4.4.2. Нагрузочная характеристика генератора

Нагрузочной характеристикой называют зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения при токе нагрузки, равном номинальному току, и постоянной частоте вращения якоря.

Рис. 4.5

В дальнейшем будем предполагать, что щетки относительно коллектора находятся в обычном рабочем положении. Поскольку по обмотке якоря генератора протекает ток , напряжение на его зажимах уменьшится на величину падения напряжения на сопротивлении цепи якоря . Кроме этого, напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за уменьшения магнитного потока, обусловленного размагничивающим действием реакции якоря. При одном и том же токе возбуждения магнитный поток генератора, работающего в режиме холостого хода, боль­ше, чем магнитный поток нагруженной машины. ЭДС нагруженного генератора пропорциональна отрезку CD на рис. 4.5. Поэтому нагрузочная характеристика проходит ниже характеристики холостого хода.

Если при определенном токе возбуждения к величине напряжения прибавить падение напряжения , то получим другую характеристику, определяющую зависимость ЭДС нагруженного генератора от тока возбуждения . Эта характеристика проходит ниже характеристики холостого хода. Так как ЭДС в любом случае пропорциональна магнитному потоку, то можно сделать заключение о том, что ЭДС нагруженного генератора уменьшается из-за уменьшения суммарного магнитного потока машины. Чтобы величина ЭДС ненагруженного генератора была бы такой, как у нагруженного, необходимо уменьшить величину тока возбуждения на величину (см. рис. 4.5).

Приведенные рассуждения позволяют построить так называемый характеристический треугольник ABC, т. е. треугольник, один катет которого BC пропорционален падению напряжения на элементах якорной цепи, а второй AC пропорционален приращению тока возбуждения, необходимому для компенсации реакции якоря нагруженного генератора.

Для определения катета ВС необходимо измерить сопротивление якорной цепи R одним из известных способов и умножить полученное значение на значение номинального тока генератора. Умножив падение на масштаб напряжения, получим длину катета ВС.

Приращение тока возбуждения , пропорциональное отрезку ED, может быть получено экспериментально. Вычисляют ЭДС нагруженного генератора, пропорциональную BD , где U – напряжение на зажимах нагруженного генератора при номинальном токе возбуждения . При отключенной нагрузке устанавливают такую величину тока возбуждения, чтобы ЭДС на зажимах генератора была равна вычисленному ранее значению. Разность номинального тока возбуждения и тока возбуждения, полученного в результате проведенного эксперимента, определит величину приращения тока возбуждения , пропорционального отрезку ED.

4.4.3. Внешняя характеристика

Внешней характеристикой называют зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при неизменном сопротивлении цепи возбуждения и постоянной номинальной частоте вращения якоря. при и . Внешняя характеристика показывает изменение напряжения на выходе генератора при изменении тока нагрузки.

Рис. 4.6

Для получения этой характеристики (рис. 4.6) якорь генератора вращают с но­минальной частотой, ток нагрузки, на которую работает генератор, должен быть номинальным, и ток возбуждения устанавливают исходя из номинального напряжения на зажимах генератора.

После этого уменьшают ток нагрузки до нуля, и напряжение на зажимах генератора при этом возрастает.

При увеличении тока нагрузки, напряжение на зажимах генератора уменьшается по двум причинам: из-за увеличения падения напряжения на сопротивлении цепи якоря и из-за уменьшения ЭДС, обусловленного реакцией якоря. В нижней части графика показана зависимость падения напряжения на сопротивлении цепи якоря от тока нагрузки .

Внешняя характеристика может быть построена по характеристике холостого хода с помощью характеристического треугольника. Предполагается, что длины сторон треугольника пропорцио­нальны току нагрузки. Для этого необходимо знать длины сторон характеристического треугольника для конкретного известного тока генератора. Для определения сторон характеристического треугольника необходимо провести следующие испытания. С помощью измерительных приборов измерить сопротивление якорной цепи R. Собрать электрическую цепь для испытания генератора. Изменяя ток возбуждения генератора, работающего в режиме холостого хода, установить номинальное значение напряжения на его зажимах. Измерить ток возбуждения, соответствующий этому на­пряжению . Нагрузить генератор номинальной нагрузкой. Изме­няя ток возбуждения, установить номинальное напряжение на за­жимах генератора при номинальном токе. Ток возбуждения в этом случае будет равен номинальному значению . Разность определит величину приращения тока возбуждения, пропорциональ­ную стороне характеристического треугольника. Имея характеристи­ку холостого хода и параметры характеристического треугольника, можно построить внешнюю и нагрузочную характеристики.

Нагрузочная характеристика строится достаточно просто, учи-тывая то, что реакция якоря и падение напряжения на со­про­тивлении цепи якоря пропорциональны току нагрузки, можно сказать, что при номинальном токе якоря длины сторон треугольника остаются неизменными. Перемещаем характеристический треуголь­ник таким образом, чтобы стороны оставались параллельными, а вершина А находилась бы на линии характеристики холостого хода.

При перемещении характеристического треугольника по характеристике холостого хода вершина В опишет нагрузочную характеристику .

Внешняя характеристика строится следующим образом (рис. 4.7).

Рис. 4.7

Для построения внешней характеристики необходимо иметь характеристику холостого хода, номинальные напряжение и ток генератора, номинальный ток возбуждения и сопротивление цепи якоря при номинальном токе. Для построения внешней характеристики на оси тока возбуждения характеристики холостого хода откладывается отрезок OD, пропорциональный номинальному току возбуждения . Восстановим перпендикуляр в этой точке до пересечения с характеристикой холостого хода в точке . Отрезок пропорционален напряжению холостого хода генератора . Переносим полученную точку на ось выходных напряжений правой системы координат. На прямой откладываем отрезок , пропорциональный номинальному напряжению. От точки откладываем отрезок, пропорциональный падению напряжения на сопротивлении цепи якоря . Затем проводим горизонтальную линию до пересечения с характеристикой холостого хода в точке . Соединив с , мы получим характеристический треугольник, длины сторон которого пропорциональны току якоря. Отложив на оси токов якоря правой системы координат отрезок пропорциональный току, восстановим перпендикуляр к горизонтальной оси. Отложим на перпендикуляре отрезок, равный . Мы получили вторую точку внешней характеристики. Промежуточные точки внешней характеристики получают на основании предположения, что длины сторон характеристического треугольника пропорциональны току якоря. Определим напряжение на зажимах генератора при токе якоря, равном половине номинального тока. Разделив сторону пополам и проведя из полученной точки перпендикуляр до пересечения с характеристикой холостого хода и до пересечения с осью токов возбуждения, получим значение тока возбуждения и точку . Из полученной точки проводим прямую параллельно прямой до пересечения с прямой . Отрезок пропорционален напряжению на выходе генератора при токе нагрузки, равном половине номинального тока якоря. Мы получили промежуточную точку внешней характеристики генератора. Аналогично находятся другие промежуточные точки внешней характеристики.

Проекция на вертикальную ось (ось напряжений) даст точку, соответствующую ЭДС ненагруженного генератора. Номинальному току соответствует номинальное напряжение при номинальном токе возбуждения. Таким образом, характеристика получается изменением сторон треугольника пропорционально току якоря.