Электрические машины конспект лекций

Переходные сопротивления и непостоянны, и изменяются обратно пропорционально площадям соприкосновения щетки

ñпластинами 1 (S1) è 2 (S2). При постоянной скорости вращения коллектора площадь S2 пропорциональна времени t, протекшему

ñначала коммутации, а площадь S1 — времени Tê t, оставшемуся до конца коммутации. Обозначая через rù сопротивление контакта, когда щетка полностью лежит на одной пластине, можно написать:

Подставляя в уравнение (22.1) значения токов i1 è i2 из формул (22.2) и сопротивлений r1 è r2 из формул (22.3) и решая полу- ченное уравнение относительно тока i в секции, получим

Таким образом, ток в коммутируемой секции складывается из двух составляющих: основного тока (тока прямолинейной коммутации) iïð, определяемого нагрузкой машины (током ià),

и добавочного тока iä, определяемого суммой ЭДС, действующих в секции,

Åñëè # e 0, то ток в секции i iïð изменяется во времени по линейному закону (рис. 22.3, кривая 1). Такая коммутация называется прямолинейной. Она характеризуется равномерным распределением тока над всей поверхностью щетки. Плотность тока под щеткой везде одинакова.

Однако в коммутируемой секции действует ЭДС, сумма которых не будет равна нулю, если не принять никаких мер к их компенсации. Это прежде всего ЭДС самоиндукции

251

Лекция 23

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

23.1. Основные типы генераторов постоянного тока

Генераторы постоянного тока делятся в зависимости от способа питания обмотки возбуждения на следующие типы:

а) генератор независимого возбуждения, у которого обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока (рис. 23.1, à);

Рис. 23.1. Схемы генераторов постоянного тока: à — генератор независимого возбуждения (реостат для регулирования тока возбуждения); á — генератор параллельного возбуждения; â — генератор последовательного возбуждения; ã — генератор смешанного возбуждения

б) генератор параллельного возбуждения, обмотка возбуждения которого подключена параллельно к якорю генератора (рис. 23.1, á). Генераторы, у которых обмотка возбуждения пита-

255

ется энергией от якоря самого генератора, называются генераторами с самовозбуждением. К ним, кроме генератора параллельного возбуждения, относятся и последующие два типа. Характерным признаком параллельной обмотки возбуждения является большое число витков, выполненных из проводов малого сече- ния. Ток возбуждения очень невелик, а мощность, затрачиваемая на возбуждение, составляет 1–5 % от номинальной мощности генератора;

в) генератор последовательного возбуждения (рис. 23.1, â). Поскольку у этого генератора обмотка возбуждения соединена с якорем последовательно и ток якоря является одновременно током возбуждения, то при колебаниях нагрузки изменяется зна- чительно и напряжение на генераторе. Поэтому генератор последовательного возбуждения практического применения не нашел и в дальнейшем мы его рассматривать не будем;

г) генератор смешанного возбуждения (рис. 23.1, ã). Этот генератор имеет две обмотки возбуждения — параллельную и последовательную, действующие согласно. Основной обмоткой возбуждения является параллельная.

23.2. Генератор независимого возбуждения

Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения,U 0 f I â , имеет вид, обычный для всех электри-

256

Внешняя характеристика U f I a ïðè I â const è

n const изображена на рис. 23.3, à. С увеличением якорного тока (нагрузки) напряжение на генераторе снижается. Это объясняется двумя причинами. Напряжение на генераторе равно ЭДС якоря за вычетом падения напряжения в якорной цепи:

С ростом нагрузки, во-первых, увеличивается падение напряжения ràIà, а во-вторых, уменьшается ЭДС E в связи с уменьшением магнитного потока из-за реакции якоря. Снижение напряжения с ростом нагрузки у генераторов независимого возбуждения невелико.

Рис. 23.3. Характеристики генератора независимого возбуждения: à — внешняя; á — регулировочная

Относительное изменение напряжения при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке

U % U 0 U íîì 100%

U íîì

лежит в пределах 5–15 %.

Если увеличивать ток якоря генератора, уменьшая сопротивление внешней цепи генератора вплоть до нуля, то при Râí 0 наступит короткое замыкание, напряжение на генераторе будет равно нулю, а ток якоря — току короткого замыкания Iê. Поскольку сопротивление якоря мало, то ток короткого замыкания очень велик: доходит до 10–15-кратного значения по отно-

257

шению к номинальному току. Поэтому короткое замыкание представляет для генератора большую опасность.

Регулировочная характеристика (рис. 23.3, á) является зависимостью I â f I à ïðè U const è n const. Она показывает,

как надо изменять ток возбуждения с ростом нагрузки, чтобы поддерживать напряжение на генераторе постоянным. Чтобы компенсировать увеличивающееся с нагрузкой падение напряжения в якоре и реакции якоря, ЭДС якоря, а значит, и ток возбуждения необходимо увеличивать.

ВОПРОСЫ

23.2.1. Укажите примерное соотношение скоростей генератора, при которых сняты характеристики холостого хода, показанные на рис. 23.4.

à) n1 1,25n2 ; á) n1 n2 ;

â) n1 0,8n2 .

23.2.2. Кривая 1 на рис. 23.5 — внешняя характеристика генератора, снятая при токе возбуждения Iâ1. Которая из кривых: 2 èëè 3 — является внешней характеристикой того же генератора при токе возбуждения I â2 I â1 ?

а) кривая 3; б) кривая 2.

23.2.3. Чему равно напряжение при холостом ходе генератора, если при номинальном токе якоря I àí 50 A напряжение U íîì 230 B? Сопротивление цепи якоря r2 0,2 Ом, магнит-

258

ный поток одного полюса при номинальной нагрузке равен 96 % потока при холостом ходе. Скорость генератора постоянная.

à) 240 Â; á) 250 Â; â) 230 Â.

23.3.Генератор параллельного возбуждения

23.3.1.Условия самовозбуждения

Генератор параллельного возбуждения является генератором с самовозбуждением. Для осуществления самовозбуждения необходимо соблюдать ряд условий, к которым прежде всего относится наличие остаточного магнетизма в магнитной цепи машины. На рис. 23.6 1 — характеристика холостого хода, а 2 — вольтамперная характеристика цепи возбуждения,

U â râiâ ,

ãäå Uâ — напряжение на цепи возбуждения;

râ const — сопротивление этой цепи.

Процесс самовозбуждения при работе вхолостую протекает следующим образом.

Âначальный момент в якоре генератора при его вращении

âполе остаточного магнетизма индуктируется ЭДС Uîñò, которая дает ток в цепи возбуждения, равный в соответствии с вольтамперной характеристикой iâ . При токе возбуждения iâ согласно характеристике холостого хода напряжение на якоре повысится до значения U 0 , что, в свою очередь, вызовет увеличение тока возбуждения и дальнейшее увеличение напряжения U0. Непрерывное увеличение тока возбуждения обуславливает появление

âобмотке возбуждения ЭДС самоиндукции

259