Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения

Способы возбуждения машин постоянного тока и их классификация

Ток, протекающий в обмотке возбуждения основных полюсов, создает магнитный поток . Электрические машины постоянного тока следует различать по способу возбуждения и схеме включения обмотки возбуждения.

Генераторы постоянного тока могут выполняться с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Следует заметить, что теперь применение в качестве источников энергии генераторов постоянного тока очень ограничено.

Обмотка возбуждения генератора постоянного тока с независимым возбуждением получает питание от независимого источника — сети постоянного тока, специального возбудителя , преобразователя и др. (рис. 1, а). Эти генераторы применяются в мощных системах, когда напряжение возбуждения должно быть выбрано отличным от напряжения генератора, в системах регулирования скорости вращения двигателей, которые питаются от генераторов и других источников.

Значение тока возбуждения мощных генераторов составляет 1,0—1,5% от тока генераторов и до десятков процентов для машин мощностью порядка десятков ватт.

Рис. 1. Схемы генераторов постоянного тока: а — с независимым возбуждением; б — с параллельным возбуждением; в — с последовательным возбуждением; г — со смешанным возбуждением П — потребители

У г енератора с параллельным возбуждением обмотка возбуждения включается на напряжение самого генератора (смотрите рис. 1,б). Ток якоря I я равен сумме токов нагрузки I п и тока возбуждения I в: I я = I п + I в

Генераторы выполняются обычно для средних мощностей.

Обмотка возбуждения генератора с последовательным возбуждением включена последовательно в цепь якоря и обтекается током якоря (рис. 1, в). Процесс самовозбуждения генератора протекает очень бурно. Такие генераторы практически не используются. В самом начале развития энергетики применялась система передачи энергии с последовательно включенными генераторами и двигателями последовательного возбуждения.

Генератор со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбуждения — параллельную ОВП и последовательную ОВС обычно с согласным включением (рис. 1, г). Параллельная обмотка может быть включена до последовательной («короткий шунт») или после нее («длинный шунт»). МДС последовательной обмотки обычно невелика и рассчитана только на компенсацию падения напряжения в якоре при нагрузке. Такие генераторы теперь также практически не применяются.

Схемы возбуждения двигателей постоянного тока подобны схемам для генераторов. Двигатели постоянного тока большой мощности выполняются обычно с независимым возбуждением . У двигателей параллельного возбуждения обмотка возбуждения получает питание от того же источника энергии, что и двигатель. Обмотка возбуждения включается непосредственно на напряжение источника энергии, чтобы не сказывалось влияние падения напряжения в пусковом сопротивлении (рис. 2).

Рис. 2. Схема двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Ток сети Ic составляется из тока якоря I я и тока возбуждения I в.

Схема двигателя последовательного возбуждения подобна схеме на рис. 1, в. Благодаря последовательной обмотке вращающий момент при нагрузке возрастает больше, чем у двигателей параллельного возбуждения, при этом скорость вращения уменьшается. Это свойство двигателей определяет их широкое применение в приводах электровозной тяги: в магистральных электровозах, городском транспорте и др. Падение напряжения в обмотке возбуждения при номинальном токе составляет единицы процентов от номинального напряжения.

Двигатели смешанного возбуждения из-за наличия последовательной обмотки в некоторой мере имеют свойства двигателей последовательного возбуждения. В настоящее время они практически не применяются. Двигатели параллельного возбуждения иногда выполняются со стабилизирующей (последовательной) обмоткой, включаемой согласно с параллельной обмоткой возбуждения, для обеспечения более спокойной работы при пиках нагрузки. МДС такой стабилизирующей обмотки невелика — единицы процентов от основной МДС.

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения магнитного потока

Задание : 1. изучить материал темы. 2. составить конспект. 3. ответить на вопросы: — назначение электрических машин постоянного тока — состав и конструктивное исполнение — принцип работы электрических машин постоянного тока — область применения электрических машин постоянного тока.

Электрические машины,

Определение, назначение, обратимость машин

Электрической машиной называют устройство, преобразующее или механическую энергию в электрическую (генератор), или электрическую энергию в механическую (электродвигатель) Электрические машины разделяют по назначению на 2 основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели. Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели – для приведения в движение колесных пар электрических локомотивов, вращение валов вентиляторов, компрессоров и т.п. В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал каким-либо двигателем. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой электростанции – паровой турбиной, на гидроэлектростанции – водяной турбиной. Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую. Поэтому для работы двигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии или включить в электрическую сеть. Электрические машины обратимы. Это значит, что одна и та же машина может работать и как генератор, и как двигатель.

Устройство электрической машины постоянного тока

Электрическая машина состоит из двух частей:

I неподвижная часть.

II подвижная часть.

Неподвижная часть электрической машины состоит из:

1. Станина— выполняет роль корпуса и магнитопровода.

Как корпус станина служит для:

— крепления остальных деталей машины

— для защиты внутренних деталей машины от пыли, грязи и т.д.

