pdf.php@id=6159.pdf
.pdfосновной характеристики машины, а также по расчетным данным.
Рассмотрим здесь его |
построение с помощью х. х. х. |
и |
х. к. з., |
||
для чего |
обратимся к |
рис. 9-5,„ где изображены |
х. к. з. |
/ |
= } (г'в) |
(прямая |
1) и начальная, прямолинейная, часть |
х. х.~х. |
11 = 1 (10) |
(прямая 2), проходящие через начало координат.
Построим характеристический треугольник для номинального тока машины /„ = / = / н, которому на х. к. з. соответствует точка а и на оси абсцисс точка б (рис. 9-5, а). Построим на прямой аб
отрезок |
бв, равный в масштабе |
прямой |
2 падению напряжения |
в цепи |
якоря / н/?о> и соединим |
точку в |
горизонтальной прямой |
с точкой г на х. х. х. Тогда треугольник бег и будет характеристи
ческим |
треугольником. |
|
||||
Горизонтальный катет ее |
|
|||||
этого треугольника пред |
|
|||||
ставляет собой н. с. реак |
|
|||||
ции якоря |
в |
масштабе |
|
|||
тока |
возбуждения, |
что |
|
|||
можно доказать следую |
|
|||||
щим |
образом. |
|
рис, |
|
||
Отрезок |
Об на |
|
||||
9-5, а |
|
равен |
току |
г'в, |
|
|
необходимому для полу |
|
|||||
чения |
при |
коротком за |
|
|||
мыкании тока |
/ = |
/„. |
Рис. 9-5. Построение характеристического тре |
|||
В якоре при этом должна |
угольника в случае размагничивающей (а) и |
|||||
индуктироваться э. д. с. |
намагничивающей (б) реакции якоря |
|||||
Еа= |
/ н/?0, равная отрез |
|
ку гд, для чего при холостом ходе требуется ток возбуждения Од = г„с.
Таким образом, |
разность Об — Од = дб = (ва между действитель |
ным током г'в = |
Об при коротком замыкании и током 1ве = Од при- |
холостом ходе может быть обусловлена только влиянием тока в якоре и должна поэтому выражать собой величину н. с. реакции якйря
в масштабе тока возбуждения гаа. |
размагничивающей реакции |
|||||
Рис. |
9-5, а соответствует случаю |
|||||
якоря |
(1в0 > |
0), а рис. |
9-5, б — случаю намагничивающей реак |
|||
ции якоря |
(»ва < 0 ) . |
В |
последнем |
случае х. к. з., |
естественно, |
|
должна |
подниматься |
круче. Для других значений |
токов якоря |
(/ ф / н) катеты треугольника бег изменяются практически пропор ционально току якоря, так как нелинейность сопротивления щеточ ного контакта оказывает малое влияние.
Поскольку в условиях снятия х. к. з. магнитная цепь машины не насыщена, то построенный таким образом характеристический треугольник учитывает только продольную реакцию якоря, вы званную случайным или сознательным сдвигом щеток с геометриче ской нейтрали и отклонением коммутации от прямолинейной. При
установке щеток на геометрической нейтрали катет треугольника
=дб равен н. с. коммутационной реакции якоря (в масштабе 1В)
ихарактеризует качество коммутации (на рис. 9-5, а — замедлен
ная коммутация и |
на рис. 9-5, б — ускоренная). |
Когда щетки |
стоят на нейтрали |
и коммутация прямолинейна, |
1ва —дб = 0 и |
треугольник бег вырождается в вертикальную прямую.
Для построения характеристического треугольника с учетом влияния поперечной реакции якоря, можно воспользоваться ха рактеристикой холостого хода и внешней, регулировочной или на грузочной характеристикой. Обычно пользуются нагрузочной.
