- параллельно. Последовательное соединение обуславливает большой ток при замыкании этих секций щеткой А2, из-за чего ухудшаются условия токосъема с

коллектора.

NN

Волновые обмотки применяют в высоковольтных (500-5-900 В) машинах постоянного тока с относительно малыми токами якоря (до 400-5-500 А). В низ­ ковольтных машинах постоянного тока при больших токах в якоре использу­ ются петлевые обмотки.

6.3. ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент

Рассматривая различные типы обмоток якоря, мы установили, что ЭДС между разнополярными щетками (ЭДС обмотки якоря) определяется суммой ЭДС всех секций, образующих одну параллельную ветвь. Получим выражение для ЭДС обмотки якоря Е, полагая, что щетки установлены на линии геометри­

ческой нейтрали и машина работает на холостом ходу. В режиме холостого хо­ да ток якоря равен нулю (1в = 0), поэтому магнитное поле в воздушном зазоре

создается только обмоткой возбуждения (рис. 6.7). В машинах постоянного то­ ка кривую индукции Вь стремятся сделать близкой к трапецеидальной форме,

так как при этом уменьшаются пульсации суммарной ЭДС якорной обмотки. Примем за начало отсчета положение левой щетки (рис. 6.7), тогда ЭДС ех

в проводнике, расположенном на расстоянии х от начала координат, определит­

ся выражением

v B {,-lyV.

Если обмотка состоит из N проводников и образует 2а параллельных вет­

вей, то каждая ветвь обмотки состоит из — =?£■.— последовательно соеди-

2а 2а 2р

ненных проводников. Тогда ЭДС якоря

При достаточно большом числе проводников сумму мгновенных значений индукции можно выразить через среднюю индукцию под полюсом

N

р В **’

В этом случае выражение для ЭДС Е упрощается:

Учитывая, что

яйп 2кт

получим

(6. 1)

Таким образом, ЭДС якоря пропорциональна произведению частоты вра­ щения якоря на магнитный поток, сцепленный с секциями, образующими па­ раллельную ветвь.

Если щетки сдвинуть с геометрической нейтрали, то параллельная ветвь обмотки образуется из секций, имеющих ЭДС разных знаков, а это эквивалент­ но уменьшению магнитного потока на величину заштрихованных площадок (рис. 6.8). При сдвиге щеток на величину полюсного деления полезный поток и ЭДС обмотки якоря будут равны нулю.

Если включить на зажимы якоря нагрузку, то под действием ЭДС Е поте­

чет ток /* и возникнет электромагнитный момент

Якорь генератора приводится во вращение с номинальной скоростью п = п„ приводным двигателем. Обмотка возбуждения (Ш 1-Ш 2) питается от возбуди­ теля (источника постоянного тока с напряжением U B ) . П о д действием U B п о обмотке возбуждения протекает ток 1в, создающий магнитодвижущую силу FB. МДС производит магнитный поток Фв, который замыкается по путям с наи­ меньшим магнитным сопротивлением (U B=>IB =>FB=J^B)- При вращении яко­ ря в этом магнитном поле в проводниках, расположенных в пазах сердечника якоря, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС индукции и на щетках Я1-Я2 появляется напряжение, равное сумме ЭДС проводников под се­ верным и южным полюсами.Для получения максимального напряжения щетки должны быть расположены на геометрической нейтрали.

Уравнения ЭДС и напряжения генератора, которые справедливы для гене­ раторов всех систем возбуждения, имеют вид

где 1а- ток якоря; Е - электродвижущая сила, индуктируемая в обмотке якоря,

равная

(6.4)

где р - число пар полюсов; п - скорость вращения; N а а - число проводников и число пар параллельных ветвей обмотки якоря; Ф - результирующий магнит­

ный поток генератора.

6.4.3. Схемы возбуждения генераторов

Свойства генераторов постоянного тока зависят от схемы включения об­ моток возбуждения. На рис. 6.11 показаны схемы генераторов с электромагнит­ ным возбуждением. В генераторе с независимым возбуждением (рис. 6.11, а)

обмотка получает питание от постороннего источника постоянного тока.

В генераторе с параллельным возбуждением (рис. 6.11, б) обмотка возбуж­ дения включается на зажимы якоря; с последовательным возбуждением (рис. 6.11, в) - последовательно с якорем. Генераторы со смешанным возбужде­

нием имеют две обмотки: параллельную и последовательную (рис. 6.11, г). Генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения

являются машинами с самовозбуждением, т.к. в качестве источника питания обмоток используется сам генератор.

г)

Рис. 6.11. Схема генераторов постоянного тока с независимым (а), параллельным (б),

последовательным (в) и смешанным (г) возбуждением

6.4.4. Основные характеристики генератора постоянного тока

Основные характеристики ГОГ: холостого хода, короткого замыкания, на­ грузочная, внешняя и регулировочная.

Нагрузочная, внешняя и регулировочная характеристики снимаются опытным путем или строятся с помощью характеристики холостого хода и ха­ рактеристического треугольника. Затем производится сравнение характеристик с объяснением причин, вызывающих их несовпадение.

Внешние характеристики генератора для всех способов возбуждения стро­ ятся на понижение и на повышение напряжения раздельно (рис. 6.12, а и б).

