Условия осуществления начального самовозбуждения генератора без аккумуляторной батареи; критическая частота вращения ротора генератора для его начального возбуждения

Существуют определенные условия начального самовозбуждения генератора при отсутствии аккумуляторной батареи. Только при выполнении этих условий произойдет надежное возбуждение генератора. Эти условия следующие:

а) в обязательном порядке должно иметь место начальное намагничивание генератора;

б) остаточный магнитный поток должен совпадать по направлению с потоком, создаваемым обмоткой возбуждения;

в) сопротивление в цепи возбуждения должно быть меньше критической величины.

Процесс начального возбуждения изображен на рисунке 4.1.

На рисунке 4.2, а показаны прямые зависимости напряжения возбуждения от тока возбуждения при трех различных сопротивлениях , , обмотки возбуждения: , , . Тангенсы угла наклона этих прямых равны сопротивлениям , , . На этом же рисунке нарисована характеристика холостого хода генератора- зависимость напряжения генератора от тока возбуждения.

Рисунок 4.1 – Процесс самовозбуждения генератора при отсутствии аккумуляторной батареи.

Здесь показаны две зависимости: выходного напряжения генератора от тока возбуждения и напряжение на обмотке возбуждения от тока возбуждения . Этот процесс протекает следующим образом: остаточное напряжение создает в обмотке возбуждения ток возбуждения , который в свою очередь создает напряжение ; далее создает больший ток возбуждения , который создает большее напряжение и так далее. Процесс самовозбуждения завершается в точке 1, где . Эта точка соответствует установившемуся режиму работы.

В данном случае начальное возбуждение происходит. Однако возможны и другие варианты.

Рисунок 4.2 – Влияние сопротивления в цепи возбуждения на процесс начального возбуждения генератора.

Как было указано выше, начальное возбуждение генератора возможно, если сопротивление в цепи возбуждения будет меньше или равно критической величине. Прямая является касательной к характеристике холостого хода . Это значит, что величина сопротивление является критической для начального возбуждение генератора. При сопротивлении начальное возбуждение не произойдет ( и не пересекаются). А при сопротивлении (прямая ) будет иметь место надежное начальное возбуждение.

В автомобильных и тракторных генераторах, работающих при переменной частоте вращения, для сопротивления в цепи его обмотки возбуждения существует критическая частота вращения ротора, при которой начальное возбуждение произойдет.

На рисунке 4.2, б показано графическое определение критической частоты вращения ротора для начального возбуждения генератора. Прямая линия соответствует зависимости напряжения на обмотке возбуждения от тока возбуждения. Зависимости , , являются характеристиками холостого хода при трех разных частотах вращения. Из анализа рисунка 4.2,б видно,что при частоте вращения ротора прямая линия является касательной к характеристике холостого хода. Поэтому частота вращения является критической для начального возбуждения генератора. При большей частоте вращения происходит надежное начальное возбуждение, а при меньшей частоте –начальное возбуждение не произойдет.

Характеристика холостого хода генератора с клювообразным ротором; влияние на неё начального намагничивания магнитной системы, конструктивных параметров и частоты вращения ротора генератора.

Характеристика холостого хода (ХХХ) представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения в ненагруженном режиме, когда ток на выходе генератора равен нулю при постоянной частоте вращения .

У генератора с независимым возбуждением при отсутствии тока нагрузки напряжение фазы обмотки статора равно ЭДС фазы этой обмотки и рассчитывается по формуле (5.1).

, (5.1)

где – конструктивный коэффициент;

– магнитный поток;

– частота вращения ротора генератора.

Напряжение на выходе генератора в режиме холостого хода пропорционально напряжению фазы обмотки статора.

Так как частота вращения ротора при снятии характеристики холостого хода постоянна и конструктивный коэффициент тоже постоянен, то зависимость напряжения на выходе генератора от тока возбуждения повторяет в некотором масштабе зависимость магнитного потока генератора от тока возбуждения, то есть кривую намагничивания магнитной цепи генератора, представленную на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Кривая намагничивания магнитной цепи генератора

Характеристика холостого хода генератора представлена на рисунке 5.2.

Так как при увеличении частоты вращения напряжение генератора также увеличивается, характеристика холостого хода при большей частоте вращения ротора идет выше.

Рисунок 5.2 – Характеристика холостого хода генератора

Данная характеристика имеет несколько характерных точек и участков. Точка 1 соответствует напряжению, имеющему место из-за остаточного намагничивания генератора (2-4% от максимальной величины выходного напряжения генератора ). Участок от точки 1 до точки 2 соответствует ненасыщенной магнитной цепи генератора. Участок от точки 2 до точки 3 (колено) – это участок перехода от ненасыщенной магнитной цепи к насыщенной. Точка 3 и участок далее соответствуют насыщенной магнитной цепи генератора.

Напряжение генератора увеличивается также с увеличением конструктивного коэффициента , который пропорционален количеству витков в фазе генератора. Таким образом, чем больше витков фазе генератора, тем выше идет характеристика холостого хода.

Выпрямленное напряжение генератора пропорционально фазному напряжению. Коэффициент пропорциональности зависит от схемы выпрямителя и схемы соединения фаз. Схема выпрямителя в большинстве случаев одинакова- трехфазный выпрямительный мост, а схема соединения фаз влияет так – при «звезде» характеристика идет выше, чем при «треугольнике», так как линейное напряжение при «звезде» выше в раз, а на вход выпрямителя подается линейное напряжение.