Параллельная работа синхронных генераторов с сетью (стр. 15 )

При коммутации возникают электромаг­нитные колебания с частотой в несколько тысяч герц (см. подразд. 20.1). Эти колебания вызывают радиопомехи, затрудняющие работу радиотехнической аппаратуры. Для борьбы с помехами обмотку дополнительных полюсов разбивают на две части, которые подсоединяют к щеткам разной полярности (рис. 20.11). Для того чтобы эти высокочастотные колебания не выходили за пределы машины, между ее корпусом и выводами обмотки якоря включают конденсаторы (емкостный фильтр).

Контрольные вопросы

1. Какой процесс в машинах постоянного тока называется коммута­цией?

2. Каковы причины искрения щеток?

3. Какую ЭДС, индуктируемую в коммутируемой секции, называют активной?

4. Какими путями проходит ток между щеткой и коллектором?

5. Каковы условия прямолинейной, замедленной и ускоренной коммутации в машине?

6. Какие способы улучшения коммутации применяются в машинах постоянного тока?

7. Почему обмотка дополнительных полюсов включается последова­тельно с обмоткой якоря?

ГЛАВА 21

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

21.1. Классификация и основные уравнения генераторов

Генераторы постоянного тока являются источниками постоян­ного тока, в которых осуществляется преобразование механичес­кой энергии в электрическую. Генераторы постоянного тока нахо­дят применение в тех отраслях промышленности, где по условиям производства необходим или предпочтителен постоянный ток (на предприятиях цветной металлургии при использовании электро­лиза, железнодорожном, городском и водном транспорте, в авиа­ции и др.). Кроме того, они широко используются в качестве воз­будителей синхронных генераторов.

Классификация генераторов постоянного тока производится, по способу их возбуждения, т. е. различают генераторы с незави­симым возбуждением и самовозбуждением. Независимое возбуж­дение может быть электромагнитным или магнитоэлектриче­ским.

Рис. 21.1. Электрические схемы генераторов постоянного тока с электро­магнитным возбуждением:

а — независимым; б — параллельным; в — последовательным; г — смешанным; ОДП — обмотка добавочных полюсов; ОВ — обмотка возбуждения; ОВС — об­мотка последовательного возбуждения (сериесная); ОВШ — обмотка параллель­ного возбуждения (шунтовая)

В генераторах с электромагнитным возбуждением обмотка воз­буждения, расположенная на главных полюсах, подключается к независимому источнику питания (рис. 21,1, а). Ток в цепи воз­буждения Iв изменяют в широких пределах с помощью регулиро­вочного реостата Rв. Мощность, потребляемая обмоткой возбуж­дения, невелика и в номинальном режиме составляет 1…5 % но-минальной мощности генератора. Обычно относительное значение мощности возбуждения уменьшается с возрастанием номиналь­ной мощности машины.

В генераторах с магнитоэлектрическим возбуждением для со­здания поля используются постоянные магниты, устанавливае­мые на его полюсах. Это генераторы относительно небольшой мощности, основным недостатком которых является трудность регулирования напряжения.

В генераторах с самовозбуждением обмотка возбуждения полу­чает питание от обмотки якоря. В зависимости от схемы включе­ния этих обмоток различают генераторы с параллельным, после­довательным и смешанным возбуждением.

В схеме генератора параллельного возбуждения, показанной на рис. 21.1, б, ток возбуждения Iв изменяется с помощью регулиро­вочного реостата Rв.

В генераторах последовательного возбуждения обмотка воз­буждения соединяется последовательно с обмоткой якоря и ее ток возбуждения равен току якоря и току нагрузки: Iв = Ia = I (рис. 21.1, в). Генераторы последовательного возбуждения имеют крайне ограниченное применение и далее рассматриваться не будут.

В генераторах со смешанных возбуждением (рис. 21.1, г) на полюсах размещаются две обмотки возбуждения. Одна из этих об­моток, имеющая большое число витков и выполненная из про­водников относительно небольшого сечения, включается парал­лельно с обмоткой якоря, а другая обмотка с малым числом вит­ков из проводников большого сечения — последовательно с ней. При этом параллельная и последовательная обмотки могут вклю­чаться как согласно, так и встречно, в зависимости от чего разли­чают генераторы смешанного согласного возбуждения и генера­торы смешанного встречного возбуждения. Обычно в генераторах смешанного возбуждения основная часть МДС возбуждения со­здается параллельной обмоткой.