— для защиты потребителей (людей) от вращающихся частей машины.

Как магнитопровод станина служит для замыкания по ней основного магнитного потока.

Станина изготавливается литьём из стали высокой прочности и высокой магнитной проницаемости.

2. Главные полюсаслужат для создания основного магнитного потока (магнитного поля).

Полюс состоит из:

— сердечника (магнитопровода), набранного из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи.

— обмотки главных полюсов (обмотки возбуждения магнитного потока) изготавливаются из медного провода круглого сечения.

— полюсные наконечники имеют вид верхушки синусоиды для того, чтобы магнитная индукция в зазоре между полюсами изменялась бы по синусоидальному закону.

3. Дополнительные полюсаслужат для улучшения работы машины большой мощности, устройство аналогично устройству главных полюсов. Количество дополнительных полюсов кратно 2 и равно количеству главных.

4. Щетки со щеткодержателямивыполняют две роли:

а) если электрическая машина работает в режиме генератора, то электрический ток проходит по цепочке: обмотка якоря – коллектор – щетки – нагрузка (потребитель) во внешней цепи.

б) если электрическая машина работает в режиме электродвигателя, то ток проходит по цепочке: внешний источник питания – щетки – коллектор – обмотка якоря

Щетки изготавливаются из графита с добавлением порошка меди для повышения электропроводности и устойчивости к стиранию. Щетки взаимозаменяемы без дополнительного разбора конструкции электрической машины.

5. Боковые крышкимашины с подшипниковыми узлами закрывают машину по бокам и служат для крепления вала.

Подвижная часть электрической машины состоит из:

1. Вал– служит для крепления подвижных деталей машины. Вал изготавливается из стали высокой прочности.

2. Якорь и якорные обмоткивыполняют две роли.

а) если машина работает в режиме генератора то при вращении якоря в обмотке якоря возникает ЭДС.

б) если машина работает в режиме двигателя, то от внешнего источника питания ток попадает в обмотку якоря, в результате чего якорь начинает вращаться.

Якорь выполняет роль магнитопровода и набирается из отдельных листов электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. В теле якоря сверлят вентиляционные каналы, по которым проходит охлаждающий воздух.

Проводники обмотки якоря закрепляются во внешних пазах якоря. Каждый проводник обмотки якоря припаивается к соответствующей пластине коллектора.

3. Коллекторявляется механическим выпрямителем тока, представляет собой жесткую конструкцию из медных пластин. Коллектор закрепляется на валу. Поверхность коллектора тщательно обрабатывается и зашлифовывается для уменьшения потерь на трение щеток по коллектору. Щёточно-коллекторный узел наиболее уязвимый, так как это единственное место соприкосновения подвижной и неподвижной частей машины; поэтому он требует постоянного контроля и ухода.

4. Вентилятор –крепится на валу и предназначен для воздушного охлаждения машины

1. Коллектор

3. Сердечник якоря

4. Сердечник главного полюса

5. Обмотка возбуждения главного полюса

7. Подшипниковый щит

9. Обмотка якоря

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения магнитного потока

Различают генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением. В генераторах независимого возбуждения основной магнитный поток создается либо постоянным магнитом, либо электромагнитом (обмоткой возбуждения), питаемым от источника постоянного тока. Генераторы независимого возбуждения находят применение в схемах автоматики, в двигатель-генераторных агрегатах, когда требуется изменять не только значение, но и полярность напряжения на зажимах, а также в качестве тахогенераторов, предназначенных для дистанционного измерения частоты вращения. Недостатком этих машин является необходимость иметь отдельный источник энергии для питания обмотки возбуждения или постоянные магниты.

В генераторах с самовозбуждением питание обмотки главных полюсов осуществляется напряжением самого генератора. При этом отпадает необходимость в отдельном источнике питания. В зависимости от схемы включения обмотки возбуждения различают генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Генераторы постоянного тока параллельного возбуждения находят широкое применение в качестве бортовых источников питания, на подвижных объектах: кораблях, самолетах, автомобилях.

Генераторы последовательного возбуждения используют редко.

Генераторы со встречным включением обмоток используют в качестве сварочных генераторов.

Дата добавления: 2018-05-09 ; просмотров: 1104 ;

Принцип действия генератора постоянного напряжения

21 октября 2019

Время на чтение:

Когда-то генераторы постоянного тока, преобразующие механическую энергию в электрическую, были единственными источниками электроэнергии. На сегодня чаще всего используются надежные трехфазные преобразователи переменного тока. Но в некоторых отраслях постоянный ток был регулярно востребован, поэтому устройства для выработки последнего неизменно совершенствовались.

Как работает

Функционирование генератора основывается на свойствах, которые следуют из известного закона электромагнитной индукции. Когда замкнутый контур разместить между полюсами магнита (постоянного), то в условиях вращения он будет проходить через магнитный поток. Во время перехода вырабатывается электродвижущая сила, возрастающая при приближении к полюсу. В случае, если присоединить нагрузку, то образуется поток тока. Когда витки рамки будут выходить из области воздействия магнита, то ЭДС будет уменьшаться и достигнет нуля при горизонтальном положении рамки. При дальнейшем вращении противолежащие контурные части изменят магнитную полярность.

