Генераторный режим работы машины 8.1. Способы возбуждения генераторов (стр. 1 )

8. ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ МАШИНЫ

Способы возбуждения генераторов

Генераторы постоянного тока широко используют в различных промышленных, транспортных и других установках для питания электроприводов с широким регулированием скорости вращения. Для вращения генераторов употребляют электродвигатели переменного тока, паровые турбины или двигатели внутреннего сгорания.

Свойства генераторов постоянного тока определяются в основном способом питания их обмоток возбуждения. В зависимости от этого различают генераторы независимого возбуждения и самовозбуждения.

.Генераторы независимого возбуждения бывают с электромагнитным возбуждением (рис. 8.1, а), в которых обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от постороннего источника, и с постоянными магнитами. Генераторы последнего типа изготавливают для машин сравнительно малой мощности.

В зависимости от способа включения обмоток генераторы с са-мовозбуждением делят на генераторы параллельного возбуждения (шунтовые), последовательного (сериесные) и смешанного возбуждения (компаундные).

На рис. 8.1, а, б, в, г изображены принципиальные схемы генераторов соответственно независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Здесь Я - якорь, ОВ - обмотка возбуждения, U и UВ - напряжения на зажимах генератора и цепи возбуждения, - ток якоря, I - ток, отдаваемый генератором в сеть, - ток возбуждения.

В генераторе независимого возбуждения и в общем случае . В генераторе параллельного возбуждения и . В генераторе последовательного возбуждения , то есть возбуждение генератора зависит от его нагрузки. Генератор смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения - параллельную 0В1 и последовательную ОB2, МДС которых могут либо складываться, либо вычитаться. Во всех случаях на возбуждение генератора тратится 1-3 % от его номинальной мощности.

Обмотки возбуждения у генераторов параллельного возбуждения имеют большое число витков малого сечения, а у генераторов последовательного возбуждения - относительно малое число витков большого сечения. В цепях обмоток параллельного возбуждения, а часто и независимого включают реостаты для регулирования тока возбуждения (рис. 8.1).

Мощные машины постоянного тока имеют независимое возбуждение. Машины малой и средней мощности - параллельное или смешанное возбуждение. Генераторы с последовательным возбуждением применяются крайне редко.

Энергетическая диаграмма.

Уравнение вращающих моментов.

Получаемая от первичного двигателя механическая мощность за вычетом потерь механических магнитных и добавочных преобразуется в якоре в электромагнитную мощность . Часть тратится на электрические потери в цепи якоря (в обмотках якоря, добавочных полюсов и компенсационной и в переходном сопротивлении щеточного контакта), остальная представляет полезную мощность , отдаваемую потребителям. Мощность на возбуждение поступает от постороннего источника тока.

На основании изложенного для генератора независимого возбуждения

        (8.1)

или

.                                 (8. 2)

Энергетическая диаграмма генератора постоянного тока представлена на рис. 8.2.

Если все члены уравнения (8.2) разделить на угловую скорость вращения якоря , то получим уравнение моментов для установившегося режима работы:

  (8.3)

Здесь

  (8.4)

- приложенный к валу вращающий момент первичного двигателя;

                                        (8.5)

- электромагнитный момент, развиваемый якорем;

                        (8.6)

тормозной момент, соответствующий потерям на трение магнитным и добавочным потерям , которые покрываются за счет механической мощности. В дальнейшем индекс электромагнитного момента и мощности опускаем.

В переходных периодах, когда изменяется скорость вращения, возникает динамический момент

       (8.7)

где момент инерции вращающихся частей генератора. Динамический момент соответствует изменению кинетической энергии вращающихся масс. Если момент > 0 он является тормозным. В этом случае кинетическая энергия вращающихся масс увеличивается за счет работы первичного двигателя. Если момент 0, он действует в направлении вращения и является движущим, поддерживая вращение за счет уменьшения кинетической энергии вращающихся масс.

В общем случае, при

.                         (8.8)

Момент

                        (8.9)

соответствующий статическим силам, называют статическим моментом.

Поэтому можно написать

.         (8.10)

В вышеприведенных формулах - электромагнитный момент генератора по (4.14), , являющийся в генераторе тормозным моментом.

8.3. Уравнение напряжений

Нагруженный генератор постоянного тока (рис. 8.3, а) можно представить схемой (рис. 8.3, б) и, используя второй закон Кирхгофа, написать для этой схемы уравнение

,        (8.11)

где – сопротивления внешней цепи (нагрузки), переходного контакта

щетки и обмотки якоря, соответственно.

Падение напряжения на сопротивлении внешней цепи определяет величину напряжения на зажимах машины. Поэтому, представив , уравнение (8.11) можно переписать в виде

        (8.I2)

откуда напряжение генератора

                        (8.13)

Из (8.13) следует, что с ростом нагрузки (при той же Е) напряжение на зажимах машины падает.

Чтобы сохранить напряжение генератора постоянным при переменных нагрузках необходимо вместе с изменением нагрузки изменять и ЭДС генератора, воздействуя на ток возбуждения или скорость вращения, так как на основании (4.5) ЭДС генератора .

Из (8.13) ток нагрузки генератора

       (8.I4)

определяется разностью между его ЭДС и напряжением сети. Сумму внутренних сопротивлений генератора принято считать постоянной, поскольку изменение сопротивления щеточного контакта невелико.