Меню

Генератор постоянного тока самовозбуждения характеристики

Электрические машины — Характеристики генераторов с самовозбуждением

Содержание материала

  • Электрические машины
  • Основные электромагнитные схемы электрических машин
  • Устройство многофазных обмоток
  • Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
  • Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
  • Асинхронные машины
  • Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
  • Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
  • Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
  • Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
  • Механическая характеристика асинхронной машины
  • Статическая устойчивость асинхронной машины
  • Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
  • Рабочие характеристики асинхронного двигателя
  • Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
  • Пуск асинхронных двигателей
  • Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
  • Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
  • Однофазные асинхронные двигатели
  • Генераторный режим асинхронной машины
  • Трансформаторный режим асинхронной машины
  • Синхронные машины
  • Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
  • Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
  • Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
  • Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
  • Уравнения напряжений и векторные диаграммы
  • Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
  • Работа на автономную нагрузку
  • Параллельная работа синхронных машин
  • Включение генератора в сеть
  • Регулирование активной мощности синхронной машины
  • Регулирование реактивной мощности синхронной машины
  • Угловая характеристика синхронной машины
  • Статическая устойчивость синхронной машины
  • U-образные характеристики
  • Синхронные двигатели
  • Синхронные компенсаторы
  • Несимметричные режимы синхронных генераторов
  • Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
  • Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
  • Машины постоянного тока
  • ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
  • Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
  • Коммутация
  • Генераторы постоянного тока
  • Характеристики генераторов с самовозбуждением
  • Параллельная работа генераторов постоянного тока
  • Двигатели постоянного тока
  • Характеристики двигателя постоянного тока
  • Регулирование частоты вращения

Генераторы этого типа не нуждаются в постороннем источнике постоянного тока для питания обмотки возбуждения. Они работают с самовозбуждением.
Самовозбуждение происходит при соблюдении следующих условий:

  • наличие остаточного магнитного потока;
  • согласное подключение обмотки возбуждения, при котором поток обмотки возбуждения совпадает с остаточным потоком;
  • сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критичного.
  • Рассмотрим эти условия при работе генератора в режиме холостого хода (рис. 6.31).
    Характеристика холостого хода генератора представлена на рис. 6.32. На этом же рисунке показаны прямые, характеризующие падение напряжения на активном сопротивлении цепи возбуждения. Процесс самовозбуждения описывается уравнением
    , (6.6)
    где — индуктивность обмотки возбуждения; — расчетная характеристика холостого хода, проходящая через начало координат. Знак “+” соответствует согласному включению обмотки возбуждения, а знак “-” — встречному.
    Уравнение (6.6) позволяет определить динамическую составляющую тока возбуждения:
    .

    В соответствии с этим выражением, при наличии остаточной ЭДС и согласном включении обмотки возбуждения процесс самовозбуждения будет происходить лавинообразно для точек 1, 2, 3, . определяемых величиной сопротивления в цепи возбуждения. Точка 1 определяет напряжение генератора после завершения процесса самовозбуждения при . Введение сопротивления в цепь возбуждения приводит к снижению напряжения генератора (точка 2). Чем больше , тем меньше величина установившегося напряжения генератора. Сопротивление

    определяет максимальное сопротивление цепи возбуждения, при котором возможно самовозбуждение. Если
    ,
    то генератор не возбуждается, его напряжение остается близким к остаточному (точка 3).
    Генераторы с самовозбуждением по схеме параллельного возбуждения (рис. 6.22, б) имеют характеристики холостого хода, нагрузочную и регулировочную, практически совпадающие с соответствующими характеристиками генераторов с независимым возбуждением. Характеристика короткого замыкания генератора параллельного возбуждения может быть снята только при питании обмотки возбуждения от постороннего источника, так как в режиме короткого замыкания генератора параллельного возбуждения и .
    Лишь внешняя характеристика генераторов параллельного возбуждения имеет свои особенности. Внешние характеристики таких генераторов снимаются при неизменном сопротивлении регулировочного реостата . Вследствие этого к двум причинам, обулавливающим снижение напряжения в генераторах независимого возбуждения, прибавля-
    ется третья — уменьшение тока возбуждения при уменьшении напряжения U. Поэтому внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (кривая 2 рис. 6.33) идет ниже внешней характеристики генератора независимого возбуждения (кривая 1 рис. 6.33). Характерной особенностью внешней характеристики генератора параллельного возбуждения является то, что при некотором критическом значении тока якоря она делает петлю и переходит в точку b, соответствующую установившемуся короткому замыканию.

