Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения
Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения происходит при соблюдении следующих условий: 1) наличия остаточного магнитного потока полюсов; 2) правильного подключения концов обмотки возбуждения или правильного направления вращения. Кроме того, сопротивление цепи возбуждения Rв при данной скорости вращения n должно быть ниже некоторого критического значения или скорость вращения при данном Rв должна быть выше некоторого критического значения.
Для самовозбуждения достаточно, чтобы остаточный поток составлял 2 – 3% от номинального. Остаточный поток такого значения практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машину или машину, которая по каким-либо причинам размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.
При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая электродвижущая сила (э. д. с.), индуктируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке возбуждения малый ток iв. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно, увеличение э. д. с., которая обуславливает дальнейшее увеличение iв, и так далее. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет установившегося значения.
Если подключение концов обмотки возбуждения или направление вращения неправильны, то возникает ток iв обратного направления, вызывающий ослабление остаточного потока и уменьшение э. д. с., вследствие чего самовозбуждение невозможно. Тогда необходимо переключить концы обмотки возбуждения или изменить направление вращения. В соблюдении этих условий можно убедиться, следя с помощью вольтметра с малым пределом измерения за напряжением якоря при замыкании и размыкании цепи возбуждения.
Полярность зажимов генератора при самовозбуждении определяется полярностью остаточного потока. Если при заданном направлении вращения полярность генератора необходимо изменить, то следует перемагнитить машину путем подачи тока в обмотку возбуждения от постороннего источника.
Рисунок 1. Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения при различных сопротивлениях цепи возбуждения (а) и при различных скоростях вращения (б)
Рассмотрим подробнее процесс самовозбуждения при холостом ходе. На рисунке 1, а кривая 1 представляет собой характеристику холостого хода (х. х. х.), а прямая 2 – так называемую характеристику цепи возбуждения или зависимость Uв = Rв × iв, где Rв = const – сопротивление цепи возбуждения, включая сопротивление регулировочного реостата.
В процессе самовозбуждения iв ≠ const и напряжение на концах цепи возбуждения
где Lв – индуктивность цепи возбуждения.
Напряжение якоря при холостом ходе (I = 0)
Uа = Eа – iв × Rа
изображается на рисунке 1, а кривой 1. Так как ток iв мал, то практически Uа = Eа.
Но в генераторе параллельного возбуждения (смотрите рисунок 1, б, в статье «Общие сведения о генераторах постоянного тока») Uа = Uв. Поэтому разность ординат кривой 1 и прямой 2 на рисунке 1, а составляет d(Lвiв)/dt и характеризует скорость и направление изменения iв. Если прямая 2 проходит ниже кривой 1, то
iв растет и машина самовозбуждается до напряжения, соответствующего на рисунке 1, а точке пересечения кривой 1 и прямой 2, в которой
и рост iв поэтому прекращается.
Из рассмотрения рисунка 1, а следует, что нарастание iв и, следовательно, Uа сначала происходит медленно, затем ускоряется и к концу процесса вновь замедляется. Начавшийся процесс самовозбуждения прекращается или ограничивается в точке а’ вследствие криволинейности х. х. х. При отсутствии насыщения Uа теоретически возросло бы до Uа = ∞.
Вообще любые процессы самовозбуждения – электрические, и другие, наблюдаемые в различных устройствах, — ограничиваются только нелинейностью характеристик системы.
| Рисунок 2. Магнитные мостики насыщения в магнитной цепи |
Если Rв увеличить, то вместо прямой 2 получим прямую 3 (рисунок 1, а). Процесс самовозбуждения при этом замедляется и напряжение машины, определяемое точкой а’’, будет меньше. При дальнейшем увеличение Rв получим прямую 4, касательную к кривой 1. При этом машина будет находиться на грани самовозбуждения: при небольших изменениях n или Rв (например, вследствие нагревания) машина может развивать небольшое напряжение или терять его. Значение Rв, соответствующее прямой 4, называется критическим сопротивлением цепи возбуждения (Rв.кр). При Rв > Rв.кр (прямая 5) самовозбуждение невозможно и напряжение машины определяется остаточным потоком.
