Загальні відомості про генераторах постійного струму

  1. Класифікація генераторів постійного струму за способом збудження
  2. енергетична діаграма
  3. Рівняння моментів, що обертають
  4. рівняння напруги
  5. Установка щіток в нейтраль

Хоча в промисловості застосовується головним чином змінний струм , генератори постійного струму широко використовуються в різних промислових, транспортних та інших установках (для живлення електроприводів з широким регулюванням швидкості обертання, в електролізної промисловості, на судах, тепловозах і так далі). У цих випадках генератори постійного струму зазвичай приводяться в обертання електродвигунами змінного струму, паровими турбінами або двигунами внутрішнього згоряння.

Класифікація генераторів постійного струму за способом збудження

розрізняються генератори незалежного збудження і генератори з самозбудженням.

Генератори незалежного збудження діляться на генератори з електромагнітним збудженням (рисунок 1, а), в яких обмотка збудження ОВ харчується постійним струмом від стороннього джерела (акумуляторна батарея, допоміжний генератор або збудник постійного струму, випрямляч змінного струму), і на магнітоелектричні генератори з полюсами в вигляді постійних магнітів . Генератори останнього типу виготовляються тільки на малі потужності. У цьому розділі розглядаються генератори з електромагнітним збудженням.

У генераторах з самозбудженням обмотки збудження живляться електричною енергією, що виробляється в самому генераторі.

У всіх генераторах з електромагнітним збудженням на збудження витрачається 0,3 - 5% номінальної потужності машини. Перша цифра відноситься до найпотужнішим машинам, а друга - до машин потужністю близько 1 кВт.

Генератори з самозбудженням в залежності від способу включення обмоток збудження діляться на 1) генератори паралельного збудження , Або шунтові (рисунок 1, б), 2) генератори послідовного збудження , Або серієсний (рисунок 1, в), і 3) генератори змішаного збудження , Або компаундні (рисунок 1, г).

Генератори змішаного збудження мають дві обмотки збудження, розташовані на загальних головних полюсах: паралельну і послідовну. Якщо ці обмотки створюють силу, що намагнічує однакового спрямування, то їх включення називається згодним; в іншому випадку з'єднання обмоток називається зустрічним. Зазвичай застосовується згідне включення обмоток збудження, причому основна частина сили, що намагнічує збудження (65 - 80%) створюється паралельної обмоткою збудження.

Зазвичай застосовується згідне включення обмоток збудження, причому основна частина сили, що намагнічує збудження (65 - 80%) створюється паралельної обмоткою збудження

Малюнок 1. Схеми генераторів і двигунів незалежного (а), паралельного (б), послідовного (в), змішаного (г) збудження (суцільні стрілки - напрямки струмів в режимі генератора , Штрихові - в режимі двигуна )

На малюнку 1, г кінець паралельної обмотки збудження (від реостата збудження) підключений за послідовною обмоткою збудження ( "довгий шунт"), проте цей кінець може бути приєднаний і безпосередньо до якоря ( "короткий шунт"). Істотної різниці в цих варіантах сполуки немає, так як падіння напруги в послідовній обмотці становить лише 0,2 - 1,0% від U н і ток i в малий. Зазвичай застосовується з'єднання, зображене на малюнку 1, г.

У генераторі паралельного збудження струм збудження становить 1 - 5% від номінального струму якоря I ан або струму навантаження I н = I ан - i в. В генераторах послідовного збудження ці струми рівні один одному: i в = I а = I і падіння напруги на обмотці збудження при номінальному навантаженні становить 1 - 5% від U н. Обмотки збудження у генераторів паралельного збудження мають велике число витків малого перетину, а у генераторів послідовного збудження - відносно мале число витків великого перерізу.

У ланцюгах обмоток паралельного збудження, а часто також в ланцюзі обмотки незалежного збудження для регулювання струму збудження включають реостати R р.в (рисунок 1, а, б, і г).

Великі машини постійного струму працюють з незалежним збудженням. Машини малої і середньої потужності здебільшого мають паралельне або змішане збудження. Генератори з послідовним збудженням менш поширені.

