Системы возбуждения при гиперболических характеристиках генератора

Системы возбуждения при гиперболических характеристиках генератора.

Схема с двумя возбудителями.

В рассмотренных выше системах возбуждения генератора снижение магнитного потока с увеличением тока нагрузки осуществляется вычитанием н. с., пропорциональной току, из основной положительной н. с. возбуждения генератора. При этом магнитный поток изменяется по магнитной характеристике, которая всегда обращена выпуклостью вверх и только при полностью ненасыщенной цепи представляет собой прямую линию. Вследствие этого и характеристики генератора Ф_г(I_г) и Е_г(I_г) выпуклые или прямолинейные. Получить характеристики гиперболического вида посредством комбинации различных н. с. в машине не представляется возможным.

Однако нелинейность магнитной характеристики может быть использована для создания характеристики, близкой к гиперболе, если складывать алгебраически не н. с., а ЭДС или магнитные потоки. Например, характеристику, близкую по форме к кривой BCD (см. рис. 1.58), можно получить, если последовательно с генератором, имеющим постоянное напряжение, соответствующее линии CD, включить второй генератор, ЭДС которого направлена навстречу э. д. с. первого генератора и возрастает с увеличением тока нагрузки, начиная с тока I_гмин (точка С). В этом случае можно так рассчитать насыщение магнитной цепи, чтобы разность ЭДС обоих генераторов была близка к линии ВС. Такое решение однако неприемлемо вследствие необходимости добавления второго мощного генератора.

Решение становится технически приемлемым, если сложение ЭДС осуществить в цепи возбуждения генератора, как это показано на рис. 5.14. Генератор имеет лишь одну обмотку L1 независимого возбуждения, в цепь которой включены два возбудителя G3 и G2, приводимые от теплового двигателя. Ток возбуждения возбудителя В1 поддерживается постоянным. Возбудитель G2 имеет две обмотки возбуждения: независимую L2, включенную на напряжение G3, и дифференциальную L3, включенную в цепь тока нагрузки тягового генератора. Потоки независимой L2 и дифференциальной L3 обмоток возбудителя G2 действуют навстречу друг другу.

Ток возбуждения генератора

Рекомендуемые материалы

где Е₁ Е₂ – ЭДС. возбудителей G3 и G2 соответственно; R – сопротивление цепи возбуждения генератора.

Результирующая н. с. возбуждения возбудителя G2

F₂=F_нез-w_дифI_г-F_ря2                                              (5.5)

где F_нез – н. с. независимой обмотки L2; w_диф – количество витков дифференциальной обмотки L3; F_pя2  –н. с., эквивалентная реакции якоря G2.

Когда ток генератора равен нулю, н. с. возбудителя G2 и его ЭДС имеют наибольшие положительные значения (точка а на рис. 5.15а). При увеличении тока генератора результирующая н. с. и э. д. с. возбудителя уменьшаются. При некотором значении тока I_г0 н. с. и ЭДС возбудителя становятся равными нулю. При дальнейшем увеличении тока генератора результирующая н. с. становится отрицательной и направление ЭДС изменяется, причем абсолютная величина ЭДС увеличивается при возрастании тока в соответствии с магнитной характеристикой возбудителя.

Для того чтобы магнитный поток генератора уменьшался при увеличении тока нагрузки, очевидно, целесообразно при малых токах суммировать ЭДС обоих возбудителей, т. е. чтобы положительное направление ЭДС Е₂ совпадало с направлением ЭДС Е₁. На рис. 5.15б представлены зависимости ЭДС возбудителей от тока генератора при различных частотах вращения вала генератора n_д1,..., n_дном. ЭДС Е₁, если пренебречь влиянием реакции якоря, не зависит от тока и изображается горизонтальной линией. Форма кривой Е₂(I_г) зависит от формы магнитной характеристики возбудителя G2 (см. рис. 5.15а) и соотношения н. с. его обмоток. Сумма ординат обеих кривых дает зависимость результирующей ЭДС в цепи возбуждения и в некотором масштабе изображает зависимость тока возбуждения генератора от тока нагрузки.

Внутренняя характеристика Е_г(I_г) генератора (рис. 5.15в) повторяет эту кривую в измененном масштабе при ненасыщенной магнитной цепи генератора с некоторым искажением формы при больших напряжениях вследствие магнитного насыщения. Путем подбора формы магнитной характеристики возбудителя G2 можно добиться, чтобы при токах генератора более I_гмин мощность теплового двигателя поддерживалась приблизительно постоянной. Так как потери в генераторе, как правило, растут с увеличением тока нагрузки, кривая мощности генератора Р_г(I_г) (см. рис. 5.15в) должна при этом несколько снижаться.