Альтернатор постоянного тока

Значения ЭДС в активных обмотках контура вычисляются по формулах: е1= В I v sin wt, е2= — В I v sin wt, где I — длинна одной стороны рамки, В — магнитная индукция, v — скорость вращения (линейная) контура, t — время, wt — угол пересечения магнитного потока рамкой.

Направление тока меняется в период смены полюсов. Поскольку вращение коллектора происходит одновременно с рамой, то электроток на нагрузке имеет одинаковое направление. Такая схема лежит в основе выработки постоянного электричества. Суммарная ЭДС будет иметь следующий вид: е= 2В I v sin wt.

Принцип действия генератора

Такой ток почти непригоден для применения, поскольку присутствуют пульсации ЭДС. Последние надо уменьшать к допустимому уровню. Для этой цели применяют много магнитных полюсов, рамки заменяют якорями, у которых намного больше обмоток и коллекторов. К тому же, соединение обмоток выполняется разными методами.

Якорь

Ротор производится из стали. В пазы на сердечниках укладываются витки провода, которые составляют рабочую обмотку якоря. Проводники соединяют последовательно. Они образуют секции, создающие замкнутую цепь.

Интересно! Для процесса генерации неважно: вращаются обмотки контура или магнит. По этой причине роторы для маломощных альтернаторов изготавливают из постоянных магнитов, а переменный ток выпрямляют при помощи диодных мостов или иными схемами.

Узнать, из чего состоит генератор постоянного тока, поможет картинка 4.

Устройство машины постоянного тока

Установка состоит из главных узлов:

• неподвижная часть — главные и дополнительные полюса, станина;
• вращающаяся часть (якорь) — стальной сердечник, коллектор.

В процессе работы установки ток проводится сквозь обмотку и образуется магнитный поток полюсов. Специальные неподвижные щетки (из сплава графита) способствуют объединению обеих частей генератора в единую цепь.

Устройство и принцип действия генератора постоянного тока за долгий период применения остались прежними, несмотря на некоторые совершенствования.

Классификация

Существуют генераторы постоянного тока с независимым возбуждением обмоток, с самовозбуждением. Последние модели используют электричество, которое ими же вырабатывается. По способу объединения обмоток якорей альтернаторы делят на устройства с возбуждением следующих типов:

• смешанным;
• параллельным;
• последовательным.

Схема генератора постоянного тока представлена на картинке 5.

Схемы альтернатора

С параллельным возбуждением

Чтобы электроприборы работали в нормальном режиме, необходимо стабильное напряжение, которое не зависит от изменений в общей нагрузке. Эта проблема решается методом настройки параметров возбуждения. В таких генераторах катушка подключена (через реостат) параллельно обмотке якоря. Реостат может замыкают обмотку. В противном случае при разъединении цепи возбуждения внезапно повысится ЭДС самоиндукции, что может повредить изоляционный материал. В состоянии непродолжительного замыкания энергия превращается в тепловую, чем предотвращается разрушение устройства.

Электромашины с возбуждением такого вида не требуют внешнего источника питания. Самовозбуждение обмоток происходит под действием остаточного магнетизма в сердечнике магнита. Последние, для улучшения описанного процесса, производят из стали. Самовозбуждение длится до тех пор, пока ток не станет максимальным, а электродвижущая сила не покажет номинальное значение.

Преимущество вышеописанных электрогенераторов в том, что на них почти не влияют электротоки при коротком замыкании.

С независимым возбуждением

Источниками питания для обмоток нередко стают аккумуляторы или же иные устройства. В машинах с малой мощностью применяются постоянные магниты, обеспечивающие присутствие главного магнитного потока. На валу альтернатора располагают микрогенератор (возбудитель), который вырабатывает электроток для возбуждения якорных обмоток. Для этой цели необходимо от 1 до 3 % номинального тока якоря. Изменение электродвижущей силы выполняется регулирующим реостатом.

Достоинство: на возбуждающий ток не имеет воздействия напряжение на зажимах.

С последовательным возбуждением

Последовательными обмотками вырабатывается ток, который равняется электротоку альтернатора. В случае холостого хода отсутствует нагрузка, поэтому возбуждение нулевое. Это обозначает, что регулировочные свойства не существуют.

В агрегате с последовательным возбуждением почти нет тока, если ротор вращается на холостых оборотах. Чтобы запустить возбуждение, требуется подключение нагрузки к зажимам устройства. Явная связанность напряжения с нагрузкой считается огромным минусом последовательных обмоток. Подобные агрегаты используются лишь для питания электрических приборов, у которых нагрузка постоянная.

Со смешанным возбуждением

Самые лучшие свойства собраны в конструкции агрегатов со смешанным возбуждением. Особенность устройств в том, что они состоят из двух катушек:

• основная — подключена параллельным способом к обмоткам якоря;
• вспомогательная — подключена последовательным способом.