Из сказанного следует, что генератор параллельного возбуждения может работать только при наличии определенного насыщения магнитной цепи. Посредством изменения Rв можно регулировать U до значения U = Uмин., соответствующего началу колена кривой х. х. х. В машинах обычного исполнения Uмин. = (0,65 – 0,75)Uн.
Э. д. с. Eа ∼ n, и для разных значений n1 > n2 > n3 получим х. х. х., изображенные на рисунке 1, б кривыми 1, 2, 3. Из этого рисунка видно, что при небольшом значении Rв в случае кривой 1 имеется устойчивое самовозбуждение, при кривой 2 машина находится на грани самовозбуждения и при кривой 3 самовозбуждение невозможно. Поэтому для каждого данного значения Rв существует такое значение скорости вращения n = nкр. (кривая 2 на рисунке 1, б), ниже которого самовозбуждение невозможно. Такое значение n = nкр. называется критической скоростью вращения.
| Рисунок 3. Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения |
В некоторых случаях требуется, чтобы U генератора параллельного возбуждения можно было регулировать в широких пределах, например Uн : Uмин. = 5 : 1 или даже U : Uмин. = 10 : 1 (возбудители синхронных машин). Тогда кривая х. х. х. должна искривляться уже в своей начальной части. С этой целью в необходимых случаях в магнитной цепи выполняют участки с ослабленным сечением (магнитные мостики насыщения) в виде прорезей в листах сердечников полюсов (рисунок 2, а), выступов в верхней части этих листов (рисунок 2, б) и тому подобных. В таких мостиках происходит концентрация магнитного потока, и их насыщение наступает уже при малых потоках.
Условие самовозбуждения машин постоянного тока
В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах получил распространение принцип самовозбуждения
(рис. 19.2,
а),
когда энергия переменного тока, необходимая для возбу-
ждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь (ПП) преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счет остаточного магнетизма магнитопровода машины
На рис. 19.2, б
представлена структурная
схема автоматической системы самовозбуждения
синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подается в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на выходе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту обмотки возбуждения и ти-ристорного преобразователя ТП от перенапряжений и токовой перегрузки.
В современных синхронных двигателях для возбуждения применяют тиристорные возбудительные устройства,
включаемые в сеть переменного тока и осуществляющие автоматическое управление током возбуждения во всевозможных режимах работы двигателя, в том числе и переходных. Такой способ возбуждения является наиболее надежным и экономичным, так как КПД ти-ристорных возбудительных устройств выше, чем у генераторов постоянного тока. Промышленностью выпускаются тиристорные возбудительные устройства на различные напряжения возбуждения с допустимым значением постоянного тока 320 А.
Наибольшее распространение в современных сериях синхронных двигателей получили возбудительные тиристорные устройства типов ТЕ8-320/48 (напряжение возбуждения 48 В) и ТЕ8-320/75 (напряжение возбуждения 75 В).
Условия самовозбуждения:
1. Наличие остаточного магнитного поля на полюсах машины;
2. Определенная полярность подключения обмотки возбуждения к обмотке якоря;
3. Заданное сопротивление обмотки возбуждения:
21. Реакция якоря в машинах постоянного тока.
При работе машины в режиме х.х. ток в обмотке якоря практически отсутствует, а поэтому в машине действует лишь МДС обмотки возбуждения.Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов (рис. 26.4, а).
График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре представляет собой кривую, близкую к трапеции.
Если же машину нагрузить, то в обмотке якоря появится ток, который создаст в магнитной системе машины МДС якоря Ра.
Допустим, что МДС возбуждения равна нулю и в машине действует лишь МДС якоря. Тогда магнитное поле, созданное этой МДС, будет иметь вид, представленный на рис. 26.4,
б.
Из этого рисунка видно, что МДС обмотки якоря направлена по линии щеток (в данном случае по геометрической нейтрали). Несмотря на то что якорь вращается, пространственное положение МДС обмотки якоря остается неизменным, так как направление этой МДС определяется положением щеток.
