pdf.php@id=6159.pdf

массы охлаждающего агента и с охлаждением его в предназначен­ ных для этой цели охладителях.

При непосредственном охлаждении обмоток перепады темпера­ туры в изоляции исключаются и можно резко увеличить плотность

Расход охлаждающей среды (м3), необходимый для отвода тепла из машины, равен

вышение температуры выходящей из машины нагретой охлаждаю­ щей среды бг над температурой поступающей в машину охлаждаю­

Для воздуха с = 1100 дж/(град-мя). Величина 0„ в зависимости от системы вентиляции, конструкции машины и ее мощности изме­

же, как и в случае воздушного охлаждения. Удельная объемная теплоемкость водорода изменяется пропорционально давлению, и поэтому при повышенном давлении водорода его объемный расход соответственно уменьшается. Однако весовой расход водорода не зависит от давления и будет в 14,4 раза меньше весового расхода

воздуха.

Для воды с = 3500-1100 дж1(град -л«3), а для трансформаторного масла с = 1400-1100 дж/(град -м3). Соответственно при прочих рав­ ных условиях объемный расход воды в 3500 раз меньше, чем воз­ духа. Это позволяет уменьшить скорости течения воды и сечения каналов.

Более подробно способы охлаждения электрических машин и

Глава девятая

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 9-1. Общие сведения о генераторах постоянного тока

Хотя в промышленности применяется главным образом пере­ менный ток, генераторы постоянного тока широко используются в различных промышленных, транспортных и других установках (для питания электроприводов с широким регулированием скорости вращения, в электролизной промышленности, на судах, теплово­

Различаются генераторы независимого возбуждения и гене­ I раторы с самовозбуждением.

Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением (рис. 9-1, а), в которых обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от постороннего ис­ точника (аккумуляторная батарея, вспомогательный генератор или возбудитель постоянного тока, выпрямитель переменного тока), и на магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоян­ ных магнитов. Генераторы последнего типа изготовляются только на малые мощности. В данной главе рассматриваются генераторы с электромагнитным возбуждением.

В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения пи­ таются электрической энергией, вырабатываемой в самом генера­ торе.

Во всех генераторах с электромагнитным возбуждением на возбуждение расходуется 0,3—5% номинальной мощности ма­ шины. Первая цифра относится к самым мощным машинам, а вто­ рая — к машинам мощностью около 1 кет.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения делятся на 1) генераторы парал­ лельного возбуждения, или шунтовые (рис. 9-1, б), 2) генераторы

Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки воз­ буждения, расположенные на общих главных полюсах: параллель­ ную и последовательную. Если эти обмотки создают н. с. одина­ кового направления, то их включение называется согласным; в противном случае соединение обмоток возбуждения называется встречным. Обычно применяется согласное включение обмоток возбуждения, причем основная часть н. с. возбуждения (65—80%) создается параллельной обмоткой возбуждения.

На рис. 9-1, г конец параллельной обмотки возбуждения (от реостата возбуждения) приключен за последовательной обмоткой возбуждения («длинный шунт»), однако этот конец может быть присоединен и непосредственно к якорю («короткий шунт»). Суще­ ственной разницы в этих вариантах соединения нет, так как паде­ ние напряжения в последовательной обмотке составляет только 0,2—1,0% от и„ и ток 1в мал. Обычно применяется соединение, изображенное на рис. 9-1, г.

В генераторе параллельного возбуждения ток возбуждения составляет 1—5% от номинального тока якоря / он или тока на­ грузки 1„ = 1ан — 1В. В генераторах последовательного возбужде­ ния эти токи равны друг другу; 1В= /0 = / и падение напряжения

на обмотке возбуждения при номинальной нагрузке составляет 1—5% от II Обмотки возбуждения у генераторов параллельного возбуждения имеют большое число витков малого сечения, а у ге­ нераторов последовательного возбуждения — относительно малое количество витков большого сечения.

В цепях обмоток параллельного возбуждения, а часто также в цепи обмотки независимого возбуждения для регулирования тока возбуждения включают реостаты /?р „ (рис. 9-1, а, б и г).

Крупные машины постоянного тока работают с независимым возбуждением. Машины малой и средней мощности большей частью

та), а остальная часть этой мощности представляет собой полез­ ную мощность Р2, отдаваемую потребителям. Потери на возбуж­ дение ра в генераторе независимого возбуждения покрываются за счет постороннего источника тока.

На основании изложенного для генератора независимого воз­

Аналогичные энергетические диаграммы можно построить и для других типов генераторов.

