Файл: Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 170

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

п — частота вращения якоря,

об/мин;

 

 

 

 

Ф — магнитный поток возбуждения,

Вб.

 

 

 

 

Анализируя

выражения

(42)

и

(43) и

 

 

 

 

схему

соединения

обмоток

генератора,

 

 

 

 

можно установить следующие четыре при­

 

 

 

 

чины,

которые

приводят к изменению

на­

 

 

 

 

пряжения генератора

U

при

изменении

 

 

 

 

нагрузки на него (тока якоря / я) .

 

 

 

ов

 

Гр

Первая причина очевидна. При измене­

 

 

 

 

 

 

нии тока, протекающего

через

обмотку

Рис.

69. Схема

генерато­

якоря,

изменяется

падение напряжения

на

ра постоянного

тока па­

сопротивлении

этой обмотки

(/я/?я).

Сле­

раллельного

возбужде­

ния

 

 

 

дует отметить, что сопротивление обмотки

 

напряжения на

якоря относительно

мало,

и

поэтому

падение

якоре мало влияет на напряжение генератора.

 

 

(/я= 0 )

Поток возбуждения Ф при холостом ходе генератора

создается только током / в,

протекающим через

обмотку возбуж­

дения.

При работе генератора под нагрузкой

ток якоря

создает

вокруг обмотки якоря свое магнитное поле, которое взаимодейст­ вует с полем обмотки возбуждения, изменяя его. Такое явление называется реакцией якоря. Не рассматривая подробно физичес­ кую картину реакции якоря, можно сказать, что при изменении нагрузки на генератор изменяется результирующий магнитный по­ ток возбуждения за счет действия реакции якоря, что приводит к изменению э. д. с. и напряжения генератора. Это и есть вторая причина.

Третья причина так же очевидна, как и первая. При увеличе­ нии нагрузки на генератор увеличивается нагрузка и на его пер­ вичный двигатель, а следовательно, в той или иной степени (в за­ висимости от качества работы регулятора частоты вращения) из­ меняется частота вращения п, э. д. с. и напряжение генератора.

Ток возбуждения генератора определяется формулой

где гв — сопротивление обмотки возбуждения; гр — сопротивление регулировочного реостата.

Отсюда видно, что изменение напряжения вследствие первых трех причин вызывает изменение тока возбуждения, что влечет за собой еще большее изменение напряжения. В самом крайнем слу­ чае, например при коротком замыкании (КЗ) на зажимах якоря генератора, ток возбуждения будет равен нулю. Ток в цепи якоря будет протекать только за счет небольшой э. д. с., индуктирован­ ной потоком остаточного намагничивания железа полюсов. В этом заключается положительное качество генераторов постоянного то­ ка параллельного возбуждения, для которых короткое замыка­ ние не представляет опасности, поскольку ток КЗ почти не превы­ шает номинального тока.

109

 

 

 

 

Зависимость

напряжения

генератора

 

 

 

 

от тока нагрузки (внешняя

характери­

 

 

 

 

стика) выражается кривой 1

(рис. 70).

 

 

 

 

Кривая имеет большой наклон,

а

это

 

 

 

 

значит, что при изменении нагрузки от

 

 

 

 

нуля до номинальной напряжение у та­

 

 

 

 

ких генераторов

изменяется

от

15

до

 

 

 

 

20%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор постоянного тока незави-

„ „

~

 

симого возбуждения.

У этого генератора

жения

от

тока нагрузки

у

обмотка возбуждения

получает питание

различных

генераторов

по-

от отдельного источника электроэнергии

стоянного тока

 

(возбудителя). Следовательно, напряже­

 

 

 

 

ние самого генератора нс влияет

на

ве­

личину тока возбуждения. Таким образом, устраняется четвертая причина, действующая у генераторов параллельного возбуждения.

Внешняя характеристика генератора независимого возбужде­ ния представлена кривой 2 (см. рис. 70). При изменении нагрузки от нуля до номинальной напряжение у таких генераторов изменя­ ется на 5—10%.

Генератор постоянного тока смешанного возбуждения. Поток возбуждения у генераторов смешанного возбуждения (рис. 71) создается намагничивающими силами (ампер-витками) двух об­ моток: параллельной ОВ1 и последовательной ОВ2. Намагничи­ вающая сила последовательной обмотки прямо пропорциональна току нагрузки. Это обстоятельство дает возможность использовать последовательную обмотку возбуждения как автоматический ре­ гулятор напряжения. При проектировании генератора число вит­ ков последовательной обмотки выбирается таким, чтобы намагни­ чивающая сила ее могла в значительной степени компенсировать действие всех причин, приводящих к изменению напряжения. Строго говоря, намагничивающая сила последовательной обмот­ ки непосредственно компенсирует действие реакции якоря, но косвенно может в какой-то степени компенсировать и влияние на напряжение генератора внутреннего падения напряжения и изме­ нение частоты вращения первичного двигателя.

Внешняя характеристика генератора смешанного возбуждения

изображается кривой 3 (см. рис.

70). При изменении нагрузки от

 

 

нуля до номинальной напряжение меня­

 

 

ется не более чем на 1,5—2,5%.

 

 

 

Генераторы переменного тока. В ка­

 

 

честве

источников электроэнергии на

 

 

судовых

электростанциях

переменного

 

 

тока

используются синхронные

генера­

 

 

торы,

у

которых обмотка

возбуждения

_

_

располагается на роторе, а трехфазная

обмотка — в пазах статора.

Следова-

Рис. 71.

Схема генератора

тельно, якорь у таких генераторов рас-

постоянного тока смешанно-

го возбуждения

положен на статоре.