Наибольшее значение МДС якоря — на линии щеток (рис. 26.4, б,
кривая 7), а по оси полюсов эта МДС равна нулю. Однако распределение магнитной индукции в зазоре от потока якоря совпадает с графиком МДС лишь в пределах полюсных наконечников. В межполюсном пространстве магнитная индукция резко ослабляется (рис. 26.4,
б,
кривая 2). Объясняется это увеличением магнитного сопротивления потоку якоря в межполюсном пространстве. МДС обмотки якоря на пару полюсов пропорциональна числу проводников в обмотке
N
и току якоря
1а:
Введем понятие линейной нагрузки
(А/м), представляющей собой суммарный ток якоря, приходящийся на единицу длины его окружности по наружному диаметру якоря
Оа:
Таким образом, в нагруженной машине постоянного тока действуют две МДС: возбуждения Рм
и якоря
Ра.
Влияние МДС обмотки якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря.
Реакция якоря искажает магнитное поле
машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.
На рис. 26.4, в
показано распределение магнитных силовых линий результирующего поля машины, работающей в генераторном режиме при вращении якоря по часовой стрелке. Такое же распределение магнитных линий соответствует работе машины в режиме двигателя, но при вращении якоря против часовой стрелки. Если принять, что магнитная система машины не насыщена, то реакция якоря будет лишь искажать результирующий магнитный поток, не изменяя его значения: край полюса и находящийся под ним зубцовый слой якоря, где МДС якоря совпадает по направлению с МДС возбуждения,
подмагничиваются;
другой край полюса и зубцовый слой якоря, где МДС направлена против МДС возбуждения,
размагничиваются.
При этом результирующий магнитный поток как бы поворачивается поток, не изменяя его значения: край полюса и находящийся под ним зубцовый слой якоря, где МДС якоря совпадает по направлению с МДС возбуждения,
подмагничиваются;
другой край полюса и зубцовый слой якоря, где МДС направлена против МДС возбуждения,
размагничиваются.
При этом результирующий магнитный поток как бы поворачивается относительно оси главных полюсов на некоторый угол, а физическая нейтраль
тт’
(линия, проходящая через точки на якоре, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали
пп’
на угол а. Чем больше нагрузка машины, тем сильнее искажение результирующего поля, а следовательно, тем больше угол смещения физической нейтрали.
При работе машины в режиме генератора физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, а при работе двигателем — против вращения якоря.
Искажение результирующего поля машины неблагоприятно отражается на ее рабочих свойствах. Во-первых, сдвиг физической нейтрали относительно геометрической приводит к более тяжелым условиям работы щеточного контакта и может послужить причиной усиления искрения на коллекторе Во-вторых, искажение результирующего поля машины влечет за собой перераспределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. На рис. 26.4, в
показан график распределения результирующего поля в зазоре, полученный совмещением кривых, изображенных на рис. 26.4,
а, б.
Из этого графика следует, что магнитная индукция в зазоре машины распределяется несимметрично относительно оси полюсов, резко увеличиваясь под подмагниченными краями полюсов. Это приводит к тому, что мгновенные значения ЭДС секций обмотки якоря в моменты попадания их пазовых сторон в зоны максимальных значений магнитной индукции (под подмагниченные края полюсных наконечников) резко повышаются. В результате возрастает напряжение между смежными коллекторными пластинами
Цк.
При значительных нагрузках машины напряжение
ик
может превзойти допустимые пределы (см. § 25.5) и миканитовая прокладка между смежными пластинами будет перекрыта электрической дугой. Имеющиеся на коллекторе частицы графита будут способствовать развитию электрической дуги, что приведет к возникновению
мощной электрической дуги, перекрывающей весь коллектор или или значительную его часть, — явления чрезвычайно опасного
Рис. 26.5. Разложение МДС обмотки якоря на продольную и поперечную составляющие
Таковы последствия влияния реакции якоря на машину с ненасыщенной магнитной системой. Если же магнитная система машины насыщена, что имеет место у большинства электрических машин, то подмагничивание одного края полюсного наконечника и находящегося под ним зубцового слоя якоря происходит в меньшей степени, чем размагничивание другого края и
находящегося под ним
зубцового слоя якоря. Это благоприятно сказывается на распределении магнитной индукции в зазоре, которое становится более равномерным, так как максимальное значение индукции под подмагничиваемым краем полюсного наконечника уменьшается на величину, определяемую высотой участка 1
на рис. 26.4,
в.
