Генераторы параллельного возбуждения. условия самовозбуждения генератора

4 Слоев по витков

N_B=10

w_П=205

8.11
Размер полюсной катушки по ширине
(11-142)

мм

8.12
Размер полюсной катушки по высоте
(11-143)

мм.

8.14
Средняя длина витка катушки (11-144)

мм.

8.15
Ток возбуждения при номинальной
нагрузке (11-153)

А.

8.16
Количество параллельных ветвей в цепи
обмотки возбуждения (§ 11-9)

а_п=1.

8.17
Уточненная плотность тока в обмотке
возбуждения (11-154)

А/мм2

8.18
Общая длина всех витков обмотки
возбуждения (11-155)

м

8.19
Массам меди обмотки возбуждения
(11-156)

кг

8.20
Сопротивление обмотки возбуждения
при температуре 20˚
С (11-157)

Ом,

где
См/мкм
–
удельная электрическая проницаемость
меди при 20°С.

8.21
Максимальный ток возбуждения (11-158)

А

8.22
Коэффициент запаса возбуждения (11-159)

8.23
Номинальная мощность возбуждения
(11-160)

Вт

Как работает генератор переменного тока?

Работа генератора заключается в создании электродвижущей силы в проводнике под действием изменяющегося магнитного поля.

Схема и устройство простейшего генератора

По конструкции электрогенератор включает в себя следующие элементы:

• вращающаяся индукторная составляющая, называющаяся рамкой;
• движущая щеточная часть;
• коллекторное приспособление, оснащенное щетками, предназначенное для отвода напряжения;
• магнитное поле;
• контактные кольца.

Схема простейшего генераторного устройства переменного тока

Принцип действия

Образование электродвижущей силы в обмотках статорного механизма осуществляется после появления электрополя. Для последнего характерны вихревые образования. Данные процессы происходят в результате изменения магнитного потока. Причем последний меняется из-за быстрого вращения роторного механизма.

Ток от него поступает в электроцепь посредством контактных элементов, выполненных в виде деталей скольжения. Для более упрощенного прохождения напряжения к концам обмотки производится подсоединение колец. К этим контактным составляющим подключаются неподвижные щеточные элементы. С их помощью между электропроводкой и обмоткой роторного устройства появляется связь.

В витках магнитного элемента происходит образование поля, в нем формируется ток небольшой величины. По сравнению с напряжением, которое выдает простейший генераторный агрегат на внешнюю электроцепь. Если узел характеризуется небольшой мощностью, то в нем поле образует постоянный магнит, который может прокручиваться. Благодаря такому устройству и принципу работы генератора переменного тока в целом упрощается вся система. Поэтому из конструкции можно убрать щетки и контактные элементы.

Канал «Top Generators» наглядно и схематично в видеоролике показал принцип функционирования агрегата.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения

Эта характеристика представляет собой зависимость напряжения U навыводах генера­тора от тока нагрузки I. При снятии данных для построения внеш­ней характеристики генератор приводят во вращение с номиналь­ной скоростью и нагружают его до номинального тока при номинальном напряжении. Затем, постепенно уменьшая нагрузку вплоть до х.х. (I= 0), снимают показания приборов. Сопротивле­ние цепи возбуждения r_Bи частоту вращения в течение опыта под­держивают неизменными.

На рис. 28.4, а представлена внешняя характеристика генера­тора независимого возбуждения, из которой видно, что при увеличении тока нагрузки I напряжение на выводах генератора понижа­ется; это объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря и падением напряжения в цепи якоря. Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость внешней характеристики) оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки:

.                         (28.9)

Обычно для генератора независимого возбуждения ΔU_ном  = 5 – 10% .

Cамовозбуждение генератора постоянного тока

В том случае, если энергия, нужная для возбуждения машины, берется из якоря самого устройства, то эта МПТ будет машиной с самовозбуждением.

На схемах ниже МПТ с самовозбуждением магнитного потока: а – параллельное, в – последовательное, с – смешанное возбуждение.

Обмотки возбуждения и якоря для любых самовозбуждающихся машин подразделяются на три типа и классифицируются по соединению, это:

1. Шунтовые – параллельное соединение обмоток.
2. Сериесные – последовательное соединение.
3. Компаудные – со смешанным соединением.

Некоторые типы современных двигателей, при разных типах присоединений в сеть обмоток, подразумевают прямое подключение возбуждающей обмотки в электрическую сеть.

Регулировочная характеристика генератора постоянного тока независимого возбуждения

Характери­стика  I_В= F(I) показывает, как следует менять ток в цепи возбуж­дения, чтобы при изменениях нагрузки генератора напряжение на его выводах оставалось неизменным, равным номинальному. При этом частота вращения сохраняется постоянной (n – const).

При работе генератора без нагрузки в цепи возбуждения уста­навливают ток I_во, при котором напряжение на выводах генератора становится равным номинальному. Затем постепенно увеличивают нагрузку генератора, одновременно повышают ток возбуждения таким образом, чтобы напряжение генератора во всем диапазоне нагрузок оставалось равным номинальному. Так получают восхо­дящую ветвь характеристики (кривая 1 на рис. 28.4, б). Постепен­но уменьшая нагрузку генератора до х.х. и регулируя соответст­вующим образом ток возбуждения, получают нисходящую ветвь характеристики (кривая 2 на рис. 28.4, б).Нисходящая ветвь регу­лировочной характеристики расположена ниже восходящей, что объясняется влиянием возросшего остаточного намагничивания магнитной цепи машины в процессе снятия восходящей ветви. Среднюю кривую 3, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями, называют практической регулировочной характери­стикой генератора.

Основной недостаток генераторов независимого возбужде­ния — это необходимость в постороннем источнике энергии по­стоянного тока — возбудителе. Однако возможность регулирова­ния напряжения в широких пределах, а также сравнительно жесткая внешняя характеристика этого генератора являются его достоинствами.

Рис. 28.4. Внешняя (а) и регулировочная (б) характери­стики генератора независимого возбуждения.

Классификация

Различают два вида генераторов постоянного тока:

• с независимым возбуждением обмоток;
• с самовозбуждением.

Для самовозбуждения генераторов используют электричество, вырабатываемое самим устройством. По принципу соединения обмоток якоря самовозбуждающиеся альтернаторы с делятся на типы:

• устройства с параллельным возбуждением;
• альтернаторы с последовательным возбуждением;
• устройства смешанного типа (компудные генераторы).

Рассмотрим более подробно особенности каждого типа соединения якорных обмоток.

С параллельным возбуждением

Для обеспечения нормальной работы электроприборов, требуется наличие стабильного напряжения на зажимах генераторов, не зависящее от изменения общей нагрузки. Задача решается путём регулировки параметров возбуждения. В альтернаторах с параллельным возбуждением выводы катушки подключены через регулировочный реостат параллельно якорной обмотке.

Реостаты возбуждения могут замыкать обмотку «на себя». Если этого не сделать, то при разрыве цепи возбуждения, в обмотке резко увеличится ЭДС самоиндукции, которая может пробить изоляцию. В состоянии, соответствующем короткому замыканию, энергия рассеивается в виде тепла, предотвращая разрушение генератора.

Электрические машины с параллельным возбуждением не нуждаются во внешнем источнике питания. Благодаря наличию остаточного магнетизма всегда присутствующего в сердечнике электромагнита происходит самовозбуждение параллельных обмоток. Для увеличения остаточного магнетизма в катушках возбуждения сердечники электромагнитов делают из литой стали.

Процесс самовозбуждения продолжается до момента, пока сила тока не достигнет своей предельной величины, а ЭДС не выйдет на номинальные  показатели при оптимальных оборотах вращения якоря.

Достоинство: на генераторы с параллельным возбуждением слабо влияют токи при КЗ.

С независимым возбуждением

В качестве источника питания для обмоток возбуждения часто используют аккумуляторы или другие внешние устройства. В моделях маломощных машин используют постоянные магниты, которые обеспечивают наличие основного магнитного потока.

На валу мощных генераторов расположен генератор-возбудитель, вырабатывающий постоянный ток для возбуждения основных обмоток якоря. Для возбуждения достаточно 1 – 3% номинального тока якоря и не зависит от него. Изменение ЭДС осуществляется регулировочным реостатом.

Преимущество независимого возбуждения состоит в том, что на возбуждающий ток никак не влияет напряжение на зажимах. А это обеспечивает хорошие внешние характеристики альтернатора.

С последовательным возбуждением

Последовательные обмотки вырабатывают ток, равен току генератора. Поскольку на холостом ходе нагрузка равна нулю, то и возбуждение нулевое. Это значит, что характеристику холостого хода невозможно снять, то есть регулировочные характеристики отсутствуют.

В генераторах с последовательным возбуждением практически отсутствует ток, при вращении ротора на холостых оборотах. Для запуска процесса возбуждения необходимо к зажимам генератора подключить внешнюю нагрузку. Такая выраженная зависимость напряжения от нагрузки является недостатком последовательных обмоток. Такие устройства можно использовать только для питания электроприборов с постоянной нагрузкой.

Со смешанным возбуждением

Полезные характеристики сочетают в себе конструкции генераторов со смешанным возбуждением. Их особенности: устройства имеют две катушки – основную, подключённую параллельно обмоткам якоря и вспомогательную, которая подключена последовательно. В цепь параллельной обмотки включён реостат, используемый для регулировки тока возбуждения.

Процесс самовозбуждения альтернатора со смешанным возбуждением аналогичен тому, который имеет генератор с параллельными обмотками (из-за отсутствия начального тока последовательная обмотка в самовозбуждении не участвует). Характеристика холостого хода такая же, как у альтернатора с параллельной обмоткой. Это позволяет регулировать напряжения на зажимах генератора.

Смешанное возбуждение сглаживает пульсацию напряжения при номинальной нагрузке. В этом состоит главное преимущество таких альтернаторов перед прочими типами генераторов. Недостатком является сложность конструкции, что ведёт к удорожанию этих устройств. Не терпят такие генераторы и коротких замыканий.

Последовательная обмотка — возбуждение

Характеристика короткого замыкания МПТ.| Схема при снятии.| Схема соединений при снятии внешней, регулировочной и нагрузочной характеристик МПТ.

Наличие последовательной обмотки возбуждения может повысить ( при согласном включении) или понизить ( при встречном включении) внешнюю характеристику ГПТ.
 

Катушки последовательной обмотки возбуждения имеют небольшое число витков неизолированного медного провода прямоугольного сечения марки ПММ. Витки изолированы один от другого электроизоляционным картоном толщиной 0 2 — 0 4 мм. Катушки параллельной обмотки в стартерах смешанного возбуждения наматывают изолированным круглым проводом. Снаружи катушки изолируют хлопчатобумажной лентой или полимерными материалами. Катушки в обмотках соединяют последовательно, попарно-параллельно или параллельно.
 

Сопротивление последовательной обмотки возбуждения не учитывается.
 

Сопротивление последовательной обмотки возбуждения составляет г ог 0 138 ом, сопротивление якоря г 0 262 ом.
 

Свойство последовательной обмотки возбуждения увеличивать напряжение генератора с ростом нагрузки используется для компенсации снижения напряжения, наблюдаемого у генераторов с параллельным возбуждением.
 

Внешняя характеристика генератора смешанного возбуждения.

Назначение последовательной обмотки возбуждения генерй-тора состоит в том, чтобы компенсировать уменьшение напряжения в генераторе, вызываемое ростом нагрузки, и тем самым автоматически поддерживать постоянным напряжение на зажимах генератора при изменении нагрузки.
 

В последовательной обмотке возбуждения ток равен току в обмотке якоря.
 

С — последовательная обмотка возбуждения; Ш — параллельная обмотка возбуждения; У — зажим подключения уравнительного провода; РН — реостат напряжения; БР — реостат балластный.
 

Компенсированный коллекторный двигатель с питанием со стороны ротора.| Однофазный коллекторный двигатель последовательного возбуждения.| Электромагнитный момент в коллекторных двигателях.

Так как последовательная обмотка возбуждения имеет малое число витков, ее индуктивное сопротивление небольшое. Однофазные коллекторные двигатели параллельного возбуждения практически не находят применения, так как обмотка возбуждения с большим числов витков имеет большое индуктивное сопротивление.
 

Наличие же последовательной обмотки возбуждения, увеличивающей магнитный поток при увеличении нагрузки, позволяет получить лучшую перегрузочную способность по сравнению с электродвигателем параллельного возбуждения. Поэтому электродвигатели смешанного возбуждения применяются очень широко.
 

Катушки 14 последовательной обмотки возбуждения надеты на полюса и закреплены скобами.
 

Построение внешней характеристики генератора смешанного возбуждения.

Основная обмотка — возбуждение

Основная обмотка возбуждения 0ВВ, соединенная последовательно с обмоткой возбуждения главного генератора, является обмоткой самовозбуждения.
 

Основной обмоткой возбуждения такого генератора является обмотка параллельного возбуждения ( i. Последовательная обмотка возбуждения ( RB) выполняет при этом роль вспомогательной.
 

Помимо упомянутой основной обмотки возбуждения, регулятор снабжен еще двумя обмотками возбуждения, выполняющими функции обратной связи по скорости изменения тока в главной цепи ( так как напряжение к обмотке подводится с зажимов дросселя в цепи выпрямленного тока) и напряжению на выходе регулятора. Обратные связи способствуют устойчивой работе регулятора, а обратная связь по скорости изменения тока ограничивает возрастание тока при пуске и обеспечивает правильное деление тока между параллельно работающими выпрямителями.
 

Блок-схемы электроприводов.

Электромашинный усилитель кроме основной обмотки возбуждения 3 имеет дополнительные обмотки как для стабилизации режима работы, так и системы управления приводом.
 

Обычно УК включается на основную обмотку возбуждения, а ЭМК на дополнительную, но при наличии свободной дополнительной обмотки можно включить и УК на дополнительную обмотку.
 

Характеристики АРВ типа ЭПА-305 при двух предельных положениях сопротивления СУ3.| Схема УК с ЭМК типа ЭПА-151.

Обычно УК включается на основную обмотку возбуждения, а ЭМК на дополнительную, но при наличии свободной дополнительной обмотки можно включить УК и на дополнительную обмотку.
 

В электромашинном усилителе, кроме основной обмотки возбуждения OS, имеется дополнительная обмотка ОУ, называемая обмоткой управления.
 

Включение устройства компаундирования на дополнительную обмотку возбуждения возбудителя ДОВВ.

Особенностью схемы подключения УК к основной обмотке возбуждения возбудителя является наличие так называемого порога компаундирования.
 

Недостатком схемы подключения устройства компаундирования к основной обмотке возбуждения является наличие так называемого порога компаундирования.
 

Структурная схема устройства компаундирования возбуждения генератора.

Особенностью схемы при подключении УК к основной обмотке возбуждения возбудителя является наличие п о-рога компаундирования.
 

На тепловозах ТЭ1, ТЭ2 и ТЭМ2 основная обмотка возбуждения возбудителя питается от двух источников — вспомогательного генератора и возбудителя, выполняя одновременно функции независимой и параллельной обмоток.
 

Что такое СВ и АРВ

Система возбуждения гена – это комплекс различных устройств, включающих: возбудитель, АРВ, СГП, УБФВ, устройство развозбуждения, а также дополнительные тесто-измерители.

АРВ – это не что иное, как регулятор, функционирующий полностью на автомате. СГП – средство, которое гасит магнитное поле. УБФВ – устройство, благодаря которому осуществляется быстрая форсировка возбуждения.

Сам возбудитель является источником питания (ИП) обмотки постоянным напряжением. В данном случае ИП может быть сам ген совместно с полупроводниками и выпрямительным блоком (диодным мостом).

АРВ применяются в синхронном гене. Здесь они выполняют функцию повышения физической стабильности генерирующего устройства. Принято классифицировать АРВ на устройства с пропорциональным шагом и сильным шагом. Одни способны изменять токоэнергию по несоответствию статорного напряжения, а вторые – реагируют в более широком смысле этого слова.

Когда ток снижается, к примеру, при замыкании, предусмотрена форсировка. Она подразумевает скорое увеличение возбуждения, что влияет на остановку спадов напряжения и сохраняет устойчивость.

Когда происходит отключение генератора, что тоже может вызываться внутренними замыканиями, агрегат следует развозбудить. Для этого достаточно погасить магнитполе, что даст возможность уменьшить размеры повреждения статорной обмотки.

Погасить магнитполе – это, значит, быстрое уменьшить магнитпоток возбуждения гена до величины, близкой к 0. Одновременно с этим уменьшается ЭДС агрегата.

Гашение магнитполя осуществляется с помощью АГП – особых устройств-автоматов, действующих от реле. Именно они помогают активировать сопротивление.

В генерирующих устройствах, функционирующих по принципу тиристорвозбуждения, снижение магнитполя осуществляется методом переключения основных вентилей в инверторный порядок. Тем самым, сэкономленная в обмотке энергия, передастся возбудителю или диодному мосту.

Характеризуется СВ номинальным напряжением (НТ), но оно может быть разным.

• 100 или 600 В, если речь идет о возбуждении на выводах обмотки.
• 100 или 8000 А, если речь идет о НТ, находящимся непосредственно в обмотке, и соответствует нормальной, стандартной работе генератора.

Следует знать, что НТ возбудителя должен составлять доли процентов от НТ генератора. Как правило, считают значения в 0,2-0,6 процентов от номинальной мощности гена.

Что касается быстродействия возбудителя, то оно зависит от скорости нарастания силы тока на обмотке индуктора (ротора).

СВ (система возбуждения) обязана рассчитываться в зависимости от работы АРВ. Другими словами, без АРВ работа допускается, но только на время, нужное для ремонта или замены. В остальных случаях использование АРВ обязательно.

СВ обязана обеспечивать ток в продолжительном режиме, превышая НТ генератора не менее чем на 10 процентов.

СВ также бывает полупроводниковой. В этом случае она должна иметь РВС (режим внутреннего сохранения).

Важно, чтобы защитные устройства, обеспечивающие стабильность во время перенапряжений, были многократного действия

Состав системы возбуждения	Что обеспечивает система возбуждения
трансформатор выпрямительный	начальное возбуждение
трансформатор последовательный вольтодобавочный	холостой ход
тиристорный преобразователь (ТВ 8-2000/) 050- 1У4)	включение в сеть методом точной синхронизации в нормальных режимах и самосинхронизации в аварийных режимах
система охлаждения преобразователя	работу ГГ в энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной и перегрузками
агрегат начального возбуждения (АН В-2)	недовозбуждение в пределах устойчивой работы генератора
автоматический регулятор возбуждения (АУ1Г типа АРВ-СД)	форсировку возбуждения по току и напряжению
панель гашения поля	эффективное гашение поля
релейные панели	развозбуждение при нормальных остановках агрегата

3.19. Обозначение выводов машин постоянного тока

ГОСТ 26772—85
устанавливает две различные системы
обозна­чений выводов обмоток машин
постоянного тока: для машин, раз­работанных
после введения этого ГОСТ, и для ранее
разработанных и модернизируемых машин.
Для ранее разработанных и модернизи­руемых
машин постоянного тока сохраняется
система обозначений, установленная
ГОСТ 183—74 (табл. 3.23), состоящая из
букв русско­го алфавита и цифр.

Таблица 3.23.
Обозначения выводов обмоток машин
постоянного тока

выпуска до 1987 г. и
модернизируемых (по ГОСТ 183—74)

Наименование обмотки	Обозначение выводов
	начало	конец
Обмотка якоря	Я1	Я2
Компенсационная	К1	К2
Обмотка добавочных полюсов	Д1	Д2
Последовательная возбуждения	С1	С2
Независимая возбуждения	H1	Н2
Параллельная возбуждения	Ш1	Ш2
Пусковая	П1	П2
Уравнительный провод и уравнительная обмотка	У1	У2
Обмотка особого назначения	01,0З	02,04

Обозначение начала
(цифра 1) и конца (цифра 2) каждой из
об­моток должно соответствовать
протеканию тока в направлении от начала
к концу обмотки при правом вращении
машины в двигате­льном режиме во всех
обмотках, кроме размагничивающей на
глав­ных полюсах. Если в машине имеется
несколько обмоток одного на­именования,
то их начала и концы после буквенных
обозначений (Ш, Н и т. п.) должны иметь
цифровые обозначения, стоящие после
соответствующих букв, например ШЗ-Ш4,
НЗ-Н4, С5-С6.

Для вновь
разрабатываемых машин установлены
обозначе­ния выводов, состоящие из
букв латинского алфавита и цифр (табл.
3.24) и соответствующие СТ СЭВ 3170-81 и
публикации МЭК 34-8 1977 г. В этой системе
цифры, стоящие после букв в обозначе­нии
нескольких обмоток возбуждения,
работающих по одной и той же оси,
проставляют в такой последовательности,
чтобы при проте­кании тока от зажимов
с меньшим номером к зажимам с большим
номером магнитные поля этих обмоток
совпадали по направлению. 1} машинах со
взаимосвязанными обмотками добавочных
полюсов и компенсационной для обозначения
вывода применяется буква С.

Таблица 3.24.
Обозначения выводов обмоток машин
постоянного тока,

разработанных
после 1987 г. (по ГОСТ 26772—85)

Наименование обмотки	Обозначение выводов
	начало	конец
Обмотка якоря	А1	А2
Обмотка добавочного полюса	В2	В2
Двухсекционная добавочного полюса (присоединенная к якорю с обеих сторон) с четырьмя выводами	1В1 2В1	1В2 2В2
Компенсационная	С1	С2
Компенсационная, двухсекционная (присоединенная к якорю с обеих сторон) с четырьмя выводами	1С1 2С1	1С2 2С2
Последовательного возбуждения	D1	D2
Параллельного возбуждения	El	Е2
Независимого возбуждения	F1	F2
Независимого возбуждения с четырьмя выводами для последовательного и параллельного включения	F1 F5	F2 F6
Вспомогательная по продольной оси	H1	Н2
Вспомогательная по поперечной оси	J1	J2

Обозначения наносят
непосредственно на концы обмоток (на
ка­бельные наконечники, шинные зажимы
или специальные обжимы, закрепленные
на проводах) или на клеммную колодку
коробки вы­водов рядом с выводом
обмотки. Навеска на выводные концы
об­мотки бирок с обозначениями не
допускается.

Для обозначения
выводов обмоток машин постоянного тока
ма­лой мощности, как ранее разработанных,
так и вновь разрабатывае­мых, при
диаметре корпуса не более 40 мм и при
отсутствии места для буквенно-цифровых
обозначений допускается цветовое
обозна­чение проводами с разноцветной
изоляцией, краской и т. п.

В ряде машин
постоянного тока некоторые обмотки
соединяют внутри машины и их соединения
не выводят наружу, например ко­нец
обмотки якоря и начало обмотки
дополнительных полюсов. Со­единенные
таким образом начала и концы обмоток
не обозначают.