Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

7-2. Энергетическая диаграмма генератора

Ступени преобразования энергии в генераторе независимого воз­ буждения в установившемся режиме схематически показаны на энергетической диаграмме (рис. 7-1). IV' валу генератора подводится

расходуется па покрытие потерь IRUS в цепи возбуждения. Часть механической мощности расходуется на покрытие механических потерь Рмх и магнитных Рс (основных и добавочных). Перечисленная группа потерь почти не зависит от нагрузки генератора и называется потерями холостого хода, причем потери Рых имеют место и при

Л. Уравнение равновесия напряжений. Из энергетической диа­ граммы следует, что полная электрическая мощность на якоре гене­ ратора равна полезной мощности и всем электрическим потерям в це­

следовательно соединенных обмотках, образующих цепь якоря с об­ щим сопротивлением г2, потерь / 2Д[/Щв скользящем контакте (щет­ ках), добавочных потерь Ря, связанных с нагрузкой генератора, и потерь IBU в параллельной цепи возбуждения. Таким образом, об­ щие потери, покрываемые за счет электрической мощности якоря ге­ нератора,

2 Р в = Дг2 + /оА/Лц+ Рл+ IJJ.

104

Так как добавочные потери Рд считаются пропорциональными току обмотки якоря во второй степени (§ 6-5), то они могут быть представ­ лены в виде потерь на эквивалентном добавочном сопротивлении

гэкв.д

Рц — Т ; Г Э1Ш д .

Уравнение (7-1) с учетом уравнений (4-11) и (7-2) приобретает следующий вид:

или, включая гэкв.д в общее сопротивление г2 цепи якоря,

щее уравнение равновесия напряжений для генераторов ностоянного тока:

Таким образом, напряжение на зажимах генератора является частью э. д. с. якоря.

При приближенном анализе можно представить падение напряже­ ния Д£/щ в скользящем контакте (щетках) произведением / 2І?Щ, где Ищопределяется для номинального тока якоря, и тогда, включая сопротивление й щ в общее сопротивление г2 цепи якоря,

Б. Уравнение равновесия моментов. Из энергетической диа­ граммы (рис. 7-1) следует, что механическая мощность приводного двигателя преобразуется в электрическую мощность на якоре и за­ трачивается на преодоление потерь, связанных с вращением и перемагничиванием якоря, т. е.

Указанным составляющим мощности соответствуют составляющие вращающего момента приводного двигателя при постоянной скорости вращения со

Р І М _ Л щ , Л и х + -Pc

Здесь М 1т — составляющая вращающего момента приводного двигателя, уравновешивающая электромагнитный момент Мэм гене

105

ратора, М 0 — составляющая вращающего момента, уравновешиваю­ щая момент, обусловленный потерями холостого хода.

При ускорении или замедлении якоря генератора необходимо

учитывать наличие динамического момента M j = — J ~ и тогда полное уравнение равновесия моментов будет иметь вид:

7-3. Генератор независимого возбуждения

На рис. 7-2 приведена схема включения генератора независимого возбуждения. Обмотка возбуждения В соединена с отдельным источ­ ником постоянного тока, мощность которого обычно составляет 1—3% номинальной мощности генератора.

А. Характеристика холостого хода. Эта характеристика сни­ мается при разомкнутом рубильнике Р. Опыт следует начинать с тока возбуждения / в.макс, ПРИ котором напряжение U0 (равное э. д. с. Е%) превышает номинальное на 10—20% (рис. 7-3). После этого рео­ статом Дв постепенно уменьшают ток до І в = 0, при котором на за­ жимах генератора имеется напряжение Uocт, равное 2—3% номи­ нального, обусловленное остаточным магнитным потоком Фост ин­ дуктора. Затем изменяют направление тока в обмотке возбуждения и реостатом RBувеличивают его. При / в = —Івс машина полностью размагничена и напряжение на зажимах генератора равно нулю. Дальнейшее увеличение тока возбуждения приводит к увеличению напряжения противоположной полярности до значения —£70макс. при токе —/ в,макс- Для снятия восходящей ветви 2 характеристики ток возбуждения уменьшается до нуля и затем после изменения

106

направления увеличивается до значения + / в.макс» при котором вос­ ходящая и нисходящая ветви характеристики соединяются, образуя узкую гистерезисную петлю, обусловленную явлением гистерезиса в магнитной цепи индуктора. При снятии характеристики холостого хода изменение тока следует производить только в одном направле­ нии, для того чтобы точки соответствовали одной и той же гистерезис­ ной петле. Для практических целей используется линия 3, располо­ женная между восходящей 2 и нисходящей 1 ветвями. Полояюние на характеристике точки N, соответствующей номинальному на­ пряжению, определяет степень насыщения магнитной цепи. Обычно эта точка, лежит в верхней части изгиба характеристики холостого хода, так как работа на прямолинейной части не обеспечивает устой­

обмотке якоря возникает поперечная реакция якоря, которая вслед­ ствие насыщения магнитной цепи оказывает размагничивающее действие, при смещении токораздела с геометрической нейтрали по вращению якоря возникает еще продольная реакция якоря (§ 4-3). Если количество витков в катушке возбуждения (на полюсе) w„, то ток возбуждения, соответствующий общей размагничивающей реак­ ции Fad якоря,

тFad

ва~ 2wa •

Результирующая намагничивающая сила, создающая основной магнитный поток в генераторе, определяется током / в р = / В1 — І Ша и соответствующая этому току э. д. с. равна Е22. Напряжение на зажимах генератора, согласно уравнению (7-5), будет Ux = Е22 —

— / 2г2. Соответствующая этому напряжению точка С лежит на наг­ рузочной характеристике 2, а разность Е21 — Ux определяет общее изменение напряжения при переходе от холостого хода к нагрузке / 2 при токе возбуждения / в1.

Прямоугольный треугольник АВС, сторона которого AB соот­ ветствует реакции Fad якоря в масштабе тока возбуждения, и сторона'

*107

ВС — падению напряжения / 2г2 я масштабе напряжения, называется характеристическим треугольником.

При постоянной нагрузке падение напряжения / 2г2 остается практически постоянным, а размагничивающее действие реакции якоря изменяется, поэтому в треугольниках АВС, А ф хСх и А2В2Сг

построение характеристического треугольника позволяет определить размагничивающее действие реакции якоря. Для этого необходимо при установленном токе возбуждения / В1 определить напряжение на зажимах генератора 7/, (точку С) и прибавить к нему падение напря­ жения в цепи якоря / 2г2. Затем через точку В провести линию парал­

По внешней характеристике определяется изменение напряжения генератора: повышение напряжения при снятии нагрузки и пониже­ ние при увеличении нагрузки. Относительное изменение напряже­ ния равно разности напряжения при холостом ходе и напряжения при номинальной нагрузке в долях номинального напряжения

Относительное изменение напряжения зависит от сопротивления цепи якоря и от влияния реакции якоря, в машинах без компенса­ ционной обмотки АU%составляет 0,05-у0,15.

Внешнюю характеристику можно построить по характеристике

хода и характеристический треугольник АВС, определенный ранее по характеристикам холостого хода и нагрузочной для номиналь­ ного тока / н нагрузки. Характеристический треугольник распола­ гается так же, как на рис. 7-4, т. е. его вертикальный катет ВС сов­ падает с линией установленного тока возбуждения / в1, а вершина А находится на характеристике холостого хода. Положение вершины С

108