Внешняя характеристика генератора независимого возбужде
ния I /=1(1) при 1„ = соп§1 и п = сопз1 |
(рис. 9-6) |
определяет за |
|||||||
|
висимость |
напряжения |
|
генератора |
от |
||||
|
его нагрузки в естественных условиях, |
||||||||
|
когда |
ток возбуждения |
не |
регули |
|||||
|
руется. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При увеличении I напряжение V не |
||||||||
|
сколько падает по двум |
причинам: вслед |
|||||||
|
ствие |
падения |
напряжения в цепи |
яко |
|||||
|
ря Ща и |
уменьшения |
э. д. с. |
Еа ввиду |
|||||
|
уменьшения потока под воздействием по |
||||||||
|
перечной |
реакции |
якоря |
(при щетках на |
|||||
Рис. 9-6. Внешняя харак |
геометрической |
нейтрали). |
При |
дальней |
|||||
теристика генератора не |
шем |
увеличении / |
напряжение |
начинает |
|||||
зависимого возбуждения |
падать быстрее, так как под воздействием |
||||||||
|
реакции якоря поток уменьшается и рабо |
чая точка смещается на более круто падающий участок кривой намагничивания машины.
Внешнюю характеристику рекомендуется снимать при таком
возбуждении (1В= |
гв ^ , когда при |
/ = /„ также |
V = |
0 и (номи |
нальный режим). |
При переходе к |
холостому ходу |
(/ = |
0) в этом |
случае напряжение возрастает на вполне определенную величину А0 Я (рис. 9-6), которая называется н о м и н а л ь н ы м и з м е н е н и е м . н а п р я ж е н и я г е н е р а т о р а . В генераторах независимого возбуждения
Аб/Н% = т т 5--100 = 5 ч - 15%.
Внешнюю характеристику (в левом квадранте рис. 9-7) можно построить также с помощью характеристики холостого хода (в пра вом квадранте рис. 9-7) и характеристического треугольника. Для этого проведем на рис. 9-7 вертикальную прямую об, соответствую щую заданному току гв = соп$1. Тогда аб = Ое представляет собой V при / = 0 и определяет начальную точку внешней характери стики.
Разместим затем на рис. 9-7 характеристический треугольник где, построенный в соответствующих масштабах для / = / н, таким образом, чтобы его вершина г лежала на х. х. х., а катет де — на прямой аб. Тогда отрезок ае = жз будет равен II при I — / н, что
можно доказать следующим образом. |
Если II — ае, то Еа = |
II + |
+ 7н/?0 = ае + ед = ад = иг и для |
создания такой э. д. с. |
при |
холостом ходе требуется ток возбуждения 1ве — Ои. При нагрузке ток возбуждения нужно увеличить на величину гаа = гд = иа для компенсации размагничивающей реакции якоря. Необходимый
полный ток возбуждения при этом 1в = 1ве + 1ва = Ои + иа = Оа как раз соответствует заданному, что и следовало доказать.
Если принять, что катеты, а следовательно, и гипотенуза ха рактеристического треугольника изменяются пропорционально /, то для получения других точек внешней характеристики достаточно провести на рис. 9-7 между х. х. х. и прямой аб наклонные от резки прямых (гипотенузы новых характеристических треугольни ков), параллельные гипотенузе ге. Тогда нижниё точки этих от резков (на прямой аб) будут определять значения II при токах
Перенеся эти точки по горизонтали в левый квадрант рис. 9-7 для соответствующих значений I и соединив их плавной кривой, полу чим искомую внешнюю характеристику II — [ (/).
В действительности горизонтальный катет характеристического треугольника при уменьшении II растет не пропорционально I. Поэтому реальная внешняя характеристика отклоняется от
построенной несколько в сторону, как показано в левом квадранте рис. 9-7 штриховой линией.
