Генератор параллельного возбуждения

Принцип самовозбуждения генератора постоянного тока ос­нован на том, что магнитная система машины, будучи намагни­ченной, сохраняет длительное время небольшой магнитный поток остаточного магнетизма сердечников полюсов и станины Ф_ост  (по­рядка 2—3% от полного потока). При вращении якоря поток

Рис. 28.5. Принципиальная схема (а) и характеристика х.х. (б) генератора параллельного возбуждения

индуцирует в якорной обмотке ЭДС Е_ост, под действием которой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток I_в.ост. Если МДС обмотки возбуждения  I_в.ост  w_В  имеет такое же направление, как и поток Ф_ост , то она увеличивает поток главных полюсов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение ЭДС генератора, отчего ток возбуждения вновь увеличится. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не будет уравновешено падени­ем напряжения в цепи возбуждения, т. е. U₀ = I_Вr_В .

На рис. 28.5, а показана схема включения генератора парал­лельного возбуждения, на рис. 28.5, б — характеристика х.х. гене­ратора (кривая 1) и зависимость падения напряжения от тока воз­буждения I_Вr_В = F(I_В) (прямая 2). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней U₀ = I_Вr_В .

Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из тре­угольника ОАВ:

                           , (28.10)

где m_i — масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм; m_u — масштаб на­пряжения (по оси ординат), В/мм.

Из (28.10) следует, что угол наклона прямой I_Вr_В = F(I_В) к оси абсцисс прямо пропорционален сопротивлению цепи возбужде­ния. Однако при некотором значении сопротивления реостата r_рг сопротивление r_В, достигает значения, при котором зависимость I_Вr_В = F(I_В) становится касательной к прямолинейной части ха­рактеристики х.х. (прямая 3). В этих условиях генератор не самовозбуждается. Сопротивление цепи возбуждения, при которой прекращается самовозбуждение генератора, называют критиче­ским сопротивлением, (r_В.крит ).

Следует отметить, что самовозбуж­дение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей крити­ческую n_кт. Это условие вытекает из ха­рактеристики самовозбуждения гене­ратора (рис. 28.6), представляющей собой зависимость напряжения генера­тора в режиме х.х. от частоты враще­ния при неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U₀ = F(n) при r_В = const.

Рис. 28.6. Характеристика самовозбуждения

Анализ характеристики самовозбуж­дения показывает, что при n < n_кр увели­чение частоты вращения якоря генератора сопровождается незна­чительным увеличением напряжения, так как процесса самовоз­буждения нет и появление напряжения на выходе генератора обу­словлено лишь остаточным намагничиванием магнитной цепи генератора. Процесс самовозбуждения начинается при n < n_кр . В этом случае увеличение частоты вращения сопровождается резким ростом напряжения U₀. Однако при частоте вращения, близкой к номинальной, рост напряжения несколько замедляется, что объяс­няется магнитным насыщением генератора. Критическая частота вращения зависит от сопротивления цепи возбуждения и с ростом последнего увеличивается.

Таким образом, самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: а) магнитная система машины должна обладать остаточным магнетизмом; б) присоединение обмотки возбуждения должно быть таким, что­бы МДС обмотки совпадала по направлению с потоком остаточ­ного магнетизма Ф_ост ; в) сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического; г) частота вращения якоря должна быть больше критической.

Так как генератор параллельного возбуждения самовозбуждается лишь в одном направлении, то и характеристика х.х. этого генератора может быть снята только для одного квадранта осей координат.

Нагрузочная и регулировочная характеристики генератора па­раллельного возбуждения практически не отличаются от соответ­ствующих характеристик генератора независимого возбуждения.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения 1 (рис. 28.7) менее жесткая, чем у генератора независимого возбуждения. Объясняется это тем, что в генераторе параллельно­го возбуждения помимо причин, вызывающих уменьшение на­пряжения в генераторе независимого возбуждения (реакция якоря и падение напряжения в цепи якоря), действует еще и третья при­чина — уменьшение тока возбуждения, вызванное снижением на­пряжения от действия первых двух причин. Этим же объясняется и то, что при постепенном уменьшении сопротивления нагрузки r_н ток увеличивается лишь до критического значе­ния I_кр, а затем при дальней­шем уменьшении сопротив­ления нагрузки ток начинает уменьшаться. Наконец, ток нагрузки при коротком замы­кании I_к < I_кр. Дело в том, что с увеличением тока усилива­ется размагничивание генера­тора (усиление реакции якоря и уменьшение тока возбуж­дения), машина переходит в ненасыщенное состояние, при котором даже небольшое уменьшение сопротивления нагрузки вызывает резкое уменьшение ЭДС машины (см. рис. 28.5, б). Так как ток определяется напряжением на выводах генератора U и сопротивлением нагрузки r_н, т. е. I = U/r_н , то при токах нагруз­ки I < I_кр, когда напряжение генератора уменьшается медлен­нее, чем убывает сопротивление нагрузки, происходит рост то­ка нагрузки. После того как I = I_кр, дальнейшее уменьшение r_н сопровождается уменьшением тока нагрузки, так как в этом случае напряжение U убывает быстрее, чем уменьшается со­противление нагрузки r_н.

Рис. 28.7. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения

Таким образом, короткое замыкание, вызванное медленным уменьшением сопротивления нагрузки, не опасно для генератора параллельного возбуждения. Но при внезапном к.з. магнитная сис­тема генератора не успевает размагнититься и ток I_к достигает опасных для машины значений I_к = (8–12)I_ном (кривая 2). При та­ком резком возрастании тока нагрузки на валу генератора возни­кает значительный тормозящий момент, а на коллек­торе появляется сильное искрение, переходящее в круговой огонь. Поэтому необходимо защищать генератор от перегрузки и к.з. по­средством плавких предохранителей или же применением релей­ной защиты.

Генераторы параллельного возбуждения широко применяют в установках постоянного тока, так как отсутствие возбудителя вы­годно отличает эти генераторы от генераторов независимого воз­буждения. Номинальное изменение напряжения генератора парал­лельного возбуждения составляет 10—30%.