Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения.

Для работы генератора необходимо наличие в нем магнитного поля. В зависимости от способа создания магнитного поля все генераторы постоянного тока (ГПТ) делят на:1 - генераторы с независимым возбуждением: - электромагнитные, где поле создается специальной обмоткой,

- магнитоэлектрические, где поле создается с помощью постоянных магнитов;

2 - генераторы с самовозбуждением:- параллельного возбуждения,- последовательного возбуждения,- смешанного возбуждения.

Свойства генераторов анализируют с помощью характеристик, устанавливающих зависимости между основными величинами, определяющими работу генератора. Таковыми являются:- напряжение на зажимах, U, B;- ток нагрузки, I, A;- ток возбуждения, I_в, А;- полезная электрическая мощность, Р , Вт;

- частота вращения якоря n, мин .Номинальные значения этих величин входят в паспортные данные всех генераторов постоянного тока. Можно указать и ряд дополнительных величин, например, число пар полюсов Р, сопротивления обмоток R_я, R_ш, R_c и т.п. Основную группу характеристик снимают при неизменной частоте вращения якоря.

Основными характеристиками ГПТ являются:

1. Характеристика холостого хода U_o = f(I_в); I = 0;(U_o - напряжение холостого хода генератора).

2. Внешняя характеристика U = f(I); R_в = 0;(R_в - сопротивление реостата в цепи возбуждения).

3. Регулировочная характеристика I_в = f(I); U = U_ном;(U_ном - номинальное напряжение генератора).

2. Генераторы независимого, параллельного и смешанного возбужденияи внешние характеристики.

При независимом возбуждении (рис.38) обмотка возбуждения (ОВ) питается от независимого источника постоянного тока.

Рис.38

Независимое возбуждение генераторов применяют в случае необходимости регулирования в широких пределах тока возбуждения I_в и напряжения на зажимах машины. У генераторов с независимым возбуждением

I_я = I_нГенераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора. Генератор с параллельным возбуждением (рис.39 )I_я = I_н + I_в

Рис.39У мощных машин I_в составляет 1-3% тока якоря I_я, у малых машин до нескольких десятков процентов.

Генератор со смешанным возбуждением (рис.40 )

Основной обычно является параллельная обмотка. Последовательная обмотка подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки Iн, чем компенсирует падение напряжения в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.I_я = I_н + I_в.

Способ возбуждения генератора определяет его свойства и характеристики.

Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением имеет вид кривой намагничивания сердечника В = f(H) и повторяет ее петлю гистерезиса (кривая 1 - восходящая ветвь, 2 - нисходящая ветвь). Е_ост соответствует Ф_о - остаточному магнитному потоку.

Внешняя характеристика ГПТ с независимым возбуждением имеет падающий характер, т.к. вследствие реакции якоря магнитный поток Ф ослабляется при увеличении I_я. Следовательно уменьшается Е, что вызывает дополнительное снижение U.

U = E - R_я I_я.Регулировочная характеристика имеет восходящий характер, т.к. чтобы поддержать U = const при любой нагрузке, необходимо при увеличении I_я увеличить Е так, чтобы U = E - R_я I_я = const.

Величина Е регулируется с помощью изменения I_в (а следовательно Ф).

У генераторов с параллельным возбуждением характеристики холостого хода и регулировочная практически не отличаются от соответствующих характеристик ГПТ с независимым возбуждением.

Внешняя характеристика по сравнению с характеристикой ГПТ с независимым возбуждением пойдет ниже, т.к. уменьшение U будет вызываться не только падением напряжения на якорной обмотке(R_яI_я) и реакцией якоря, но и еще уменьшением Ф, т.к. I_в = U / R_в. Более того при достижении Iя величины I_кр = (2 - 3) Iя_ном ток якоря начнет уменьшаться с уменьшением Rн, т.к. магнитная цепь будет ненасыщенной и уменьшение U будет происходить быстрее, чем уменьшение R_н. При R_н = 0 (режим К.З.) I_я обычно не превышает номинального значения и определяется величиной Е_ост.