Точка внешней характеристики с I/ = 0 определяет величину тока короткого замыкания машины при полном возбуждении. Так как Ра мало, то этот ток в 5—15 раз превышает / н. Такое корот кое замыкание весьма опасно, так как возникает круговой огонь, а также большие механические усилия и моменты вращения. Поэтому в условиях эксплуатации генераторы и двигатели средней и боль шой мощности защищаются быстродействующими автоматическими выключателями в цепи якоря, которые ограничивают длительность короткого замыкания и отключают машину от сети в течение 0,01—
|
0,05 сек после начала внезапного короткого |
|||
|
замыкания. Однако эти выключатели |
не |
за |
|
|
щищают машину при коротком замыкании |
|||
|
внутри машины. |
|
|
|
|
Если имеются опытные х. х. х. и внешняя |
|||
|
характеристика и если известно Яа, то, |
|||
|
производя построение на рис. 9-7 в обратной |
|||
|
последовательности, можно получить |
харак |
||
|
теристические треугольники с учетом реаль |
|||
|
ных условий насыщения для любых значений |
|||
Рис. 9-8. Регулировоч |
V |
и Еа. |
= |
^ (/) |
ная характеристика ге |
Регулировочная характеристика |
|||
нератора независимого |
при |
и = сопз! и п — сопз! показывает, |
как |
|
возбуждения |
нужно регулировать ток возбуждения, чтобы |
при изменении нагрузки напряжение генера тора не менялось (рис. 9-8). С увеличением I ток гв необходимо несколько увеличивать, чтобы компенсировать влияние падения напряжения 1аРа и реакции якоря.
При переходе от холостого хода с (/ = (/„ к номинальной на грузке / = /„ увеличение тока возбуждения составляет 15—25%.
Построение регулировочной характеристики (нижний квадрант рис. 9-9) по х. х. х. (верхний квадрант рис. 9-9) и характеристиче скому треугольнику производится следующим образом. Для задан ного — Оа = вб — сопз! величина г„ при / = О определяется точкой в. Характеристический треугольник где для номинального тока расположим так, чтобы его вершины г и е находились соответ ственно на х. х. х. и прямой абе. Тогда отрезок Ож = ае определяет значение (в при I = / н, что можно доказать аналогично тому, как это делалось в случае построения внешней характеристики. Для получения других точек характеристики достаточно провести между кривой х. х. х. и прямой абе на рис. 9-9 отрезки прямых, параллельные гипотенузе ге. Тогда нижние концы (точки) этих отрезков будут соответствовать величинам гв для значений /.опреде ляемых отношениями длин этих отрезков к гипотенузе ее, как и в пре
дыдущем случае. Снеся эти точки вертикально вниз, в нижний квадрант рис. 9-9, на уровень соответствующих значений /, получим
точки |
регулировочной |
характеристи |
||||||
ки. С учетом изменяющихся условий |
||||||||
насыщения реальная опытная регули |
||||||||
ровочная характеристика будет иметь |
||||||||
вид, показанный в нижнем квадранте |
||||||||
рис. 9-9 штриховой линией. |
|
|
||||||
Обратным построением, если даны |
||||||||
х. х. х. и регулировочная характери |
||||||||
стика, |
можно |
получить |
характери |
|||||
стический треугольник. |
|
|
|
II — |
||||
Нагрузочная |
характеристика |
|||||||
—/ (г'в) |
при |
I |
- сош! |
и |
п = |
сопз1; |
||
(кривая 2 на рис. 9-10) по виду схожа |
||||||||
с х. х. х. (кривая 1на рис. 9-10) и про |
||||||||
ходит несколько ниже х. х. х. вслед |
||||||||
ствие падения напряжения в цепи |
||||||||
якоря |
и влияния |
реакции |
якоря. |
|||||
X. х. х. представляет собой предель |
||||||||
ный случай |
нагрузочной |
характери |
||||||
стики, |
когда |
/ |
= 0. |
Обычно |
нагру |
зочную характеристику |
снимают при |
Рис. 9-9. Построение регулиро |
|||||
I = |
Л,- |
|
|
|
|
|
вочной характеристики генера |
|
|
|
|
|
тора независимого возбуждения |
||
Поясним, как с помощью характе |
с помощью характеристики хо |
||||||
ристик 1 и 2 рис. 9-10 можно по |
лостого хода и характеристи |
||||||
строить характеристический треуголь |
ческого треугольника |
||||||
ник. Пусть Оа соответствует значе |
|
||||||
нию II, для которого желательно |
|
||||||
построить |
треугольник |
(например, |
|
||||
V = |
1/в). |
Тогда проведем |
горизон |
|
|||
тальную линию об и от точки б на |