Однако результирующий магнитный поток машины при этом уменьшается. Таким образом, реакция якоря в машине с насыщенной магнитной системой размагничивает машину (так же как и у синхронной машины при активной нагрузке). В результате ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вращающий момент.
В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах получил распространение принцип самовозбуждения
(рис. 19.2,
а),
когда энергия переменного тока, необходимая для возбу-
ждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь (ПП) преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счет остаточного магнетизма магнитопровода машины
На рис. 19.2, б
представлена структурная
схема автоматической системы самовозбуждения
синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подается в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора возбуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на выходе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту обмотки возбуждения и ти-ристорного преобразователя ТП от перенапряжений и токовой перегрузки.
В современных синхронных двигателях для возбуждения применяют тиристорные возбудительные устройства,
включаемые в сеть переменного тока и осуществляющие автоматическое управление током возбуждения во всевозможных режимах работы двигателя, в том числе и переходных. Такой способ возбуждения является наиболее надежным и экономичным, так как КПД ти-ристорных возбудительных устройств выше, чем у генераторов постоянного тока. Промышленностью выпускаются тиристорные возбудительные устройства на различные напряжения возбуждения с допустимым значением постоянного тока 320 А.
Наибольшее распространение в современных сериях синхронных двигателей получили возбудительные тиристорные устройства типов ТЕ8-320/48 (напряжение возбуждения 48 В) и ТЕ8-320/75 (напряжение возбуждения 75 В).
Условия самовозбуждения:
1. Наличие остаточного магнитного поля на полюсах машины;
2. Определенная полярность подключения обмотки возбуждения к обмотке якоря;
3. Заданное сопротивление обмотки возбуждения:
21. Реакция якоря в машинах постоянного тока.
При работе машины в режиме х.х. ток в обмотке якоря практически отсутствует, а поэтому в машине действует лишь МДС обмотки возбуждения.Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов (рис. 26.4, а).
График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре представляет собой кривую, близкую к трапеции.
Если же машину нагрузить, то в обмотке якоря появится ток, который создаст в магнитной системе машины МДС якоря Ра.
Допустим, что МДС возбуждения равна нулю и в машине действует лишь МДС якоря. Тогда магнитное поле, созданное этой МДС, будет иметь вид, представленный на рис. 26.4,
б.
Из этого рисунка видно, что МДС обмотки якоря направлена по линии щеток (в данном случае по геометрической нейтрали). Несмотря на то что якорь вращается, пространственное положение МДС обмотки якоря остается неизменным, так как направление этой МДС определяется положением щеток.
Наибольшее значение МДС якоря — на линии щеток (рис. 26.4, б,
кривая 7), а по оси полюсов эта МДС равна нулю. Однако распределение магнитной индукции в зазоре от потока якоря совпадает с графиком МДС лишь в пределах полюсных наконечников. В межполюсном пространстве магнитная индукция резко ослабляется (рис. 26.4,
б,
кривая 2). Объясняется это увеличением магнитного сопротивления потоку якоря в межполюсном пространстве. МДС обмотки якоря на пару полюсов пропорциональна числу проводников в обмотке
N
и току якоря
1а:
Введем понятие линейной нагрузки
(А/м), представляющей собой суммарный ток якоря, приходящийся на единицу длины его окружности по наружному диаметру якоря
Оа:
Таким образом, в нагруженной машине постоянного тока действуют две МДС: возбуждения Рм
и якоря
Ра.
Влияние МДС обмотки якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря.
Реакция якоря искажает магнитное поле
машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.
На рис. 26.4, в
показано распределение магнитных силовых линий результирующего поля машины, работающей в генераторном режиме при вращении якоря по часовой стрелке. Такое же распределение магнитных линий соответствует работе машины в режиме двигателя, но при вращении якоря против часовой стрелки. Если принять, что магнитная система машины не насыщена, то реакция якоря будет лишь искажать результирующий магнитный поток, не изменяя его значения: край полюса и находящийся под ним зубцовый слой якоря, где МДС якоря совпадает по направлению с МДС возбуждения,
подмагничиваются;
другой край полюса и зубцовый слой якоря, где МДС направлена против МДС возбуждения,
размагничиваются.
