Характеристика холостого хода и процесс самовозбуждения. Как видно из рис. 9.16, от якоря генератора параллельного возбуждения получают питание приемник электрической энергии и обмотка возбуждения Ш 1 = Ш 2. Согласно первому закону Кирхгофа
I я = I + I в.
Мощность Р в и ток I в обмотки возбуждения невелики. Обычно Р в,ном ≈ (0,02÷0,05) Р ном и I в,ном ≈ (0,02÷0,05) х I ном, где Р ном и I ном— номинальные мощность и ток генератора; Р в,ном и I в,ном — мощность и ток возбуждения при номинальном режиме работы генератора.
При холостом ходе I = 0 и в обмотке якоря возникает весьма небольшой ток I я = I в. На основании второго закона Кирхгофа при холостом ходе U = Е — I я r я = Е — I в r я.
Падением напряжения I в r я ввиду его малости можно пренебречь и считать, что при холостом ходе U = Е. Так как при холостом ходе ток I я = I в невелик, реакцию якоря можно не учитывать. В этом случае, как и для генератора независимого возбуждения,
Ф = f 2(I в w в) = f 1(I в);
Е = k e nf 1(I в).
Очевидно, связь между Ф и I в, а также между Е и I в зависит от параметров генератора и совершенно не зависит от того, откуда получает питание обмотка возбуждения. Поэтому генератор параллельного возбуждения имеет характеристику холостого хода Е (I в) (рис. 9.17), подобную характеристике генератора независимого возбуждения.
|
|
Особенностью генератора параллельного возбуждения является то, что он работает по принципу самовозбуждения. Для того чтобы генератор возбудился, должны быть выполнены два условия:
1) генератор должен иметь магнитный поток остаточного намагничивания Ф0;
2) обмотка возбуждения должна быть подключена к якорю так, чтобы ею создавался магнитный поток, совпадающий по направлению с потоком остаточного намагничивания.
Рис. 9.16. Схема включения генератора параллельного возбуждения
Рис. 9.16. К пояснению процесса самовозбуждения генератора параллельного возбуждения
Процесс самовозбуждения можно пояснить следующим образом. Магнитным потоком Ф0 в обмотке якоря индуктируется ЭДС Е 0, под действием которой в обмотке возбуждения возникает ток I в0, возбуждаюший магнитный поток Ф1 > Ф0. Потоком Ф1 > Ф0 в обмотке якоря индуктируется ЭДС Е 1 > Е 0, под действием которой в обмотке возбуждения возникает ток I в1 > I в0, вызывающий магнитный поток Ф2 > Ф1, и т. д.
Чтоб решить вопрос о том, до каких установившихся значений ЭДС Е и тока I в возбудится генератор, запишем по второму закону Кирхгофа уравнение для переходного процесса самовозбуждения
е = i в(r я + r п + r р) + L я | di я | + L в | di в | . |
dt | dt |
(9.13)
где L я и L в — индуктивность обмоток якоря и возбуждения; L я di я/ dt и L в di в/ dt — ЭДС самоиндукции, возникающие в обмотках якоря и возбуждения вследствие изменения тока i в.
|
|
Когда процесс самовозбуждения закончится, di в/ dt = 0,
i в = I в, e = E и вместо (9.13) можно написать
Е = I в (r я + r п + r р) = I в Σ r
Таким образом, процесс самовозбуждения закончится тогда, когда ЭДС станет равной падению напряжения в сопротивлениях цепи якоря и обмотки возбуждения.
Установившиеся значения Е и I в при заданном сопротивлении r р нетрудно найти графическим путем, для чего необходимо знать характеристику холостого хода Е (I в) и вольт-амперную характеристику I в Σ r = f (I в) (рис. 9.17). При равных значениях Σ r получим соответственно несколько вольт-амперных характеристик I в Σ r = f (I в). Установившиеся значения Е и I в определяются точками пересечения хaрактеристики холостого хода и вольт-амперных характеристик.
Внешняя характеристика. На основании второго закона Кирхгофа (рис. 9.16)
U = Е - I я r я. Но I я = I + I в, поэтому U = Е - Ir я - I в r я.
Падением напряжения I в r я можно пренебречь. Тогда
U = E - Ir я.
После замены в последнем уравнении напряжения согласно выражению U = Ir п и решения относительно тока получим
I = | Е | . |
r я + r п |
(9.14)
Как видно, уравнение внешней характеристики и формула для определения тока нагрузки имеют такой же вид, как для генератора независимого возбуждения. Однако напряжение U и ток I генератора параллельного возбуждения будут изменяться по-иному при изменении сопротивления r п. Объясняется это тем, что у генератора параллельного возбуждения ЭДС не остается постоянной. Действительно, изменение сопротивления r п будет приводить к изменению тока I и напряжения U. Но так как
I в = | U | . |
r в + r p |
а Е = f (I в), то при этом будет изменяться также ЭДС Е. При холостом ходе генератора (r п = ∞, I = 0)
U = Ux = E; I в = | U | . |
r в + r p |
Предположим, что при холостом ходе значения Е и I в определяются точкой А (см. рис. 9.17). Поскольку ферромагнитный материал магнитной цепи насыщен, сначала при уменьшении сопротивления r п числитель в (9.14) уменьшается медленнее знаменателя и ток I возрастает до I max (рис. 9.18); напряжение U снижается как из-за увеличения падения напряжения Ir я, так и вследствие уменьшения ЭДС. При некотором сопротивлении r п ток возбуждения уменьшится до значения I в3 и ферромагнитный материал окажется ненасыщенным. Поэтому при дальнейшем уменьшении r п числитель в (9.14) будет уменьшаться быстрее знаменателя и ток I будет спадать. Несмотря на уменьшение падения напряжения Ir я напряжение будет продолжать снижаться из-за значительного уменьшения ЭДС Е. Таким образом, при уменьшении сопротивления приемника r п напряжение U непрерывно снижается, ток I сначала возрастает, при некотором сопротивлении r п достигает максимального значения I max , а при дальнейшем уменьшении r п уменьшается. Максимальный ток I max составляет I max = (2 ÷ 3) I ном. Внешняя характеристика 1 генератора параллельного возбуждения приведена на рис. 9.18. Там же дана для сравнения характеристика 2 генератора независимого возбуждения.
Рис. 9.18 Внешние характеристики генераторов параллельного ( 1 ) и независимого ( 2 ) возбуждения
Из-за снижения ЭДС напряжение генератора параллельного возбуждения уменьшается при увеличении нагрузки в большей степени, чем у генератора независимого возбуждения. Это является одним из его недостатков. Обычно
Δ u ном = | Uх - U ном | 100 = 10 ÷ 15%. |
U м |
При коротком замыкании (r п = 0) U = 0 и I в = 0; в якоре будет индуктироваться небольшая ЭДС Е 0 от потока остаточного намагничивания, поэтому ток короткого замыкания I = I к = Е 0/ r я не может быть большим. Обычно I к < I ном. Следует, однако, обратить внимание на то, что при внезапном коротком замыкании в течение некоторого времени может существовать ток, во много раз превышающий номинальный. Это объясняется инерционностью, вносимой обмоткой возбуждения, из-за которой магнитный поток и ЭДС якоря не могут мгновенно уменьшиться до значений, определяемых остаточным намагничиванием
|
|
Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения не отличается по виду от характеристик генератора независимого возбуждения (см. рис. 9.15). Однако поскольку у генератора параллельного возбуждения напряжение U меняется в больших пределах, необходимо в больших пределах изменять и ток возбуждения с помощью реостата r р.