Принцип и условия самовозбуждения генератора постоянного тока
Генератор постоянного тока – это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока.
Действие генератора постоянного тока основано на законе электромагнитной индукции. Предположим, что магнитное поле, которое создается постоянным магнитом совершает вращение вокруг своей оси в проводящем контуре с равномерной угловой скоростью. Две равные порознь вертикальные стороны контура, изображенного на рисунке ниже, активные, потому что их пересекают магнитные линии магнитного поля.
Рисунок 1. Контур. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Де равные порознь горизонтальные линии рассматриваемого контура являются неактивными, потому что их не пересекают магнитные линии, они скользят вдоль горизонтальных сторон, и электродвижущая сила в них не образуется. В каждой активное стороне контура индуцируется электродвижущая сила, которая определяется следующим образом:
$e2 = B*l*v*sin(wt+п) = -B*l*v*sinwt$
где: е1 и е2 — мгновенные значения электродвижущих сил, которые индуцируются в каждой активное стороне контура; В — магнитная индукция; l — длина каждой активной стороны рассматриваемого контура; v — линейная скорость вращения каждой активной стороны контура; t — время; wt, wt+п — угля, под которыми активные стороны рассматриваемого контура пересекаются магнитными линиями магнитного поля.
Из-за того, что электродвижущие силы активных сторон контура действуют согласно с друг другом, то суммарная электродвижущая сила, индуцируемая в рассматриваемом контуре рассчитывается следующим образом:
Таким образом можно сделать вывод, что электродвижущая сила, индуцируемая в контуре изменяется согласно синусоидальному закону. В зависимости от способа соединения обмоток генераторы постоянного тока делятся на:
- генераторы с самовозбуждением, к которым относятся генераторы с последовательным, параллельным и смешанным возбуждением,
- генераторы с независимым возбуждением.
К основным характеристикам генератора постоянного тока относятся количество оборотов якоря, электродвижущая сила, электрический ток возбуждения, электрическое напряжения на входе и выходе, нагрузка, характеристики холостого хода, а также нагрузочная и регулировочная характеристики.
Принцип и условия самовозбуждения генератора постоянного тока
Самовозбуждение генератора постоянного тока основано на том, что магнитная система машины, когда намагниченная, способная длительное время сохранять малый магнитный поток остаточного магнетизма сердечников станины и полюсов- около 2-3 % от полного потока. На рисунке ниже представлена принципиальная схема и характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.
Рисунок 2. Принципиальная схема и характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При вращении якоря потоком индуцируется остаточная электродвижущая сила в обмотке якоря, в результате действия которой здесь возникает небольшой электрический ток. Если магнитодвижущая сила обмотки возбуждения имеет такое же направления, как и поток остаточного магнетизма, то увеличивается поток главных полюсов. Это становится причиной увеличения электродвижущей силы генератора, вследствие чего увеличивается электрический ток возбуждения. Это будет продолжаться до тех пор, пока напряжение генератора не уравновесится падением напряжения в цепи возбуждения, то есть:
где Iв — ток в цепи возбуждения; rв — сопротивление цепи возбуждения.
На рисунке изображена характеристика холостого хода генератора — кривая 1 и зависимость падения напряжения от тока возбуждения — кривая 2. Точка А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, потому что в ней выполняется условие. Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из треугольника ОАВ следующим образом:
$(mu/mi)*tga = U0/Iв = rв$
где, mi — масштаб электрического тока; mu — масштаб напряжения.
Из данной формулы следует, что угол наклона прямой Iвrв к оси абсцисс пропорционален сопротивлению цепи возбуждения. Но при некотором значении сопротивления реостата сопротивление цепи возбуждения достигает такого значения, при котором зависимость Iвrв = F(Iв) становится касательной к прямолинейной характеристики холостого хода — кривая 3. При таких условиях генератор не самовозбуждается.