При этом результирующий магнитный поток как бы поворачивается поток, не изменяя его значения: край полюса и находящийся под ним зубцовый слой якоря, где МДС якоря совпадает по направлению с МДС возбуждения,
подмагничиваются;
другой край полюса и зубцовый слой якоря, где МДС направлена против МДС возбуждения,
размагничиваются.
При этом результирующий магнитный поток как бы поворачивается относительно оси главных полюсов на некоторый угол, а физическая нейтраль
тт’
(линия, проходящая через точки на якоре, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали
пп’
на угол а. Чем больше нагрузка машины, тем сильнее искажение результирующего поля, а следовательно, тем больше угол смещения физической нейтрали.
При работе машины в режиме генератора физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, а при работе двигателем — против вращения якоря.
Искажение результирующего поля машины неблагоприятно отражается на ее рабочих свойствах. Во-первых, сдвиг физической нейтрали относительно геометрической приводит к более тяжелым условиям работы щеточного контакта и может послужить причиной усиления искрения на коллекторе Во-вторых, искажение результирующего поля машины влечет за собой перераспределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. На рис. 26.4, в
показан график распределения результирующего поля в зазоре, полученный совмещением кривых, изображенных на рис. 26.4,
а, б.
Из этого графика следует, что магнитная индукция в зазоре машины распределяется несимметрично относительно оси полюсов, резко увеличиваясь под подмагниченными краями полюсов. Это приводит к тому, что мгновенные значения ЭДС секций обмотки якоря в моменты попадания их пазовых сторон в зоны максимальных значений магнитной индукции (под подмагниченные края полюсных наконечников) резко повышаются. В результате возрастает напряжение между смежными коллекторными пластинами
Цк.
При значительных нагрузках машины напряжение
ик
может превзойти допустимые пределы (см. § 25.5) и миканитовая прокладка между смежными пластинами будет перекрыта электрической дугой. Имеющиеся на коллекторе частицы графита будут способствовать развитию электрической дуги, что приведет к возникновению
мощной электрической дуги, перекрывающей весь коллектор или или значительную его часть, — явления чрезвычайно опасного
Рис. 26.5. Разложение МДС обмотки якоря на продольную и поперечную составляющие
Таковы последствия влияния реакции якоря на машину с ненасыщенной магнитной системой. Если же магнитная система машины насыщена, что имеет место у большинства электрических машин, то подмагничивание одного края полюсного наконечника и находящегося под ним зубцового слоя якоря происходит в меньшей степени, чем размагничивание другого края и
находящегося под ним
зубцового слоя якоря. Это благоприятно сказывается на распределении магнитной индукции в зазоре, которое становится более равномерным, так как максимальное значение индукции под подмагничиваемым краем полюсного наконечника уменьшается на величину, определяемую высотой участка 1
на рис. 26.4,
в.
Однако результирующий магнитный поток машины при этом уменьшается. Таким образом, реакция якоря в машине с насыщенной магнитной системой размагничивает машину (так же как и у синхронной машины при активной нагрузке). В результате ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вращающий момент.
Характеристика короткого замыкания
Характеристика короткого замыкания I = f(iв) при U = 0 и n = const для генератора параллельного возбуждения может быть снята только при питании обмотки возбуждения от постороннего источника, как и для генератора независимого возбуждения, так как при самовозбуждении при U = 0 ток цепи возбуждения также равен нулю iв = 0.
Внешняя характеристика
Внешняя характеристика U = f(I) генератора параллельного возбуждения снимается при Rв = const и n = const, то есть без регулирования в цепи возбуждения, при естественных условиях работы. Вследствие этого к двум причинам падения напряжения, указанным для генератора независимого возбуждения (смотрите статью «Генераторы независимого возбуждения»), прибавляется третья – уменьшение iв при уменьшении U. В результате внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (рисунок 4, кривая 1) падает круче, чем у генератора независимого возбуждения (кривая 2). Поэтому номинальное изменение напряжения (смотрите определение в статье «Генераторы независимого возбуждения») у генератора параллельного возбуждения больше и составляет дельта Uн% = 10 – 20 %.