Для ГПТ со смешанным возбуждением характеристика холостого хода совпадает с характеристикой холостого хода ГПТ с параллельным возбуждением. Вид внешней характеристики определяется способом включения обмоток возбуждения ГПТ. При согласном включении обмоток параллельной (шунтовой) и последовательной (сериесной) магнитные потоки суммируются, внешняя характеристика пойдет выше характеристики ГПТ с параллельным возбуждением, т.к. уменьшение Фш и реакция якоря будет компенсироваваться увеличением Фс. Подбором числа витков обмоток можно добиться равенстваUхх = Uном, что позволит обеспечить стабильность напряжения.

При встречном включении обмоток Ф = Ф_ш - Ф_с и характеристика получается круто падающей. Достоинством ГПТ со встречным включением обмоток является то, что он не боится коротких замыканий в цепи нагрузки.

Регулировочные характеристики ГПТ со смешанным возбуждением имеют вид, представленный на рис. .

Кривая 1 - с нормально рассчитанной последовательной обмоткой.

Кривая 2 -при усиленной последовательной обмотке.

Кривая 3 - при последовательной обмотке с меньшим числом витков.

46 (23) .Угловая характеристика СМ.

47.Схема замещения цепи якоря ГПТ и уравнение баланса мощностей.

Для расчета и анализа электромагнитных процессов и характеристик ма- шин постоянного тока необходимо моделирование машины с помощью элек- трической схемы замещения и соответствующих уравнений электрического со- стояния. При составлении схемы замещения необходимо отразить основные про-цессы, происходящие в якоре МПТ. В частности, обмотка якоря выполненная из провода конечных размеров (диаметр и длина) обладает определенным ак-тивным сопротивлением RЯ. Это обусловливает падение напряжения в обмотке якоря и безвозвратную потерю энергии в виде тепла как в генераторе, так и в двигателе. Сопротивление обмотки якоря учитывается в схеме замещения иде-альным резистором с сопротивлением RЯ. Двигатель постоянного тока В двигателе постоянного тока при вращении якоря в его обмотке индуци-руется ЭДС, направленная навстречу току и частично уравновешивающая при- ложенное напряжение. Это учитывается введением в схему замещения идеаль- 18 ного источника ЭДС величиной EЯ. Таким образом, напряжение источника, приложенное к обмотке якоря двигателя, уравновешивается падением напряже-ния на сопротивлении RЯ и величиной противоэдс EЯ: я яRя U = E + I . (4) Уравнение (4) называют уравнением электрического состояния цепи яко- ря двигателя постоянного тока. Соответствующая такому уравнению электрического состояния схема за-мещения показана на рис. 13. Рис. 13. Схема замещения двигателя постоянного тока Умножив обе части уравнения (4) на ток IЯ, получим уравнение мощно-стей ДПТ: я 2 UI я = Eя I я + I я R , (5) или Pэл = ∆Pя + Pэм , (6) где Pэл =UI я - электрическая мощность, потребляемая якорем двигателя от источника электроэнергии; я 2 ∆Pя = I я R - электрические потери мощности в обмотке якоря; эм я я P = E I - электромагнитная мощность двигателя, преобразуемая в механическую. Генератор постоянного тока При работе МПТ в режиме генератора ток в приемнике и в обмотке якоря обеспечивается за счет ЭДС якоря, наводимой магнитным полем возбуждения. Эта ЭДС создает напряжение на зажимах генератора и компенсирует падение 19 напряжения в обмотке якоря. Уравнение электрического состояния ГПТ имеет вид: я яя E = U + R I , (7) а соответствующая схема замещения показана на рис. 14. Рис. 14. Схема замещения генератора постоянного тока Уравнение мощностей ГПТ получается в виде: 2 я яяяя E I =UI + R I , (8) или Pэм = Pэл + ∆Pя , (9) где я я P E I эм = - электромагнитная мощность, получаемая в результате преоб- разования механической энергии в электрическую; 2 я яя ∆P = R I - электрические потери мощности в обмотке якоря; Pэл = UI я - электрическая мощность, отдаваемая приемнику во внешнюю элек-трическую цепь.

48 (35) .Рабочие характеристики СД.

49 (47) . Сх. замещ-ия цепи якоря ДПТ и ур-ие баланса мощностей

50 (13) . Хар-р взаимодейст. полей статора и ротора СМ.