характеристики генераторов

Характеристики генератора показывают его рабочие свойства. Они представляют собой зависимости между основными величинами — э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах U, ток в якоре I _я, ток возбуждения I _в и число оборотов якоря n.
Каждая из характеристик показывает зависимость между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов.
Снятие всех характеристик машины производится при постоянном числе оборотов якоря, так как при изменении скорости вращения значительно изменяются все характеристики генератора, а нормально большинство генераторов работает при постоянной скорости.
Характеристика холостого хода генератора показывает зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения Е = f (I _в), снятую при отсутствии нагрузки (I _н = 0) и постоянном числе оборотов (n = сопst).
Для генераторов независимого возбуждения при отсутствии нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю (I _я = 0). Так как э. д. с., индуктированная в обмотке якоря, равна Е = С n Φ, то при постоянной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характеристика холостого хода представляет собой магнитную характеристику машины.

При I _в = О магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Φ_ост, который индуктирует в обмотке якоря э. д. с. В _ост (рис. 155, а). Эта э. д. с. составляет несколько процентов (2 — 5%) от номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения возрастает как магнитный поток, так и э. д. с., индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении I _в увеличивается и э. д. с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви этой зависимости до точки А начать постепенно уменьшать ток возбуждения I _в, то э. д. с. также уменьшится, но под действием остаточного намагничивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше восходящей ветви этой характеристики. Изменяя I _вне только по величине, но и по направлению, можно определить весь цикл перемагничивания стали машины.
Практически восходящая и нисходящая ветви магнитной характеристики имеют часто незначительное расхождение и за основную характеристику можно принять среднюю зависимость (кривая 3).
На рис. 155, б показаны характеристики холостого хода, снятые при различных скоростях вращения якоря генератора.
Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номинальной скоростью n _я, указанной в паспорте генератора. Для всех машин нормального типа точка номинального напряжения (точка А) находится на перегибе магнитной характеристики, что соответствует наиболее удачным рабочим и регулировочным свойствам генератора.
Выбор точки номинального напряжения на линейном ненасыщенном участке магнитной характеристики приводит к резким колебаниям напряжения на зажимах генератора при изменениях нагрузки, так как незначительные приращения намагничивающей силы вызывают резкие изменения э. д. с. Выбор этой точки на насыщенном пологом участке магнитной характеристики приводит к ограничению регулирования напряжения на зажимах генератора, так как для изменения э. д. с. требуются очень большие изменения тока возбуждения.
При изменении скорости вращения якоря генератора изменит свое положение характеристика холостого хода, так как э. д. с. пропорциональна скорости. При n ′ > n _н характеристика холостого хода пойдет выше (кривая 2), а при n ″ < n _н — ниже (кривая 3), чем при номинальной скорости.
Следовательно, при изменении скорости вращения якоря точка номинального напряжения окажется либо на линейном (точка В), либо на пологом (точка С) участке магнитной характеристики, что вызовет изменение всех характеристик генератора. Поэтому скорость первичного двигателя для вращения якоря генератора надо выбрать так, чтобы она была близкой к номинальной скорости генератора.
Для генераторов параллельного возбуждения при холостом ходе ток в якоре равен току возбуждения (I _я = I _в). Так как этот ток составляет малую величину (несколько процентов номинального тока генератора), то напряжение на зажимах машин при холостом ходе будет примерно равным э. д. с. и характеристика холостого хода этого генератора практически совпадет с характеристикой генератора независимого возбуждения. Однако весь цикл перемагничивания в генераторах параллельного возбуждения снять нельзя, так как при изменении направления тока в обмотке возбуждения магнитный поток ее будет направлен встречно потоку остаточного магнетизма и самовозбуждение генератора окажется невозможным.
Для генератора последовательного возбуждения характеристика холостого хода смысла не имеет, так как при холостом ходе в якоре и обмотке возбуждения ток равен нулю и характеристика может быть снята только по схеме независимого возбуждения. Для этого обмотка возбуждения генератор а должна быть включена в сеть какого-либо независимого источника тока.
Для генераторов смешанного возбуждения характеристика холостого хода совпадает с характеристикой генератора параллельного возбуждения.
Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора оттока нагрузки:

U = f (I).