Напряжение на зажимах генератора при нагрузке определяется значением ЭДС, индуктированной результирующим магнитным потоком и зависящей при постоянной скорости вращения только от его величины и падения напряжения

вцепи якоря.

Вгенераторе независимого возбуждения, внешняя характеристика которо­ го снимается при постоянном токе возбуждения, с увеличением нагрузочного тока напряжение на зажимах уменьшается вследствие падения напряжения в цепи якоря и уменьшения ЭДС, что обусловлено сокращением результирующе­ го магнитного потока из-за роста размагничивающего действия реакции якоря (кривая 1, рис. 6.12, а). При снижении нагрузки (снятии внешней характеристи­

ки на повышение напряжения) вследствие обратного действия этих факторов напряжение на зажимах генератора будет постепенно увеличиваться (кривая 1, рис. 6.12, б).

Рис. б. 12. Внешние характеристики генератора при различных системах возбуждения:

а- на понижение напряжения; б - на повышение напряжения

Вгенераторе параллельного возбуждения, внешняя характеристика кото­ рого снимается при постоянном сопротивлении цепи возбуждения, с увеличе­ нием тока нагрузки ток возбуждения уменьшается из-за понижения напряжения на зажимах машины. Сокращение результирующего магнитного потока, а соот­ ветственно и ЭДС, происходит не только из-за роста размагничивающего дей­ ствия реакции якоря, но и из-за уменьшения намагничивающей силы обмотки возбуждения. Вследствие этого при одном и том же значении нагрузочного то­ ка уменьшение ЭДС и напряжения на зажимах генератора параллельного воз­ буждения значительнее, а внешняя характеристика (кривая 2, рис. 6.12, а) про­

ходит ниже, чем при независимом возбуждении. С уменьшением нагрузочного тока, наоборот, напряжение на зажимах генератора из-за увеличения тока воз­ буждения возрастает быстрее, а внешняя характеристика (кривая 2, рис. 6.12, б) проходит выше, чем при независимом возбуждении, поскольку внешняя харак­ теристика последнего снимается при постоянном токе возбуждения.

^/ В генераторах смешанного возбуждения при согласном включении обмо­ ток последовательная обмотка предназначается для компенсации размагничи­ вающего действия реакции якоря и падения напряжения в его цепи, а иногда и в линии. При одном и том же значении нагрузочного тока вследствие подмагничивающего действия последовательной обмотки результирующий магнитный поток, а следовательно ЭДС и напряжение на зажимах генератора смешанного возбуждения, будет больше, чем у генератора параллельного возбуждения, но меньше или больше, чем независимого. Вид внешних характеристик этого ге­ нератора зависит от соотношения намагничивающих сил последовательной и параллельной обмоток возбуждения (от степени компаундирования генератора).

Внешняя характеристика генератора на понижение напряжения при сме­ шанном напряжении и слабом компаундировании проходит ниже, а при нор­ мальном и сильном - выше аналогичной характеристики при независимом воз­ буждении, но во всех случаях выше характеристики при параллельном: возбуж­ дении генератора (кривые 3, 4 и 5, рис. 6.12, а), а на повышение напряжения -

наоборот (кривая 3 ,4 и 5, рис. 6.12, б).

В генераторах смешанного возбуждения с встречным включением .обмоток напряжение с увеличением нагрузочного тока резко понижается вследствие значительного падения ЭДС из-за уменьшения результирующего магнитного потока, которое обусловлено как размагничивающим действием встречно включенной последовательной обмотки, так и уменьшением тока в параллель­ ной обмотке возбуждения (кривая 6, рис. 6.12, а).

По построенным характеристикам на повышение напряжения определяет­ ся номинальное изменение напряжения генератора при падении нагрузки от номинальной до нуля, независимо от способа возбуждения, а по характеристи­ кам на понижение - при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке.

6.4.5. Регулировочные характеристики

Регулировочная характеристика генератора представляет собой зависи­ мость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянном напряжении на за­ жимах генератора и постоянной скорости вращения:

при

U=UHи п= пИ.

Для поддержания постоянного напряжения на зажимах генератора при из­ менении нагрузки ток возбуждения регулируют в соответствии с регулировоч­ ными характеристиками, которые строятся для всех систем возбуждения гене­ ратора на одном рисунке (рис: 6.13).

При независимом и параллельном возбуждении компенсируют размагни­ чивающее действие реакции якоря и увеличивают ЭДС на величину падения напряжения в цепи якоря, для чего повышают ток возбуждения, а значит, на­ грузку. Так как размагничивающее действие реакции якоря растет быстрее, чем ток, а с ростом ЭДС увеличивается насыщение магнитной системы генератора, то ток возбуждения должен расти быстрее тока нагрузки генератора. Поэтому регулировочная характеристика генератора при этих системах возбуждения (кривая 1, рис. 6.13) представляет гфивую с выпуклостью, обращенной в сторо­ ну оси абсцисс.

Результирующая намагничивающая сила при одинаковых напряжениях и нагрузочных токах должна быть практически одинаковой, независимо от сис­ темы возбуждения. Этим объясняется совпадение регулировочных характери­ стик при независимом и параллельном возбуждении генератора, а также необ­ ходимость уменьшения намагничивающей силы параллельной обмотки при