Генераторы параллельного возбуждения. Условия самовозбуждения генератора. Генератор самовозбуждающийсяГЕНЕРАТОР С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ
Генератор качающейся частоты — это генератор, который вырабатывает электрические колебания. Генератор в переводе с латинского языка означает «производитель», т. е. это устройство, которое производит определенный продукт. Колебания в нем не затухают при подаче части переменного напряжения с выхода на вход генератора. В радиотехнике его называют осциллятором — системой, возбуждающей колебания относительно какого-нибудь положения равновесия. Генератор с самовозбуждением представляет собой устройство, благодаря которому энергия постоянного тока преобразуется в энергию электромагнитных колебаний, возникающих без внешнего воздействия. Структура такого генератора содержит два основных звена. Это звено обратной связи с коэффициентом передачи и усилительное звено. К самовозбуждению генератор подталкивает положительная обратная связь, которая позволяет генератору перейти в режим установившихся колебаний. При включении напряжения питания в генераторе возникают малые колебания. На них влияет положительная обратная связь, действие которой увеличивается за счет усилительного каскада. Колебания передаются по цепи положительной обратной связи на выход усилителя. Сигнал постоянно возрастает при обходе усилителя и обратной связи, пока не устанавливается режим колебаний. Переход к такому режиму возможен за счет уменьшения наклона амплитуды сигнала. Усилитель должен быть нелинейным, потому что линейное звено способствовало бы возрастанию амплитуды самовозбужденных колебаний. Генератор производит, как правило, одночастотное колебание, а нагрузкой является параллельный колебательный контур. Сопротивление контура активно, на резонансной частоте максимально.В усилительном звене генератора применяются операционные усилители и транзисторы, биполярные и полевые. Частоту производящихся колебаний определяет баланс амплитуд на определенной частоте, в связи с соответствием усилителя с резонансной нагрузкой резонансной же частоте контура. От выбранного рабочего режима для генератора с самовозбуждением зависит процесс генерации колебаний. Режим определяется коэффициентом обратной связи и питающим напряжением. При выборе режима важно обращать внимание на положение рабочей точки на усилительном элементе, зависящей от напряжения смещения. Самовозбуждение легко возникает при расположении рабочей точки в области большой крутизны. Обратное положение рабочей точки приостанавливает, затрудняет самовозбуждение генератора. Существует два режима возбуждения: жесткий и мягкий. При жестком режиме рабочая точка смещается в левую сторону, напряжение смещения отсутствует. В результате этого небольшие колебания контура не могут вызвать самовозбуждение. Мягкий режим возникает тогда, когда рабочая точка лежит на прямолинейном участке усилительного элемента. Процесс самовозбуждения проходит беспрепятственно, увеличивается амплитуда тока базы и в то же время возрастает амплитуда выходного напряжения. Для эксплуатации генератора с самовозбуждением необходимо использовать оба перечисленных режима возбуждения, т. е. комбинированную схему смещения. В момент включения удобен мягкий режим, но в дальнейшем он приводит к большим потерям в схеме генератора, поэтому после установления мягкого надо перейти к жесткому режиму. Одним из главнейших параметров генератора с самовозбуждением считается стабильность частоты. Ее количественной оценкой выступает обратная величина. Эта обратная величина представляет собой относительную нестабильность частоты. Под влиянием дестабилизирующих факторов параметры генератора меняются, в результате чего изменяются и фазовые углы. Любопытно, что после этой операции в генераторе устанавливается другой стационарный режим колебаний и сумма фазовых углов снова соответствует соотношению. Повысить стабильность, так необходимую генератору с самовозбуждением, можно с помощью нескольких приемов. Путем параметрической стабилизации — при поддержке постоянства колебательной системы и нужных параметров генератора. Для осуществления такой стабилизации необходимо поддерживать постоянство питающих напряжений и защищать колебательную систему от влияния внешних воздействий. Повысить стабильность можно и другим путем. Для этого необходимо выбрать такие схему и режим работы генератора, при которых фазовые углы изменялись бы незначительно. Еще один вариант повышения стабильности заключается в компенсации изменений температуры элементов генератора, причем они должны быть противоположными другим изменениям по своему