Меню

Нагрузка генератора постоянного тока это

Нагрузка генератора постоянного тока это

§ 112. Характеристики генератора постоянного тока

Характеристики генератора показывают его рабочие свойства. Они представляют собой зависимости между основными величинами — э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажимах U, ток в якоре Iя, ток возбуждения Iв и число оборотов якоря n.
Каждая из характеристик показывает зависимость между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов.
Снятие всех характеристик машины производится при постоянном числе оборотов якоря, так как при изменении скорости вращения значительно изменяются все характеристики генератора, а нормально большинство генераторов работает при постоянной скорости.
Характеристика холостого хода генератора показывает зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения Е = f (Iв), снятую при отсутствии нагрузки (Iн = 0) и постоянном числе оборотов (n = сопst).
Для генераторов независимого возбуждения при отсутствии нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю (Iя = 0). Так как э. д. с., индуктированная в обмотке якоря, равна Е = С nΦ, то при постоянной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характеристика холостого хода представляет собой магнитную характеристику машины.

При Iв = О магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Φост, который индуктирует в обмотке якоря э. д. с. Вост (рис. 155, а). Эта э. д. с. составляет несколько процентов (2 — 5%) от номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения возрастает как магнитный поток, так и э. д. с., индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении Iв увеличивается и э. д. с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви этой зависимости до точки А начать постепенно уменьшать ток возбуждения Iв, то э. д. с. также уменьшится, но под действием остаточного намагничивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше восходящей ветви этой характеристики. Изменяя Iв не только по величине, но и по направлению, можно определить весь цикл перемагничивания стали машины.
Практически восходящая и нисходящая ветви магнитной характеристики имеют часто незначительное расхождение и за основную характеристику можно принять среднюю зависимость (кривая 3).
На рис. 155, б показаны характеристики холостого хода, снятые при различных скоростях вращения якоря генератора.
Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номинальной скоростью nя, указанной в паспорте генератора. Для всех машин нормального типа точка номинального напряжения (точка А) находится на перегибе магнитной характеристики, что соответствует наиболее удачным рабочим и регулировочным свойствам генератора.
Выбор точки номинального напряжения на линейном ненасыщенном участке магнитной характеристики приводит к резким колебаниям напряжения на зажимах генератора при изменениях нагрузки, так как незначительные приращения намагничивающей силы вызывают резкие изменения э. д. с. Выбор этой точки на насыщенном пологом участке магнитной характеристики приводит к ограничению регулирования напряжения на зажимах генератора, так как для изменения э. д. с. требуются очень большие изменения тока возбуждения.
При изменении скорости вращения якоря генератора изменит свое положение характеристика холостого хода, так как э. д. с. пропорциональна скорости. При n′ > nн характеристика холостого хода пойдет выше (кривая 2), а при n

Кривая 1 представляет собой внешнюю характеристику, снятую на понижение напряжения. Для снятия этой характеристики устанавливается такой ток в обмотке возбуждения (Iв), чтобы при холостом ходе генератора (I = 0) напряжение на его зажимах было равно номинальному (Uв). Затем нагрузка генератора увеличивается при неизменном токе в обмотке возбуждения. С увеличением нагрузки (тока в якоре генератора Iя) увеличивается как падение напряжения в сопротивлении его обмотки, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает понижение напряжения. При изменении нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора уменьшится на величину ΔUпн.
При снятии характеристики на повышение напряжения (кривая 2) устанавливается такой ток возбуждения, чтобы при номинальной нагрузке генератора (I = Iн) напряжение на его зажимах было равно номинальному (Uн), после чего нагрузка генератора уменьшается.
При уменьшении нагрузки (тока в якоре) также уменьшается как падение напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных контактах, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает повышение напряжения. При изменении нагрузки от Iн до 0 напряжение на зажимах генератора увеличится на величину ΔUnв. За счет насыщения стали повышение напряжения будет меньше, чем понижение (ΔUnв

Уменьшение сопротивления нагрузки вызывает увеличение тока до некоторого значения Iмакс, не превышающего номинальный ток более чем в 2 — 2,5 раза. При дальнейшем уменьшении внешнего сопротивления ток уменьшается и при коротком замыкании будет значительно меньше номинального (Iк

Таким образом, у генераторов последовательного возбуждения, напряжение резко меняется с изменением нагрузки поэтому они не нашли широкого применения.
В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное и встречное включение последовательной и параллельной обмоток.
При согласном включении обмоток возбуждения результирующая намагничивающая сила, создающая магнитный поток, равна сумме намагничивающих сил параллельной и последовательной обмоток, а при встречном включении — разности этих намагничивающих сил.
На рис. 159 показаны внешние характеристики генераторов смешанного возбуждения.

Увеличение нагрузки такого генератора вызывает уменьшение напряжения на его зажимах за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря. Однако с увеличением нагрузки увеличивается также ток в последовательной обмотке возбуждения. Поэтому при согласном включении обмоток с увеличением нагрузки увеличивается магнитный поток и э. д. с. обмотки якоря. Если э. д. с. с увеличением нагрузки возрастает на величину, равную понижению напряжения генератора за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря, то результирующее напряжение на зажимах генератора будет практически оставаться неизменным при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной (кривой 1). Такой генератор, называемый нормально возбужденным, не требует изменения тока возбуждения при изменениях нагрузки. При уменьшении числа витков последовательной обмотки э. д. с. с возрастанием нагрузки будет увеличиваться в меньшей степени и не будет компенсировать понижения напряжения, так что напряжение на зажимах генератора будет уменьшаться (кривая 2), т. е. генератор недовозбужден. Если число витков последовательной обмотки возбуждения больше, чем то, которое соответствует нормальному возбуждению машины, то генератор окажется перевозбужденным и напряжение на его зажимах повысится с увеличением нагрузки (кривая 3).
Наиболее часто применяют генераторы нормально возбужденные, а также и перевозбужденные, позволяющие компенсировать падение напряжения в линии, соединительных проводах и т. д. с тем, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным при изменении тока.
Генераторы со встречным включением обмоток возбуждения не обеспечивают постоянства напряжения (кривая 4) и широкого применения они не нашли. Но их применяют в тех случаях, когда необходимо ограничить токи коротких замыканий (например, при электросварке, так как при соприкосновении электродов во время сварки внешняя цепь генератора представляет собой очень малое сопротивление, для генератора такой режим работы будет близок к короткому замыканию).
Регулировочная характеристика генератора показывает, в какой мере следует изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным при изменении тока нагрузки.
Таким образом, регулировочная характеристика генератора представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки, снимаемую при постоянном напряжении на зажимах генератора.
В генераторах независимого и параллельного возбуждения с увеличением тока нагрузки необходимо увеличить ток возбуждения для того, чтобы скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении машины и размагничивающее действие потока реакции якоря для обеспечения постоянства напряжения на зажимах генератора.
В генераторах смешанного возбуждения (нормально возбужденных) напряжение при изменении нагрузки не претерпевает изменений и, следовательно, необходимость регулирования тока возбуждения отпадает, т. е. регулировочная характеристика в таких генераторах не имеет смысла, так как ток возбуждения постоянен при изменениях тока нагрузки.

Читайте также:  Как узнать силу тока в батарейке

Источник



Характеристики генераторов постоянного тока

§ 112. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и представляют зависимость между основными величинами, которы­ми являются э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажи­мах и, ток в якоре Iя, ток возбуждения Iв и скорость вращения якоря п.

Характеристики представляют собой зависимости между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов.

Снятие всех характеристик машины производится при постоянной скорости вращения якоря, так как при изменении скорости зна­чительно изменяются все характеристики генератора.

Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения, снятую при отсутствии нагрузки и постоянном числе оборотов.

Для генераторов независимого возбуждения при отсутствий; нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю. Так как э.д.с, индуктированная в обмотке якоря, равна Е = СпФ, то при постоян­ной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характери­стика холостого хода представляет магнитную характеристику машины.

При Iв=0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Ф, который индукти­рует в обмотке якоря э.д. с. Е (рис. 144, а). Эта э.д.с. составляет несколько процентов (2—5%) номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения увеличивается как магнитный поток, так и э. д. с, индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении Iв увели­чивается и э.д.с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви зависимости от точки А начать постепенно уменьшать ток возбуж­дения Iв, то э.д. с. также начнет уменьшаться, но за счет намагни­чивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше

восходящей ветви этой характеристики. Изменяя Iв не только по величине, но и по направлению, можно снять весь цикл перемагничивания стали машины.