Самовозбуждение генератора возможно только при частоте вращения, которая больше, чем критическая, что вытекает из характеристики самовозбуждения рассматриваемого генератора, которая представляет собой зависимость напряжения генератора в режиме холостого хода от частоты вращения и при неизменном сопротивлении цепи возбуждения, то есть:
$U0 = F(n), при rв = const$
Рисунок 3. Характеристика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В результате анализа представленной выше характеристики самовозбуждения, можно сделать вывод, что при n меньшем nкр, с процессом роста частоты вращения генератора постоянного тока происходит незначительное увеличение напряжения, что обусловлено остаточным намагничиванием. Процесс самовозбуждения начинается при n меньшем nкр. В данном случае для роста частоты вращения характерен резкий рост напряжения генератора. Но если, частота вращения по своему значению близка к номинальной, то увеличение напряжения становится медленнее, обусловлено такое явление магнитным насыщением машины. Критическая частота вращения зависима от сопротивления цепи возбуждения, поэтому с увеличением его тоже увеличивается. Регулировочная и нагрузочная характеристики рассматриваемого генератора постоянного тока почти никак не отличаются от аналогичных характеристик для генераторов независимого возбуждения.
Генераторы с самовозбуждением
В генераторах с самовозбуждением питание обмотки главных полюсов осуществляется напряжением самого генератора. При этом отпадает необходимость в отдельном источнике энергии.
В зависимости от схемы включения обмотки возбуждения различают генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Генератор параллельного возбуждения. Схема генератора параллельного возбуждения, или шунтового генератора, изображена на рис. 7.21.
Ток якоря генератора разветвляется на ток нагрузки и ток возбуждения:
причем ток возбуждения составляет 1—3% от номинального тока нагрузки.
Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения аналогична характеристике генератора независимого возбуждения. Поскольку ток возбуждения невелик, генератор можно считать ненагруженным. При необходимости получить более точную характеристику обмотку возбуждения генератора параллельного возбуждения питают от отдельного источника.
Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения (рис. 7.22) показывает, что напряжение на его зажимах с увеличением тока нагрузки падает быстрее (кривая 1), чем при независимом возбуждении (кривая 2).
Падение напряжения на зажимах генератора объясняется тремя причинами:
- а) уменьшением среднего значения магнитной индукции в машине вследствие реакции якоря;
- б) увеличением падения напряжения внутри генератора;
- в) уменьшением (вследствие двух первых причин) напряжения, подводимого к цепи возбуждения.
Ток нагрузки генератора может быть определен по закону Ома:
где U — напряжение на зажимах генератора, равное напряжению на обмотке возбуждения; Rlt — сопротивление нагрузки.
При снятии внешней характеристики увеличение тока I осуществляется за счет уменьшения сопротивления RH. Как указывалось, с увеличением тока I уменьшается напряжение U на зажимах генератора. Следовательно, при уменьшении RH одновременно уменьшается и U. При некотором значении тока нагрузки скорость уменьшения U сравнивается со скоростью уменьшения Д„ и, как очевидно из формулы закона Ома, увеличение тока прекращается. Эго максимально возможное значение тока называют критическим током 1К . При дальнейшем уменьшении сопротивления RH напряжение U падает относительно быстрее и ток нагрузки гоже начинает уменьшаться. Поэтому для генераторов параллельного возбуждения не опасны короткие замыкания. Ток короткого замыкания /ю такого генератора обычно меньше номинального тока и создается только за счет остаточного намагничивания, поскольку напряжение на зажимах генератора, а следовательно, и напряжение, подводимое к цепи возбуждения, при коротком замыкании равно нулю.
Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения в пределах рабочих токов нагрузки имеет такой же вид, как и у генератора независимого возбуждения. Для поддержания неизменного напряжения на зажимах генератора с возрастанием тока нагрузки необходимо увеличивать ток возбуждения, что достигается уменьшением сопротивления RB цепи возбуждения машины.
Генераторы постоянного тока параллельного возбуждения находят широкое применение, особенно в качестве бортовых источников питания на подвижных объектах: кораблях, самолетах, автомобилях и т.д.
Карточка № 7.9 (177) Генераторы параллельного возбуждения
У какого генератора об- мотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря?