характеру. Этим элементом может быть колебательный контур, который увеличивается с повышением температуры. И, наконец, последний способ добиться стабилизации — с использованием кварцевых резонаторов, которые обладают высокой стабильностью как колебательные системы. Существуют синхронные генераторы с самовозбуждением серии SJ, которые предназначаются для долгого режима работы как источник переменного тока. Они работают в составе передвижных и стационарных агрегатов. Такие генераторы могут' работать автономно, параллельно с другими генераторами, а также с жесткой сетью. Двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели и различные турбины используются в качестве привода такого генератора. Генератор с самовозбуждением применяется в радиопередающих устройствах, где он генерирует энергию постоянного и переменного тока в энергию радиочастотных колебаний. enciklopediya-tehniki.ru Генераторы параллельного возбуждения. Условия самовозбуждения генератора.Генераторы параллельного возбуждения.Условия самовозбуждения генератора.В генераторах с самовозбуждением, а к ним относится и генератор параллельного возбуждения, обмотки возбуждения получают питание непосредственно от якоря самого генератора, при этом посторонний источник питания им не требуется. Самовозбуждение генератора возможно при выполнении трех условий: 1) наличие потока остаточного намагничивания полюсов Фост; 2) согласное направление магнитного потока остаточного намагничивания и магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения генератора; 3) сопротивление цепи возбуждения rв должно быть ниже некоторого критического значения, а частота вращения должна быть не ниже номинального значения. В электрической машине практически всегда существует небольшой, порядка (2...5)% от номинального, поток остаточного намагничивания. Если в генераторе такой поток отсутствует, то необходимо его намагнитить, пропустив ток по обмотке возбуждения от постороннего источника. Если привести якорь генератора во вращение с частотой, равной номинальной, то под действием потока остаточного намагничивания в обмотке якоря возникает небольшая ЭДС Eост=сеnФост равная (2...5)% от Uн. Под действием этой ЭДС по цепи возбуждения потечет ток, который создает добавочный поток намагничивания Фдоб. Ток, создающий Фдоб, равен
где rв=rрв+rшо; rрв — сопротивление регулировочного реостата; rшо — сопротивление параллельной обмотки возбуждения; rа — сопротивление цепи якоря. В зависимости от направления тока Iв в обмотке возбуждения поток Фдоб может быть направлен либо встречно относительно Фоcт, либо согласно с ним. При встречном направлении Фост и Фдоб процесс самовозбуждения идти не будет, т.к. не выполняется второе условие. В этом случае необходимо поменять направление тока Iв , переключив концы питания обмотки возбуждения. Если потоки направлены согласно, то развивается процесс самовозбуждения, который можно представить в виде следующий логической схемы
При выполнении двух первых условий процесс самовозбуждения будет развиваться до определенного предела. Этот предел зависит от сопротивления цепи возбуждения rв, вида ее вольт-амперной характеристики и вида характеристики холостого хода. На рисунке-1., представлены характеристики холостого хода (1) при частоте вращения генератора n1, и (2) при частоте вращения n2 >n1, и вольтамперные характеристики цепи возбуждения генератора (3-6) при различных углах a.
Рисунок-1 – Условия самовозбуждения генератора параллельного возбуждения Определим предел, до которого идет процесс самовозбуждения. При этом считаем, что генератор работает на холостом ходу, т.е. I=0. При самовозбуждении Iв≠const и следовательно уравнение ЭДС может быть написано в двух вариантах следующим образом
где Uв — напряжения возбуждения, равные изменяющемуся напряжению U на генераторе; Iв — ток возбуждения; rв — сопротивление цепи возбуждения ; Lв — индуктивность цепи возбуждения. Так как rв=const, то напряжение Iвrв изменяется прямо пропорционально току Iв. Графически эта зависимость выражается прямой (3) (рисунок — 1), выходящей из начала координат под углом a, причем
следовательно, каждому значению rв соответствует определенная характеристика цепи возбуждения, выходящая из начала координат под углом, определяемым формулой. При работе генератора на холостом ходу ток Iв мал, поэтому можно считать, что Iara≈0, тогда из уравнения равновесия ЭДС следует, что U=Ea и зависимость изменения напряжения на зажимах генератора определяется характеристикой холостого хода (кривая I). Отрезки ординат между кривой 1 и линией 3 дают разность