Маркировка обмоток машин постоянного тока в соответствии с ГОСТ 26772—85 приведена в табл. 21.1 (в скобках указана марки­ровка этих обмоток в соответствии с ГОСТ 183—74**).

Таблица 21.1

Маркировка обмоток машин постоянного тока

Наименование обмотки	Обозначение выводов
Начало	Конец
Обмотка якоря Обмотка дополнительных полюсов Компенсационная обмотка Последовательная обмотка возбуждения Параллельная обмотка возбуждения Независимая обмотка возбуждения	А1 (Я1) В1 (Д1) С1 (К1) D1 (С1) Е1 (Ш1) F1 (Н1)	А2 (Я2) В2(Д2) С2(К2) D2 (С2) Е2 (Ш2) F2 (Н2)

Рассмотрим основные уравнения генераторов.

1. Уравнение равновесия напряжений для цепи якоря генерато­ра имеет вид

U=E- Iа ∑ rа - ΔUщ, (21.1)

где U и Е— напряжение и ЭДС генератора; Iа — ток якоря; ∑ rа — суммарное сопротивление всех обмоток, обтекаемых током яко­ря; ΔUщ — падение напряжения в щеточном контакте (на пару щеток).

Падение напряжения в цепи якоря складывается из падения напряжения в обмотках Iа ∑ rа и падения напряжения в щеточном контакте ΔUщ . В общем случае

∑ rа = rа + rд + rс + rк, (21.2)

где rа ,rд ,rс ,rк — сопротивления обмотки якоря, дополнительных полюсов, последовательной (сериесной) и компенсационной со­ответственно.

В зависимости от конкретной схемы генератора часть сопро­тивлений в правой части формулы (21.2) может отсутствовать. Для приближенных расчетов уравнение (21.1) можно упростить за счет пренебрежения падением напряжения в щеточном контакте (как отмечалось в подразд. 20.4, ΔUщ = 1,7...3 В, что весьма мало по сравнению с напряжением генераторов общепромышленного при­менения, составляющим 115...460 В). Тогда это уравнение будет иметь вид

U=E- Iа ∑ rа. (21.3)

При упрощенном учете переходного сопротивления щеточного контакта принимают rщ= ΔUщ / Iном.=const, и тогда можно записать

U=E- Iа ∑ Rа, (21.4)

где ∑ Rа =∑ rа + rщ.

2. Уравнение равновесия напряжений для цепи с обмоткой не­зависимого возбуждения имеет вид

Uв= Iв ∑ rв. (21.5)

Здесь ∑ rв = rв + Rв, где rв — сопротивление обмотки возбужде­ния; Rв — сопротивление регулировочного реостата.

Для генераторов параллельного и смешанного возбуждения справедливо уравнение

U= Iв ∑ rв.

3. Уравнение баланса токов для генераторов параллельного и смешанного возбуждения имеет вид

Ia= Iв + I (21.6)

21.2. Условия самовозбуждения генераторов с параллельным и смешанным возбуждением

В генераторах параллельного возбуждения обмотка возбужде­ния питается от обмотки якоря (см. рис. 21.1, 6), поэтому при вращении ротора ЭДС в обмотке якоря наводиться не будет. Для появления ЭДС необходимо наличие остаточного магнитного по­тока Фост в машине, для чего она хотя бы один раз должна быть намагничена путем пропускания тока через обмотку возбуждения от постороннего источника.

Процесс самовозбуждения генератора протекает следующим образом. Остаточный магнитный поток наводит в обмотке враща­ющегося якоря остаточную ЭДС Еост , которая составляет 1...3% номинального напряжения машины. Так как обмотка возбужде­ния подключена к обмотке якоря, то Еост создает в ней неболь­шой ток возбуждения, который, в свою очередь, создает началь­ный поток возбуждения. В зависимости от направления этого по­тока возможны два варианта развития процесса самовозбуждения.

1. Поток возбуждения направлен встречно остаточному потоку; результирующий поток уменьшается и машина не возбуждается. В этом случае надо поменять местами выводы обмотки параллель­ного возбуждения.

2. Поток возбуждения направлен согласно с остаточным пото­ком. При этом результирующий поток увеличивается, что приво­дит к увеличению ЭДС. Увеличение ЭДС вызывает увеличение тока возбуждения, результирующего потока и т. д.