13.9. Самовозбуждение генераторов
Ток возбуждения у большинства генераторов является частью тока якоря. При пуске в ход генератора сначала ток в якоре, а следовательно, и в обмотке возбуждения отсутствует, но в массивной станине всегда сохраняется небольшой магнитный поток Фr остаточного намагничивания, равный 1—3 % нормального рабочего потока машины. Когда первичный двигатель вращает якорь генератора, остаточный поток индуктирует в обмотке якоря небольшую ЭДС. В случае генератора с параллельным возбуждением эта ЭДС Eя, х создает некоторый ток iB в обмотке возбуждения, а следовательно, возникает некоторая МДС возбуждения. По отношению к магнитному потоку Фг она может быть направлена согласно или встречно, т. е. подмагничивать или размагничивать магнитопровод машины. Для самовозбуждения необходимо согласное направление, что имеет место при правильном соединении обмотки возбуждения с якорем. При таком соединении напряженность поля от тока возбуждения усиливает магнитное поле машины, а последнее индуктирует большую ЭДС в обмотке якоря. Возрастание ЭДС вызывает дальнейшее увеличение тока возбуждения. Ограничение самостоятельного увеличения потока и тока возбуждения связано с насыщением магнитной цепи машины.
После окончания переходного процесса ЭДС в обмотке якоря Ея и ток возбуждения Iв будут иметь постоянные значения. Найдем эти значения, воспользовавшись характеристикой холостого хода машины (рис. 13.26). Если пренебречь сопротивлением цепи якоря rя по сравнению с сопротивлением цепи возбуждения rв, то установившийся ток возбуждения rв определяется из условия Ея = rвIв. Этому условию на графике соответствует точка пересечения характеристики холостого хода Ея (IB) и прямой Ея = rвIв, т. е. точка А. Тангенс угла 
наклона прямойЕя = rвIв к оси абсцисс зависит от rв. Если уменьшать Iв, например вводя реостат в цепь возбуждения, то точка пересечения смещается влево (А’). При достаточно большом сопротивлении цепи возбуждения, называемом критическим, машина не возбуждается.
Если в машине отсутствует остаточная намагниченность (из-за короткого замыкания или механических ударов), то для ее восстановления нужен посторонний источник постоянного тока хотя бы малой мощности. Этот источник нужно на короткий срок замкнуть на обмотку возбуждения размагнитившейся машины, а затем использовать созданное остаточное намагничивание для нормального возбуждения.
Явления самовозбуждения используются в генераторах с параллельным и смешанным возбуждением.
13.10. Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением
У генератора с параллельным возбуждением часть тока якоря служит для возбуждения основного магнитного поля машины (рис. 13.27). Эти генераторы наиболее часто применяются для получения постоянного тока, так как они не требуют дополнительного источника электроэнергии для цепи возбуждения, что существенно упрощает обслуживание машины; вместе с тем напряжение таких генераторов мало изменяется из-за колебаний нагрузки.
При пуске в ход генератора с параллельным возбуждением для создания магнитного потока в магнитопроводе используется выше описанное явление самовозбуждения.
Характеристика холостого хода генератора при параллельном возбуждении практически не отличается от характеристики при независимом возбуждении, так как влияние на эту характеристику изменения напряжения rв1в и реакции якоря оттока возбуждения ничтожно. Это совпадение вида характеристик имеет место и для регулировочной характеристики.
