ЛЕКЦІЯ 9

1.5.4 ГЕНЕРАТОР НЕЗАЛЕЖНОГО ЗБУДЖЕННЯ

У генератора незалежного збудження обмотка якоря G сполучується через запобіжники Зп1 та Зп2 і вимикач Вим тільки з навантаженням R_н (рис.1.35). Реостат R_pг, увімкнений в окреме коло обмотки збудження ОЗ, дозволяє змінювати струм збудження І_з, а отже, і основний магнітний потік машини. Джерелом збудження з напругою U_з такого генератора може бути акумулятор, випрямляч чи інший генератор постійного струму, який в цьому випадку називається збуджувачем. За електричною схемою, поданою на (рис.1.35) знімаються всі характеристики генератора незалежного збудження.

Характеристика НХ U₀ = f (І_з). Ця характеристика знімається при відсутності навантаження: вимикач Вим (рис. 1.35) розімкнений, а отже І = І_а = 0. Генератор приводиться до обертання з номінальною частотою n_ном, яка підтримується незмінною на протязі всього досліду. Поступово збільшуючи струм збудження І_з від нуля до значення І_з = 0а, при якому напруга U = U_{0 макс}, знімаються дані для побудови кривої 1, так званої висхідної вітки характеристики (рис.1.36). Початкова ордината кривої 1 не дорівнює нулю, що пояснюється дією незначного магнітного потоку залишкового магнетизму, що зберігся від попереднього намагнічування. Зменшуючи струм збудження до нуля, а потім, змінюючи його напрям на протилежний, знімається крива 2, що називається низхідною віткою характеристики. Низхідна вітка проходить вище, ніж крива 1, що пояснюється зростанням залишкового намагнічування. Надалі дослід проводиться в зворотному напрямі, зменшуючи струм збудження від нуля до – І_з = 0b, а потім збільшуючи до + І_з = 0а, отримують нову висхідну вітку характеристику 3. Низхідна та висхідна вітки утворюють петлю гістерезису. Розрахункова характеристика НХ (пунктирна лінія 4) уявляє собою середню лінію між кривими 2 та 3. Прямолінійна частина характеристики НХ відповідає ненасиченій магнітній системі машини. Точка номінальної напруги генератора лежить на середньонасиченій частині характеристики. Збільшення стуму збудження більше значення І_з0ном, який створює при НХ номінальну напругу U_ном, перенасичує магнітну систему і викривляє характеристику. Практичне значення характеристики НХ полягає в тому, що по ній можна робити висновки про ступінь насиченості магнітного кола машини. Крім цього вона використовується також при побудові інших характеристик.

Навантажувальна характеристика. Якщо струм навантаження не дорівнює нулю і не змінюється, наприклад І = І_ном= const (не повинна змінюватись також частота обертання n = сonst), то має місце навантажувальна характеристика. За цих умов напруга U на затискачах якоря згідно з (1.58):

U = E_а – І_{а *} R_а, (1.68)

а отже є меншою від ЕРС, тому крива навантажувальної характеристики 1 буде проходити нижче, ніж характеристика НХ 2 (рис. 1.37). Практичне значення такої характеристики полягає в тому, що вона дозволяє кількісно визначити розмагнічувальну дію реакції якоря і дослідити її залежність від насичення магнітного кола і струму якоря. Якщо з точки а, що відповідає номінальній напрузі генератора при заданому навантаженні, відкласти відрізок аb, рівний падінню напруги в колі якоря І_{а *} R_а, та провести горизонтальну пряму до перетину з характеристикою НХ (відрізок bc) і сполучити а і c, то буде мати місце трикутник аbc – так званий характеристичний трикутник.