В цепи основной присутствует реостат, который регулирует ток возбуждения. Процедура самовозбуждения генератора со смешанным типом такая же, как у агрегата с параллельными обмотками (в самовозбуждении не принимает участия последовательная обмотка, так как отсутствует исходный ток). А свойства холостого хода идентичны характеристикам генератору с параллельной обмоткой. Такие особенности разрешают настраивать напряжение на зажимах устройства.

Технические параметры

Работа генератора определяется зависимостью между основными величинами, которые являются его главными характеристиками:

• отношения между величинами на холостом ходу;
• внешние параметры;
• регулировочные значения.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока крайне важна, так как раскрывает взаимосвязь напряжения и нагрузки. Она отображена на графике. Согласно последнего наблюдается незначительное уменьшение напряжения, но оно почти не зависит от нагрузочного тока (если сохраняется скорость оборотов двигателя).

Внешняя характеристика ГПТ

В устройствах с параллельным возбуждением больше выражено влияние нагрузки на напряжение. Это объясняется уменьшением тока в обмотках. Чем выше ток нагрузки, тем быстрее будет уменьшаться напряжение на зажимах агрегата.

Свойства ГПТ с параллельным возбуждением

Если увеличить величину тока при последовательном возбуждении, то вырастет ЭДС. Но напряжение не достигнет высокого значения электродвижущей силы, так как часть энергии уйдет на потери от вихревых токов.

Свойства ГПТ с последовательным возбуждением

При достижении напряжением максимального значения и одновременным увеличением нагрузки, первое начинает стремительно снижаться в то время, как кривая электродвижущей силы продолжает подниматься. Это считается большим недостатком, ограничивающим использование генератора такого типа.

В устройствах со смешанным возбуждением предвиденные встречные подключения обеих катушек. Конечная сила при однонаправленном подключении равняется сумме векторов намагничивающих сил, при встречном — их разнице.

При равномерном увеличении нагрузки напряжение на зажимах почти не меняется. Оно будет расти лишь тогда, если число проводов последовательной обмотки превышает число витков, которое соответствует номинальному возбуждению якоря.

Свойства ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением применяются в том случае, если нужно ограничить токи короткого замыкания. К примеру, при подсоединении аппаратов для сварки.

Важной характеристикой генератора считается его КПД — соотношение полезной и полной мощности: η = P 2 / P1. При холостом ходе такое отношение равно нулю (η=0). При номинальных нагрузках КПД достигнет максимального значения. Мощные агрегаты имеют коэффициент полезного действия около 90 %.

Электродвижущая сила (ее значение) пропорциональна магнитному потоку, числу проводников (активных) в обмотках, частоте вращения якоря. Если менять последние параметры, то можно легко управлять значением ЭДС. Последнее относится и к напряжению. Нужный результат достигается методом изменения частоты вращения якоря.

Мощность

Выделяют полезную и полную мощности устройства. При постоянной электродвижущей силе полная мощность находится в прямо пропорциональной зависимости от тока: P=EIa. Полезная, которая отдается в цепь, Р1=UI.

Реакция якоря

Если к альтернатору подключить внешнюю нагрузку, то электротоки его обмотки создадут магнитное поле. Тогда возникнет сопротивление полей якоря и статора. Поле будет самым сильным в тех местах, где ротор приближается к магнитным полюсам, очень слабым — в точках максимального удаления. Ротор чувствует магнитное насыщение стальных катушечных сердечников. Сила реакции напрямую зависит от насыщенности в проводах. В результате на пластинках коллекторов будет происходить искрение щеток.

Реакция ротора

Уменьшение реакции достигается при использовании восполняющих магнитных полюсов или передвижением щеток с линии оси.

Где используются

Еще совсем недавно генераторы постоянного тока устанавливались на транспорте для железных дорог. Но сейчас их вытесняют синхронные трехфазные устройства. Переменный ток синхронных агрегатов выпрямляют полупроводниковыми установками. Некоторые новые локомотивы используют асинхронные двигатели, которые работают на переменном токе.

Применение ГПТ

Такие же обстоятельства и с автогенераторами, которые постепенно замещают асинхронными устройствами с дальнейшим выпрямлением.

Сварочный генератор

Стоит заметить, что передвижное оборудование для сварки (имеющие автономное питание) обычно находится в паре с таким генератором. Отдельные отрасли промышленности продолжают применять мощные агрегаты описанного типа.

Основные соотношения и классификация генераторов постоянного тока

На современных предприятиях, судах, заводах, транспорте с электроэнергетической системой постоянного тока в качестве источников электрической энергии используются генераторы постоянного тока. Это такие электромеханические устройства, которые преобразуют механическую энергию первичного двигателя (паровой или газовой турбины, дизеля) в электрическую. В зависимости от типа первичного двигателя генераторы делятся на турбогенераторы, газогенераторы, дизель-генераторы. В электроэнергетических системах на переменном токе для питания потребителей постоянного тока используют электромашинные преобразователи, которые представляют собой агрегат, состоящий из приводного двигателя переменного тока и генератора постоянного тока.