Но внешняя характеристика при параллельном возбуждении генератора (а) идет значительно ниже, чем при независимом возбуждении (
)(рис. 13.28). Причиной этому является уменьшение тока возбуждения при понижении напряжения, так как Iв = U/rB. При независимом возбуждении понижение напряжения между выводами генератора при увеличении тока якоря вызывается двумя причинами: увеличением напряжения на активном сопротивлении якоря и реакцией якоря. При параллельном возбуждении к этим двум причинам добавляется третья — уменьшение тока возбуждения. Пока этот ток соответствует условиям насыщения магнитной цепи генератора (пологой части магнитной характеристики), уменьшение ЭДС якоря меньше уменьшения тока возбуждения (рис. 13.29). В таких условиях при уменьшении сопротивления цепи нагрузки ток якоря возрастает. Но условия резко изменяются, когда в результате увеличения тока якоря и вызванного этим понижения напряжения ток возбуждения уменьшается настолько, что магнитная цепь генератора оказывается в ненасыщенном состоянии. В условиях линейной части магнитной характеристики уменьшение тока возбуждения вызывает пропорциональное уменьшение потока и ЭДС якоря, что вызывает дальнейшее уменьшение тока возбуждения, а это в свою очередь обусловливает новое понижение ЭДС и т. д. Имеет место своеобразное саморазмагничивание генератора, заканчивающееся тем, что в машине при коротком замыкании якоря сохраняется только остаточная намагниченность, поддерживающая ограниченный (меньше номинального) ток короткого замыкания.
Ток якоря, при котором машина переходит в режим саморазмагничивания, называется критическим Iкр. Его значение больше номинального в 2—2,5 раза. Участок внешней характеристики ниже Iкр (штриховая линия на рис. 3.28) соответствует неустойчивому режиму.
Номинальное изменение напряжения у генератора при параллельном возбуждении значительно больше, чем при независимом, и составляет 8—15 %.
В генераторе с последовательным возбуждением якорь соединен последовательно с обмоткой возбуждения, благодаря чему ток нагрузки является вместе с тем током возбуждения (рис. 13.30). Обмотка возбуждения w такой машины выполняется из провода, рассчитанного на большой ток якоря; число витков такой обмотки мало.
При холостом ходе генератора с последовательным возбуждением ЭДС в обмотке его якоря будет индуктироваться только потоком остаточного намагничивания. Следовательно, у этого генератора нельзя снять характеристику холостого хода. Отсутствует также у него и регулировочная характеристика.
Напряжение этого генератора (рис. 13.31) сначала возрастает с увеличением тока якоря. Затем вид характеристики начинает изменяться из-за магнитного насыщения (ЭДС якоря перестает увеличиваться, в то время как продолжает возрастать напряжение на активном сопротивлении якоря) и размагничивающего действия реакции якоря. В результате напряжение генератора при дальнейшем возрастании нагрузки уменьшается. Из-за непостоянства напряжения генераторы с последовательным возбуждением применяются лишь в немногих специальных случаях.
Генератор со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбужден ния: параллельную wпар и последовательную wпос (рис. 13.32). У такого генератора напряжение остается практически постоянным при изменениях нагрузки в определенных пределах. Это достигается путем использования последовательного возбуждения для компенсации увеличения падения напряжения на активном сопротивлении якоря и уменьшения тока в параллельной обмотке возбуждения, а также для компенсации размагничивающего действия якоря при увеличении тока нагрузки. Благодаря наличию обмотки последовательного возбуждения
главный магнитный поток генератора и вместе с ним ЭДС Ея возрастают g увеличением нагрузки. Соответствующим подбором числа витков обмотки последовательного возбуждения можно достичь равенства напряжений генератора при холостом ходе и при номинальной нагрузке (кривая а на рис. 13.33).
Генератор со смешанным возбуждением удобен в установках относительно небольшой мощности для предупреждения возникновения значительных изменений напряжения при отключениях отдельных потребителей. Но использование таких генераторов для параллельной работы обычно неудобно: случайное понижение частоты вращения первичного двигателя генератора может снизить ЭДС генератора до уровня, меньшего напряжения сети, из-за этого ток в якоре генератора и в его последовательной обмотке возбуждения изменит свое направление, что может вызвать перемагничивание генератора и тяжелую аварию установки.
Принцип самовозбуждения для генераторов
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 Фост (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 Еост, под действием которой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток Iв.ост. Если МДС обмотки возбуждения Iв.ост wВ имеет такое же направление, как и поток Фост , 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 = IВrВ .
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 IВrВ = F(IВ) (прямая 2). Точка пересечения А соответствует окончанию процесса самовозбуждения, так как именно в ней U0 = IВrВ .
Угол наклона прямой ОА к оси абсцисс определяется из треугольника ОАВ:
где mi — масштаб тока (по оси абсцисс), А/мм; mu — масштаб напряжения (по оси ординат), В/мм.
Из (28.10) следует, что угол наклона прямой IВrВ = F(IВ) к оси абсцисс прямо пропорционален сопротивлению цепи возбуждения. Однако при некотором значении сопротивления реостата rрг сопротивление rВ, достигает значения, при котором зависимость IВrВ = F(IВ) 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, (rВ.крит ).
Следует отметить, что самовозбуждение генератора возможно лишь при частоте вращения, превышающей критическую nкт. 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 rВ = const.
Рис. 28.6. Характеристика самовозбуждения
Анализ характеристики самовозбуждения показывает, что при n
Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока
Процесс самовозбуждения основан на явлении остаточного намагничивания ферромагнитных материалов, из которых выполнена магнитная цепь машины. При изготовлении генераторов главные полюса машины специально намагничивают постоянным током. Эта процедура обеспечивает наличие в машине небольшого остаточного магнитного потока, значение которого составляет 2. 3 % от номинального значения основного потока. Рассмотрим суть процесса на примере генератора с параллельным способом возбуждения. Самовозбуждение генератора осуществляется при отсутствии тока в цепи потребителя, т. е. в режиме холостого хода. В обмотке вращаюшегося якоря наводится остаточная , которая и приложена к зажимам обмотки возбуждения. Под действием остаточной в цепи обмотки возбуждения протекает ток.который создает дополнительный магнитный поток. Направление дополнительного потока должно совпадать по направлению с остаточным магнитным потоком машины, т. е. усиливать его. Увеличение суммарного магнитного потока приводит к возрастанию ЭДС в обмотке якоря, а следовательно, и напряжения на зажимах генератора. Процесс самовозбуждения заканчивается, когда падение напряжения в обмотке возбуждения становится равным ЭДС якоря. По своему виду характеристика холостого хода и регулировочная характеристика у генератора с параллельным возбуждением не отличаются от аналогичных характеристик машины, работающей с независимым возбуждением. Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением проходит ниже соответствующей характеристики генератора с независимым возбуждением. Это объясняется уменьшением тока возбуждения при снижении напряжения с ростом тока нагрузки. В номинальном режиме снижение напряжения составляет 10. 15 % от номинального значения. Генераторы последовательного возбуждения не нашли широкого применения по причине непостоянства выходного напряжения при изменении тока нагрузки. По этой причине их характеристики в данном курсе не рассматриваются. Генераторы смешанного возбуждения применяют в установках небольшой мощности, где желательно избежать значительного изменения напряжения при отключениях или подключениях отдельных потребителей. Две обмотки возбуждения такого генератора соединяют так.чтобы их магнитные потоки складывались. Путем соответствующего подбора числа витков последовательной обмотки можно скомпенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора и от действия реакции якоря и обеспечить необходимое напряжение в определенных пределах изменения тока нагрузки.
Способ возбуждения магнитного поля главных полюсов генераторов, при котором обмотка главных полюсов получает питание от обмотки якоря (ротора). (В отличие от самовозбуждения, при независимом возбуждении обмотки главных полюсов питают от постороннего источника тока.) Наиболее часто самовозбуждение используется в генераторах постоянного тока. При пуске генератора с самовозбуждением начальный ток в обмотке возбуждения возникает за счёт ЭДС, наводимой в обмотке якоря остаточным магнитным полем главных полюсов. Для поддержания самовозбуждения необходимо, чтобы начальный ток усиливал это поле. Добавочный магнитный поток увеличивает ЭДС якоря и, как следствие, ток в обмотках главных полюсов. Однако из-за магнитного насыщения магнитопровода одинаковым приращениям увеличивающегося тока возбуждения соответствуют всё меньшие приращения магнитного потока. Процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока ЭДС якоря превосходит падение напряжения в обмотке возбуждения. При определённой величине магнитного потока наступает электрическое равновесие, и дальнейшее повышение магнитного потока, ЭДС якоря и тока возбуждения прекращается. Самовозбуждение может осуществляться при величине сопротивления обмотки возбуждения, не превышающей известного предельного значения, зависящего от электрических параметров генератора.
Применяют самовозбуждение с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) включением обмоток главных полюсов относительно обмотки якоря. Для создания остаточного магнитного потока в машине с самовозбуждением, по какой-либо причине утратившей остаточное намагничивание главных полюсов, по обмотке возбуждения пропускают ток нужного направления, который получают от постороннего источника.
25.От чего зависит скорость вращения двигателя постоянного тока и как ее можно регулировать?
Из последнего выражения видно, что скорость вращения двигателя постоянного тока пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна магнитному потоку.
Изменяя напряжение, подводимое к двигателю, а также изменяя ток возбуждения двигателя при помощи регулировочного реостата, включенного в цепь возбуждения, можно изменять скорость вращения двигателя.
БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам
09.09.2015
Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС
На судах установлено множество типов генераторов. Каждый генератор снабжен автоматическим регулятором. Схемы регуляторов очень разнообразны, но построены по общим принципам. В качестве примера рассмотрим наиболее простую систему самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС.
Примем такой порядок изучения схемы: самовозбуждение генератора; трансформатор фазового компаундирования (ТрФК); корректор напряжения; прочие элементы схемы.
Самовозбуждение генератора на холостом ходу осуществляется за счет как остаточного намагничивания ротора, так и дополнительной меры — с помощью генератора начального возбуждения ГНВ (рис. 1).
Ротор, имея небольшое остаточное намагничивание, при вращении приводным двигателем своим слабым магнитным полем пересекает неподвижную трехфазную обмотку статора. На зажимах генератора в точках А, В, С появляется небольшая э. д. с., которая создает ток в обмотке напряжения ОН. Через обмотки ОТ ток не протекает, потому что еще разомкнут автомат генератора. Так как обмотка ОН имеет большое число витков, то ее сопротивление большое, следовательно, ток в ней очень мал.
Естественно, обмоткой ОН в трансформаторе ТрФК наводится малая по величине м. д. с., которая в суммирующей обмотке ОС наводит небольшой потенциал (э. д. с.). Теперь обмотка ОС является источником электроэнергии и через выпрямитель Вп1 в обмотку возбуждения течет ток подмагничивания. Но резкого увеличения магнитного потока ротора может не произойти, так как ток возбуждения, поступающий с обмотки ОС, может оказаться незначительным. Это объясняется большим сопротивлением обмоток ОН, ОС и выпрямителей Вп1 в еще не открывшемся состоянии (нужен более высокий потенциал на обмотке ОС, чтобы открыть выпрямитель Вп1).
Для начального возбуждения применяют генератор начального возбуждения ГНВ. Небольшой по габариту, он установлен прямо в подшипниковом щите генератора. Ротор генератора ГНВ — постоянный магнит, вращается вместе с ротором основного генератора; его магнитное поле пересекает двухфазную обмотку статора. После запуска приводного двигателя еще при низкой частоте вращения в обмотке ГНВ индуктируется достаточная э. д. с., которая выпрямляется выпрямителем Вп3 и поступает в обмотку возбуждения генератора. Таким образом обеспечивается надежное самовозбуждение.
На зажимах генератора появляется близкая к номинальной величина э. д. с. Теперь ток в обмотке ОН больше. Это обеспечивает большую э. д. с. обмотки ОС и на выходе выпрямителя Вп1. Например, на выходе выпрямителя Вп1 э. д. с. равна 60 В, а ГНВ развивает только 20 В, которые были вполне достаточны для самовозбуждения, а теперь более высокое напряжение от выпрямителя Вп2 запирает вентили выпрямителя Вп3 и ток от ГНВ на обмотку возбуждения генератора не поступает. Через нее проходит ток от выпрямителя Bп1 — ГНВ автоматически отключен.
Назначение трансформатора фазового компаундирования
Трансформатор фазового компаундирования состоит из двух первичных обмоток (см. рис. 1): токовой — ОТ, напряжения — ОН и одной вторичной — суммирующей ОС. На рис. 2 представлена векторная диаграмма м. д. с. трансформатора ТрФК, но нужно иметь в виду, что направление векторов м. д. с. совпадает с направлением векторов тока в соответствующих обмотках.
Будем считать, что при номинальном напряжении генератора в суммирующей обмотке действует м. д. с. Fос. Ток в обмотке ОН (см. рис. 1 и 2), следовательно, вектор Fон, отстает от вектора напряжения на 90° из-за большой индуктивности обмотки ОН и наличия магнитного шунта в районе расположения обмотки напряжения. При изменении нагрузки по величине и характеру положение вектора Fон остается неизменным, так как ток нагрузки протекает только через обмотку ОТ. Положение вектора м. д. с. токовой обмотки Fот определяется определенным коэффициентом мощности cos ф. Ток в обмотке возбуждения генератора пропорционален величине вектора Fос.
При росте нагрузки по величине (Fот’) или при снижении cos ф (угол ф1) генератор уменьшает свое напряжение из-за действия размагничивающей реакции статора. Но трансформатор ТрФК осуществляет амплитудно-фазовое компаундирование; увеличиваются векторы м. д. с. в суммирующей обмотке (Fоc’, Fоc») и ток возбуждения генератора, напряжение генератора восстанавливается до нормальной величины.
Действие ТрФК при колебаниях нагрузки в сторону снижения по величине или увеличения cos ф будет направлено в сторону снижения тока возбуждения, так как в этих случаях напряжение генератора стремится увеличиться.
Корректор напряжения в системе возбуждения генератора — небольшой и отличается простотой. Он собран на базе дросселя, который в схеме (см. рис. 1) именуется дросселем отсоса ДрО. Корректор выполняет несколько функций.
Функции корректора напряжения в системе возбуждения
Предположим, что после колебаний нагрузки, несмотря на работу ТрФК, напряжение на шинах генератора не доведено до нормальной величины. Корректор напряжения должен в дополнение к действию ТрФК более точно воздействовать на ток возбуждения генератора с целью подрегулирования напряжения на шинах. ТрФК реагировал на первопричину изменения напряжения — изменение нагрузки, датчиком являлась обмотка ОТ. Корректор, осуществляя коррекцию по напряжению, реагирует на его величину.
Например, напряжение на шинах осталось несколько повышенным, увеличено оно и в точках 1, 2 обмотки ОН, откуда получает питание корректор. Следовательно, увеличен постоянный ток в обмотке управления ОУ, железо дросселя ДрО получает большее подмагничивание, рабочие обмотки переменного тока ОР из-за большего намагничивания железа уменьшают свое индуктивное сопротивление.
Электроэнергия, которая индуктируется в обмотке ОС ТрФК, расходуется на два канала. Первый канал: обмотка ОС, выпрямитель Вп1, обмотка возбуждения генератора. Второй канал: обмотка ОС, рабочие обмотки ОР дросселя ДрО. Так как индуктивное сопротивление обмоток ОР уменьшилось, то большая доля тока идет через них, а меньшая, индуктируемая обмоткой ОС, течет через выпрямитель Вп1 на возбуждение генератора. Генератор понижает свое напряжение до нормальной величины.
Если напряжение на шинах понижено, то ток в обмотке ОУ уменьшается, железо ДрО менее намагничено — это и есть причина увеличения индуктивного сопротивления обмоток ОР. Ток в них меньше, доля тока отсоса уменьшилась, больший ток течет через выпрямитель Вп1 на возбуждение генератора, его напряжение восстанавливается до нормы.
Через корректор напряжения осуществляется также коррекция по температуре. Например, при прогреве генератора сопротивление его обмоток возрастает, на них увеличивается падение напряжения, при неизменной э. д. с. генератора напряжение на шинах несколько понижено.
Однако вместе с генератором нагревается резистор термокомпенсации Rт, встроенный в генератор. В результате нагрева Rт его омическое сопротивление увеличивается, а так как оно включено последовательно с обмоткой ОУ, то в последней уменьшается ток. Железо дросселя ДрО менее насыщено, сопротивление обмоток ОР увеличивается, ток, идущий через них, уменьшается, большая часть тока течет через выпрямитель Bпl, возбуждение генератора и его э. д. с. увеличиваются, напряжение на шинах достигает заданной величины.
При параллельной работе генераторов нужно осуществлять равномерное автоматическое распределение реактивной нагрузки. Это осуществляется через корректор напряжения с помощью контура распределения реактивной нагрузки, в который входят трансформатор тока ТрТ и резистор контура Rк.
При одиночной работе генератора переключатель П замкнут и весь ток, индуктируемый во вторичной обмотке трансформатора ТрТ, замыкается через него, а не через резистор Rк. В этом случае контур не работает.
При параллельной работе генераторов переключатель П следует разомкнуть. Посмотрим, какое напряжение поступает на выпрямитель Вп2 (рис. 3). Прежде всего это часть линейного напряжения Uвс; именно на эти фазы включен корректор точками 1, 2 (см. рис. 1 и 3). Так как переключатель П разомкнут, то э. д. с., индуктируемая во вторичной обмотке трансформатора ТрТ, создает свой ток через резистор Rк корректора. Трансформатор ТрТ включен в фазу А, поэтому ток в его обмотках, а следовательно, и падение напряжения ΔURк на резисторе Rк, создаваемое этим током, отстает на угол ф от фазного напряжения Ua, куда включен ТрТ.
Угол ф определяется какой-то величиной cos ф нагрузки на генератор, т. е. определяет долю реактивной нагрузки. Если вектор ΔURк перенести в конец вектора Uвс и произвести их геометрическое суммирование, то получим вектор UВп2. Величина этого вектора определяет величину напряжения питания выпрямителя Вп2 и тока в обмотке ОУ.
Допустим, что доля индуктивной нагрузки на данный генератор увеличилась, это значит, что у этого генератора понизился cos ф (увеличился угол до значения ф1), вектор ΔURк переместился в положение ΔU’Rк.
Если его просуммировать с вектором Uвс, то получим больший по величине вектор U’Вп2, чем вектор UВп2. Это говорит о том, что напряжение питания выпрямителя Вп2 увеличилось, повысился ток в обмотке ОУ, сопротивление ОР понизилось, в них идет больший ток, снижается ток через выпрямитель Bпl на возбуждение. Генератор понижает э. д. с.
При рассмотрении параллельной работы генераторов было отмечено, что для уменьшения реактивной нагрузки на генератор нужно уменьшить его ток возбуждения — это было сделано регулятором автоматически. Вывод: данный генератор сбросит часть индуктивной нагрузки на параллельно работающий, так как у данного генератора э. д. с. стала ниже.
К прочим элементам данной схемы можно отнести обмотку стабилизации ОС, уравнительное соединение УС и настроечные резисторы Rp, Ro, Ry.
Обмотка стабилизации ОС служит для успокоения работы системы регулирования. Контур распределения реактивной нагрузки не всегда справляется полностью со своей задачей, поэтому с помощью уравнительного соединения УС соединяются параллельно обмотки возбуждения обоих генераторов, работающих параллельно.
Теперь если один из регуляторов произведет регулирование тока возбуждения, то регулирование будет произведено в равной степени и для второго генератора. Этим обеспечивается стабильность реактивной нагрузки на генераторах, а не перераспределение ее в процессе регулирования. Система самовозбуждения и автоматического регулирования тока возбуждения генераторов типа МСС обеспечивает поддержание постоянства напряжения на шинах с заданной Правилами Регистра точностью 2,5%, в то время как большинство регуляторов работает с точностью 1 —16%. Это объясняется несовершенством корректора напряжения регулятора МСС.