Генераторы параллельного возбуждения. Условия самовозбуждения генератора.

Генераторы параллельного возбуждения.

Условия самовозбуждения генератора.

В генераторах с самовозбуждением, а к ним относится и генератор параллельного возбуждения, обмотки возбуждения получают питание непосредственно от якоря самого генератора, при этом посторонний источник питания им не требуется.

Самовозбуждение генератора возможно при выполнении трех условий:

1) наличие потока остаточного намагничивания полюсов Ф_ост;

2) согласное направление магнитного потока остаточного намагничивания и магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения генератора;

3) сопротивление цепи возбуждения r_в должно быть ниже некоторого критического значения, а частота вращения должна быть не ниже номинального значения.

В электрической машине практически всегда существует небольшой, порядка (2…5)% от номинального, поток остаточного намагничивания. Если в генераторе такой поток отсутствует, то необходимо его намагнитить, пропустив ток по обмотке возбуждения от постороннего источника.

Если привести якорь генератора во вращение с частотой, равной номинальной, то под действием потока остаточного намагничивания в обмотке якоря возникает небольшая ЭДС E_ост=с_еnФ_ост   равная (2…5)% от U_н.

Под действием этой ЭДС по цепи возбуждения потечет ток, который создает добавочный поток намагничивания Ф_доб. Ток, создающий Ф_доб, равен

где r_в=r_рв+r_шо; r_рв — сопротивление регулировочного реостата; r_шо — сопротивление параллельной обмотки возбуждения; r_а — сопротивление цепи якоря.

В зависимости от направления тока I_в в обмотке возбуждения поток Ф_доб  может быть направлен либо встречно относительно Ф_оcт, либо согласно с ним. При встречном направлении Ф_ост и Ф_доб  процесс самовозбуждения идти не будет, т.к. не выполняется второе условие. В этом случае необходимо поменять направление тока I_в , переключив концы питания обмотки возбуждения. Если потоки направлены согласно, то развивается процесс самовозбуждения, который можно представить в виде следующий логической схемы

При выполнении двух первых условий процесс самовозбуждения будет развиваться до определенного предела. Этот предел зависит от сопротивления цепи возбуждения r_в, вида ее вольт-амперной характеристики и вида характеристики холостого хода. На рисунке-1., представлены характеристики холостого хода (1) при частоте вращения генератора n₁, и (2) при частоте вращения n₂ >n₁, и вольтамперные характеристики цепи возбуждения генератора (3-6) при различных углах a.

Рисунок-1 – Условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения

Определим предел, до которого идет процесс самовозбуждения. При этом считаем, что генератор работает на холостом ходу, т.е. I=0.

При самовозбуждении I_в?const и следовательно уравнение ЭДС может быть написано в двух вариантах следующим образом

где U_в — напряжения возбуждения, равные изменяющемуся напряжению U на генераторе; I_в — ток возбуждения; r_в — сопротивление цепи возбуждения ; L_в — индуктивность цепи возбуждения.

Так как r_в=const, то напряжение I_вr_в изменяется прямо пропорционально току I_в. Графически эта зависимость выражается прямой (3) (рисунок — 1), выходящей из начала координат под углом a, причем

следовательно, каждому значению r_в соответствует определенная характеристика цепи возбуждения, выходящая из начала координат под углом, определяемым формулой.

При работе генератора на холостом ходу ток I_в мал, поэтому можно считать, что I_ar_a?0, тогда из уравнения равновесия ЭДС следует, что U=E_a и зависимость изменения напряжения на зажимах генератора определяется характеристикой холостого хода (кривая I). Отрезки ординат между кривой 1 и линией 3 дают разность

и служат мерой интенсивности происходящего процесса самовозбуждения, т.е. скорости изменения тока возбуждения. Очевидно, что этот процесс окончится тогда, когда разность

станет равной нулю, т.е. установившееся значение тока I_в определяется точкой А пересечения характеристик 1 и 3.

Если увеличить r_в, то вольтамперная характеристика пойдет круче и примет положение 4. Процесс самовозбуждения в этом случае замедляется и заканчивается в точке А₁ при меньшем напряжении на генераторе. При дальнейшем увеличении r_в  получим прямую 5, каса­тельную к начальной части характеристики холостого хода. Значение r_в, соответствующее прямой 5, называется критическим (r_вкр). При сопротивлении цепи обмотки возбуждения, равной и большей r_вкр (кривая 6) генератор практически не возбуждается.

Если изменять частоту вращения генератора, то вид характеристики холостого хода меняется (кривая 2), следовательно, величина критического сопротивления r_вкр зависит также от частоты вращения генератора. Большей частоте вращения генератора соответствует большее значение критического сопротивления r_вкр.