 

 

 

Напряжение

синхронных

генера­

 

 

 

 

 

торов при изменении нагрузки изме­

 

 

 

 

 

няется вследствие тех же причин, что

 

 

 

 

 

 

и

у

генераторов постоянного

тока.

 

 

 

 

 

 

В самом деле, здесь

также существу­

 

 

 

 

 

 

ет и падение напряжения в обмотках

 

 

 

 

 

 

статора, и уменьшение скорости вра­

 

 

 

 

 

 

щения первичных двигателей, и влия­

 

 

 

 

 

 

ние потока, созданного током статора,

 

 

 

 

 

 

на

поток возбуждения — реакция

яко­

 

 

 

 

 

ря.

Отличие

заключается

в том, что,

 

 

 

 

 

 

во-первых, обмотка статора

синхрон-

Рис. 72. Зависимость напряжен­

ного генератора,

кроме активного со-

ния от тока нагР¥зки при раз-

противления,

обладает

индуктивным

личных

значениях

коэффици-

ента мощностн

у синхронных

сопротивлением

рассеяния,

а во-вто-

генераторов

 

 

 

 

рых, физическая картина реакции

постоянного

тока.

 

якоря

сложнее,

чем

у

генераторов

 

Из курса «Общая электротехника» известно, что поток, создан­

ный током обмотки статора синхронного генератора

(поток

реак­

ции

 

якоря),

всегда

вращается

с

такой

же

скоростью,

что

и ротор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При активной нагрузке на генератор (ток

статора

совпадает

по фазе с напряжением)

поток реакции якоря направлен перпен­

дикулярно потоку, созданному обмоткой ротора. В данном случае взаимодействие потоков напоминает реакцию якоря у генерато­ ров постоянного тока. Строго говоря, здесь следовало бы иметь в виду взаимодействие намагничивающих сил, однако представле­ ние о взаимодействии потоков отличается большей наглядностью. Реакция якоря при активной нагрузке называется поперечной, и

она оказывает относительно малое влияние на напряжение гене­ ратора.

При индуктивной нагрузке (ток статора отстает от напряжения генератора по фазе на 90°эл.) поток реакции якоря направлен навстречу потоку, созданному обмоткой ротора, что приводит при увеличении нагрузки на генератор к резкому уменьшению резуль­ тирующего потока возбуждения. Такая реакция называется про­ дольной размагничивающей. Она оказывает сильное влияние на напряжение генератора.

Случай работы синхронного генератора с емкостной нагрузкой практически значения не имеет, однако напомним, что при этом ток статора опережает по фазе напряжение на 90°эл., а поток, соз­ данный током статора, действует согласно с потоком обмотки возбуждения. Такая реакция называется продольной подмагничивающей, и она увеличивает напряжение генератора.

В реальных судовых условиях нагрузка на генераторы являет­ ся активно-индуктивной, т. е. смешанной, и характер ее определя­ ется величиной cosip (коэффициент мощности), где <р — угол, на который ток отстает по фазе от напряжения генератора.

ill

На рис. 72 приведены внешние характеристики синхронного ге­ нератора для различных значений coscp. Они показывают, что напряжение генератора сильно зависит как от величины нагрузки, так и от ее характера. Это обстоятельство является очень важным при изучении некоторых принципов автоматического регулирова­ ния напряжения.

Требования Регистра СССР. Нагрузка на генераторы можег изменяться плавно или скачкообразно. В Правилах Регистра

СССР учитываются оба случая применительно к различным ти­ пам генераторов. Так например, при изменении нагрузки на гене­ раторы переменного тока плавно от холостого хода до номиналь­ ной при номинальном коэффициенте мощности должно поддер­ живаться номинальное напряжение с точностью ±2,5% . При этом допускается поддержание номинального напряжения с точностью ±3,5%, если коэффициент мощности не номинальный, но не ниже

0, 6.

Такая точность обеспечивается применением автоматических регуляторов напряжения. Вместе с тем, если нагрузка на генера­ торы изменяется скачкообразно, то никакой регулятор, вследствие неизбежного запаздывания, не сможет удержать напряжение с указанной выше точностью. В этом случае при скачкообразном увеличении нагрузки происходит кратковременный провал напря­ жения, а при уменьшении — кратковременный всплеск его. Про­ вал напряжения должен быть не более 15%, а всплеск — не более 20% от номинального напряжения генератора. Автоматический регулятор должен восстанавливать номинальное напряжение в тече­ ние 1,5с с точностью ±3% .

Следует отметить, что на современных судах с электростанция­ ми переменного тока скачкообразное изменение нагрузки связано с пуском относительно мощных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей. Очень часто осуществляется так называемый прямой пуск, г. е. пуск без ограничения величины пускового тока. Пусковой ток достигает семикратного значения по сравнению с но­ минальным током электродвигателя и в отдельных случаях может намного превосходить номинальный ток генератора. Если в этом случае провал напряжения превышает 15%, то приходится приме­ нять какой-либо способ, ограничивающий величину пускового тока.

Кратковременный провал напряжения, выходящий за допусти­ мое значение, опасен тем, что в этот момент времени могут от­ ключиться различные контакторы и реле в схемах управления электроприводами, нарушив их нормальную работу. Недопустимо самопроизвольное отключение, скажем, масляного насоса главно­ го двигателя, электропривода рулевого устройства и т. д.

Напряжение генераторов постоянного тока должно поддержи­ ваться номинальным с точностью ±2,5% при изменении нагрузки на них от холостого хода до номинальной.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока со сме­ шанным возбуждением (см. рис. 70) обеспечивает такую точ­

112

Смотрите также файлы