Э. д. с. обоих возбудителей, а, следовательно, и ток возбуждения генератора, изменяются пропорционально угловой скорости двигатель-генератора. Поэтому магнитный поток генератора также изменяется приблизительно пропорционально угловой скорости при ненасыщенной магнитной цепи и в меньшей степени при больших напряжениях, где становится заметным влияние магнитного насыщения. Мощность генератора при малых угловых скоростях снижается с увеличением тока в большей степени, чем при номинальной скорости, вследствие относительно большего влияния реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря.

Преимуществами рассмотренной схемы являются возможность поддержания постоянной мощности теплового двигателя при изменении тока нагрузки и выполнение генератора с одной обмоткой возбуждения низкого напряжения. К недостаткам относится отсутствие ограничения максимального тока и неблагоприятные пусковые характеристики. Приближение характеристики генератора к гиперболической неизбежно связано с тем, что в зоне больших токов она становится пологой. Вторым недостатком является установка двух возбудителей, из которых один (G2) является специальной машиной с двумя обмотками и магнитной характеристикой, рассчитанной применительно к заданному генератору. Суммарная мощность возбудителей определяется мощностью возбуждения при максимальном рабочем напряжении генератора, как и в случае одного возбудителя. Однако наличие двух машин с коллекторами и щетками усложняет монтаж и уход.

Практическое применение нашли схемы, в которых оба возбудителя G2 и G3 (рис. 5.14) объединены в одну машину, получившую название возбудителя с расщепленными полюсами. Ниже рассмотрены принцип устройства и схема включения применяемых вариантов таких возбудителей.

Возбудитель с продольным расщеплением полюсов.

Возбудитель (рис. 5.16) представляет собой четырехполюсную машину, причем каждый полюс разделен на две части П1 и П2, расположенные вдоль оси машины. Магнитная цепь частей полюсов П1 не насыщена, и они в дальнейшем называются ненасыщенными полюсами. В полюсах П2 сделаны магнитные мостики М, практически выполненные из стальных шайб и представляющие собой суженное сечение магнитопровода, которое сильно насыщается при увеличении магнитного потока. Эти части полюсов дальше условно называются насыщенными (хотя они насыщаются только при некоторых режимах работы).

Приближенно можно считать, что обе системы полюсов создают независимые магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Каждый проводник обмотки якоря при вращении пересекает оба магнитных потока. Следовательно, ЭДС возбудителя, подводимая к щеткам,

Е_G2=c_en_д(Ф1+Ф2)

где с_е – постоянный коэффициент, зависящий от параметров возбудителя и передаточного отношения между ним и тепловым двигателем.

Хотя суммирование ЭДС происходит в каждом отдельном проводнике, можно считать условно, что полная ЭДС состоит из двух составляющих, каждая из которых определяется соответствующим потоком

Е_G2=c_en_дФ1+c_en_дФ2=Е1+Е2.

Таким образом, возбудитель по существу представляет собой два возбудителя G2 и G3 (см. рис. 5.14), которые объединены в одну конструкцию, имеют общую обмотку якоря и коллектор, но магнитные системы их раздельные. Ненасыщенные полюсы П1 охватываются только обмоткой независимого возбуждения L2. Магнитный поток полюсов П2 определяется результирующей н.с., создаваемой обмотками независимого возбуждения L2 и дифференциальной L3, из которых вторая действует навстречу первой, так что ее величина отвечает равенству (5.5).

Принципиальная схема включения возбудителя показана на рис. 5.17. Обмотка возбуждения L2 соединена через сопротивления R₁ и R₂ со вспомогательным генератором G3 и возбудителем G2. Напряжение G3, служащего для зарядки аккумуляторной батареи, питания цепей управления, освещения и других вспомогательных цепей, поддерживается постоянным посредством регулятора напряжения UZ. Обмотка L3 включена в цепь тока нагрузки генератора.

Регулируемые сопротивления R₁ и R₂ в цепи обмотки L3 введены для настройки характеристики генератора.

При изменении угловой скорости двигатель-генератора характеристики возбудителя и генератора изменяются, как показано на рис. 5.15б и в.

Возбудители с радиальным расщеплением полюсов.