и служат мерой интенсивности происходящего процесса самовозбуждения, т.е. скорости изменения тока возбуждения. Очевидно, что этот процесс окончится тогда, когда разность
станет равной нулю, т.е. установившееся значение тока Iв определяется точкой А пересечения характеристик 1 и 3. Если увеличить rв, то вольтамперная характеристика пойдет круче и примет положение 4. Процесс самовозбуждения в этом случае замедляется и заканчивается в точке А1 при меньшем напряжении на генераторе. При дальнейшем увеличении rв получим прямую 5, касательную к начальной части характеристики холостого хода. Значение rв, соответствующее прямой 5, называется критическим (rвкр). При сопротивлении цепи обмотки возбуждения, равной и большей rвкр (кривая 6) генератор практически не возбуждается. Если изменять частоту вращения генератора, то вид характеристики холостого хода меняется (кривая 2), следовательно, величина критического сопротивления rвкр зависит также от частоты вращения генератора. Большей частоте вращения генератора соответствует большее значение критического сопротивления rвкр. Автогенератор на ветряк без переделкиАвтомобильный генератор самый доступный генератор, и если планируется делать ветрогенератор, то сразу невольно при поиске генератора вспоминается именно автомобильный генератор. Но без переделки на магниты и перемотки статора он не подходит для ветряка так-как рабочие обороты автомобильных генераторов 1200-6000 об/м.По-этому чтобы избавится от катушки возбуждения ротор переделывают на неодимовые магниты, и чтобы поднять напряжение перематывают статор более тонким проводом. В итоге получается генератор мощностью при 10 м/с 150-300 ватт без использования мультипликатора (редуктора). Винт ставят на такой переделанный генератор диаметром 1.2-1.8 метра. > Сам автомобильный генератор очень доступен и его можно легко купить Б/У или новый в магазине, стоят они не дорого. Но вот чтобы переделать генератор нужны неодимовые магниты, провод для перемотки, а это ещё дополнительные траты денег. Так-же конечно надо уметь это делать, иначе можно всё испортить и выкинуть в мусор. Без переделки генератор можно использовать если сделать мультипликатор, к примеру если передаточное соотношение сделать 1:10, то при 120 об/м начнётся зарядка аккумулятора 12 вольт. При этом катушка возбуждения (ротор) будет потреблять около 30-40 ватт, а всё что останется пойдёт в аккумулятор. Но если делать с мультипликатором, то конечно получится мощный и большой ветрогенератор, но при малом ветре катушка возбуждения будет потреблять свои 30-40 ватт и аккумулятору мало что достанется. Нормальная работа будет наверно на ветре от 5 м/с. При этом винт для такого ветряка должен быть диаметром около 3 метра. Получится сложная и тяжёлая конструкция. А самое сложное это найти готовый мультипликатор, подходящий с минимальными переделками, или изготовление самодельного. Мне кажется сделать мультипликатор сложнее и дороже чем переделать генератор на магниты и перемотать статор. Если авто-генератор использовать без переделки, то он начнёт заряжать АКБ 12 вольт при 1200 об/м. Сам я не проверял при каких оборотах начинается зарядка, но в интернете после долгих поисков нашёл некоторую информацию, которая указывает что при 1200 об/м начинается зарядка АКБ. Есть упоминания что генератор заряжает при 700-800 об/м, но проверить это не представляется возможным. Я по фотографиям статора определил что обмотка статора современных генераторов ВАЗ состоит из 18 катушек, а каждая катушка имеет по 5 витков. Посчитал какое должно получится напряжение по формуле из вот этой статьи Расчёт генератора. В результате у меня как-раз получилось что 14 вольт при 1200 об/м. Конечно генераторы не все одинаковые и я где-то читал про 7 витков в катушках вместо пяти, но в основном 5 витков в катушке, а значит всё-таки 14 вольт достигается при 1200 об/м, от этого будем исходить далее.
Двух-лопастной винт на генератор без переделкиВ принципе если на генератор поставить скоростной двух-лопастной винт диаметром 1-1.2 метра, то такие обороты легко достигаются при ветре 7-8м/с. Значит можно сделать ветряк и не переделывая генератор, только работать он будет на ветре от 7м/с. Ниже скриншот с данными двух-лопастного винта. Как видно обороты такого винта при ветре 8м/с составляют 1339 об/м.