Работа машины постоянного тока в режиме генератора

Скорость вращения якоря генератора задается первичным двигателем и считается постоянной. Неподвижное магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, индуцирует эдс в проводниках обмотки якоря в соответствии с законом электромагнитной индукции:

                                                  ,                                             (1)

где  – коэффициент, определяемый конструктивными особенностями машины: числом витков и числом полюсов обмотки, геометрическими размерами машины;  – частота вращения якоря, об/мин;  – основной магнитный поток машины, Вб.

Основными параметрами, характеризующими работу генераторов постоянного тока, являются: вырабатываемая мощность , напряжение на выводах (зажимах) генератора , ток возбуждения , ток якоря или ток нагрузки , частота вращения n (обычно ). Зависимость между этими величинами описывается двумя уравнениями:

1) уравнением эдс: ;

2) уравнением электрического состояния цепи обмотки якоря:

                                               .                                          (2)

Нагляднее эти зависимости устанавливаются графическим путем. Графические изображения зависимостей основных электрических величин, определяющих работу машины, называются характеристиками.

Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов, являются:

· характеристика холостого хода, показывающая зависимость эдс генератора при холостом ходе от величины тока возбуждения при постоянной частоте вращения:

 при  и ;

· внешняя характеристика, показывающая зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной частоте вращения:

 при  и ;

· регулировочная характеристика, п оказывающая зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при условии поддержания постоянного напряжения на выводах генератора и постоянной частоте вращения:

 при  и .

Все характеристики генераторов могут быть определены как экспериментальным, так и расчетным путем.

Генератор, у которого обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника постоянного тока (батарея аккумуляторов, возбудители и т. д.), называется генератором независимого возбуждения. Генератор приводится во вращение первичным двигателем, частота вращения которого при увеличении или уменьшении нагрузки изменяется незначительно, а при испытании может считаться постоянной.

Напряжение на зажимах генератора параллельного возбуждения создается в процессе самовозбуждения, которое основано на том, что в машине практически всегда существует поток остаточного магнетизма – . Если привести якорь во вращение с номинальной скоростью, то под действием этого потока в якоре возникнет эдс , а по обмотке возбуждения пойдет ток, который будет создавать магнитный поток машины ∆ .
Направление этого потока должно совпадать с потоком остаточного магнетизма и усиливать его, в противном случае результирующий магнитный поток может стать равным нулю, тогда машина «размагнититься» и не будет создавать эдс.

При согласном направлении потоков ∆  и  результирующий поток увеличивается, что приводит к росту наводимой в якоре эдс, а это в свою очередь вызывает дальнейшее повышение тока возбуждения и магнитного потока машины до тех пор, пока не наступит равновесие между эдс якоря и падением напряжения в цепи возбуждения. Самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий:

– магнитная система машины должна обладать остаточным магнетизмом;

– присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, чтобы создаваемый магнитный поток совпадал по направлению с потоком остаточного магнетизма ;

– сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического.

Генератор смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения – параллельную и последовательную, намагничивающие силы которых могут либо складываться, либо вычитаться. Поток возбуждения создается в основном параллельной обмоткой. Последовательная обмотка обычно включается согласно с параллельной (чтобы намагничивающая сила обмоток складывалась), это обеспечивает получение жёсткой внешней характеристики генератора. В режиме холостого хода генератор имеет только параллельное возбуждение. С появлением нагрузки возникает намагничивающая сила последовательной обмотки возбуждения, которая подмагничивает машину и при этом полностью компенсирует размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения в его цепи. Внешняя характеристика в этом случае становится наиболее жёсткой, т. е. напряжение на зажимах генератора при увеличении нагрузки остается почти неизменным.

При подключении к генератору нагрузки в цепи якоря возникает ток, а на выводах генератора устанавливается напряжение

                                                ,

или                                         ,                                           (3)

где Е – эдс, индуцируемая в обмотке якоря генератора, В; U – напряжение на зажимах генератора, В;  – сопротивление обмотки якоря, Ом;  – ток якоря, А.

Умножив почленно уравнение (3) на величину , получают выражение для электромагнитной мощности, развиваемой генератором:

                                ,                           (4)

где Р – мощность приемника;  – мощность потерь в обмотке якоря.

Выражение (4) является уравнением баланса мощностей цепи якоря генератора.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Назовите конструктивные элементы генератора постоянного тока. Каково их назначение?

2. Запишите основное уравнение эдс и напряжений для генератора постоянного тока.

3. Что первично в генераторе – эдс или напряжение в сети?

4. Объясните, что такое реакция якоря и как она влияет на работу генератора?

5. Какие существуют способы уменьшения реакции якоря?

6. Назовите основные потери в машинах постоянного тока.

7. Какую зависимость отражает характеристика холостого хода?

8. Какую зависимость отражает регулировочная характеристика?

9. Когда возможен принцип самовозбуждения и где?

10. Назовите основные характеристики, которые определяют свойства генераторов.

11. При каких условиях возможно самовозбуждение генератора постоянного тока параллельного возбуждения?