При струмі збудження І_з = І_з1 в режимі НХ напруга генератора U₀ рівна ординаті точки d,а при ввімкнені навантаження (без зміни струму збудження) знижується до значення U_ном (ордината точки а). Таким чином відрізок dа виражає значення падіння напруги Δ U, що виникло в результаті навантаження Δ U = U₀ – U_ном при І_з = І_з1. Зниження напруги відбулося з двох причин: падіння напруги в колі якоря І_{а *} R_а (відрізок аb) та розмагнічувальна дія реакції якоря, яку відповідно виражає відрізок db. Кількісно оцінити розмагнічувальну дію реакції якоря можна різницею струмів збудження І_з1 – І_з2 (струм збудження І_з2 створює таку ж ЕРС при НХ, що і І_з1 при навантаженні): ЕРС при навантаженні рівна ординатам точок b і c, що відповідно створюються цими струмами, тобто для компенсації розмагнічувальної дії реакції якоря необхідно збільшити струм збудження на величину (І_з1 – І_з2). Таким чином катети характеристичного трикутника аbc виражають кількісно причини, що викликають зниження напруги при рості навантаження: катет аb = І_{а *} R_а; катет bc = І_з1 – І_з2. Характеристичний трикутник а'b'c', побудований для іншого значення суму збудження І_з3. Відрізок а'b' = аb, тобто падіння напруги в колі якоря І_{а *} R_а, залишається незмінним, адже величина струму навантаження не змінюється (І = const), а катет b'c'^' зменшився (b'c'^' < bc), тому що при меншому струмі збудження нижча насиченість магнітного кола, а отже менша і розмагнічувальна дія реакції якоря.

Зовнішня характеристика генератора. Ця характеристика є головною експлуатаційною характеристикою генератора і уявляє залежність напруги на його затискачах від струму навантаження: U = f (I). Для її побудови генератор приводиться до обертання з номінальною частотою обертання, навантажується до номінального струму при номінальній напрузі. Потім, поступово зменшуючи навантаження до точки НХ (І = 0) і підтримуючи незмінними частоту обертання та опір кола збудження, записуються показання приладів, за отриманими даними будується крива (рис 1.38). Зменшення напруги при зростанні навантаження пояснюється падінням напруги в колі якоря та розмагнічувальною дією реакції якоря. Нахил характеристики до осі абсцис (жорсткість зовнішньої характеристики) оцінюється номінальною зміною D U_ном у відсотках до номінальної:

D U_ном = (U₀ – U_ном)_*100/ U_ном (1.69)

Як правило, для генераторів незалежного збудження D U_ном = (5 – 15) %.

Якщо продовжувати навантажувати генератор до точки короткого замикання (КЗ), то струм КЗ складе (5 –10) І_ном.

Регулювальна характеристика. Характеристика І_з = ¦ (І) показує, як треба змінювати струм збудження, щоб при зміні навантаження генератора, напруга на його затискачах залишалась незмінною рівною номінальній. При цьому незмінною повинна бути і частота обертання (n = сonst).

Збудивши генератор струмом І_з0ном при НХ до значення номінальної напруги U_ном, поступово навантажується генератор і одночасно збільшується струм збудження таким чином, щоб напруга на протязі всього досліду залишалась рівною номінальній. Таким чином отримують висхідну вітку 1 (рис. 1.39). Поступово знижуючи навантаження до режиму НХ, і відповідно регулюючи струм збудження, знімаються дані для низхідної вітки 2 характеристики. Низхідна вітка регулювальної характеристики проходить нижче від висхідної, що пояснюється впливом збільшення залишкового намагнічування магнітного кола генератора при зніманні цієї вітки. Середня крива 3, проведена між висхідною та низхідною вітками, називається практичною регулювальною характеристикою генератора.

Генератори незалежного збудження дозволяють регулювати напругу в широких межах, мають досить жорстку зовнішню характеристику, що є їх достоїнством, недоліком же цих генераторів є необхідність мати стороннє джерело живлення постійного струму.

1.5.5 ГЕНЕРАТОР ПАРАЛЕЛЬНОГО ЗБУДЖЕННЯ

Недоліку генераторів незалежного збудження позбавлені генератори з самозбудженням, одним з

яких є генератор паралельного збудження, його електрична схема сполучення обмоток зображена на (рис. 1.40).

