , наводится остаточная ЭДС .

Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет почти такой же вид, как и для генератора с независимым возбуждением. Эта кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх, вследствие влияния насыщения магнитопровода машины. Однако при одинаковой нагрузке ток в якорной обмотке генератора с параллельным возбуждением больше, чем ток в якорной обмотке генератора с независимым возбуждением, на величину тока возбуждения . Поэтому в генераторе с параллельным возбуждением при всех прочих одинаковых условиях падение напряжения в якорной обмотке генератора и реакция якоря больше, что требует большего тока возбуждения. Регулировочная характеристика поднимается круче, чем у генератора с независимым возбуждением.

Генераторы с параллельным возбуждением не боятся коротких замыканий. При коротком замыкании ток во внешней цепи резко увеличивается, следовательно, возрастает ток в якорной обмотке генератора. В результате резко увеличивается падение напряжения в якорной обмотке, в свою очередь снижается напряжение на зажимах генератора, снижается ток возбуждения, снижается ЭДС генератора и ток в якорной обмотке. Все эти процессы протекают настолько быстро, что кратковременный ток короткого замыкания не успевает прогреть провода якорной обмотки.

Посторонний источник электрической энергии, питающий постоянным током обмотку возбуждения генераторам с параллельным возбуждением не нужен.

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением применяются в технике связи для питания радиоустановок, для питания зарядных агрегатов, в передвижных сварочных аппаратах.

Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 2077; Нарушение авторского права страницы

ГЕНЕРАТОРЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ И СМЕШАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

У генератора с параллельным возбуждением часть тока якоря слу­жит для возбуждения основного магнитного поля машины (рис. 13.27). Эти генераторы наиболее часто применяются для получения постоян­ного тока, так как они не требуют дополнительного источника электро­энергии для цепи возбуждения, что существенно упрощает обслужи­вание машины; вместе с тем напряжение таких генераторов мало изме­няется из-за колебаний нагрузки.

При пуске в ход генератора с параллельным возбуждением для создания магнитного потока в магнитопроводе используется выше описанное явление самовозбуждения.

Характеристика холостого хода генератора при параллельном возбуждении практически не отличается от характеристики при неза­висимом возбуждении, так как влияние на эту характеристику изме­нения напряжения r_в1_в и реакции якоря оттока возбуждения ничтожно. Это совпадение вида характеристик имеет место и для регулировочной характеристики.

Но внешняя характеристика при параллельном возбуждении гене­ратора (а) идет значительно ниже, чем при независимом возбуждении ( ) (рис. 13.28). Причиной этому является уменьшение тока возбужде­ния при понижении напряжения, так как I_в = U/r_B. При независимом возбуждении понижение напряжения между выводами генератора при увеличении тока якоря вызывается двумя причинами: увеличением напряжения на активном сопротивлении якоря и реакцией якоря. При параллельном возбуждении к этим двум причинам добавляется третья — уменьшение тока возбуждения. Пока этот ток соответствует условиям насыщения магнитной цепи генератора (пологой части маг­нитной характеристики), уменьшение ЭДС якоря меньше уменьшения тока возбуждения (рис. 13.29). В таких условиях при уменьшении сопротивления цепи нагрузки ток якоря возрастает. Но условия резко изменяются, когда в результате увеличения тока якоря и вызванного этим понижения напряжения ток возбуждения уменьшается настолько, что магнитная цепь генератора оказывается в ненасыщенном состоянии. В условиях линейной части магнитной характеристики уменьшение тока возбуждения вызывает пропорциональное уменьшение потока и ЭДС якоря, что вызывает дальнейшее уменьшение тока возбуждения, а это в свою очередь обусловливает новое по­нижение ЭДС и т. д. Имеет место своеобразное саморазмагничивание генератора, заканчиваю­щееся тем, что в машине при коротком замыкании якоря сохраняется только остаточная намагниченность, под­держивающая ограниченный (меньше номинального) ток короткого замыкания.

Ток якоря, при котором машина переходит в режим саморазмагни­чивания, называется критическим I_кр. Его значение больше номиналь­ного в 2—2,5 раза. Участок внешней характеристики ниже I_кр (штри­ховая линия на рис. 3.28) соответствует неустойчивому режиму.

Номинальное изменение напряжения у генератора при параллель­ном возбуждении значительно больше, чем при независимом, и состав­ляет 8—15 %.

В генераторе с последовательным возбуждением якорь соединен последовательно с обмоткой возбуждения, благодаря чему ток нагрузки является вместе с тем током возбуждения (рис. 13.30). Обмотка воз­буждения w такой машины выполняется из провода, рассчитанного на большой ток якоря; число витков такой обмотки мало.

При холостом ходе генератора с последовательным возбуждением ЭДС в обмотке его якоря будет индуктироваться только потоком оста­точного намагничивания. Следовательно, у этого генератора нельзя снять характеристику холостого хода. Отсутствует также у него и регулировочная характеристика.

Напряжение этого генератора (рис. 13.31) сначала возрастает с увеличением тока якоря. Затем вид характеристики начинает изме­няться из-за магнитного насыщения (ЭДС якоря перестает увеличи­ваться, в то время как продолжает возрастать напряжение на активном сопротивлении якоря) и размагничивающего действия реакции якоря. В результате напряжение генератора при дальнейшем возрастании нагрузки уменьшается. Из-за непостоянства напряжения генераторы с последовательным возбуждением применяются лишь в немногих специальных случаях.