По способу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на две группы — генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением. Генераторы с независимым возбуждением разделяются на магнитоэлектрические генераторы и генераторы с электромагнитным возбуждением. У магнитоэлектрических генераторов основной магнитный поток создается постоянными магнитами. В генераторах с электромагнитным возбуждением магнитный поток создается одной или несколькими обмотками возбуждения, расположенными на главных полюсах машины. Обмотка возбуждения генератора независимого возбуждения получает питание от постороннего источника электрической энергии постоянного тока (рис.1, а).

В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения получают питание от самого генератора. На возбуждение в зависимости от мощности генератора расходуется (0,3..5)% номинальной мощности.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения в электрическую цепь машины подразделяются на генераторы параллельного возбуждения (шунтовые) (рис.1, б), генераторы последовательного возбуждения (серисные) (рис.1, в) и генераторы смешанного возбуждения (компаундные) (рис.1, г).

В генераторах параллельного возбуждения обмотка возбуждения включается параллельно обмотке якоря. Обычно эти обмотки выполняются с большим числом витков из проводников небольшого сечения. По ним проходит ток возбуждения, который составляет (1..5)% номинального тока. В этих машинах ток якоря I_a равен сумме токов нагрузки I_н и возбуждения I_в.

Генераторы последовательного возбуждения имеют обмотку возбуждения, включенную последовательно с обмоткой якоря. При этом ток нагрузки I_н, ток якоря I_a и ток возбуждения I_в являются одним и тем же током. Последовательная обмотка рассчитывается на номинальный ток машины и выполняется из проводников большого сечения с небольшим числом витков.

Рис. 1 – Схемы генераторов независимого (а), параллельного (б), последовательного (в), смешанного (г) возбуждения

Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, параллельную, включенную параллельно обмотке якоря и последовательную, включенную последовательно с обмоткой якоря. Если эти обмотки включены так, что создаваемые ими МДС совпадают по направлению, т.е. складываются, то такое включение называется согласным. Если МДС не совпадают по направлению, т.е. вычитаются, то включение называется встречным. Обычно применяют согласное включение обмоток. У генераторов смешанного возбуждения основная МДС создается параллельной обмоткой.

В цепях обмоток параллельного и независимого возбуждения для регулирования тока возбуждения включают регулировочные реостаты. В судовых электроэнергетических системах применяют генераторы независимого, параллельного и смешанного возбуждения.

Генератор постоянного тока. Характеристики и способы возбуждения

Генераторы постоянного тока являются источниками постоянного тока, в которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую. Якорь генератора приводится во вращение каким-либо двигателем, в качестве которого могут быть использованы электрические двигатели и т.д. Генераторы постоянного тока находят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходим или является предпочтительным постоянный ток.

В последнее время в связи с развитием полупроводниковой техники для получения постоянного тока часто применяются выпрямительные установки, но несмотря на это генераторы постоянного тока продолжают находить широкое применение.

Классификация генераторов постоянного тока производится по способу их возбуждения. Они подразделяются на генераторы с независимым возбуждением и самовозбуждением.

Генераторы первого типа выполняются с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением. В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения, располагаемая на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания (рис. 1, а). Ток в цепи возбуждения Iв может изменяться в широких пределах с помощью переменного резистора Ra. Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, невелика и в номинальном режиме составляет 1-5 % номинальной мощности якоря генератора. Обычно процентное значение мощности возбуждения уменьшается с возрастанием номинальной мощности машины.

Генераторы с магнитоэлектрическим возбуждением возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготовляются полюсы машины. С таким видом возбуждения выполняются генераторы относительно небольшой мощности, которые применяются в специальных случаях. Недостатком генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением является трудность регулирования напряжения.

У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от собственного якоря. В зависимости от способа ее включения генераторы с самовозбуждением подразделяются на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

У генератора последовательного возбуждения обмотка возбуждения соединяется последовательно с якорем и ее ток возбуждения равен току якоря и току нагрузки: Iв = Ia =I (рис. 1, в).

У генераторов смешанного возбуждения (рис. 1, г) на полюсах размещаются две обмотки. Одна из них, имеющая большое число витков и выполненная из проводников относительно небольшого сечения, включается параллельно с якорем, а другая обмотка с малым числом витков из проводников большого сечения включается последовательно с якорем. Ток якоря такого генератора равен Ia = I + Iв.

Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 498 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения. Схемы включения генераторов

Свойства генераторов постоянного тока зависят от числа и способа подключения обмоток возбуждения или, как говорят, от способа возбуждения генераторов. В зависимости от способа возбуждения различают:

1) генераторы независимого возбуждения;

2) генераторы параллельного возбуждения (ранее шунтовые);

3) генераторы смешанного возбуждения (ранее компаундные).