Эта характеристика соответствует естественным условиям работы машины, т. е. машина нерегулируема (сопротивление цепи возбуждения r _впостоянно), и снимается при неизменном числе оборотов.
Для генераторов независимого возбуждения при постоянном r _в неизменен также и ток возбуждения I _в. Внешние характеристики такого генератора показаны на рис. 156.

Кривая 1 представляет собой внешнюю характеристику, снятую на понижение напряжения. Для снятия этой характеристики устанавливается такой ток в обмотке возбуждения (I _в), чтобы при холостом ходе генератора (I = 0) напряжение на его зажимах было равно номинальному (U _в). Затем нагрузка генератора увеличивается при неизменном токе в обмотке возбуждения. С увеличением нагрузки (тока в якоре генератора I _я) увеличивается как падение напряжения в сопротивлении его обмотки, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает понижение напряжения. При изменении нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора уменьшится на величину Δ U _пн.
При снятии характеристики на повышение напряжения (кривая 2) устанавливается такой ток возбуждения, чтобы при номинальной нагрузке генератора (I = I _н) напряжение на его зажимах было равно номинальному (U _н), после чего нагрузка генератора уменьшается.
При уменьшении нагрузки (тока в якоре) также уменьшается как падение напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных контактах, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает повышение напряжения. При изменении нагрузки от I _н до 0 напряжение на зажимах генератора увеличится на величину Δ U_{n в}. За счет насыщения стали повышение напряжения будет меньше, чем понижение (Δ U_{n в} < Δ U_{n н}), так как размагничивающее действие реакции якоря будет сказываться тем сильнее, чем меньше степень насыщения стали машины.
В генераторах параллельного возбуждения при постоянном сопротивлении цепи возбуждения r _в ток возбуждения не остается постоянным, так как он зависит от напряжения на зажимах генератора, которое при изменении нагрузки меняется. Если в генераторах независимого возбуждения увеличение нагрузки вызывает понижение напряжения за счет падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая 1 на рис. 157), то в генераторах параллельного возбуждения при уменьшении напряжения также уменьшается ток возбуждения, что вызывает уменьшение магнитного потока и понижение напряжения. Следовательно, при увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора этого типа уменьшается в большей мере (кривая 2), чем в генераторах независимого возбуждения.

Уменьшение сопротивления нагрузки вызывает увеличение тока до некоторого значения I _макс, не превышающего номинальный ток более чем в 2 — 2,5 раза. При дальнейшем уменьшении внешнего сопротивления ток уменьшается и при коротком замыкании будет значительно меньше номинального (I _к < I _н)- Уменьшение сопротивления нагрузки вызывает уменьшение тока возбуждения, так как напряжение генератора понижается. Если ток возбуждения уменьшился настолько, что машина оказалась размагниченной, то э. д. с. уменьшается в большей степени, чем сопротивление нагрузки, что вызывает уменьшение тока в якоре.
При коротком замыкании генератора параллельного возбуждения ток I _вравен нулю и обмотка возбуждения не создает магнитного потока. Поэтому в обмотке якоря будет э. д. с. только от остаточного магнитного потока Е _ост, имеющая малое значение, и, следовательно, ток короткого замыкания I _кбудет также мал.
Несмотря на малое значение установившегося тока короткого замыкания, нельзя сказать, что для генератора этого типа режим короткого замыкания не представляет опасности.
При внезапном коротком замыкании такого генератора ток в обмотке возбуждения мгновенно уменьшиться до нуля не может, так же как и магнитный поток. Поэтому в обмотке якоря в момент короткого замыкания индуктируется большая э. д. с. и протекает ток во много раз больше номинального, вследствие чего создается интенсивное искрение под щетками, переходящее в круговой огонь, разрушающий коллектор, и машина может быть выведена из строя.
Внешняя характеристика на повышение напряжения у генератора параллельного возбуждения (кривая 3) имеет такой же вид, как у генератора независимого возбуждения.
Для генератора последовательного возбуждения внешняя характеристика показана на рис. 158. В генераторах этого типа ток возбуждения равен току якоря (I _в = I _я) и при холостом ходе (I _я = 0) в обмотке якоря создается э. д. с. за счет остаточного магнетизма E _ост. С увеличением нагрузки также увеличится ток в обмотке возбуждения, что вызывает увеличение э. д. с. (кривая 1). Напряжение на зажимах генератора при нагрузке меньше э. д. с. вследствие падения напряжения в сопротивлении машины и реакции якоря (кривая 2).