Самозбудження такого генератора (див. 1.5.1) відбувається в режимі НХ, регулювання струму збудження здійснюється регулювальним резистором R_рг (в процесі самозбудження R_рг = const), навантаження вмикається вимикачем Вим.

Характеристика НХ такого генератора (рис. 1.41) має висхідну 1 та низхідну 2 вітки, які розташовується тільки в першому квадранті координат. Пояснюється це тим, що самозбудження можливе лише в одному напрямі – напрямі залишкового намагнічування. Як і у відповідній характеристиці генератора незалежного збудження, низхідна вітка проходить вище висхідної, що також пояснюється зростанням залишкового намагнічування. При струмі збудження рівному нулю (І_з = 0), напруга на затискачах більша нуля і дорівнює Е_зал – ЕРС, що створюється залишковим намагнічування. Струм збудження І_з0ном в режимі НХ викликає номінальну напругу U_ном на затискачах обмоток якоря та збудження, його величина така, що точка U_ном лежить на середньонасиченій дільниці характеристики. Слід також мати на увазі, що струм якоря при зніманні характеристики НХ не дорівнює нулю (І_а = І_з), а отже має місце реакція якоря, яка викликає падіння напруги. Але струм І_з звичайно не перевищує (1 – 3) % від І_ном, тому практично характеристика НХ, знята при самозбудженні, співпадає з характеристикою, знятою для даного генератора при незалежному збудженні.

Навантажувальна та регулювальна характеристики. Обидві ці характеристики ні за виглядом, ні за значеннями практично не будуть відрізнятись від аналогічних характеристик, знятих для генератора при незалежному збудженні.

Зовнішня характеристика генератора паралельного збудження знімається так, як і для генератора незалежного збудження, підтримуючи незмінним опір кола збудження. Від зовнішньої характеристики, знятої при незалежному збудженні (крива 2), ця характеристика (крива 1) при повільній зміні навантаження буде проходити нижче (рис. 1.42). Це зумовлено тим, що зниження напруги на затискачах генератора незалежного збудження викликається двома факторами (падінням напруги в колі якоря І_{а *} R_а та розмагнічувальною дією реакції якоря), а при паралельному збудженні до цих факторів додається третій: зниження струму збудження (від перших двох факторів) і, як наслідок, зниження і ЕРС, що створюється в обмотці якоря, до якої приєднана обмотка збудження. Останній фактор надає кривій 1 критичної точки. Падіння напруги в генераторі до критичної точки І_кр, доки машина насичена, відносно незначне, коли ж машина переходить в ненасичений стан, її напруга різко спадає до нуля. Струм КЗ І_{к зал} незначний і зумовлений величиною ЕРС залишкового намагнічування Е_зал. Крива 2 буде мати місце і при паралельному збудженні генератора у випадку різкого зростання навантаження, межею якого є аварійне КЗ. За таких умов магнітний потік генератора не встигає знизитись, тому струм І_КЗ досягає небезпечних для машини значень (8 – 12) І_ном.

Генератори паралельного збудження широко використовують в установках постійного струму, так як відсутність збуджувача вигідно відрізняють їх від генераторів незалежного збудження. Падіння напруги при номінальному навантаженні такого генератора складає (10 – 30) % від номінальної напруги.