|
||||||
нагрузочной характеристике отложим |
|
||||||
вверх отрезок бв = |
1Яа, где I — ток, |
|
|||||
при котором снята нагрузочная ха |
|
||||||
рактеристика. Проведя из точки в го |
|
||||||
ризонтальный отрезок прямой до пере |
|
||||||
сечения в |
точке г с х. х. х., получим |
|
|||||
горизонтальный |
катет |
гв |
искомого |
Рис. 9-10. Нагрузочная харак |
|||
треугольника |
гвб. |
Доказательство |
теристика генератора независи |
||||
справедливости |
такого |
построения |
мого возбуждения |
||||
можно развить по аналогии с дока |
|
||||||
зательством построения |
внешней характеристики (см. рис. 9-7). |
Если построенный таким или другим способом характеристи ческий треугольник передвигать на рис. 9-10 параллельно самому
себе так, чтобы его вершина з скользила по х. х. х., то его вер шина б очертит нагрузочную характеристику (штриховая кривая на рис. 9-10). Эта характеристика несколько разойдется с опытной характеристикой 2, так как величина катета ев будет меняться вследствие изменения условий насыщения.
Точка д на рис 9-10 соответствует короткому замыканию генера тора.
Все характеристики генераторов можно изобразить как в абсо лютных величинах, так и в относительных единицах. В последнем
|
|
случае характеристики будут более на |
|||
|
|
глядными. Характеристики однотипных |
|||
|
|
машин, |
хотя бы и разной |
мощности, |
по |
|
|
строенные в относительны х единицах, мало |
|||
|
|
отличаютс я друг от друга. |
|
|
|
|
|
Влияние сдвига щеток с геометрической |
|||
|
|
нейтрали сказывается в том, что возни |
|||
|
|
кает продольная реакция якоря, изме |
|||
|
|
няющая поток полюсов, и поток добавоч |
|||
|
|
ных полюсов будет индуктировать э. д. с. |
|||
Рис. 9-11. Сдвиг щеток |
|
не в коммутируемых секциях, а в рабочих |
|||
с нейтрали при наличии |
|
секциях параллельных ветвей якоря. При |
|||
добавочных полюсов |
|
повороте щеток против направления |
вра |
||
личение э. д. с. якоря, |
щения |
якоря (рис. 9-11) |
это вызовет уве- |
||
а при сдвиге по направлению вращения — |
|||||
уменьшение э. д. с. |
В |
первом |
случае внешняя |
характеристика |
|
(см. рис. 9-6) с увеличением / |
будет падать медленнее или даже |
||||
может подниматься, |
во втором — будет падать более круто. При |
наличии добавочных полюсов в обоих случаях возникает расстрой ство коммутации.
Влияние сдвига щеток на другие характеристики нетрудно ана лизировать подобным же образом.
§ 9-4. Генераторы параллельного возбуждения
Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения про исходит при соблюдении следующих условий: 1) наличия остаточ ного магнитного потока полюсов; 2) правильного подключения концов обмотки возбуждения или правильного направления вра щения. Кроме того, сопротивление цепи возбуждения при данной скорости вращения п должно быть ниже некоторого кри тического значения или скорость вращения при данном /?„ должна быть выше некоторой критической величины.
Для самовозбуждения достаточно, чтобы остаточный поток со'СТавлял 2—3% от номинального. Остаточный поток такой величины
Г л . 9 / Генераторы
практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машину или машину, которая по каким-либо причи нам размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.
При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая э. д. с., индуктируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке воз буждения малый ток г'в. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно увеличение э. д. с., которая в свою очередь обусловливает дальнейшее увеличение г„, и т. д. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет установившегося значения.
Если подключение концов обмотки возбуждения или направле ние вращения неправильны, то возникает ток обратного направ ления, вызывающий ослабление остаточного потока и уменьшение э. д. с., вследствие чего самовозбуждение невозможно. Тогда необ ходимо переключить концы обмотки возбуждения или изменить направление вращения. В соблюдении этих условий можно убе диться, следя с помощью вольтметра с малым пределом измерения за напряжением якоря при замыкании и размыкании цепи возбуж дения.