Возбудитель (рис. 5.18) представляет собой шестиполюсный генератор постоянного тока. Магнитная цепь полюсов П1, П2, П4 и П5 выполнена слабонасыщенной, и они в дальнейшем называются ненасыщенными. В полюсах ПЗ и П6 сделаны суженные сечения (магнитные мостики), вследствие чего они при больших н. с. насыщаются и поэтому условно называются насыщенными. Из-за малого насыщения остальных участков магнитной цепи можно при рассмотрении принципа действия возбудителя приближенно принять, что магнитные потоки насыщенных и ненасыщенных полюсов независимы один от другого.

В схеме (рис. 5.19) показаны четыре обмотки возбуждения возбудителя: независимая НВ (L5), параллельная ШВ (L3), дифференциальная ДВ (L4) и последовательная СВ (L2). Первые три обмотки служат для создания гиперболической характеристики генератора, а четвертая – для компенсации размагничивающего влияния якоря.

Обмотки НВ и СВ расположены на ненасыщенных полюсах П1, П2, П4 и П5; обмотки ШВ и ДВ – на насыщенных полюсах ПЗ и П6.

Обмотка независимого возбуждения питается через сопротивление R₁ от вспомогательного генератора G3, напряжение которого поддерживается постоянным с помощью регулятора напряжения. Поэтому в ней протекает неизменный ток, не зависящий от угловой скорости и тока генератора.

Обмотка ДВ, включенная параллельно обмотке дополнительных полюсов ДП генератора, действует навстречу обмотке ШВ. Н. с. обмотки ШВ пропорциональна напряжению возбудителя, а обмотки ДВ – току нагрузки генератора. Результирующая н. с. насыщенных полюсов

.

При I_г=0 н. с. насыщенных полюсов имеет наибольшее значение. Магнитный поток насыщенных полюсов направлен так, что их полярность соответствует нормальному чередованию полярности полюсов в обычном генераторе постоянного тока. Якорь возбудителя выполнен с волновой обмоткой, при которой проводники одной секции, присоединенной к коллекторным пластинам, расположены под всеми шестью полюсами и наведенная в них ЭДС зависит от суммы магнитных потоков всех полюсов. При нормальном чередовании полюсов ЭДС, наводимые в секции потоками всех полюсов, имеют одинаковое направление.

При увеличении тока генератора н. с. насыщенных полюсов сначала уменьшается, при некотором токе становится равной нулю и затем (когда н. с. дифференциальной обмотки становится больше н. с. параллельной) результирующая н. с. меняет знак, вследствие чего направление магнитного потока насыщенных полюсов изменяется.

ЭДС возбудителя можно представить равенством

Е_В=с_еп_д(2Ф₁+Ф₂)=Е₁+Е₂.

Лекция "8 Технологии выполнения декоративных изделий" также может быть Вам полезна.

где Ф₁, Ф₂ – магнитные потоки ненасыщенного и насыщенного полюсов; Е₁, Е₂ – части общей ЭДС возбудителя, зависящие соответственно от потоков ненасыщенных и насыщенных полюсов.

Характеристики возбудителя аналогичны характеристикам, изображенным на рис. 1.72б. Включение основной обмотки насыщенных полюсов на напряжение возбудителя позволяет уменьшить н. с. дифференциальной обмотки вследствие снижения напряжения возбудителя при больших токах генератора. Настройка характеристик осуществляется изменением сопротивлений R1 (характеристика перемещается вверх или вниз) и R2 (характеристика перемещается вправо или влево и изменяет крутизну).

Как и в предыдущем варианте, для получения малых скоростей движения и силы тяги предусматривается введение одной или двух ступеней дополнительного сопротивления в цепи независимой обмотки возбудителя.

Настройка характеристики может осуществляться изменением сопротивлений в цепи параллельной и независимых обмоток.

Из рассмотренных двух типов возбудителей возбудители с радиальным расщеплением более просты, так как насыщенные полюсы отличаются только магнитным мостиком, получаемым при штамповке или дополнительной обработке сердечников. В остальном конструкция полюсной системы и катушек аналогична обычной. В возбудителе с продольным расщеплением сердечники полюсов П1 и П2 должны быть различными по сечению, и одна катушка (ДВ) располагается внутри другой, что несколько усложняет изготовление и сборку машины. Часть активной длины якоря не используется вследствие размещения дифференциальной обмотки между полюсами.

При небольшой мощности возбудителей указанные недостатки не являются решающими и не препятствуют применению обоих типов возбудителей.