    Генераторы смешанного возбуждения (рис. 6.22, г) по своим свойствам близки к генераторам параллельного возбуждения. Из всего семейства характеристик генераторов смешанного возбуждения наиболее важное значение имеют внешние и регулировочные характеристики. Вид этих характеристик зависит от соотношения МДС последовательной и параллельной обмоток (рис. 6.34 и 6.35).

    Читайте также:  Мультиметр измерить ток утечки мультиметром

    При согласном включении обмоток напряжение генератора сохраняется практически неизменным или даже растет (кривая 2 рис. 6.34) и для его стабилизации необходимо ток возбуждения параллельной обмотки уменьшать (кривая 2 рис. 6.35). При встречном включении (кривые 3 на рис. 6.34 и 6.35) — картина противоположная. Согласное включение обмоток применяют для получения жесткой внешней характеристики ( ), а встречное включение используют для получения экскаваторной характеристики. Такие характеристики автоматически защищают генератор от перегрузок, а также используются в сварочных генераторах.

    Источник

    Схемы и характеристики генераторов постоянного тока с самовозбуждением. Условия самовозбуждения

    К генераторам с самовозбуждением относят генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Чтобы произошло самовозбуждение, должны выполняться следующие условия:

    1. генератор должен быть намагничен (наличие остаточного магнитного потока (МП) в полюсах). При вращении якоря остаточный МП наводит в ОЯ небольшую ЭДС, под действием которой в ОВ создается ток, вызывающий дополнительный МП. Если дополнительный и остаточный МП совпадают по направлению, то происходит дальнейшее увеличение ЭДС и тока возбуждения (Iв). Нарастание МП прекращается при достижении равновесия E = Iв · Rв.

    2. Совпадение созданного и остаточного МП по направлению. В точке А заканчивается процесс самовозбуждения (установившееся состояние).

    3. Сопротивление цепи ОВ должно быть меньше некоторого критического значения Rв 1 на рисунке). Если в цепи ОВ, то прямая падения напряжения пойдет выше, и возбуждения не произойдет.

    4. Если частота вращения генератора меньше некоторой критической величины, то ХХХ будет иметь вид (2) на рисунке, возбуждение не произойдет. Поэтому nГ > nГ.кр.

    Если самовозбуждение генератора не происходит необходимо изменить направление вращения якоря или полярность ОВ, или уменьшить сопротивление в цепи ОВ, или увеличить частоту вращения генератора.

    Характеристики генератора параллельного возбуждения:

    1) Характеристика холостого хода (ХХХ). Снимается только в одном квадранте (т.к. при изменении направления тока возбуждения самовозбуждение пропадает). РХХХ – расчетная ХХХ.

    2) Внешняя характеристика. Снимается при постоянном сопротивлении в цепи ОВ.

    1 — характеристика Г независимого возбуждения.

    2 — характеристика Г параллельного возбуждения.

    3 — характеристика Г последовательного возбуждения.

    3 1 — ХХХ Г с последовательным возбуждением.

    При увеличении тока нагрузки напряжение на зажимах Г независимого возбуждения снижается из-за увеличения падения напряжения в ОЯ и размагничивающего действия реакции якоря.

    3) Характеристика КЗ.Снимается по схеме с независимым возбуждением (показана основная характеристика – характеристика размагниченной машины). При наличии остаточной намагниченности характеристика смещается параллельно самой себе (вверх) на величину Iао.

