Характеристики генераторов постоянного тока (ГПТ)

Генератор постоянного тока характеризуется следующими номинальными параметрами: номинальным напряжением U н, мощностью Pн, токами Iн и током возбуждения I вн – это те максимальные величины, которые обеспечивают длительную работу генератора без его перегрева. В процессе эксплуатации режим работы генератора может изменяться, поэтому для анализа работы генератора используют различные характеристики. Все характеристики снимаются при постоянной частоте вращения первичного двигателя

Характеристика холостого хода - зависимость ЭДС (напряжения на зажимах якоря в режиме холостого хода) от тока возбуждения (рис. 4.7).

E

Eн

0

Iв

Рис. 4.7. Характеристика холостого хода генератора

 

. При постоянной скорости вращения ЭДС Е пропорциональна магнитному потоку Ф, который пропорционален индукции магнитного поля В  Намагничивающий ток (ток возбуждения) пропорционален напряжённости магнитного поля  Следовательно, характеристика холостого хода E = f (I в) повторяет кривую намагничивания B = f (H). Если I в = 0, то благодаря остаточному магнитному потоку на зажимах якоря возникает небольшая ЭДС E o, которая составляет 2-6% номинального напряжения машины.

Форма характеристики холостого хода позволяет судить о магнитных свойствах машины.

Основной характеристикой ГПТ является его внешняя характеристика.

    Внешняя характеристика U = f (I) – зависимость напряжения на выходе генератора от тока нагрузки при I_в = const.

    Регулировочная характеристика - I_в = f (I) – зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при U= const.

              E = k∙ Ф ∙ ω, при ω = const

    Вид этой характеристики определяется кривой намагничивания - магнитными свойствами машины.

Нагрузочная характеристика проходит ниже характеристики холостого хода из-за падения напряжения в цепи якоря  и реакции якоря.

    Внешняя характеристика  генератора независимого возбуждения представлена на рис 4.8 а.

Снижение напряжения на зажимах генератора в номинальном режиме относительно режима холостого хода

 

 

Iвн

ххх

Eост

E (U0)

Eн

0

Iв

Рис. 4.7. Характеристика холостого хода генератора

 

 

        

 

 

У генератора параллельного возбуждения (рис 4.8 б) с ростом нагрузки падение напряжения происходит более интенсивно не только за счет падения напряжения в обмотке якоря и реакции якоря, но и за счет заметного уменьшения тока возбуждения при снижении напряжения на этой обмотке.

При дальнейшем увеличении нагрузки (уменьшении нагрузочного сопротивления) наступает критический момент I_кр = ( 2-3 )% I_н , при котором внешняя характеристика делает петлю, и дальнейшее уменьшение нагрузочного сопротивления приводит к уменьшению напряжения на зажимах якоря и тока возбуждения до нуля. Если внешнее сопротивление равно нулю (короткое замыкание), то ток короткого замыкания I_к < I_н .

Iн

Iк

в

а

б

г

U

E

I

 

Рис 4.8 Внешние характеристики генератора: а – независимого; б – параллельного; в – смешанного; г – последовательного возбуждения

У генератора со смешанном возбуждением (рис 4.8 в) имеется две обмотки возбуждения. Ток нагрузки в последовательной обмотке возбуждения создает дополнительный магнитный поток, что позволяет компенсировать снижение напряжения на зажимах генератора от реакции якоря и от падения напряжения в сопротивлениях якоря и последовательной обмотки возбуждения. В генераторе смешанного возбуждения с ростом нагрузки напряжение на его зажимах можно не только поддерживать постоянным, но даже увеличивать.

У генератора последовательного возбуждения ток возбуждения равен току нагрузки, поэтому его внешняя характеристика (рис 4.8 г) близка к нагрузочной характеристике генератора независимого возбуждения (рис 4.7).

Регулировочная характеристика показывает, как следует изменять ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение на зажимах якоря. С увеличением нагрузки, чтобы компенсировать возрастающее падение напряжения в обмотке якоря, ослабление и искажение основного магнитного поля от реакции якоря, необходимо увеличивать ток возбуждения.

 

Iвн

Iв

Iво

Iн

I

 

Рис 4.9. Регулировочная характеристика

Самовозбуждение генераторов

У генераторов с самовозбуждением обмотка возбуждения питается от ЭДС самого генератора. Это генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Процесс самовозбуждения основан на использовании явления остаточного магнетизма. Даже при отсутствии тока возбуждения машина сохраняет остаточный магнитный поток, благодаря которому при вращении якоря создается небольшая остаточная ЭДС E_ост = ( 2-4 )% U_н .

На рис 4.10 показана характеристика холостого хода 1 и вольт-амперная характеристика цепи возбуждения 2 (). Процесс самовозбуждения происходит следующим образом.

Остаточная ЭДС E_ост  вызывает ток в обмотке возбуждения I_в1 = E_ост/ r_в . Этот ток создает магнитный поток, который должен быть направлен согласно с остаточным магнитным потоком, и вызывает ЭДС E₁ . Эта ЭДС создает еще больший ток воз-

0

3

2

1

E1

E2

U = rвкрIв

U = rв Iв

Iв2

Iв

Eост

Iв1

E

Iв

 

 

Рис 4.10. Процесс самовозбуждения генератора

буждения I_в2 = E₁ / r_в , который вызывает еще большую ЭДС E₂ . Процесс нарастания тока возбуждения и ЭДС заканчивается в точке пересечения характеристики холостого хода и вольт-амперной характеристики цепи возбуждения.

    Самовозбуждение генератора происходит при соблюдении следующих условий:

1. Магнитный поток от тока возбуждения и остаточный магнитный поток должны быть однонаправлены;

2. Сопротивление цепи возбуждения не должно превышать критическое значение, при котором вольт-амперная характеристика проходит выше характеристики холостого хода, то есть E ≤ .