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 Фост;
2) согласное направление магнитного потока остаточного намагничивания и магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения генератора;
3) сопротивление цепи возбуждения rв 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 Eост=сеnФост равная (2...5)% от Uн.
Под действием этой ЭДС по цепи возбуждения потечет ток, который создает добавочный поток намагничивания Фдоб. Ток, создающий Фдоб, равен
где rв=rрв+rшо; rрв — сопротивление регулировочного реостата; rшо — сопротивление параллельной обмотки возбуждения; rа — сопротивление цепи якоря.
В зависимости от направления тока Iв в обмотке возбуждения поток Фдоб может быть направлен либо встречно относительно Фоcт, либо согласно с ним. При встречном направлении Фост и Фдоб процесс самовозбуждения идти не будет, т.к. не выполняется второе условие. В этом случае необходимо поменять направление тока Iв , 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 rв, 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 Iв≠const и следовательно уравнение ЭДС может быть написано в двух вариантах следующим образом
где Uв — напряжения возбуждения, равные изменяющемуся напряжению U на генераторе; Iв — ток возбуждения; rв — сопротивление цепи возбуждения ; Lв — индуктивность цепи возбуждения.
Так как rв=const, то напряжение Iвrв изменяется прямо пропорционально току Iв. Графически эта зависимость выражается прямой (3) (рисунок — 1), выходящей из начала координат под углом a, причем
следовательно, каждому значению rв соответствует определенная характеристика цепи возбуждения, выходящая из начала координат под углом, определяемым формулой.
При работе генератора на холостом ходу ток Iв мал, поэтому можно считать, что Iara≈0, тогда из уравнения равновесия ЭДС следует, что U=Ea 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 Iв определяется точкой А пересечения характеристик 1 и 3.
Если увеличить rв, 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 rв получим прямую 5, касательную к начальной части характеристики холостого хода. Значение rв, соответствующее прямой 5, называется критическим (rвкр). При сопротивлении цепи обмотки возбуждения, равной и большей rвкр (кривая 6) генератор практически не возбуждается.
Если изменять частоту вращения генератора, то вид характеристики холостого хода меняется (кривая 2), следовательно, величина критического сопротивления rвкр зависит также от частоты вращения генератора. Большей частоте вращения генератора соответствует большее значение критического сопротивления rвкр.