Рис. 9.12. Схема включения генератора независимого возбуждения

Главный магнитный поток генератора независимого возбуждения (рис. 9.12) возбуждается расположенной на главных полюсах обмоткой независимого возбуждения H₁ — H₂. Последняя получает питание от постороннего источника электрической энергии постоянного тока небольшой мощности. Номинальное напряжение обмотки возбуждения выбирают либо равным, либо иногда меньшим номинального напряжения якоря Я₁ — Я₂ генератора.

Цепь обмотки возбуждения Ш₁ — Ш₂ генератора параллельного возбуждения (см. рис. 9.16) включают параллельно якорю Я₁ — Я₂, от которого она и получаст питание. Обмотку возбуждения рассчитывают в этом случае на то же напряжение, что и якорь генератора.

Магнитный поток Ф генератора смешанного возбуждения (см. рис. 9.19) возбуждается расположенными на главных полюсах двумя обмотками: обмоткой параллельного возбужденияШ₁ — Ш₂ и обмоткой последовательного возбуждения С₁ — С₂. Последнюю включают либо так, как показано на рис. 9.19, в цепь приемника r_п, либо последовательно с якорем. В большинстве случаев обмотки параллельного и последовательного возбуждения включают согласно, т. е. таким образом, чтобы их МДС совпадали по направлению.

Обмотки независимого и параллельного возбуждения существенно отличаются от обмотки последовательного возбуждения в конструктивном отношении. Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготовляются из провода относительно малого диаметра, имеют сравнительно большие числа витков и сопротивления. В отличие от этого обмотка последовательного возбуждения изготовляется из провода относительно большого диаметра, имеет небольшое число витков и сопротивление. Например, у машин мощностью от 5 до 100 кВт на напряжение 220 В обмотки параллельного возбуждения имеют соответственно сопротивления порядка 300 — 50 Ом, тогда как обмотки последовательного возбуждения — порядка 0,01 — 0,001 Ом. Площадь поперечного сечения провода для изготовления последовательной обмотки выбирают такого диаметра, чтобы обмотка не перегревалась под действием тока приемника.

В цепи обмоток возбуждения (см. рис. 9.12, 9.16 и 9.19) имеется реостат r_р, служащий для изменения тока возбуждения I_в, что необходимо в конечном итоге для регулирования напряжения U на выводах генератора и приемника. Сопротивление нагрузки r_п следует рассматривать как некоторое эквивалентное сопротивление, заменяющее группу приемников, получающих питание от генератора.

В некоторых установках находят применение трехобмоточные генераторы, имеющие обмотки независимого, параллельного и последовательного возбуждения. Они имеют особые свойства и характеристики.

Свойства и характеристики генераторов независимого возбуждения

Свойства электрических машин постоянного и переменного тока, представляющие интерес с точки зрения практического использования машин, в значительной мере определяются их характеристиками, каждая из которых представляет собой график зависимости между двумя важнейшими величинами.

Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная характеристики.

Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хода E(I_в) генератора независимого возбуждения (рис. 9.12) представляет собой зависимость ЭДС якоря от тока обмотки возбуждения при работе генератора вхолостую (приемник отключен, I = 0) и n = const. Она дает представление о том, как необходимо изменять ток возбуждения, чтобы получать те или иные значения ЭДС генератора.

Изменяя с помощью реостата r_р ток I_в , можно изменять магнитный поток Ф и, следовательно, ЭДС Е генератора.

Если магнитная цепь машины была полностью размагничена, то при увеличении тока возбуждения зависимость Ф(I_в) представляется кривой 1 (рис. 9.13), подобной кривой намагничивания. Поскольку при n = const ЭДС прямо пропорциональна магнитному потоку, график Ф(I_в) представляет собой в другом масштабе по оси ординат характеристику холостого хода E(I_в).

Каждому значению тока I_в при его уменьшении (кривая 2) соответствуют несколько большие значения потока Ф и ЭДС Е, чем при увеличении тока; при I_в = 0 генератор имеет небольшой поток остаточного намагничивания Ф₀ и соответствующую ему ЭДС Е₀. Обычно Ф₀ = (0,02÷0,06)Ф_ном и E₀ = (0,02÷0,06)E_ном , где Ф_ном и E_ном — магнитный поток и ЭДС, соответствующие номинальным данным генератора.

Рис. 9.13. Характеристики холостого хода генератора независимого возбуждения

Рис. 9.14. Внешние характеристики генератора независимого возбуждения

За расчетную принимают обычно характеристику 3,расположенную между характеристиками 1 и 2. Точку А,соответствующую номинальным данным генератора, выбирают при расчете на «колене» (в зоне наибольшей кривизны) характеристики холостого хода. Выбирать точкуА в области значительного насыщения ферромагнитных материалов нецелесообразно, так как это приводит к значительному увеличению тока, мощности и габаритных размеров обмотки возбуждения при незначительном увеличении ЭДС.

Внешняя характеристика. Внешняя характеристика U(I) генератора постоянного тока независимого возбуждения представляет собой зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при I_в = const и n = const.