Уравнение вращающих моментов. Если все члены уравнения (9-2) разделить на угловую скорость вращения

О = 2яп,

то получим уравнение вращающих моментов для установившегося режима работы:

М*=Л1о+ЛГ9|1. (9-3)

Здесь

(9-4)

представляет собой приложенный к валу момент вращения первич­ ного двигателя,

— вращающий момент, соответствующий потерям на трение (Мтр) и магнитным добавочным потерям (Мс. д), которые покрываются за счет механической мощности.

В неустановившемся режиме, когда скорость вращения изме­ няется, возникает также так называемый динамический момент

мический момент соответствует изменению кинетической энергии вращающихся масс. При увеличении скорости вращения момент Л4ДИН> 0 и, как и момент Мп + Мэ„, является тормозящим. В дан­ ном случае кинетическая энергия вращающихся масс увеличи­ вается за счет работы первичного двигателя. Если момент Л4ДНН•< О, он действует в направлении вращения и является движущим, под­ держивая вращение за счет уменьшения кинетической энергии вра­ щающихся масс.

представляет собой э. д. с. якоря, га — сопротивление всех после­ довательно соединенных обмоток цепи якоря, а 2ДС/Щ— падение напряжения в контактном слое щеток обеих полярностей.

Обычно для упрощения вычислений вводят постоянное сопро­ тивление щеточных контактов

—полное сопротивление якоря.

Вследствие непостоянства переходного сопротивления щеток

уравнение (9-14) является несколько приближенным, но погреш­ ность незначительна. Для угольных и графитных щеток берется 2Д(/Щ= 2а и для металлографитных щеток 2Д{УЩ= 0,6 в. В ре­ жиме генератора всегда I/ < Еа.

Установка щеток на нейтраль. Обычно щетки устанавливаются по геометрической нейтрали, и ниже при рассмотрении ра'боты генераторов и двигателей имеется в виду именно этот случай, если не оговорено другое положение щеток.

Установка щеток на нейтраль производится индуктивным спосо­ бом — путем включения и выключения постоянного тока в обмотке возбуждения неподвижной машины и наблюдения за показа­ ниями вольтметра или гальванометра, присоединенного к щет­ кам. Щеточная траверса устанавливаеюя и закрепляется в поло­ жении, при котором показание прибора при выключении тока равно нулю или минимально. Лучше иметь прибор с нулем посре­

дине шкалы. Ток- в обмотке возбуждения не должен превышать примерно 10% от номинального во избежание индуктирования больших э. д. с. самоиндукции, способных повредить изоляцию обмотки возбуждения.

Можно также установить щетки в таком положении, когда при холостом ходе у генератора напряжение максимально или у дви­ гателя скорость вращения минимальна. Однако этот способ яв­ ляется более грубым.

§9-2. Система относительных единиц

Втеории электрических машин, а также в других областях электротехники широко пользуются системой относительных еди­ ниц, в которой напряжения, токи, мощности и другие величины выражаются в долях некоторых базисных значений этих величин.

Вкачестве базисных значений в теории электрических машин берут номинальные значения тока, напряжения и т. д. {для мно-- гофазных машин переменного тока — фазные значения).

Относительные величины в отличие от абсолютных величин, измеряемых в физических единицах (например, в единицах системы СИ), будем обозначать звездочкой. Тогда относительные значения тока

/* = ///„

и напряжения

V* - В Д . .

Относительное значение мощности

Относительные скорости вращения

и относительный момент вращения машины постоянного тока

В качестве базисного, или номинального, значения электриче­ ского сопротивления возьмем

ГН— ^н/Ли

которое для генератора равно сопротивлению нагрузки (потре­ бителя) при номинальном режиме работы генератора. Тогда отно­ сительное значение сопротивления г будет

Таким образом, относительное значение сопротивления г пред­ ставляет собой падение напряжения в данном сопротивлении при номинальном токе, отнесенное к номинальному напряжению, или,- иными словами, относительное падение напряжения при номи­ нальном токе.

Нетрудно видеть, что законы Ома, Кирхгофа и другие в их мате­ матической форме, а также уравнения напряжений, моментов и других величин можно выражать и записывать также в относитель­ ных единицах. Например, в уравнениях предыдущего параграфа (9-3), (9-8), (9-14) и т. д. достаточно обозначить все величины до­ полнительно звездочками.