    4) Нагрузочная характеристика (НХ).Зависимость напряжения на зажимах машины от тока возбуждения при постоянном токе якоря равном номинальному.

    НХ имеет такую же форму как и ХХХ (но проходит ниже ее из-за падения напряжения в ОЯ и размагничивающего действия реакции якоря). НХ может быть построена по ХХХ с помощью характеристического (реактивного) треугольника АВС: катет АВ – падение напряжения в ОЯ (Ia*Ra),катет СВ размагничивающее действие реакции якоря в масштабе тока возбуждения. Реактивный треугольник может быть построен по ХХХ и ХКЗ.

    5) Регулировочная характеристика. Зависимость тока возбуждения от тока якоря при неизменном напряжении, равном номинальному. Используя реактивный треугольник и ХХХ можно построить эту характеристику:

    Характеристики генератора последовательного возбуждения:

    В этом случае Ia = Iв = I.

    ХХХ и ХКЗ снимаются по схемам с независимым возбуждением. Для снятия регулировочной характеристики параллельно ОВ включается реостат, регулирующий ток возбуждения. Внешняя характеристика (ВХ) по виду совпадает с нагрузочной (НХ) (т.к. Ia = Iв) и проходит ниже ХХХ.

    Характеристики генератора смешанного возбуждения:

    ХХХ снимается по схеме с параллельным возбуждением и имеет тот же вид как и для Г с параллельным возбуждением. ХКЗ снимается по схеме с независимым возбуждением.

    Вид внешней характеристики (ВХ) зависит от способа соединения последовательной и параллельной ОВ генератора:

    1) включены встречно – МП направлены навстречу друг другу, и последовательная обмотка размагничивает машину.

    2) включены согласно – МП последовательной ОВ является подмагничивающим и может обеспечить стабилизацию напряжения.

    4 – ВХ при встречном включении обмоток.

    5 – ВХ при встречном включении обмоток с сильной последовательной обмоткой.

    Источник

    Генераторы постоянного тока с самовозбуждением

    date image2014-02-18
    views image4108

    Читайте также:  Магнитные поля трансформатора тока

    facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

    Схемы ГПТ с параллель­ным (а), последовательным (б) и со смешанным (в) возбуждением

    Генераторы с самовозбуждением делят на три типа:
    а) с параллельным возбуждением; б) с последовательным возбуждением; в) со смешанным возбуждением.

    Генератор с параллельным возбуждением имеет такую же конструкцию обмотки возбуждения, как и генератор с независимым возбуждением. Поскольку Iя = Iн + Iв, то ток возбуждения является частью тока якоря и составляет 1¸5% Iя.ном. Характеристика хо­лостого хода E = f(Iв) в относительных единицах практически одинакова у всех типов генераторов.

    Рассмотрим процесс самовозбуждения машины при наличии остаточной намагниченности Фост основных полюсов в режиме холостого хода. При вращении якоря с частотой nном в слабом остаточном магнитном поле Фост в якоре наводится небольшая ЭДС Еост. Так как обмотка возбуждения и якорь образуют замкнутый контур, то под действием Еост в ОВ появится небольшой ток Iв, который создаст небольшой поток возбуждения Фв.

    При правильной полярности включения ОВ произойдет суммирование потоков Фост + Фв = Ф. Усиленный поток Ф увеличивает ЭДС Е, которая увеличивает Iв и т. д. Процесс самовозбуждения нарастает. Ограничение роста Ф, Е, Iв происходит из-за насыщения магнитной цепи.