Зависимость U(I) может быть получена на основании уравнения, составленного по второму закону Кирхгофа для цепи якоря генератора, согласно которому

где I_я— ток якоря, равный току I приемника; r_я — сопротивление якоря, включающее в себя сопротивление обмотки якоря, щеточного контакта, обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки (если она имеется).

Так как у генератора независимого возбуждения по условию I_в = const, то пренебрегая реакцией якоря, следует считать Ф = const, а значит, и Е = const. При этих условиях внешняя характеристика U(I) представляет собой прямую линию (характеристика 1 на рис. 9.14).

Если в уравнении (9.11) заменить напряжение согласно закону Ома выражением U = Ir_п, а затем решить его относительно тока, то получим

Как видно из (9.12) и (9.11), при работе генератора вхолостую (r_п = ∞) I = 0 и U = U_x = Е (рис. 9.14). С увеличением числа подключенных приемников эквивалентное сопротивление r_пуменьшается, что вызывает увеличение тока нагрузки I, падения напряжения Ir_я в сопротивленииr_я и снижение напряжения U.

Рис. 9.15 Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

Вследствие реакции якоря магнитный поток и ЭДС несколько уменьшаются при увеличении нагрузки, что приводит к дополнительному снижению напряжения. Внешняя характеристика при этом получается непрямолинейной (характеристика 2 на рис. 9.14). Для получения в этом случае номинального напряжения при токе I_ном необходимо устанавливать при холостом ходе несколько большую ЭДС, U_x1 = E₁ > U_x = E.

Относительное изменение напряжения генератора

сравнительно невелико и равно примерно 5—10%.

Если при холостом ходе устанавливать различные значения ЭДС, а затем увеличить нагрузку генератора, то можно получить семейство внешних характеристик, подобных характеристике 2, например характеристики 3 и 4 на рис. 9.14.

Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика I_в(I) представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при n = const и U = const. Она показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки, чтобы поддерживать напряжение.

Возможность поддержания напряжения путем изменения тока I_в вытекает из уравнения (9.11). Как видно, для этого необходимо соответствующим образом изменять ЭДС, что и можно сделать путем изменения тока I_в.

Регулировочная характеристика генератора (рис. 9.15) нелинейна, что объясняется нелинейностью внешней характеристики и характеристики холостого хода.

Недостатком генератора независимого возбуждения является то, что он требует постороннего источника электрической энергии для питания обмотки возбуждения. От указанного недостатка свободны генераторы параллельного и смешанного возбуждения.

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Физика — рефераты, конспекты, шпаргалки, лекции, семинары

Классификация генераторов по способу возбуждения

Для нормальной работы генератора в нем должно быть создано основное магнитное поле, для чего обмотка возбуждения генератора должна быть подключена к источнику постоянного напряжения. Свойства генераторов постоянного тока зависят

от числа и способа подключения обмоток возбуждения или, как говорят, от способа возбуждения генераторов. В зависимости от способа возбуждения различают генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением.

Генераторы с независимым возбуждением выполняются с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением.

У генераторов с электромагнитным возбуждением обмотка возбуждения F1-F2, расположена на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания (рис. 2.10), в этом случае обмотка возбуждения называется независимой обмоткой возбуждения (НОУ). Ток цепи возбуждения С может меняться в широких пределах с помощью резистора Rз. Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, невелика и в номинальном режиме составляет 1-5% номинальной мощности, снимаемой с якоря генератора. Конечно, процентное значение мощности возбуждения уменьшается с ростом номинальной мощности машины. Номинальное напряжение обмотки возбуждения генератора выбирается равной или (иногда) меньше номинального напряжения обмотки якоря А1-А2. Для уменьшения искрения щеток в круг якоря последовательно с обмоткой якоря включается обмотка дополнительных полюсов (ОДП) В1-В2.

Магнитоэлектрические генераторы возбуждаются постоянными магнитами, из которых изготавливаются полюса машины. С таким способом возбуждения выполняются генераторы преимущественно небольшой мощности. Недостатком генераторов с магнитоэлектрическим возбуждением является трудность регулирования напряжения.

У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуждения получает питание от собственного якоря. В зависимости от способа ее включения генераторы с самовозбуждением подразделяются на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Способы возбуждения генераторов постоянного тока

Электромагнитный момент машины

где — угловая скорость якоря.

то электромагнитный момент машины определится следующим выражением:

Величины а, р и N постоянны для данной машины, поэтому выражение представляет собой некоторый постоянный для данной машины коэффициент и электромагнитный момент равен:

т. е. электромагнитный момент машины пропорционален произведению тока в якоре на магнитный поток полюсов.

§ 111. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генераторы постоянного тока могут быть выполнены с магнит­ным и электромагнитным возбуждением. Для создания магнитногопотока в генераторах первого типа используют постоянные магниты,

а в генераторах второго типа — электромагниты. Постоянные, магниты применяют лишь в машинах очень малых мощностей. Таким образом, электромагнитное возбуждение является наиболее широко используемым способом для создания магнитного потока. При этом способе возбуждения магнитный поток создается током, протекающим по обмотке возбуждения.