Относительные единицы позволяют лучше судить о значении тех или иных величин. Если, например, сообщается, что нагрузка генератора составляет Р = 1 5 кет, то ничего нельзя сказать о том, велика или мала эта нагрузка для данного генератора. Если, напри­ мер, Рн = 1 0 кет, то машина сильно перегружена, а если Р н =

=1 0 0 0 0 кет, то нагрузка ничтожна. В то же время относительное

Аналогичным образом обстоит дело со значениями сопротивле­ ний различных цепей электрических машин, которые в зависимости от номинальных данных машин изменяются в весьма широких пре­ делах, если выражать их в физических, или абсолютных, единицах. Напрймер, сопротивление цепи якоря Ра в малых машинах посто­ янного тока составляет десятки омов, а в крупных — тысячные доли ома. В то же время в относительных единицах это сопротив­ ление изменяется в небольших пределах: Р а* = 0,02 0,10 (первая цифра относится к машинам мощностью в тысячи киловатт, а вто­ рая — мощностью в несколько киловатт). Это вполне естественно, так как все машины постоянного тока проектируются так, .чтобы па­ дение напряжения и потери в цепи якоря были относительно малы.

§ 9-3. Генераторы независимого возбуждения

Свойства генераторов анализируются с помощью характери­ стик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими ос­

новными величинами являются: 1) напряжение на зажимах II, 2) ток возбуждения 1В, 3) ток якоря 1а или ток нагрузки I, 4) ско­ рость вращения п.

Обычно генераторы работают при п = сот*. Поэтому основные характеристики генераторов определяются при п = пя = сопз!.

Существует пять основных характеристик генераторов: 1) холостого хода, 2) короткого замыкания, 3) внешняя, 4) ре­

Снятие характеристики целесообразно начать с максимального значения тока возбуждения и максимального напряжения (II =

— (1,15 -*■ 1,25) I I точка а кривой на рис. 9-3). При уменьшении 1„ напряжение уменьшается по нисходящей ветви аб характеристики сначала медленно ввиду насыщения магнитной цепи, а затем быстрее. При 1В= 0 генератор развивает некоторое напряжение 11м = Об (рис. 9-3), обычно равное 2—3% от 11н, вследствие остаточной намагниченности полюсов и ярма индуктора. Если затем изменить полярность возбуждения и увеличить в обратном направлении, начиная с 1В= 0, то при некотором 1Н< 0 напряжение упадет до нуля (точка в, рис. 9-3), а затем II изменит знак и будет возрастать по абсолютной величине по ветви вг х. х. х. Когда ток 1Ли напря­ жение V достигнут в точке г такого же абсолютного значения, как и в точке а, ток 1„ уменьшаем до нуля (точка д), меняем его поляр­ ность и снова увеличиваем, начиная с 1В= 0. При этом II меняется по ветви деа х. х. х. В итоге вернемся в точку а характеристики. X. х. х. имеет вид неширокой гистерезисной петли вследствие яв­ ления гистерезиса в магнитной цепи индуктора.

При снятии х. х. х. ток 1В необходимо менять только в напра­ влении, указанном на рис. 9-3 стрелками, так как в противном

случае точки не будут ложиться на данную гистерезисную петлю, а будут рассеиваться.

Средняя штриховая х. х. х. на рис. 9-3 представляет собой расчетную х. х. х., которая в определенном масштабе повто­ ряет магнитную характеристику генератора, и по ней можно

Характеристика холостого хода позволяет судить о насыщении магнитной цепи машины при номинальном напряжении, проверять соответствие расчетных данных экспериментальным и составляет

Гак как при снятии х. к. з. электродвижущая сила мала и поэтому поток мал и машина не насыщена, то зависимость / = / (1В) практи­ чески прямолинейна (рис. 9-4). При 1В = 0 из-за наличия остаточного магнитного потока ток I Ф 0 и в крупных машинах близок к но­ минальному току или даже больше его. Поэтому перед снятием х. к. з. такую машину целесообразно размагнитить, питая на холо­ стом ходу обмотку возбуждения таким током возбуждения обратного направления, при кагором будет II = 0. В размагниченной машине

(сплошная линия на рис. 9-4), то ее также целесообразно перенести параллельно самой себе в начало координат (штриховая линия на рис. 9-4).

Характеристический (реактивный) треугольник определяет ве­ личину реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря. Он строится для нахождения величины реакции якоря по экспери­ ментальным данным и используется также для построения некото­ рых характеристик машины, если они не могут быть сняты экспе­ риментально. Характеристический треугольник можно построить по экспериментальным данным с помощью х. х. х. и любой другой