    Процесс самовозбуждения можно проиллюстрировать, добавив к характеристике холостого хода прямую 2, построенную по уравнению E = (Rя + Rр + Rв)Iв »(Rр + Rв)Iв. Ее угол наклона можно регулировать изменением сопротивления Rррегулировочного реостата. При пуске Rр выведено, т. е. Rр = 0. Тогда прямая 2 имеет минимальный угол наклона, определяемый сопротивлением Rв обмотки возбуждения. Процесс самовозбуждения показан стрелками: вначале из точки Еост – горизонтальный ход до прямой 2, далее вертикальный ход до характеристики 1, затем опять горизонтальный ход до прямой 2 и т. д. Процесс оканчивается в точке пересечения кривой 1 и прямой 2 при Е = Еmах. Это устойчивое возбуждение. Для снижения Еmах до Еном вводят реостат Rр. При этом угол a увеличивается и прямая 2 занимает положение 3. Увеличение Rр, при котором прямая 3 занимает положение 4, сделает работу генератора неустойчивой и Е может упасть до Еост. Сопротивление цепи возбуждения Rр.кр + Rв, определяющее угол aкр, называют критическим. Самовозбуждение при таком и большем сопротивлении невозможно.

    Итак, для самовозбуждения генератора требуются три условия: наличие остаточного потока намагничивания Фост; согласованность потоков ФвиФост; сопротивление цепи возбуждения меньше критического, а п = пном.

    Обычно в магнитной системе машины имеется остаточная намагниченность из-за явления гистерезиса. Однако возможны случаи полного размагничивания полюсов. Тогда начальное намагничивание создают, пропуская через обмотку возбуждения ток от внешнего источника. Внешняя характеристика генератора имеет вид кривой 1.

    Внешние ха­рактеристики ГПТ с па­раллельным (1), незави­ симым (2) возбуждением

    У нее падение напряжения с ростом тока Iн » Iя больше, чем у характеристики ГПТ с независимым возбуждением (кривая 2). Это объясняется тем, что кроме падения напряжения в якоре и реакции якоря имеется третий фактор: по мере падения U падает ток возбуждения Iв. Генератор допускает увеличение тока нагрузки при уменьшении Rн до критического Iн.кр »(2,5¸3)Iн.ном. Дальнейшее сни­жение Rн вызывает переход генератора в неустойчивый режим (пунктирная линия), ток Iн падает, и процесс заканчивается снижением напряжения до нуля (режим короткого замыкания).

    Для генератора с последовательным возбуждением Iя = Iв = Iн. Внешняя характеристика ГПТ показана на рисунке. Сильная зависимость напряжения от нагрузки делает эти генераторы малопригодными для большинства потребителей.

    Генератор смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения: параллельную ОВ1 и последовательную ОВ2. Через ОВ2 течет большой ток, поэтому она имеет небольшое число витков из провода большого сечения. Обмотки ОВ1 и ОВ2 можно включить согласно

    (потоки Ф1 и Ф2 сонаправлены и Фв = Ф1 + Ф2) или встречно (Ф1 и Ф2 встречны и Фв = Ф1 – Ф2). Характеристика холостого хода генератора совпадает с характеристикой на рис. 3.66 (обмотка ОВ2 не задействована). При согласном включении обмоток число витков ОВ2 можно подобрать так, что даваемое ОВ2 подмагничивание будет компенсировать падение напряжения. В этом случае внешняя характеристика идет почти горизонтально (1 на рис.). При увеличении витков ОВ2 получим характеристику 2. Это позволяет компенсировать потерю напряжения не только внутри генератора, но и в передающей линии. При встречном включении обмотка ОВ2 размагничивает генератор тем сильнее, чем больше ток нагрузки. Поэтому внешняя характеристика имеет крутопадающий участок (кривая 3 на рис.). Такие генераторы используют в сварочных установках, для питания печей, прожекторов. Среди ГПТ генераторы смешанного возбуждения получили наибольшее распространение.