Полярность зажимов генератора при самовозбуждении опреде ляется полярностью остаточного потока. Если при заданном направ лении вращения полярность генератора необходимо изменить, то следует перемагнитить машину путем подачи тока в обмотку возбуждения от постороннего источника.
Рассмотрим подробнее процесс самовозбуждения при холостом ходе.
На рис. 9-12, а кривая 1представляет собой х. х. х., а прямая 2 — так называемую характеристику цепи возбуждения или зависи мость 1/„ = НЯ1В, где /?„ = сопя! — сопротивление цепи возбуж дения, включая сопротивление регулировочного реостата.
В процессе самовозбуждения 1в Ф сопз! и напряжение на концах цепи возбуждения
Л(^-в<в)_ |
п : I &(^-в*в) |
||
<и |
— |
ш |
, |
где Ьв — индуктивность цепи |
возбуждения. |
|
|
Напряжение якоря при холостом ходе (I = 0) |
|||
У<1~Еа |
1вНа |
|
|
изображается на рис. 9-12, а кривой 1. Так как |
мало, то практи |
||
чески Ца - Еа. |
|
|
|
Но в генераторе параллельного возбуждения |
(см. рис. 9-1, б) |
||
Уа = и я. Поэтому разность ординат кривой |
1 и прямой 2 на |
рис. 9-12, а составляет а^ - и характеризует скорость и направ ление изменения 1и. Если прямая 2 проходит ниже кривой 1, то
4 (^-в*в) |
Л |
<и |
|
/в растет и машина самовозбуждается до напряжения, соответст вующего на рис. 9-12, а точке пересечения кривой 1 и прямой 2, в которой
4(^в*в) л
и рост 1„ поэтому прекратится.
Рис. 9-12. Самовозбуждение генератора параллельного воз буждения при разливных сопротивлениях цепи возбужде ния (в) и при разливных скоростях вращения (б)
Из рассмотрения рис. 9-12, а следует, что нарастание 1Ви, следо вательно, IIа сначала происходит медленно, затем ускоряется и к концу процесса вновь замедляется. Начавшийся процесс само возбуждения прекращается или ограничивается в точке а' вслед ствие криволинейности х. х. х. При отсутствии насыщения 1/а теоретически возросло бы до 11а = оо.
Вообще любые процессы самовозбуждения — электрические, и другие, наблюдаемые в различных устройствах, — ограничи ваются только нелинейностью характеристик системы.
Если Кв увеличить, то вместо прямой 2 получим прямую 3 (рис. 9-12, а). Процесс самовозбуждения при этом замедляется и напряжение машины, определяемое точкой а”, будет меньше. При дальнейшем увеличении /?в получим прямую 4, касательную к кривой 1. При этом машина будет находиться на грани самовоз буждения: при небольших изменениях п или /?в (например, вслед ствие нагревания) машина может развивать небольшое напряже
ние или терять его. Значение /?„, соответствующее прямой 4, назы вается к р и т и ч е с к и м (/?в.кр)- При /?в > /?„.кр (прямая 5) самовозбуждение невозможно и напряжение машины определяется остаточным потоком.
Из сказанного следует, что генератор параллельного возбуж дения может работать только при наличии определенного насыщения магнитной цепи. Посредством изменения /?„ можно регулировать V
до значения V = |
!/мвн, соответствующего началу колена кривой |
||
х. х. х. В машинах |
обычного исполнения 1!кш= (0,65 |
4- 0,75) !/„. |
|
Э. д. с. Еа г~~>п, |
и для разных значений «1 > |
> |
пв получим |
х. х. х., изображенные на рис. 9-12, б кривыми /, 2, 3. Из этого рисунка видно, что при некотором значении /?в в случае кривой 1 имеем устойчивое самовозбуждение, при кривой 2 машина находится на грани самовозбуждения и при
кривой |
3 самовозбуждение невоз |
|
||||
можно. |
Поэтому |
для |
каждого |
|
||
данного значения |
/?„ |
существует |
|
|||
такое значение скорости вращения |
|
|||||
п = пкр (кривая |
2 на |
рис. 9-12, б), |
|
|||
ниже |
которого |
самовозбуждение |
|
|||
невозможно. Такое |
значение п = |
|
||||
= лкр |
называется |
к р и т и ч е Рис. 9-13. Магнитные мостики на |
||||
с к о й |
с к о р о с т ь ю |
в р а |
сыщения в магнитной цепи |
|||
|
ще н и я .
