3. Генераторы постоянного тока

Принцип работы электрической машины постоянного тока (МПТ) основан на взаимодействии проводника с током, помещенного в магнитное поле машины, которое создается обмоткой главных полюсов и регулируется величиной тока возбуждения i_в , протекающего по этой обмотке. Система проводников, уложенных в пазы якоря, образует обмотку якоря, подключенную к коллектору. Вращающийся коллектор, контактирующий со щетками, выполняет роль механического выпря-мителя переменной ЭДС обмотки якоря в постоянное напряжение на выходных клеммах генератора или инвертора постоянного напряжения на входных клеммах двигателя в переменную ЭДС обмотки якоря двигателя.

МПТ может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Это свойство называется обратимостью электрических машин.

Рабочие свойства машин зависят от способа включения обмоток возбуждения (ОВ) главных полюсов. Принципиальные схемы подключения ОВ приведены на рис.15:

а – независимое возбуждение, ОВ питается от отдельного источника пос-тоянного тока;

б – параллельное (шунтовое) возбуждение, при этом ОВ подключена не-посредственно к зажимам якоря;

в – последовательное (сериесное) возбуждение, если ОВ включается пос-ледовательно с обмоткой якоря;

г – смешанное возбуждение, т.е. имеются оба типа обмоток, сериесная обмотка в этом случае, как правило, играет вспомогательную роль, а главной является шунтовая ОВ.

Рис. 15

Основные свойства генераторов постоянного тока (ГПТ) описываются ра-бочими характеристиками, к которым относятся: характеристика холостого хода

E_а = f(i_в), нагрузочная характеристика U_а = f(i_в), внешняя характеристика U_а = f(I_а), регулировочная характеристика i_в = f(I_а).

Перечисленные характеристики могут быть выведены из основного уравнения равновесия ЭДС ГПТ:

(22)

где – ЭДС генератора, В;

С_е – постоянная машины;

n – частота вращения якоря, об/мин;

Ф – основной магнитный поток, Вб;

I_а – ток якоря, А;

R_а – сопротивление цепи якоря, Ом; оно включает в себя сопротив-

ления обмотки якоря, щеточного контакта, а также обмотки дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и обмотки последовательного возбуждения, если таковые имеются.

Лабораторная работа 6

ИСПЫТАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с устройством генератора, схемой вклю-чения, провести исследования его свойств по основным характеристикам [1, c. 75, 51–61, 233–248; 2, c. 27–39, 99–93, 99–108, 172–186; 3, c. 113–139, 152–155].

6.1. Некоторые положения теории

Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, устанав-ливающих зависимости между основными величинами, определяющими работу генератора. Такими величинами являются напряжение на зажимах генератора U; ток возбуждения i_в; ток якоря I_а и частота вращения n.

Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются:

х а р а к т е р и с т и к а х о л о с т о г о х о д а E_а = f(i_в) при n = const; I_а = 0. В определенном масштабе эта характеристика повторяет зависимость Ф = f(i_в), т.е. представляет собой характеристику намагничивания машины и, следовательно, позволяет судить о насыщении магнитной цепи генератора при номинальном режиме работы;

н а г р у з о ч н а я х а р а к т е р и с т и к а U_а = f(i_в) при n = const; I_а = const, она при токе нагрузки I_а = 0 переходит в характеристику х.х. Нагрузочная харак-теристика проходит ниже характеристики х.х., поскольку при нагрузке генератора током I_а напряжение на зажимах генератора уменьшается вследствие падения напряжения I_аR_а и реакции якоря, и тем больше, чем выше ток I_а. Поэтому по виду нагрузочной характеристики можно судить о падении напряжения при данной нагрузке с изменением тока возбуждения, а также о величине размагничивающего действия поперечной реакции якоря;

в н е ш н я я х а р а к т е р и с т и к а U_а = f(I_а) при n = const и R_в = const, она позволяет оценить номинальное изменение напряжения генератора, т.е. изменение напряжения на зажимах генератора при изменении нагрузки от номинальной до нулевой при сохранении номинальной частоты вращения и номинального тока возбуждения;

р е г у л и р о в о ч н а я х а р а к т е р и с т и к а i_в = f(I_а) при n = const и U_а = const.

Поскольку при постоянном токе возбуждения напряжение U_а на зажимах генератора уменьшается при увеличении тока нагрузки I_а и наоборот, регулировочная характеристика показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при изменении тока нагрузки I_а, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным.