Схема генератора параллельного возбуждения изображена на рис. 3.11.
Рис. 3.11 Схема включения генератора параллельного возбуждения.
Для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы в нем был небольшой поток остаточного намагничивания Фост (2–3% от номинального). При вращении якоря генератора в его обмотке магнитным потоком Фост наводится остаточная ЭДС Eост = (2–3%)Eном, которая создает в обмотке возбуждения небольшой ток. Этот ток при согласном направлении намагничивающего и остаточного потоков усилит магнитный поток полюсов и вызовет соответствующее увеличение ЭДС, индуктированной в обмотке якоря. Увеличение ЭДС повлечет за собой увеличение тока возбуждения, а следовательно, и магнитного потока главных полюсов, и т. д. Так как ток возбуждения непрерывно изменяется, то в цепи возбуждения действуют следующие ЭДС: 1) напряжение Uв на зажимах цепи возбуждения, которое в то же время является и напряжением на зажимах якоря; 2) падение напряжения IвRв; 3) ЭДС самоиндукции Lв(dIв/dt), где Lв – индуктивность цепи возбуждения. Таким образом,
(3.17)
Обычно процесс самовозбуждения происходит при х.х. и Rв=const. Тогда зависимость U=f(Iв) изображается кривой х.х. (кривая 1 на рис. 3.12), зависимость IвRв=f(Iв) определяется прямой 2, a Lв(dIв/dt), – отрезками ординат между кривой 1 и прямой 2.
.
Рис. 3.12 Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения
В точке А1 пересечения кривой 1 и прямой 2 ЭДС самоиндукции Lв(dIв/dt)=0, а так как Lв – конечная величина, то (dIв/dt)=0 и, следовательно, Iв=const. Таким образом, в точке А1 процесс самовозбуждения прекращается. Для получения этой точки проводят прямую под углом α, тангенс которого в определенном масштабе пропорционален величине суммарного сопротивления цепи возбуждения: tg α =U/Iв=Rв, где Rв – сопротивление обмотки возбуждения и регулировочного реостата. Если мы будем увеличивать сопротивление Rв т. е. угол а, то точка А1 будет перемещаться по характеристике х.х. в направлении к 0. Если Rв увеличить до такой степени, что прямая 2 будет касательной к начальной части характеристики х.х. (прямая 3), то в этих условиях генератор не возбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при котором прекращается самовозбуждение генератора, называют критическим сопротивлением Rв.кр и угол α, соответствующий этому сопротивлению, αкр – критическим углом. Следовательно, самовозбуждение генератора параллельного возбуждения возможно при соблюдении следующих условий:
а) магнитная система машины должна обладать остаточным магнетизмом, т. е. наличие остаточного потока в железе полюсов;
б) магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения , должен совпадать по направлению с потоком остаточного магнетизма ;
в) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического ;
г) сопротивление нагрузки не должно быть очень малым.
Процесс самовозбуждения происходит при холостом ходе в следующем порядке: при включении асинхронного двигателя в сеть, якорь генератора начинает вращаться. Остаточный поток, пересекая проводники якоря, наводит в них ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке возбуждения начинает протекать ток, который создает поток . Если этот поток направлен согласно с остаточным потоком, то общий поток возрастет, возрастает и наводимая ЭДС в якоре. А это приведет к увеличению тока и потока и машина возбудится. Процесс возбуждения будет лавинообразным.
Характеристики генератора параллельного возбуждения:
1. Характеристика холостого хода , , , рис. 3.13.
Так как генератор параллельного возбуждения самовозбуждается только в одном направлении, то и характеристика холостого хода может быть снята тоже только в одном направлении.
Рис. 3.13. Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения
2. Нагрузочная характеристика ,
Аналогична генератору независимого возбуждения (рис. 3.10, б).
| Рис. 197 |
Рис. 3.14. Внешние характеристики генераторов параллельного 1 и независимого 2 возбуждения
Если у генератора независимого возбуждения ток возбуждения оставался неизменным, то у генератора параллельного возбуждения он меняется с изменением нагрузки. При увеличении нагрузки напряжение на зажимах генератора под влиянием реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря уменьшается. Снижение напряжения вызывает уменьшение тока возбуждения Iв=U/Rв. В свою очередь, уменьшение Iв вызывает ослабление основного магнитного потока, а следовательно, уменьшение ЭДС и напряжения на зажимах генератора. С понижением напряжения происходит дальнейшее уменьшение Iв. При этом магнитная система генератора постепенно размагничивается. В генераторе с параллельным возбуждением ток нагрузки увеличивается лишь до определенного критического значения Iкр, превышающего номинальное не более чем в 2–2,5 раза. Величина тока нагрузки зависит от двух факторов: величины напряжения генератора и сопротивления нагрузки. При увеличении нагрузки уменьшается напряжение на зажимах генератора (рис. 3.14). В начале, когда магнитная система насыщена, размагничивание идет медленно и напряжение U изменяется незначительно, вследствие чего ток в цепи якоря увеличивается. Однако при дальнейшем увеличении тока степень насыщения магнитной системы резко уменьшается, и напряжение начинает быстро падать. Преобладающим будет уже не уменьшение сопротивления цепи, а понижение напряжения. Поэтому ток, достигнув критического значения, начнет уменьшаться. При к.з. Iв=0 так как U=0. Величина Iкз будет определяться только величиной ЭДС остаточной индукции: Iкз=Eост/Rя Таким образом, к.з., вызванное постепенным уменьшением сопротивления нагрузки не опасно для генератора параллельного возбуждения. Но при внезапном коротком замыкании магнитная система генератора не успевает сразу размагнититься, и ток достигает опасных для машины значений. При таком резком возрастании тока на валу генератора возникает значительный тормозящий момент, а на коллекторе появляется сильное искрение, переходящее в круговой огонь.
4. Регулировочная характеристика. , , , рис. 3.10, г.
Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения имеет такой же вид, как и у генератора независимого возбуждения.