Внекоторых случаях требуется, чтобы V генератора парал лельного возбуждения можно было регулировать в широких пре
делах, |
например |
= 5:1 или даже |
I/ :1/кин = 10:1 |
(возбу |
дители |
синхронных |
машин— ем. раздел 5 |
и др.). Тогда |
кривая |
х. х. х. должна искривляться уже в своей начальной части. С этой целью в необходимых случаях в магнитной цепи выполняют участки с ослабленным сечением (магнитные мостики насыщения) в виде прорезей в листах сердечников полюсов (рис. 9-13, а), выступов в верхней части этих листов (рис. 9-13, б) и т. п. В таких мостиках происходит концентрация магнитного потока, и их насыщение наступает уже при малых потоках.
Характеристика холостого хода 11= I (1В) при / = 0 и п = сопз! при параллельном возбуждении может быть снята только в одном
квадранте |
(рис. 9-14) путем регулирования |
с помощью регули |
ровочного |
реостата в цепи возбуждения (см. рис. 9-1, б). Так как |
|
ток 1В мал, то II ж Еа, и характер кривой |
х. х. х. у генератора |
спараллельным возбуждением будет таким же, как и у генератора
снезависимым возбуждением.
Характеристика короткого замыкания I = ( (г„) при (У = 0 и
« = сопз! для генератора параллельного возбуждения может быть снята только при питании обмотки возбуждения от постороннего
источника, как и для генератора независимого возбуждения, так как при самовозбуждении при II — 0 также г'в = 0.
Внешняя характеристика II = [ (/) генератора параллельного возбуждения снимается при /?„ = сопз! и п = сопз1, т. е. без регу лирования в цепи возбуждения, при естественных условиях работы. Вследствие этого к двум причинам падения напряжения, указанным для генератора независимого возбуждения (см. § 9-3), прибавляется третья — уменьшение 1Впри уменьшении II. В результате внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (рис. 9-15, кривая 1) падает круче, чем у генератора независимого возбуждения
Рис. 9-14. |
Характеристика |
Рис. 9-15. Внешние характеристики |
|
холостого |
хода |
генератора |
генераторов параллельного (/) и |
параллельного |
возбуждения |
независимого (2) возбуждения |
(кривая 2). Поэтому номинальное изменение напряжения (см. опре деление в § 9-3) у генератора параллельного возбуждения больше и составляет А(/н% = 10 ■+■20%.
Характерной особенностью внешней характеристики генератора параллельного возбуждения является то, что при некотором макси мальном значении тока I = / макс (точка а на рис. 9-15) она делает петлю и приходит в точку б на оси абсцисс, которая соответствует установившемуся току короткого замыкания. Ток / к уст относи тельно мал и определяется остаточным магнитным потоком, так как в данном случае II = 0, и поэтому 1В= 0. Такой ход характеристики объясняется следующим. При увеличении тока / напряжение II падает сначала медленно, а затем быстрее, так как с уменьшением II
иг'„ падает поток Фа, магнитная цепь становится менее насыщенной
ималые уменьшения га будут вызывать все большие уменьшения Фа и II (см. рис. 9-14). Точка а на рис. 9-15 соответствует переходу кривой х. х. х. с нижней части колена на ее нижний, прямолинейный ненасыщенный, участок. При этом, начиная с точки а (рис. 9-15), дальнейшее уменьшение сопротивления нагрузки /?нг, присоединен