ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава   девятая
МАШИНЫ  ПОСТОЯННОГО ТОКА

9.8. СВОЙСТВА И  ХАРАКТЕРИСТИКИ  ГЕНЕРАТОРОВ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

9.8.1. Характеристика холостого хода и процесс самовозбуждения. Как видно из рис. 9.16, от якоря генератора параллельного возбуждения получают питание приемник электрической энергии и обмотка возбуждения Ш1 = Ш2. Согласно первому закону Кирхгофа

Iя = I + Iв.

Мощность Рв и ток Iв обмотки возбуждения невелики. Обычно Рв,ном ≈ (0,02÷0,05) Рном и Iв,ном ≈ (0,02÷0,05) х Iном, где Рном и Iном— номинальные мощность и ток генератора; Рв,ном и Iв,ном — мощность и ток возбуждения при номинальном режиме работы генератора.

При холостом ходе I = 0 и в обмотке якоря возникает весьма небольшой ток Iя = Iв. На основании второго закона Кирхгофа при холостом ходе U = Е — Iяrя = Е — Iвrя .

Падением напряжения Iвrя ввиду его малости можно прене­бречь и считать, что при холостом ходе U = Е. Так как при хо­лостом ходе ток Iя = Iв невелик, реакцию якоря можно не учитывать. В этом случае, как и для генератора независимого возбуждения,

Ф = f2(Iвwв) = f1(Iв);

Е = kenf1(Iв).

Очевидно, связь между Ф и Iв, а также между Е и Iв зависит от параметров генератора и совершенно не зависит от того, откуда получает питание обмотка возбуждения. Поэтому генератор параллельного возбуждения имеет характеристику холостого хода Е(Iв) (рис. 9.17), подобную характеристике генератора независимого возбуждения.

Особенностью генератора параллельного возбуждения является то, что он работает по принципу самовозбуждения. Для того чтобы генератор возбудился, должны быть выполнены два условия:

1) генератор должен иметь магнитный поток остаточного намагничивания Ф0;

2) обмотка возбуждения должна быть подключена к якорю так, чтобы ею создавался магнитный поток, совпадающий по направлению с потоком остаточного намагничивания.

Рис. 9.16. Схема  включения генератора параллельного возбуждения

Рис. 9.16. К пояснению процесса самовозбуждения генератора параллельного возбуждения

Процесс самовозбуждения можно пояснить следующим образом. Магнитным потоком Ф0 в обмотке якоря индуктируется ЭДС Е0, под действием которой в обмотке возбуждения возникает ток Iв0,  возбуждаюший магнитный поток Ф1 > Ф0. Потоком Ф1 > Ф0 в обмотке якоря индуктируется ЭДС Е1 > Е0, под действием которой в обмотке возбуждения возникает ток Iв1 > Iв0,   вызывающий   магнитный поток Ф2 > Ф1, и т. д.

Чтоб решить вопрос о том, до каких установившихся значений ЭДС Е и тока Iв возбудится генератор, запишем по второму закону Кирхгофа уравнение для переходного процесса самовозбуждения

где Lя и Lв — индуктивность обмоток якоря и возбуждения; Lя diя/dt и Lв diв/dt— ЭДС самоиндукции, возникающие в обмотках якоря и возбуждения вследствие изменения тока iв.

Когда процесс самовозбуждения закончится, diв/dt = 0,
iв = Iв, e = E  и вместо (9.13) можно написать

Е = Iв (rя + rп + rр) = Iв Σr

Таким образом, процесс самовозбуждения закончится тогда, когда ЭДС станет равной падению напряжения в сопротивлениях цепи якоря и обмотки возбуждения.

Установившиеся значения Е и Iв при заданном сопротивлении rр нетрудно найти графическим путем, для чего необходимо знать характеристику холостого хода Е(Iв) и вольт-амперную характеристику Iв Σr = f(Iв) (рис. 9.17). При равных значениях Σr получим соответственно несколько вольт-амперных характеристик Iв Σr = f(Iв). Устано­вившиеся значения Е и Iв определяются точками пересечения хaрактеристики холостого хода и вольт-амперных характеристик.

9.8.2. Внешняя характеристика. На основании второго закона Кирхгофа (рис. 9.16)
U = Е - Iяrя. Но Iя = I + Iв, поэтому U = Е - Irя - Iвrя .

Падением напряжения Iвrя можно пренебречь. Тогда

U = E - Irя.

После замены в последнем уравнении напряжения согласно выражению U = Irп и решения относительно тока получим

Как видно, уравнение внешней характеристики и формула для определения тока нагрузки имеют такой же вид, как для генератора независимого возбуждения. Однако напряжение U и ток I генератора параллельного возбуждения будут изменяться по-иному при изменении сопротивления rп. Объясняется это тем, что у генератора параллельного возбуждения ЭДС не остается постоянной. Действительно, изменение сопротивления rп будет приводить к изменению тока I и напряжения U. Но так как

а  Е = f(Iв), то при этом будет изменяться также ЭДС Е. При холостом ходе генератора (rп = ∞, I = 0)

Предположим, что при холостом ходе значения Е и Iв определяются точкой А (см. рис. 9.17). Поскольку ферромагнитный материал магнитной цепи насыщен, сначала при уменьшении сопротивления rп числитель в (9.14) уменьшается медленнее знаменателя и ток I возрастает до Imax (рис. 9.18); напряжение U снижается как из-за увеличения падения напряжения Irя , так и вследствие уменьшения ЭДС. При некотором сопротивлении rп ток возбуждения уменьшится до значения Iв3 и ферромагнитный материал окажется ненасыщенным. Поэтому при дальнейшем уменьшении rп числитель в (9.14) будет уменьшаться быстрее знаменателя и ток I будет спадать. Несмотря на уменьшение падения напряжения Irя напряжение будет продолжать снижаться из-за значительного уменьшения ЭДС Е. Таким образом, при уменьшении сопротивления приемника rп напряжение U непрерывно снижается, ток I сначала возрастает, при некотором сопротивлении rп достигает максимального значения Imax , а при дальнейшем уменьшении rп уменьшается. Максимальный ток Imax составляет Imax = (2 ÷ 3) Iном. Внешняя характеристика 1 генератора параллельного возбуждения приведена на рис. 9.18. Там же дана для сравнения характеристика 2 генератора независимого возбуждения.

Рис. 9.18 Внешние характеристики генераторов параллельного (1) и независимого (2) возбуждения

Из-за снижения ЭДС напряжение генератора параллельного возбуждения уменьшается при увеличении нагрузки в большей степени, чем у генератора независимого возбуждения. Это является одним из его недостатков. Обычно

При коротком замыкании (rп = 0) U = 0 и Iв = 0; в якоре будет индуктироваться небольшая ЭДС Е0 от потока остаточного намагничивания, поэтому ток короткого замыкания I = Iк = Е0/rя не может быть большим. Обычно Iк < Iном. Следует, однако, обратить внимание на то, что при внезапном коротком замыкании в течение некоторого времени может существовать ток, во много раз превышающий номинальный. Это объясняется инерционностью, вносимой обмоткой возбуждения, из-за которой магнитный поток и ЭДС якоря не могут мгновенно уменьшиться до значений, определяемых остаточным намагничиванием

9.8.3. Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения не отличается по виду от характеристик генератора независимого возбуждения (см. рис. 9.15). Однако поскольку у генератора параллельного возбуждения напряжение U меняется в больших пределах, необходимо в больших пределах изменять и ток возбуждения с помощью реостата rр.