| Рисунок 4. Внешние характеристики генераторов параллельного (1) и независимого (2) возбуждения |
Характерной особенностью внешней характеристики генератора параллельного возбуждения является то, что при некотором максимальном значении тока I = Iмакс. (точка а на рисунке 4) она делает петлю и приходит в точку б на оси абцисс, которая соответствует установившемуся току короткого замыкания. Ток Iк.уст. относительно мал и определяется остаточным потоком, так как в данном случае U = 0, и поэтому iв = 0. Такой ход характеристики объясняется следующим. При увеличении тока I напряжение U падает сначала медленно, а затем быстрее, так как с уменьшением U и iв падает поток Фδ, магнитная цепь становится менее насыщенной и малые уменьшения iв будут вызывать все большие уменьшения Фδ и U (смотрите рисунок 3). Точка а на рисунке 4 соответствует переходу кривой х. х .х. с нижней части колена на прямолинейный, ненасыщенный участок. При этом, начиная с точки а (рисунок 4), дальнейшее уменьшение сопротивления нагрузки Rнг., подключенной к зажимам машины не только не вызывает увеличения I, а наоборот, происходит уменьшение I, так как U падает быстрее Rнг..
Работа машины на ветви аб характеристики несколько неустойчива и имеется склонность самопроизвольного изменения I. Ток Iк.уст. в некоторых случаях может быть больше Iн.
Построение внешней характеристики генератора параллельного возбуждения с помощью х. х. х. и характеристического треугольника показано на рисунке 5, где 1 – кривая х. х. х.; 2 – характеристика цепи возбуждения Uв = Rв × iв при заданном Rв = const и 3 – построенная кривая внешней характеристики.
При I = 0 значение U определяется пересечением кривой 1 и прямой 2. Для получения значения U при I = Iн разместим характеристический треугольник для номинального тока так, чтобы его вершины а и в расположились на кривой 1 и прямой 2. Тогда точка в определит искомое значение U, что можно доказать с помощью подобных же рассуждений, изложенных в статье «Генераторы независимого возбуждения», в случае построения внешней характеристики генератора независимого возбуждения. Для других значений тока между 1 и 2 можно провести наклонные отрезки прямых, параллельные ав, которые представляют собой гипотенузы новых характеристических треугольников. Нижние точки этих отрезков в’ , в’’ и т. д. определяют U при токах
Перенеся все эти точки в левый квадрант диаграммы рисунка 5 и соединив их плавной кривой, получим искомую характеристику 3. С учетом нелинейной зависимости катета аб треугольника от I опытная зависимость U = f(I) имеет характер, показанный на рисунке 5 слева штриховой линией.
| Рисунок 5. Построение внешней характеристики генератора параллельного возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника |
Хотя установившийся ток короткого замыкания генератора параллельного возбуждения невелик, внезапное короткое замыкание на зажимах этого генератора практически столь же опасно, как и у генератора независимого возбуждения. Объясняется это тем, что вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения и индуктирования вихревых токов в массивных частях магнитной цепи уменьшение магнитного потока полюсов происходит медленно. Поэтому быстро нарастающий ток якоря достигает значений Iк = (5 – 15)Iн.
Схема генератора
Чтобы суметь в нужный момент возбудить генератор, без применения аккумулятора, следует внимательно изучить схему и принцип действия разных модификаций агрегатов. Важным моментом является понимание того, для чего он нужен вообще и какие именно функции выполняет.
Говоря простым языком генератор – это устройство, которое служит для преобразования механической энергии в электрическую. Он обеспечивает питанием все потребители электрического тока в автомобиле и подзаряжает АКБ во время работы двигателя. Размещается он в передней части мотора, а работает за счет кривошипного вала. На «гибридах» генератор используется как стартер. Однако такая схема иногда встречается и на авто с двигателем внутреннего сгорания, имеющих систему «стоп-старт».
Исходя из этого можно сделать вывод, что генераторы бывают двух типов, отличающихся по конструкции. Главное их различие заключается в том, как располагается выпрямительный блок, приводной шкив и вентилятор. Помимо этого, генераторы имеющие разную схему, отличаются и габаритными размерами. Основные параметры, независимо от типа, остаются одинаковыми – все они имеют в конструкции ротор (индуктор), статор и т.д.