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока могут быть с независимым возбужде­нием и с самовозбуждением.

При независимом возбуждении (рис. 143, а) обмотка возбуж­дения включается в сеть вспомогательного источника энергии по­стоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки включено сопротивление rр. При таком возбуждении ток Iв не зависит от тока в якоре Iя.

Недостатком генераторов независимого возбуждения является потребность в дополнительном источнике энергии. Несмотря на то что этот источник обычно имеет малую мощность (несколько процентов мощности генераторов), необходимость в нем является большим неудобством, поэтому генераторы независимого возбуж­дения находят очень ограниченное применение только в машинах высоких напряжений, у которых питание обмотки возбуждения от цепи якоря недопустимо по конструктивным соображениям.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от включения обмотки возбуждения могут быть параллельного (рис. 143, б), по­следовательного (рис. 143, в) и смешанного (рис. 143, г) возбуж­дения.

У генераторов параллельного возбуждения ток мал (несколько процентов номинального тока якоря), и обмотка возбуждения имеет большое число витков. При последовательном возбуждении ток возбуждения равен току якоря и обмотка возбуждения имеет малое число витков.

При смешанном возбуждении на полюсах генератора помеща­ются две обмотки возбуждения — параллельная и последователь­ная.

Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока про­текает одинаково при любой схеме возбуждения. Так, например, в генераторах параллельного возбуждения, получивших наиболее широкое применение, процесс самовозбуждения протекает следую­щим образом.

Какой-либо первичный двигатель вращает якорь генератора, магнитная цепь (ярмо и сердечники полюсов) которого имеет не­большой остаточный магнитный поток Ф0. Этим магнитным пото­ком в обмотке вращающегося якоря индуктируется э. д. с. Е0, со­ставляющая несколько процентов номинального напряжения ма­шины.

Под действием э. д. с. Е0 в замкнутой цепи, состоящей из якоря и обмотки возбуждения, протекает ток Iв. Намагничивающая сила обмотки возбуждения Iвw (w— число витков) направлена согласно с потоком остаточного магнетизма, увеличивая магнитный поток машины Ф, что вызывает увеличение как э. д. с. в обмотке якоря Е, так и тока в обмотке возбуждения Iв. Увеличение последнего вызывает дальнейшее увеличение Ф, что в свою очередь увели­чивает Е и Iв.

Из-за насыщения стали магнитной цепи машины самовозбуж­дение происходит не беспредельно, а до какого-то определенного напряжения, зависящего от скорости вращения якоря машины и сопротивления в цепи обмотки возбуждения. При насыщении стали Магнитной цепи увеличение магнитного потока замедляется и про­цесс самовозбуждения заканчивается. Увеличение сопротивления в цепи обмотки возбуждения уменьшает как ток в ней, так и маг­нитный поток, возбуждаемый этим током. Поэтому уменьшается э. д. с. и напряжение, до которого возбуждается генератор.

Изменение скорости вращения якоря генератора вызывает из­менение э. д. с, которая пропорциональна скорости, вследствие чего Изменяется и напряжение, до которого возбуждается генератор.

Самовозбуждение генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим:

1. >Наличие потока остаточного магнетизма. При отсутствия этого потока не будет создаваться э. д. с. Е0, под действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток, так что возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.

2. Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма.

При встречном включении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать остаточный магнитный поток и при длительной работе может полностью размагнитить машину. Если обмотка возбуждения оказалась включенной встречно, то необходимо изменить направление тока в ней, т. е. поменять ме­стами провода, подходящие к зажимам этой обмотки.

3. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении цепи воз­буждения самовозбуждение генератора невозможно.

4. Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико, так как при малом сопротивлении ток возбуждения будет также мал и самовозбуждения не произойдет.

§ 112. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и представляют зависимость между основными величинами, которы­ми являются э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажи­мах и, ток в якоре Iя, ток возбуждения Iв и скорость вращения якоря п.

Характеристики представляют собой зависимости между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов.

Снятие всех характеристик машины производится при постоянной скорости вращения якоря, так как при изменении скорости зна­чительно изменяются все характеристики генератора.

Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения, снятую при отсутствии нагрузки и постоянном числе оборотов.

Для генераторов независимого возбуждения при отсутствий; нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю. Так как э. д.с, индуктированная в обмотке якоря, равна Е = СпФ, то при постоян­ной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характери­стика холостого хода представляет магнитную характеристику машины.

При Iв=0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Ф0, который индукти­рует в обмотке якоря э. д. с. Е0 (рис. 144, а). Эта э. д.с. составляет несколько процентов (2—5%) номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения увеличивается как магнитный поток, так и э. д. с, индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении Iв увели­чивается и э. д.с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви зависимости от точки А начать постепенно уменьшать ток возбуж­дения Iв, то э. д. с. также начнет уменьшаться, но за счет намагни­чивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше