Основы электроэнергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

В разветвленных цепях с и возможны несколько резонансов

Резонансные кривые - это зависимости токов в цепи от частоты или любого другого параметра электрической цепи L,C .

Трехфазные электрические цепи

Основные понятия и определения

Трехфазная цепь является частным случаем многофазных систем электрических цепей, представляющих собой совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, отличающиеся по фазе одна от другой и создаваемые общим источником энергии.

Каждую из частей многофазной системы, характеризующуюся одинаковым током, принято называть фазой. Таким образом, понятие "фаза" имеет в электротехнике два значения: первое - аргумент синусоидально изменяющейся величины, второе - часть многофазной системы электрических цепей. Цепи в зависимости от количества фаз называют двухфазными, трехфазными, шестифазными и т.п.

Трехфазные цепи - наиболее распространенные в современной электроэнергетике. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:

экономичность производства и передачи энергии по сравнению с однофазными цепями;

возможность сравнительно простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трехфазного асинхронного двигателя;

возможность получения в одной установке двух эксплуатационных напряжений - фазного и линейного.

Трехфазная цепь состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС; линии передачи со всем необходимым оборудованием; приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания).

Схемы соединения трехфазных систем

Трехфазный генератор (трансформатор) имеет три выходные обмотки, одинаковые по числу витков, но развивающие ЭДС, сдвинутые по фазе на 120г. Можно было бы использовать систему, в которой фазы обмотки генератора не были бы гальванически соединены друг с другом. Это так называемая несвязная система. В этом случае каждую фазу генератора необходимо соединять с приемником двумя проводами, т.е. будет иметь место шестипроводная линия, что неэкономично. В этой связи подобные системы не получили широкого применения на практике.

Для уменьшения количества проводов в линии фазы генератора гальванически связывают между собой. Существует пять видов соединения генераторов с нагрузкой: звезда - звезда с нулевым проводом, звезда - звезда без нейтрального провода, треугольник - треугольник, звезда - треугольник и треугольник - звезда. Соединительные провода между началами фаз нагрузки и началами фаз генератора называют линейными проводами. Как правило, начала фаз генераторов обозначают заглавными буквами, а нагрузки - прописными. Провод, соединяющий нулевые точки генератора и нагрузки, называют нулевым или нейтральным проводом.

Направление токов в линейных проводах принято выбирать от генератора к нагрузке, а в нулевом - от нагрузки к генератору.

Линейные напряжения- это разность соответствующих фазных напряжений Uab - Ua - Uc, Ubc = Ub - Uc, Uca = Uc - Ua

Линейные токи при принятых направлениях токов (рис. 3) определяются по I закону Кирхгофа Ia = Iab - Ica, Ib = Ibc - Iab, Ic = Ica - Ibc

Таким образом, фазные напряжения на генераторе - это напряжения, приложенные к обмоткам генератора, а напряжения фаз нагрузки - это напряжения на соответствующих сопротивлениях. Фазные токи - это токи, протекающие в фазах генератора или нагрузки. Следует отметить, что фазные и линейные напряжения в треугольнике равны, так же как фазные и линейные токи в звезде.

При симметричной системе напряжений и симметричной нагрузке, когда Za = Zb = Zc, т.е. когда Ra = Rb = Rc = Rф и Xa = Xb = Xc = Xф, фазные токи равны по значению и углы сдвига фаз одинаковы

(3.12) Ia = Ib = Ic = Iф = Uф / Zф,

(3.13) цa = цb = цc = ц = arctg (Xф/Rф).

Построив векторную диаграмму токов для симметричного приемника (рис. 3.8), легко установить, что геометрическая сумма трех векторов тока равна нулю: Эa + Эb + Эc = 0. Следовательно, в случае симметричной нагрузки ток в нейтральном проводе IN = 0, поэтому необходимость в нейтральном проводе отпадает.

Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называется нейтральным (на рис. 6 показан пунктиром). Трехфазная система при соединении в звезду без нейтрального провода называется трехпроводной, с нейтральным проводом- четырехпроводной. Появление Un называется смещением нейтрали.

Нулевой провод является уравнителем. Потенциалы источника и приемника с его помощью принудительно выравниваются.

В нулевом проводе категорически запрещено устанавливать плавкие предохранители

При симметричной нагрузке

(3.22) Zab = Zbc = Zca = Zejц,

Zab = Zbc = Zca = Z, цab = цbc = цca = ц.

Так как линейные (они же фазные) напряжения UAB, UBC, UCA симметричны, то и фазные токи образуют симметричную систему

Эab = Ъab / Zab; Эbc = Ъbc / Zbc; Эca = Ъca / Zca.

Абсолютные значения их равны, а сдвиги по фазе относительно друг друга составляют 120°.



Линейные токи

ЭA = Эab - Эca; ЭB = Эbc - Эab; ЭC = Эca - Эbc;

образуют также симметричную систему токов (рис.3.13, 3.14).

На векторной диаграмме фазные токи отстают от фазных напряжений на угол ц (полагаем, что фазы приемника являются индуктивными, т.е. ц > 0°). Здесь принято, что напряжение UAB имеет нулевую фазу. Из диаграммы следует, что любой линейный ток больше фазного в раз. Линейный ток ЭA отстает по фазе от фазного тока Эab на угол 30°, на этот же угол отстает ЭB от Эbc, ЭC от Эca.

Таким образом, при соединении треугольником действующее значение линейного тока при симметричной нагрузке в раз больше действующего значения фазного тока и UЛ = UФ; IЛ =IФ.

При равномерной нагрузке фаз расчет трехфазной цепи соединенной треугольником, можно свести к расчету одной фазы.

Фазное напряжение UФ = UЛ. Фазный ток IФ = UФ / ZФ, линейный ток IЛ =IФ, угол сдвига по фазе ц = arctg (XФ / RФ).



В общем случае при несимметричной нагрузке Zab ? Zbc ? Zca.

Обычно она возникает при питании от трехфазной сети однофазных приемников. Например, для нагрузки, рис. 3.15, фазные токи, углы сдвига фаз и фазные мощности будут в общем случае различными.

Векторная диаграмма для случая, когда в фазе ab имеется активная нагрузка, в фазе bc - активно-индуктивная, а в фазе ca - активно-емкостная приведена на рис. 3.16.

Построение векторов линейных токов произведено в соответствии с выражениями

ЭA = Эab - Эca; ЭB = Эbc - Эab; ЭC = Эca - Эbc.

Таким образом, при несимметричной нагрузке симметрия фазных токов Эab, Эbс, Эca нарушается, поэтому линейные токи ЭA, ЭB, ЭC можно определить только расчетом по вышеприведенным уравнениям (3.20) или найти графическим путем из векторных диаграмм (рис. 3.16).

Важной особенностью соединения фаз приемника треугольником является то, что при изменении сопротивления одной из фаз режим работы других фаз остается неизменным, так как линейные напряжения генератора являются постоянными. Будет изменяться только ток данной фазы и линейные токи в проводах линии, соединенных с этой фазой. Поэтому схема соединения треугольником широко используется для включения несимметричной нагрузки.

При расчете для несимметричной нагрузки сначала определяют значения фазных токов Эab, Эbc, Эca и соответствующие им сдвиги фаз цab, цbc, цca. Затем определяют линейные токи с помощью уравнений (3.20) в комплексной форме или с помощью векторных диаграмм.

Перехомдные процессы -- процессы, возникающие в электрических цепях при различных воздействиях, приводящих к изменению их режима работы, то есть при действии различного рода коммутационной аппаратуры, например, ключей, переключателей для включения или отключения источника или приёмника энергии, при обрывах в цепи, при коротких замыканиях отдельных участков цепи и т. д.

Физическая причина возникновения переходных процессов в цепях -- наличие в них катушек индуктивности и конденсаторов, то есть индуктивных и ёмкостных элементов в соответствующих схемах замещения. Объясняется это тем, что энергия магнитного и электрического полей этих элементов не может изменяться скачком при коммутации (процесс замыкания или размыкания выключателей) в цепи.

Переходный процесс в цепи описывается дифференциальным уравнением

неоднородным (однородным), если схема замещения цепи содержит (не содержит) источники ЭДС и тока,

линейным (нелинейным) для линейной (нелинейной) цепи.

Первый закон коммутации

Ток через индуктивный элемент L непосредственно до коммутации равен току во время коммутации и току через этот же индуктивный элемент непосредственно после коммутации , так как ток в катушке мгновенно измениться не может:



[править]Второй закон коммутации

Напряжение на конденсаторе С непосредственно до коммутации равно напряжению во время коммутации и напряжению на конденсаторе непосредственно после коммутации , так как невозможен скачок напряжения на конденсаторе:

Примечание

-- время непосредственно до коммутации

t=0 -- непосредственно во время коммутации

-- время непосредственно после коммутации

Основные части трансформаторов - обмотки, осуществляющие электромагнитное преобразование энергии, и магнитопровод (магнитная система), выполненный из ферромагнитного материала и предназначенный для локализации магнитного потока и усиления электромагнитной связи обмоток. Магнитопровод трансформаторов малой мощности изготавливают из листовой или ленточной электротехнической стали толщиной 0,1 - 0,35 мм. Принцип действия рис., первичная обмотка с числом витков w1 включена в однофазную сеть переменного тока с напряжением u1, а вторичная обмотка с числом витков w2 замкнута на сопротивление нагрузки Zн. Под действием приложенного напряжения u1 по первичной обмотке протекает ток i1, создающий МДС первичной обмотки F1= i1w1, которая приводит к появлению переменного магнитного потока. Основная часть потока (поток взаимоиндукции Ф0) замыкается по магнитопроводу, сцепляется с обеими обмотками и наводит в них ЭДС e1 и e2. Небольшая часть потока Фу1, называемая потоком рассеяния первичной обмотки, замыкается по воздуху непосредственно вокруг этой обмотки.

Во вторичной обмотке ЭДС e2 вызывает ток i2, на сопротивлении нагрузки Zн снимается выходное напряжение u2=i2Zн и выходная мощность P2=u2i2 Одновременно ток i2 создает МДС вторичной обмотки F2=i2w2, направление которой в контуре магнитопровода определяется по правилу Ленца. Значение потока взаимоиндукции Ф0 определяется результирующим действием МДС F1 и F2. В обеих обмотках ЭДС взаимоиндукции определяются в соответствии с законом электромагнитной индукции: e1=-w1dФ0/dt;e2=-w2dФ0/dt. При увеличении тока нагрузки i2 МДС F2 стремится уменьшить поток Ф0 и тем самым - ЭДС e1.

Асинхронная машина -- это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращениямагнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин -- индукционные вследствие того, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин. В основном они применяются в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Достоинства:

Лёгкость в изготовлении.

Отсутствие механического контакта со статической частью машины.

Недостатки:

Небольшой пусковой момент.

Значительный пусковой ток.

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части -- конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае -- многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 эл.град. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения тока в обмотке статора, поэтому его набирают из пластин электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь. Основным методом сборки магнитопровода в пакет является шихтовка.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора -- из пластин электротехнической стали. Принцип действия: На обмотку статора подается переменное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создает вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться.

При питании обмотки статора трёхфазным (в общем случае -- многофазным) током создаётся вращающееся магнитное поле, синхронная частота вращения [об/мин] которого связана с частотой сети [Гц] соотношением:

,

где -- число пар магнитных полюсов обмотки статора. Большинство двигателей имеют 1-3 пары полюсов, реже 4. Большее число полюсов используется очень редко, такие машины имеют низкий КПД и коэффициент мощности, однако позволяют очень плавно и медленно вращать ротор двигателя. Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением:

.

Очевидно, что при двигательном режиме .

В генераторном режиме работы скольжение .

В зависимости от количества числа пар полюсов возможны следующие значения частот вращения магнитного поля статора, при частоте питающего напряжения 50 Гц:

n, об/мин
3000	1
1500	2
1000	3
300	10

В настоящее время самым распространённым двигателем промышленных электроприводов является трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Про него можно сказать, что он является самым простым, самым надёжным и самым дешёвым электродвигателем в широком диапазоне частоты вращения и мощности. Статор обычно выполнен в виде нескольких, расположенных в пазах, катушек, а ротор - в виде «беличьей клетки» (короткозамкнутый ротор) или в виде нескольких катушек (фазный ротор), которые соединены между собой, выведены на кольца, расположенные на валу, и, с помощью скользящих по ним щеток, могут быть замкнуты на внешние резисторы. Асинхронный электропривод, как и электропривод постоянного тока, может работать в двигательном и трёх тормозных режимах с таким же, как в электроприводе постоянного тока, распределением потоков энергии (рис. 4.7).

Механическая характеристика асинхронной машины

Как следует из рис., по мере увеличении момента сопротивления увеличивается скольжение машины и развиваемый момент. При некотором критическом значении скольжения sКР, момент двигателя достигает максимального (или критического) значения - МКР.

Специфическим является режим динамического торможения, которое представляет собою генераторный режим отключенного от сети переменного тока асинхронного двигателя, к статору которого подведен постоянный ток Iп. Этот режим применяется в ряде случаев, когда после отключения двигателя от сети требуется его быстрая остановка без реверса. Для двигателей с короткозамкнутым ротором в каталоге приводятся кратности пускового тока: ; пускового момента: ; критического момента: . Следует иметь в виду, что данных, приводимых в каталоге, недостаточно, чтобы определить по ним параметры схемы замещения и пользоваться ей при всех расчетах, однако по каталожным данным можно построить естественную электромеханическую и механическую характеристики, воспользовавшись уравнением приближённой механической характеристики[4].

Приближенное уравнение механической характеристики асинхронного двигателя (формула Клосса) удовлетворительно воспроизводит механическую характеристику в области малых скольжений (от s = 0 до s = sКР)[5].

.

Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором.

Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором осуществляется вводом в цепь ротора добавочных пусковых сопротивлений, они увеличивают пусковой момент и уменьшают пусковой ток. При достижении валом установленного значения частоты вращения, обмотки ротора замыкают накоротко.

Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором.

1. пуск непосредственным включением в сеть. Здесь:

А. большой стартовый ток(в 5-7 раз больше номинального), результат - падение напряжения в сети.

Б. простота включения.

2. пуск при пониженном напряжении.

А. Производится переключением обмоток двигателя со звезды на треугольник.

Б. напряжение понижается последовательным вводом в цепь реакторов, которые представляют собой катушку или дроссель.

В. Пуск через понижающий автотрансформатор.

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. В зависимости от способов соединения обмоток возбуждения с якорем генераторы подразделяются на:

генераторы независимого возбуждения;

генераторы с самовозбуждением;

генераторы параллельного возбуждения;

генераторы последовательного возбуждения;

генераторы смешанного возбуждения;

Генераторы постоянного тока представляют собой обычные индукционные генераторы, снабженные особым приспособлением -- так называемым коллектором,-- дающим возможность превратить переменное напряжение на зажимах (щетках) машины в постоянное.

Схема генератора постоянного тока: 1 -- полукольца коллектора, 2 -- вращающийся якорь (рамка), 3 -- щетки для съема индукционного тока

Концы якоря (обмотки) соединены не с отдельными кольцами, а с двумя полукольцами 1, разделенными изолирующим материалом и надетыми на общий цилиндр, который вращается на одной оси с рамкой 2. К вращающимся полукольцам прижимаются пружинящие контакты (щетки) 3, с помощью которых индукционный ток отводится во внешнюю сеть. При каждом полуобороте рамки концы ее, припаянные к полукольцам, переходят с одной щетки на другую. Если переключения в коллекторе происходят в те же моменты времени, когда меняется направление тока в рамке, то одна из щеток всегда будет являться положительным полюсом генератора, а другая -- отрицательным, т. е. во внешней цепи будет идти ток, не меняющий своего направления. Можно сказать, что с помощью коллектора мы производим выпрямление переменного тока, индуцируемого в якоре машины.

электрическая цепь ток генератор

Двигатель постоянного тока -- электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. По некоторым мнениям этот двигатель, можно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простейший двигатель, являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянногомагнита на индукторе (статоре), из одного электромагнита с явно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками. ДПТ классифицируют по виду магнитной системы статора:

с постоянными магнитами;

с электромагнитами:

с независимым включением обмоток (независимое возбуждение);

с последовательным включением обмоток (последовательное возбуждение);

с параллельным включением обмоток (параллельное возбуждение);

со смешанным включением обмоток (смешанное возбуждение):

с преобладанием последовательной обмотки;

с преобладанием параллельной обмотки;

Вид подключения обмоток статора существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигателя.

Генераторы постоянного тока могут быть выполнены с магнит-ным и электромагнитным возбуждением. Для создания магнитного потока в генераторах первого типа используют постоянные магниты,

а в генераторах второго типа -- электромагниты. Постоянные, магниты применяют лишь в машинах очень малых мощностей. Таким образом, электромагнитное возбуждение является наиболее широко используемым способом для создания магнитного потока. При этом способе возбуждения магнитный поток создается током, протекающим по обмотке возбуждения.

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока могут быть с независимым возбужде-нием и с самовозбуждением.

При независимом возбуждении (рис. 143, а) обмотка возбуж-дения включается в сеть вспомогательного источника энергии по-стоянного тока. При таком возбуждении ток Iв не зависит от тока в якоре Iя.

Недостатком генераторов независимого возбуждения является потребность в дополнительном источнике энергии.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от включения обмотки возбуждения могут быть параллельного, по-следовательного и смешанного возбуж-дения.

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.

При Iв=0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Ф0, который индукти-рует в обмотке якоря э.д. с. Е0. 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 Iвувели-чивается и э.д.с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви зависимости от точки А начать постепенно уменьшать ток возбуж-дения Iв, то э.д. с. также начнет уменьшаться, но за счет намагни-чивания 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.

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

Кривая 1 соответствует вращению якоря машины с номиналь-ной скоростью пн, указанной в паспорте генератора.

Для генераторов параллельного возбуждения при холостом ходе ток в якоре равен току возбуждения (Iя=Iв). Так как этот ток составляет малую величину (несколько процентов номинально-го тока генератора), то напряжение на зажимах машины при хо-лостом ходе будет примерно равным э.д. с. и характеристика холостого хода этого генератора практически совпадает с характеристикой генератора независимого возбуждения. Однако весь цикл перемагничивания в генераторах параллельного возбуждения снять нельзя, так как при изменении направления тока в обмотке возбуждения магнитный поток ее будет направлен встречно потоку оста-точного магнетизма и самовозбуждение генератора окажется невоз-можным.

Для генератора последовательного возбуждения характеристи-ка холостого хода смысла не имеет, так как при холостом ходе в якоре и обмотке возбуждения ток равен нулю, и характеристика может быть снята только по схеме независимого возбуждения. Для этого обмотка возбуждения генератора должна быть включена в сеть какого-либо независимого источника тока.

Для генераторов смешанного возбуждения характеристика холостого хода совпадает с характеристикой генератора параллель-ного возбуждения.

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напря-жения на зажимах генератора от тока нагрузки. Эта характеристи-ка соответствует естественным условиям работы машины, т. е. ма-шина нерегулируема (сопротивление цепи возбуждения rв посто-янно) и снимается при неизменной скорости вращения.

Для генераторов независимого возбуждения при постоянном rв неизменен также и ток возбуждения Iв. Внешние характеристики такого генератора показаны на рис.

Кривая 1 представляет собой внешнюю характеристику, снятую на понижение напряжения. Для снятия этой характеристики уста-навливается такой ток в обмотке возбуждения, чтобы при холостом ходе генератора напряжение на его зажимах было равно номиналь-ному. Затем нагрузка генератора возрастает при неизменном токе в обмотке возбуждения. С возрастанием нагрузки (тока в якоре

генератора Iя) увеличивается как падение напряжения в сопротивле-нии его обмотки, так и размагничивающее действие реакции якоря, что вызывает понижение напряжения. При изменении нагрузки от нуля до номинальной напряжение на зажимах генератора умень-шается на величину ДUпн.

При снятии характеристики на повышение напряжения (кривая 2) устанавливается такой ток возбуждения, чтобы при номинальной нагрузке генератора напряжение на его зажимах было равно номинальному, после чего нагрузка генера-тора уменьшается.

С уменьшением нагрузки (тока в якоре) также уменьшается как паде-ние напряжения в сопротивлении об-мотки якоря и щеточных контактах, так и размагничивающее действие ре-акции якоря, что вызывает повышение напряжения. При изменении нагрузки от номинальной до 0 напряжение на зажимах генератора увеличивается на величину ДUпн. За счет насыщения стали повышение напряжения будет меньше, чем понижение, так. кап размагничивающее действие реакции якоря будет сказываться тем сильнее, чем меньше степень насыщения стали.

В генераторах параллельного возбуждения при постоянном со-противлении цепи возбуждения гв ток возбуждения не остается постоянным, так как зависит от напряжения на зажимах генератора которое пои изменении нагрузки меняется. В генераторах независимого возбуждения увеличение нагрузки вызывает понижение напряжения под воз-действием падения напряжения в сопротив-лении машины и реакции якоря (кривая 1 на рис. 146).

В генераторах параллельного возбужде-ния при уменьшении напряжения также уменьшается ток возбуждения, что вызывает уменьшение магнитного потока и понижение напряжения

Внешняя характеристика на повышение напряжения у гене-ратора параллельного возбуждения (кривая 3) имеет такой же вид, как у генератора независимого возбуждения.

Для генератора последовательного возбуждения внешняя харак-теристика показана на рис. 147. В генераторах этого типа ток возбуждения равен току якоря (Iв=Iя), и при холостом хода (Iя=0) в обмотке якоря будет создана э. д. с. за счет остаточного магнетизма Ео; С увеличением нагрузки также увеличится ток в обмотке возбуждения, что вызывает увеличение э. д. с. (кривая 1). Напряжение на зажимах генератора при нагрузке меньше э. д. с. вследствие падения напряжения в сопротивлении машины и реак-ции якоря (кривая 2). Таким образом, у генератора последова-тельного возбуждения напряжение резко меняется с изменением нагрузки, поэтому они не нашли широкого применения.

В генераторах смешанного возбуждения возможно согласное и встречное включения последовательной и параллельной обмоток.

При согласном включении обмоток возбуждения результирую-щая намагничивающая сила, создающая магнитный поток, равна сумме намагничивающих сил параллельной и последовательной об-моток, а при встречном включении -- разности этих намагничивающих сил.

На рис. показаны внешние характеристики генератора сме-шанного возбуждения.

Увеличение нагрузки такого генератора вызывает уменьшение напряжения на его зажимах за счет падения напряжения в его со-противлении и реакции якоря. Однако с увеличением нагрузки возрастает также ток в последовательной обмотке возбуждения. Поэтому при согласном включении обмоток увеличение нагрузки будет вызывать увеличение магнитного потока и э. д. с. обмотки якоря. Если э. д. с. с увеличением нагрузки возрастает на величи-ну, равную понижению напряжения генератора за счет падения напряжения в его сопротивлении и реакции якоря, то напряжение на зажимах генератора будет практически оставаться неизменным при изменении нагрузки от холосто-го хода до номинальной (кривая 1).

Такой генератор, называемый нор-мально возбужденным, не требует изменения тока возбуждения при из-менениях нагрузки. При уменьшении числа витков последовательной об-мотки э. д. с. с возрастанием нагруз-ки будет увеличиваться в меньшей степени и не будет компенсировать понижения напряжения, так что на-пряжение на зажимах генератора будет уменьшаться (кривая 2), т. е. генератор недовозбужден. Если число витков последовательной об-мотки возбуждения больше, чем то, которое соответствует нормальному возбуждению машины, то генератор окажется перевозбужденным и на-пряжение на его зажимах будет увеличиваться с увеличением нагрузки (кривая 3).

При встречном включении обмоток возбуждения внешняя харак-теристика подобна этой зависимости для генератора параллель-ного возбуждения (кривая 4), однако токи максимальный /м и ко-роткого замыкания Iк у этого генератора будут меньше соответ-ствующих токов генератора параллельного возбуждения за счет размагничивающего действия намагничивающих сил последова-тельной обмотки.

Наиболее часто применяют генераторы нормально возбужден-ные, а также перевозбужденные генераторы, позволяющие компен-сировать падение напряжения в линии, соединительных проводах и т. д. с тем, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоян-ным при изменении тока.

Генераторы со встречным включением обмоток возбуждения не обеспечивают постоянства напряжения и широкого применения не нашли. Их используют в тех случаях, когда необходимо ограничить токи коротких замыканий (например, при электросварке).

Важнейшей характеристикой двигателя является механическая n(M). Она показывает, как зависит частота вращения двигателя от развиваемого момента. Если к обмоткам двигателя подведены номинальные напряжения и отсутствуют дополнительные резисторы в его цепях, то двигатель имеет механическую характеристику, называемую естественной. На естественной характеристике находится точка, соответствующая номинальным данным двигателя (Мн, Ря и т.д.). Если же напряжение на обмотке якоря меньше номинального, либо Iв < Iвн, то двигатель будет иметь различные искусственные механические характеристики. На этих характеристиках двигатель работает при пуске, торможении, реверсе и регулировании частоты вращения.

Преобразовав выражение (3) относительно частоты вращения, получим уравнение электромеханической характеристики n(Iя):

(7)

После замены в уравнении (7) тока Iя согласно формуле (1), получим уравнение механической характеристики n(М):

(8)

При Ф = соnst, электромеханическая n(Iя) и механическая n(М) характеристики двигателя параллельного возбуждения представляют собой прямые линии. Так как за счет реакции якоря магнитный поток немного изменяется, то характеристики в действительности несколько отличаются от прямых.

При работе вхолостую (М = 0) двигатель имеет частоту вращения холостого хода, определяемую первым членом уравнения (8). С увеличением нагрузки n уменьшается. Как следует из уравнения (8), это объясняется наличием сопротивления якоря rя.

Поскольку rя не велико, частота вращения двигателя при увеличении момента изменяется мало, и двигатель имеет жесткую естественную механическую характеристику (рис.4, характеристика 1).

Из уравнения (8) следует, что регулировать частоту вращения при заданной постоянной нагрузке (М = const) можно тремя способами:

а) изменением сопротивления цепи якоря;

б) изменением магнитного потока двигателя;

в) изменением напряжения на зажимах якоря.

Размещено на Allbest.ru