енергетична діаграма

Енергетична діаграма генератора незалежного збудження представлена на малюнку 2. Отримана від первинного двигуна механічна потужність P 1 за вирахуванням втрат механічних p мх, магнітних p мг і додаткових p д перетворюється в якорі в електромагнітну потужність P ем. Потужність P ем частково витрачається на електричні втрати p ела в ланцюзі якоря (в обмотках якоря, додаткових полюсів і компенсаційної і в перехідному опорі щіткового контакту), а інша частина цієї потужності являє собою корисну потужність P 2, що віддається споживачам. Втрати на збудження p в в генераторі незалежного збудження покриваються за рахунок стороннього джерела струму.

На підставі викладеного для генератора незалежного збудження маємо рівняння потужностей

P

2 = P 1 - p мх - p мг - p д - p ела = P ем - p ела (1)

Можна написати також наступне рівняння потужностей:

P

1 = p мх + p мг + p д + P ем (2)

Аналогічні енергетичні діаграми можна побудувати і для інших типів генераторів.

Рівняння моментів, що обертають

Якщо всі члени рівняння (2) розділити на кутову швидкість обертання якоря

Ω = 2 × π × n

то отримаємо рівняння обертаючих моментів для сталого режиму роботи:

тут

є прикладений до валу крутний момент первинного двигуна,

- електромагнітний момент, що розвивається якорем, і

- гальмівний момент, відповідний втрат на тертя тр) і магнітним і додатковий втрат С.Д), які покриваються за рахунок механічної потужності.

У несталому режимі, коли швидкість обертання змінюється, виникає також так званий динамічний момент обертання

де J - момент інерції обертових частин генератора. Динамічний момент відповідає зміні кінетичної енергії обертових мас. При збільшенні швидкості обертання момент M дин> 0 і, як і момент M 0 + M ем, є гальмівним. В даному випадку кінетична енергія обертових мас збільшується за рахунок роботи первинного двигуна. Якщо момент M дин <0, він діє в напрямку обертання і є рушійним, підтримуючи обертання за рахунок зменшення кінетичної енергії обертових мас.

Таким чином, в загальному випадку, при n ≠ const,

момент

відповідний статичним силам, називають статичним моментом. Тому можна також написати

M

в = M ст + M дин (10)

рівняння напруги

Рівняння напруги U на затискачах генератора має вигляд

U

= E а - I а × r а - 2 × Δ U щ (11)

де

E

а = c е × Ф δ × n (12)

являє собою е. д. з. якоря, r а - опір всіх послідовно з'єднаних обмоток ланцюга якоря, а 2 × Δ U щ - падіння напруга в контактній шарі щіток обох полярностей.

Зазвичай для спрощення обчислень вводять постійний опір щіткових контактів

R

щ = 2 × Δ U щ / I ан (13)

і замість виразу (11) користуються рівнянням

де

- повний опір якоря.

Внаслідок мінливості перехідного опору щіток рівняння (14) є кілька наближеним, але похибка незначна. для вугільних і графітних щіток береться 2 × Δ U щ = 2 В і для металлографитні щіток 2 × Δ U щ = 0,6 В. У режимі генератора завжди U менше E а.

Установка щіток в нейтраль

Зазвичай щітки встановлюються на геометричної нейтрали .

Установка щіток на нейтраль проводиться індуктивним способом - шляхом включення і виключення постійного струму в обмотці збудження нерухомою машини і спостереження за показаннями вольтметра або гальванометра, приєднаного до щіток. Щіткова траверса встановлюється і закріплюється в положенні, при якому відхилення стрілки приладу при включенні і виключенні струму збудження дорівнює нулю або мінімально. Краще мати прилад з нулем посередині шкали. Струм в обмотці збудження не повинен перевищувати приблизно 10% від номінального щоб уникнути индуктирование великих е. д. з. самоіндукції, здатних пошкодити ізоляцію обмотки збудження.

Можна також встановити щітки в такому положенні, коли при холостому ході у генератора напруга максимально або у двигуна швидкість обертання мінімальна. Однак цей спосіб є більш грубим.

Джерело: Вольдек А. І., "Електричні машини. Підручник для технічних навчальних закладів" - 3-е видання, перероблене - Ленінград: Енергія, 1978 - 832с.

© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008