Таким образом, у генераторов последовательного возбуждения, напряжение резко меняется с изменением нагрузки поэтому они не нашли широкого применения.
В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное и встречное включение последовательной и параллельной обмоток.
При согласном включении обмоток возбуждения результирующая намагничивающая сила, создающая магнитный поток, равна сумме намагничивающих сил параллельной и последовательной обмоток, а при встречном включении — разности этих намагничивающих сил.
На рис. 159 показаны внешние характеристики генераторов смешанного возбуждения.

Увеличение нагрузки такого генератора вызывает уменьшение напряжения на его зажимах за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря. Однако с увеличением нагрузки увеличивается также ток в последовательной обмотке возбуждения. Поэтому при согласном включении обмоток с увеличением нагрузки увеличивается магнитный поток и э. д. с. обмотки якоря. Если э. д. с. с увеличением нагрузки возрастает на величину, равную понижению напряжения генератора за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря, то результирующее напряжение на зажимах генератора будет практически оставаться неизменным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной (кривой 1). Такой генератор, называемый нормально возбужденным, не требует изменения тока возбуждения при изменениях нагрузки. При уменьшении числа витков последовательной обмотки э. д. с. с возрастанием нагрузки будет увеличиваться в меньшей степени и не будет компенсировать понижения напряжения, так что напряжение на зажимах генератора будет уменьшаться (кривая 2), т. е. генератор недовозбужден. Если число витков последовательной обмотки возбуждения больше, чем то, которое соответствует нормальному возбуждению машины, то генератор окажется перевозбужденным и напряжение на его зажимах повысится с увеличением нагрузки (кривая 3).
Наиболее часто применяют генераторы нормально возбужденные, а также и перевозбужденные, позволяющие компенсировать падение напряжения в линии, соединительных проводах и т. д. с тем, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным при изменении тока.
Генераторы со встречным включением обмоток возбуждения не обеспечивают постоянства напряжения (кривая 4) и широкого применения они не нашли. Но их применяют в тех случаях, когда необходимо ограничить токи коротких замыканий (например, при электросварке, так как при соприкосновении электродов во время сварки внешняя цепь генератора представляет собой очень малое сопротивление, для генератора такой режим работы будет близок к короткому замыканию).
Регулировочная характеристика генератора показывает, в какой мере следует изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным при изменении тока нагрузки.
Таким образом, регулировочная характеристика генератора представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки, снимаемую при постоянном напряжении на зажимах генератора.
В генераторах независимого и параллельного возбуждения с увеличением тока нагрузки необходимо увеличить ток возбуждения для того, чтобы скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении машины и размагничивающее действие потока реакции якоря для обеспечения постоянства напряжения на зажимах генератора.
В генераторах смешанного возбуждения (нормально возбужденных) напряжение при изменении нагрузки не претерпевает изменений и, следовательно, необходимость регулирования тока возбуждения отпадает, т. е. регулировочная характеристика в таких генераторах не имеет смысла, так как ток возбуждения постоянен при изменениях тока нагрузки.

Дата добавления: 2015-08-13