Практически восходящая и нисходящая ветви магнитной харак­теристики имеют крайне незначительное расхождение, и за основ­ную характеристику принимается средняя зависимость (кривая 3).

На рис. 144, б показаны характеристики холостого хода, снятые при различных скоростях вращения якоря генератора.

Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номиналь­ной скоростью пн, указанной в паспорте генератора. Для всех ма­шин нормального типа точка номинального напряжения (точка А) находится на перегибе магнитной характеристики, что соответству­ет наиболее удачным рабочим и регулировочным свойствам гене­ратора.

Выбор точки номинального напряжения на линейном участке Магнитной характеристики приводит к резким изменениям напряже­ния на зажимах генератора при изменениях нагрузки, так как не­значительные изменения намагничивающей силы вызывают резкие изменения э.д. с. Выбор этой точки на пологом участке магнитной Характеристики приводит к ограничению регулирования напряжения на зажимах генератора, так как для изменения э. д. с. требуются очень большие изменения тока возбуждения.

Читайте также:  Как преобразовать 12 вольт постоянного тока в 12 вольт переменного тока

Источник

Свойства и характеристики генераторов постоянного тока

Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими основными величинами являются:

1) напряжение на зажимах U;

2) ток возбуждения IВ;

3) ток якоря IЯ или ток нагрузки I;

4) частота вращения n.

Обычно генераторы работают при n=const. Поэтому основные характеристики определяются при n=nн=const/

Существует пять основных характеристик генераторов:

1) холостого хода;

2) короткого замыкания;

Наиболее важными являются характеристики холостого хода, внешняя и регулировочная.

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения:

при I=0 и n=const.

и определяет зависимость U или ЭДС якоря от тока возбуждения при холостом ходе (I=0, P2=0).

Регулируя ток возбуждения IВ от 0 до IВ НОМ и от IВ НОМ до 0 при отключенной нагрузке, получают восходящую и нисходящую кривые (рис.8.9). Характеристика снимается экспериментально при отключенном рубильнике.

Несовпадение кривых объясняется явлением гистерезиса в магнитной цепи индуктора. За расчетную характеристику принимают среднюю кривую. Для всех типов генераторов характеристика холостого хода практически одинакова. Она позволяет оценить магнитные свойства машины.

Рис. 8.9 Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения.

Эта кривая состоит из следующих характерных участков:

– ЭДС, индуцируемая в якоре остаточным магнитным потоком, сохранившимся от предыдущего намагничивания машины;

Еа – прямолинейный участок, соответствующий ненасыщенному состоянию машины;

“ав” – средненасыщенный участок или «колено» кривой;

“вс” – участок магнитного насыщения машины.

При нормальных условиях эксплуатации магнитная цепь генератора должна быть в состоянии среднего насыщения, т.е. номинальное значение напряжения UНОМ находится на колене характеристики “ав”. Это условие обеспечивает устойчивую работу генератора.

Характеристика холостого хода позволяет судить о насыщении магнитной цепи машины при номинальном напряжении, проверять соответствие расчетных данных экспериментально и составляет основу исследования эксплутационных свойств машины.

Внешняя характеристика генератора является зависимостью напряжения генератора U от тока нагрузки:

U = f(I) при IВ = const и n = const

и определяет зависимость напряжения генератора от его нагрузки в естественных условиях, когда ток возбуждения не регулируется.

В генераторах с параллельным возбуждением снижение напряжения при увеличении нагрузки обусловлено тремя причинами: падением напряжения в обмотке якоря, реакцией якоря и уменьшением тока возбуждения от первых двух причин (IВ=U/RВ).

Поэтому внешняя характеристика генераторов с параллельным возбуждением более крутая по сравнению с характеристиками генераторов независимого и смешанного возбуждения (рис.8.10, кривая 2).

Рис. 8.10. Внешние характеристики генераторов: 1 – с независимым возбуждением; 2 – с параллельным; 3 – с последовательным; 4 – со смешанным включением при согласном включении обмоток; 5 – то же при встречном включении обмоток.