Ниже приведена схема генератора отечественного производства. Встречается он практически на всех моделях авто нашего производства.
А это более современная схема, часто встречается на ВАЗ от «восьмерки» и выше.
Теперь рассмотрим схему подключения генератора и как он работает.
Основная задача, которую выполняет ротор генератора – создает магнитополе. В этих целях вал имеет обмотку возбудителя (или ВО). Он располагается на выступах «плюсовых» половинок. На валу тоже имеется контактная группа, которая состоит из двух медных ободков. По ним проходит напряжение на обмотку возбуждения, для этого они припаиваются к контактам ВО.
Важно! Иногда встречаются кольца из других металлов, например латунь либо сталь.
Помимо этого, на вал устанавливаются и крыльчатка вентилятора. Там же крепится и приводной шкив (ВПД). Еще одним важным узлом ротора является подшипник.
Относительно функций статора – он преобразовывает постоянное напряжение в переменное и состоит из металлического сердечника набранного из пластинок и обмотки. Статор имеет 46 специальных пазов, в которые укладывается обмотка. Он позволяет разместить в себе три обмотки, благодаря чему можно получить трехфазное соединение.
Выпрямительный блок служит для преобразования тока, который производится генератором из переменного в постоянный для последующей подачи его на потребители. Блок состоит из шести полупроводниковых диодов, на каждую фазу по два – плюс и минус генератора.
Щетки нужны для передачи вырабатываемого тока на кольца возбудителя. Состоят они из графитового элемента, щеточек, пружин для удержания и поджима. На современных генераторах этот узел совмещен с регулятором в единое целое.
«Шоколадка» необходима для поддержания токов генератора в заданных значениях. Сегодня можно встретить электронные либо гибридные регуляторы. В гибридном исполнении в схеме имеются радиодетали и электроприборы. В электронных – части выполнены при помощи технологий ТМТ.
Привод генератора работает благодаря вращениям ременной передачи. Это придает такую же скорость вращения и индуктору, что и требуется для его нормальной работы.
Отсюда в большинстве моделей генераторов обмотка возбуждения подключена отдельной группой, которая состоит из двух полупроводниковых диодов. Диодная схема чаще называется выпрямителем, и препятствует перетеканию тока из аккумулятора обратно по цепи в генератор при стоячем двигателе.
Стоит знать. При соединении обмотки схемой «звездочка» на нулевой вывод устанавливается два дополнительных силовых диода, это позволяет повысить мощность генератора на 15 %. Выпрямительный блок устанавливается на генератор с помощью припайки либо фиксируется механическим способом.
Регулятор является крайне важной деталью в схеме генератора, он отвечает за стабилизацию напряжения при изменениях частоты вращения кривошипного вала. Этот процесс полностью автоматический и проходит путем воздействия на обмотку возбуждения. То есть регулятор отвечает за частоту напряжения и длительность импульсов.
Интересно. Регулятор изменяет силу тока, которая подается на аккумулятор благодаря термокомпенсации напряжения. Проще говоря, чем теплее, тем меньше тока поступает на АКБ.
Регулировочная и нагрузочная характеристика
Регулировочная характеристика iв = f(I) при U = const и n = const и нагрузочная характеристика U = f(iв) при I = const и n = const снимаются так же, как и у генератора независимого возбуждения. Так как iв и Rа × iв малы, то падение напряжения от iв в цепи якоря практически не оказывает влияния на напряжение на зажимах генератора. Поэтому указанные характеристики получаются практически такими же, как и у генератора независимого возбуждения. Построение этих характеристик с помощью х. х. х. и характеристического треугольника также производится аналогичным образом.
В заключение можно отметить, что характеристики и свойства генераторов независимого и параллельного возбуждения мало отличаются друг от друга. Единственное заметное отличие заключается в некотором расхождении внешних характеристик в пределах от I = 0 до I = Iн. Более сильное расхождение этих характеристик при I намного больше Iн не имеет значения, поскольку в таких режимах машины в условиях эксплуатации, как правило, не работают.
Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.