    Читайте также:  Пусковой ток прадо 150 дизель

    Источник

    

    Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока

    Процесс самовозбуждения основан на явлении остаточного намагничивания ферромагнитных материалов, из которых выполнена магнитная цепь машины. При изготовлении генераторов главные полюса машины специально намагничивают постоянным током. Эта процедура обеспечивает наличие в машине небольшого остаточного магнитного потока, значение которого составляет 2. 3 % от номинального значения основного потока. Рассмотрим суть процесса на примере генератора с параллельным способом возбуждения. Самовозбуждение генератора осуществляется при отсутствии тока в цепи потребителя, т. е. в режиме холостого хода. В обмотке вращаюшегося якоря наводится остаточная , которая и приложена к зажимам обмотки возбуждения. Под действием остаточной в цепи обмотки возбуждения протекает ток.который создает дополнительный магнитный поток. Направление дополнительного потока должно совпадать по направлению с остаточным магнитным потоком машины, т. е. усиливать его. Увеличение суммарного магнитного потока приводит к возрастанию ЭДС в обмотке якоря, а следовательно, и напряжения на зажимах генератора. Процесс самовозбуждения заканчивается, когда падение напряжения в обмотке возбуждения становится равным ЭДС якоря. По своему виду характеристика холостого хода и регулировочная характеристика у генератора с параллельным возбуждением не отличаются от аналогичных характеристик машины, работающей с независимым возбуждением. Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением проходит ниже соответствующей характеристики генератора с независимым возбуждением. Это объясняется уменьшением тока возбуждения при снижении напряжения с ростом тока нагрузки. В номинальном режиме снижение напряжения составляет 10. 15 % от номинального значения. Генераторы последовательного возбуждения не нашли широкого применения по причине непостоянства выходного напряжения при изменении тока нагрузки. По этой причине их характеристики в данном курсе не рассматриваются. Генераторы смешанного возбуждения применяют в установках небольшой мощности, где желательно избежать значительного изменения напряжения при отключениях или подключениях отдельных потребителей. Две обмотки возбуждения такого генератора соединяют так.чтобы их магнитные потоки складывались. Путем соответствующего подбора числа витков последовательной обмотки можно скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора и от действия реакции якоря и обеспечить необходимое напряжение в определенных пределах изменения тока нагрузки.

    Способ возбуждения магнитного поля главных полюсов генераторов, при котором обмотка главных полюсов получает питание от обмотки якоря (ротора). (В отличие от самовозбуждения, при независимом возбуждении обмотки главных полюсов питают от постороннего источника тока.) Наиболее часто самовозбуждение используется в генераторах постоянного тока. При пуске генератора с самовозбуждением начальный ток в обмотке возбуждения возникает за счёт ЭДС, наводимой в обмотке якоря остаточным магнитным полем главных полюсов. Для поддержания самовозбуждения необходимо, чтобы начальный ток усиливал это поле. Добавочный магнитный поток увеличивает ЭДС якоря и, как следствие, ток в обмотках главных полюсов. Однако из-за магнитного насыщения магнитопровода одинаковым приращениям увеличивающегося тока возбуждения соответствуют всё меньшие приращения магнитного потока. Процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока ЭДС якоря превосходит падение напряжения в обмотке возбуждения. При определённой величине магнитного потока наступает электрическое равновесие, и дальнейшее повышение магнитного потока, ЭДС якоря и тока возбуждения прекращается. Самовозбуждение может осуществляться при величине сопротивления обмотки возбуждения, не превышающей известного предельного значения, зависящего от электрических параметров генератора.

    Применяют самовозбуждение с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) включением обмоток главных полюсов относительно обмотки якоря. Для создания остаточного магнитного потока в машине с самовозбуждением, по какой-либо причине утратившей остаточное намагничивание главных полюсов, по обмотке возбуждения пропускают ток нужного направления, который получают от постороннего источника.

    25.От чего зависит скорость вращения двигателя постоянного тока и как ее можно регулировать?

    Из последнего выражения видно, что скорость вращения двигателя постоянного тока пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку.

    Изменяя напряжение, подводимое к двигателю, а также изменяя ток возбуждения двигателя при помощи регулировочного реостата, включенного в цепь возбуждения, можно изменять скорость вращения двигателя.

    Источник