В генераторах со смешанным возбуждением основной является параллельная обмотка, а вспомогательной — последовательная. Соединение последовательной обмотки может быть: согласным, что позволяет получить увеличение магнитного потока при росте тока нагрузки, а, следовательно, стабилизировать напряжение (рис.8.10, кривая 4); встречным, когда магнитные потоки параллельной и последовательной катушек на каждом полюсе направлены навстречу друг другу. При встречном включении обмоток напряжение генератора при нагрузке резко падает (рис.8.10, кривая 5) и одновременно обеспе­чивается постоянство тока. Поэтому такие генераторы, используются для выполнения высококачественной, электродуговой сварки, т. е. когда необходимо получить крутопадающую внешнюю характеристику.

Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость внешней характеристики) оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки:

(обычно для генератора независимого возбуждения ΔUном=5-10%, а для генератора параллельного возбуждения ΔUном=10-30%).

Регулировочная характеристика показывает, каким следует поддерживать ток возбуждения Iв при различных нагрузках генератора, чтобы его напряжение было постоянным, т.е.

IB=f(IH) при U=const и n=const

Регулировочные характеристики (рис.8.11.) обратны кривым внешних характеристик генераторов постоянного тока.

С увеличением I ток IВ необходимо несколько увеличивать, чтобы компенсировать влияние падения напряжения IЯRЯ и реакции якоря.

Рис. 8.11. Регулировочные характеристики, генераторов постоянного тока: I — независимого возбуждения; 2 — параллельного; 3 — смешанного

Благодаря обратимости электрических машин генераторный режим машины может быть изменен на .двигательный. Особенно просто такое изменение режима осуществляется в генераторе с параллельным возбуждением, работающем на сеть постоянного тока. Для этого достаточно уменьшить ток возбуждения настолько, чтобы ЭДС якоря стала меньше напряжения сети. Преобладание напряжения сети вызовет изменение направления тока в обмотке якоря IЯ, который в таких условиях будет создаваться разностью напряжения сети и ЭДС якоря, т.е.

Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем машины, будет создавать не тормозной, а вращающий электромагнитный момент.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

ЧТО ТАКОЕ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор постоянного тока предназначен для преобразования кинетической энергии в электрическую. Используется в качестве источника электроэнергии в тепловозах, автомобилях, промышленных установках и т.д.

Представляет собой обратимую электрическую машину. В зависимости от схемы подключения может работать как генератор или как электродвигатель.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на физическом явлении электромагнитной индукции. Заключается в том, что если проводник передвигается в магнитном поле, в нем возникает электрический ток. Такой ток называется индукционным.

Схематично это явление можно описать следующим образом. Если проводник, например, медную проволоку в виде рамки поместить между двумя полюсами подковообразного магнита, он будет находиться в постоянном магнитном поле.

Устройство генератора постоянного тока

Затем начнем вращать эту рамку. В процессе вращения она будет пересекать магнитный поток. Вследствие этого, внутри проволоки индуцируется электродвижущая сила э.д.с.

Читайте также:  Определите плотность тока в проводнике диаметр которого 1 3 мм

Если концы этой рамки соединить, то под воздействием э.д.с., потечет индукционный ток. Если включить в эту цепь амперметр, он покажет наличие в ней тока. Это и есть самый простой макет генератора.

Для того, чтобы подключить рамку к электрической цепи, ее крепят к полукольцам. Две щетки контактируют с вращающимися полукольцами поочередно, и через них индукционный ток поступает далее в электрическую цепь. Полукольца устанавливают на оси, вокруг которой вращается рамка. Это упрощенная схема коллектора.

Когда рамка переходит через горизонтальное положение (нейтраль), щетки одновременно переключаются с одного полукольца на второе. В этот момент стороны рамки магнитных силовых линий не пересекают. В таком положении э.д.с. и, соответственно, ток равны 0. Благодаря этому переключение щеток не сопровождается искрением.

На величину электродвижущей силы влияют следующие факторы:

  • длина проволоки;
  • величина индукции магнитного поля;
  • частота вращения.

Величина э.д.с. (Е) меняется по синусоидальной траектории, с пиками при прохождении рамкой вертикальных положений. В эти моменты она перпендикулярно пересекает максимум силовых линий. Нулевые значения отмечаются при прохождении нейтрали. После ее пересечения э.д.с. меняет свое направление.

В свою очередь, коллектор, чередуя каждые пол оборота полукольца на щетках, выпрямляет переменную э.д.с. На выходе получается пульсирующий, в виде выпрямленной синусоиды, постоянный ток.

КАК НА ВЫХОДЕ ПОЛУЧАЕТСЯ ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Для того, чтобы можно было пользоваться генератором, как источником энергии, ток нужно сгладить. Если увеличить количество рамок до двух и расположить их перпендикулярно друг другу. Тогда пиковые значения Е и, соответственно, тока будут возникать уже каждые четверть оборота.

Если их соединить последовательно, индуцируемый ток будет суммироваться. А его выходная характеристика будет иметь вид двух, смещенных между собой на четверть периода выпрямленных синусоид. Пульсация значительно уменьшится.

Принцип действия генератора постоянного тока

Если количество последовательных рамок еще увеличивать, тогда значение тока будет все больше приближаться к идеальной прямой. Кроме того, величина электродвижущей силы напрямую зависит от длины проводника. Поэтому количество рамок делают большим, а их совокупность и составляет обмотку вращающейся части генератора — якоря.

Для последовательного соединения витков обмотки, конец предыдущего нужно соединить с началом следующего. Делают это на полукольцах или, как их называют, пластинах. Их количество будет равняться количеству витков.

Другим фактором, влияющим на величину Е, является сила магнитного поля. Индукция магнитного потока обычного магнита слишком маленькая, а потери в среде между двумя полюсами наоборот очень большие.

Для решения первой проблемы вместо постоянного магнита используют гораздо более сильный электромагнит. Для решения второй проблемы сердечник якоря выполняют из стали. Также уменьшают до самого минимума зазор между якорем генератора и полюсами электромагнита.

Ток, протекающий в якоре, образуют своего рода электромагнит, и создает свое магнитное поле. Это явление называется реакция якоря. В нем также возникает реактивная э.д.с. Вместе они искажают магнитное поле. Чтобы это скомпенсировать, устанавливаются добавочные полюса. Они включаются в цепь якоря и полностью перекрывают это негативное воздействие.

По источнику тока возбуждения генераторы бывают:

  • с независимым возбуждением;
  • с самовозбуждением.

Необходимый для работы генератора магнитный поток создается благодаря току, проходящему через обмотки главных полюсов. Этот ток называется током возбуждения. При независимом возбуждении обмотка питается от аккумулятора или другого источника питания. При самовозбуждении питается током якоря.

Благодаря тому, что сердечники полюсов обладают остаточным магнетизмом, они создают небольшой магнитный поток. Если якорь начинает вращаться, этого потока достаточно для появления в витках якоря небольшого индукционного тока.

Этот ток, попадая в обмотку возбуждения полюсов, усиливает рабочий магнитный поток. Это приводит к увеличению тока в якоре и происходит цепная реакция. Таким образом, генератор быстро выходит на расчетную мощность.

По схеме подключения обмотки якоря к обмотке возбуждения генераторы с самовозбуждением делятся на три типа:

  • с параллельным возбуждением;
  • с последовательным возбуждением;
  • со смешанным возбуждением.

Схема возбуждения влияет на характеристики генератора и особенности его применения. Основным его параметром является внешняя характеристика, выражающая зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки при заданной частоте вращения и параметрах возбуждения. Также к основным характеристикам относится мощность и КПД, который достигает 90-95%.

УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор состоит из двух частей:

  • подвижная вращающаяся часть якорь;
  • неподвижная – статор.

Статор состоит из станины, магнитных полюсов, подшипникового щита с подшипниками. Станина — это несущая часть генератора, на которой размещены все его части. Внутри установлены полюсы с сердечниками и обмотками возбуждения. Изготавливается из ферромагнитных материалов.

Ротор или якорь состоит из сердечника, вала, коллектора и вентилятора. В качестве опоры для якоря используются подшипники, установленные на боковых подшипниковых щитах статора.

Преимущества и область применения.

Генераторы постоянного тока обладают следующими достоинствами:

  • простота конструкции, компактность;
  • надежность;
  • экономичность;
  • обратимость, то есть возможность использования в качестве электродвигателя;
  • практически линейная внешняя характеристика.

Недостатки:

  • высокая стоимость;
  • ограниченный срок службы щеточно-коллекторного узла.

Используются в различных отраслях производства, в строительстве, в промышленных установках, сварочном оборудовании, в машиностроении, на предприятиях металлургической промышленности, в автомобильном, железнодорожном, воздушном и морском, транспорте.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Источник