1.5.6 ГЕНЕРАТОР ПОСЛIДОВНОГО ЗБУДЖЕННЯ

Обмотки якоря і збудження та навантаження цього генератора ввімкнені послідовно, ними протікає стум І = І_а = І_з. Звідси випливає, що характеристики НХ та навантажувальні можна отримати тільки за схемою незалежного збудження, а отже вони будуть мати і відповідний вигляд (див. 1.5.4). Крива зовнішньої характеристики генератора послідовного збудження (рис. 1.43), як генератора із самозбудженням, розпочинається з точки залишкової ЕРС Е_зал. Початкове зростання струму навантаження І = І_з намагнічує генератор (прямолінійна ділянка кривої) до насичення і напруга U зростає. Після насичення магнітного кола, зростання навантаження супроводжується значною розмагнічувальною дією реакції якоря та падінням напруги в електричному колі генератора, а отже різким зниженням напруги до нуля в точці КЗ (І_КЗ). На практиці такі генератори, як джерело постійного струму, не використовують, тому що до генераторів завжди ставиться вимога підтримки незмінності напруги, чого не може забезпечити генератор послідовного збудження через відсутність на характеристиці значної ділянки з незмінною напругою.

1.5.7 ГЕНЕРАТОР ЗМІШАНОГО ЗБУДЖЕННЯ

Генератор змішаного збудження (рис. 1.44) має паралельну ОЗ_пр та послідовну ОЗ_пс обмотки збудження. Потік збудження машини створюється, переважно паралельною обмоткою. Послідовна обмотка, як правило, вмикається так, щоб МРС обох обмоток складались, її МРС призначена компенсувати реакцію якоря і падіння напруги в колі якоря при визначеному навантаженні (найчастіше номінальному), що забезпечує жорстку зовнішню характеристику генератора. Самозбудження відбувається так, як і генератора паралельного збудження, в режимі НХ (при відсутності струму у послідовній обмотці збудження).

Характеристика НХ та навантажувальна характеристика. В режимі НХ в генераторі струм протікає тільки по паралельній обмотці збудження, тому що І = 0. Таким чином характеристика НХ має такий же вигляд, як і у генератора паралельного збудження (рис. 1.41). Враховуючи, що характеристика НХ є окремим випадком навантажувальної характеристики, то про останню можна сказати те ж, що й про характеристику НХ, але навантажувальна характеристика генератора може проходити вище від характеристики НХ, тому що напруга генератора змішаного збудження може зростати (крива а на рис. 1.45).

Зовнішня характеристика. Вибираючи число витків послідовної обмотки так, щоб при номінальному навантаженні її МРС могла компенсувати падіння напруги в колі якоря і вплив розмагнічувальної дії реакції якоря, можна отримати при номінальному струмі І_ном таку ж напругу, яка була і при НХ (крива б). В такому випадку генератор змішаного збудження називається генератором з нормальною послідовною обмоткою збудження.

При збільшенні числа витків послідовної обмотки можна отримати незмінну напругу на кінцях лінії (компенсується падіння напруги в лінії), тобто безпосередньо у приймача електричної мережі (крива а). В цьому випадку генератор змішаного збудження називається генератором з підсиленою послідовною обмоткою збудження.

Для порівняння характеристик на (рис. 1.45) приведена характеристика генератора паралельного збудження (крива в). Якщо обмотки збудження генератора увімкнути так щоб їх МРС були направлені зустрічно, то зовнішня характеристика стане досить м’якою, (крива г). Це дає змогу використовувати такий генератор в спеціальних генераторах, наприклад, в електрозварювальних пристроях постійного струму.

ЦЕ НЕОБХІДНО ЗАПАМ’ЯТАТИ:

– для генераторів постійного струму незалежного та паралельного збудження знімаються і будуються всі характеристики: НХ, навантажувальна, зовнішня та регулювальна;

– показники характеристик генераторів паралельного збудження гірші, ніж показники відповідних характеристик генераторів незалежного збудження;

– генератори постійного струму послідовного збудження не використовується як джерела постійного струму: їх вихідна напруга значно змінюється при зміні навантаження;

– для генераторів послідовного збудження знімається лише зовнішня характеристика;

Генератори змішаного збудження можуть мати нормальну та підсилену обмотку послідовного збудження, що дозволяє підтримувати номінальні напруги: або безпосередньо на затискачах генератора або у приймачів електричної енергії.

---

Дата добавления: 2015-07-14