Генератор со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбужден ния: параллельную w_пар и последовательную w_пос (рис. 13.32). У такого генератора напряжение остается практически постоянным при изме­нениях нагрузки в определенных пределах. Это достигается путем использования последовательного возбуждения для компенсации уве­личения падения напряжения на активном сопротивлении якоря и уменьшения тока в параллельной обмотке возбуждения, а также для компенсации размагничивающего действия якоря при увеличении тока нагрузки. Благодаря наличию обмотки последовательного воз­буждения

главный магнитный поток генератора и вместе с ним ЭДС Е_я возрастают g увеличением нагрузки. Соответствующим подбором числа витков обмотки последовательного возбуждения можно достичь равенства напряжений генератора при холостом ходе и при номинальной на­грузке (кривая а на рис. 13.33).

Генератор со смешанным возбуждением удобен в установках относительно небольшой мощности для предупреждения возникнове­ния значительных изменений напряжения при отключениях отдельных потребителей. Но использование таких генераторов для параллельной работы обычно неудобно: случайное понижение частоты вращения первичного двигателя генератора может снизить ЭДС генератора до уровня, меньшего напряжения сети, из-за этого ток в якоре генератора и в его последовательной обмотке возбуждения изменит свое направле­ние, что может вызвать перемагничивание генератора и тяжелую ава­рию установки.

13.11. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

В ряде случаев для более рационального использования мощности установки в различное время дня, для обеспечения бесперебойности работы и т. п. целесообразно питать нагрузку от двух или более рабо­тающих параллельно генераторов. Рассмотрим условия такой парал­лельной работы для простейшего случая — генераторе» с парал­лельным возбуждением.

Если нужно включить второй генератор (рис. 13.34) в сеть, на шинах которой генератор Г1 поддерживает напряжение U, то нужно сначала раскрутить якорь подключаемого генератора с помощью первичного двигателя (турбины, дизеля и т. п.) до заданной частоты вращения, а затем посредством регулирования тока возбуждения I_в2 генератора Г2 сделать его ЭДС Е₂ равной напряжению сети. Затем необходимо проверить соответствие полярностей генератора и сети, для чего служит вольтметр V_k. Если его показание равно нулю, то можно замкнуть однополюсный выключатель S. Таким образом осуществляется включение генератора в сеть. Так как ЭДС генератора уравновешивает­ся напряжением сети, то его ток после включения

Чтобы нагрузить второй генера­тор, нужно увеличить его ток воз­буждения. Это приводит к увеличе­нию ЭДС Е₂ генератора Г2. Возрастание ЭДС Е₂, с одной стороны, на­гружает генератор током I₂, с другой стороны, повышает напряже­ние сети U. ЭДС первого генератора Г1, несшего ранее всю на­грузку сети, не изменилась. Поэтому увеличение напряжения сети приведет к частичной разгрузке этого генератора.

Ток I₂ в обмотке якоря генератора Г2, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает тормозной момент, вследствие чего частота вращения якоря генератора уменьшается. С помощью регулятора частоты вращения первичного двигателя увеличивается приток рабо­чего вещества: пара, воды, нефти и т. п. и заданная частота вращения восстанавливается. Таким образом, генератор Г2 и его двигатель взяли на себя часть нагрузки сети. В обратном направлении протекает процесс для генератора Г1, у которого уменьшение тока 1₁ разгружает первичный двигатель.

В случае, когда нужно перевести всю нагрузку полностью на второй генератор Г2, достаточно постепенно уменьшать возбуждение первого генератора Г1 и увеличивать возбуждение второго генератора Г2, следя за тем, чтобы напряжение сети U оставалось постоянным. Когда ЭДС генератора Г1 станет равной напряжению сети, его ток умень­шится до нуля, вся нагрузка будет с него снята и его можно будет отключить. Регуляторы частоты вращения первичных двигателей дополнят эту работу по переводу нагрузки.

Но если оставить генератор Г1 включенным и дальше уменьшать его ток возбуждения, то ток в якоре изменит направление:

и вместо тормозного момента создаст вращающий момент; машина пе­рейдет в режим двигателя. Однако при этом может тяжело пострадать первичный двигатель, поэтому все параллельно работающие генера­торы снабжаются аппаратом — реле обратного тока, автоматически отключающим генератор при изменении направления тока.

Следовательно, воздействуя на возбуждение параллельно работающих генераторов, можно любым образом перераспределять между ними нагрузку.

Рассмотрим, как распределяется нагрузка между двумя генераторами, имеющими внешние характеристики различной крутизны (рис.13.35). Если путем регулирования возбуждения они были нагружены одинаково, то, следовательно, их рабочий режим при установленном напряжении (/соответствовал точке пересечения а их внешних харак­теристик. Но когда ток нагрузки возрастает, то должен возрасти и ток каждого из генераторов, а следовательно, должны увеличиться в каждом из них напряжение на активном сопротивлении обмотки якоря и реакция якоря. Вследствие этого напряжение сети должно понизиться на At/. Но этому пониженному напряжению

согласно внешним характеристикам генераторов соответствуют раз­личные значения токов 1′₁ и 1′₂ . Генераторы разделят изменившуюся нагрузку не поровну, большую долю ее 1′₁ возьмет на себя генератор с более пологой (более жесткой) внешней характеристикой. Конечно, эту неравномерность нетрудно исправить (например, повысив возбужде­ние второго генератора), однако это усложняет работу обслуживаю­щего персонала и при быстрых колебаниях нагрузки довольно трудно осуществимо. Желательно поэтому для параллельной работы иметь генераторы с одинаковыми внешними характеристиками или же соот­ветствующее автоматическое регулирование.