> Так-как обороты винта растут линейно в зависимости от скорости ветра, то (1339:8*7=1171 об/м) при 7м/с начнётся зарядка АКБ. При 8 м/с ожидаемая мощность опять-же по расчёту должна быть (14:1200*1339=15.6 вольт) (15.6-13=2.6:0.4=6.5 ампер*13=84.5 ватт). Полезная мощность винта судя по скриншоту 100 ватт, по-этому он свободно потянет генератор и должен недогруженный выдать даже больше оборотов чем указано. В итоге 84 .5 ватт должно быть с генератора при 8 м/с, но катушка возбуждения потребляет около 30-40 ватт, значит в аккумулятор пойдёт всего 40-50 ватт энергии. Совсем мало конечно так-как переделанный на магниты генератор и перемотанный при этом-же ветре на оборотах 500-600 об/м выдаст в три раза больше мощности. При ветре 10 м/с обороты будут (1339:8*10=1673 об/м), напряжение в холостую (14:1200*1673=19.5 вольт), а под нагрузкой АКБ (19.5-13=6.5:0.4=16.2 ампер*13=210 ватт). В итоге получится 210 ватт мощности минус 40 ватт на катушку и полезной мощности останется 170 ватт. При 12 м/с будет примерно так 2008 об/м, напряжение без нагрузки 23.4 вольта, ток 26 ампер, минус 3 ампер на возбуждение, и того 23 ампер ток зарядки аккумулятора, мощность 300 ватт. Если сделать винт меньшего диаметра, то обороты ещё возрастут, но тогда винт не потянет генератор когда достигнет порог зарядки акб. Я посчитал разные варианты во время написания этой статьи и дву-лопастной винт оказался самым оптимальным для генератора без переделки. В принципе если рассчитывать на ветра от 7м/с и выше, то такой ветрогенератор будет хорошо работать и выдавать 300 ватт при 12 м/с. При этом стоимость ветряка будет совсем небольшой, по сути только цена генератора, а винт и остальное можно сделать из того что есть. Только винт нужно делать обязательно по расчётам. Переделанный правильно генератор начинает давать заряду уже с 4 м/с, при 5 м/с ток зарядки уже 2 ампера, при этом так-как ротор на магнитах, то весь ток идет в АКБ. При 7 м/с ток зарядки 4-5 ампер, а при 10 м/с уже 8-10 ампер. Получается что только при сильном ветре 10-12 м/с генератор без переделки может сравнится с переделанным, но он ничего не даст на ветре меньше 8 м/с.
Самовозбуждение автомобильного генератораЧтобы генератор самовозбуждался без аккумулятора в ротор нужно поставить пару маленьких магнитиков. Если катушку возбуждения запитать от аккумулятора, то она постоянно и не зависимо от того вырабатывает энергию или нет ветрогенератор, будет потреблять свои 3 ампера и заряжать аккумулятор. Чтобы этого не происходило нужно поставить блокирующий диод, чтобы ток шол только в акб, а обратно не уходил.Катушку возбуждения можно запитать от самого генератора, минус на от корпуса, а плюс от плюсового болтика. А в зубы ротора нужно поставить пару маленьких магнитиков для самовозбуждения. Для этого можно просверлить сверлом дырочки и на клей посадить маленькие неодимовые магнитики. Если нет неодимовых магнитов то можно вставить обычные ферритовые от динамиков, если маленькие, то просверлится и вставить, или проложить между когтей и залить эпоксидной смолой. Так-же можно использовать так-называемую таблетку, то-есть реле-регулятор как в автомобиле, который будет отключать возбуждение если напряжение АКБ достигло14.2 вольта, чтобы не перезарядить. Ниже на рисунке схема самовозбуждения генератора. Вообще генератор сам возбуждается так-как ротор имеет остаточную намагниченность, но это происходит на высоких оборотах, лучше для надёжности добавить магниты. В схему включен реле-регулятор, но его можно исключить. Развязывающий диод нужен чтобы аккумулятор не разряжался так-как без диода ток будет течь в обмотку возбуждения (ротор). > Так-как ветрогенератор будет очень маленький с винтом диаметром всего 1 метр, то никакие защиты от сильного ветра не нужны и с ним ничего не случится если будет крепкая мачта и крепкий винт. Есть генераторы на 28 вольт, но если их использовать для зарядки 12 вольт АКБ, то оборотов нужно в два раза меньше, около 600 об/м. Но так-как напряжение будет не 28 вольт, а 14, то катушка возбуждения будет давать только половину мощности и напряжение генератора будет меньше, по-этому ничего не получится из этого. Можно конечно попробовать в генератор, статор которого намотан на 28 вольт, поставить ротор на 12 вольт, тогда должно быть получше и зарядка начнётся раньше, но тогда нужны два одинаковых генератора чтобы заменить ротор, или искать отдельно ротор или статор. e-veterok.ru Самовозбуждение генераторовПоиск ЛекцийОТЧЕТ
по лабораторной работе №1:
«Исследование генератора постоянного тока»
Выполнил: студент гр. ЭТ-21-10 Шоглев Р.Г. Преподаватель: Пичугин Ю.П.
Чебоксары 2012 Лабораторная работа №1 «Исследование генератора постоянного тока» Цель работы: исследование генератора постоянного тока с различными видами возбуждения, снятие и изучение различных характеристик, в частности нагрузочная и характеристика холостого хода.
Необходимые исходные сведения Устройство и принцип действия На статоре машин постоянного тока (рис. 6) имеются обмотки возбуждения, расположенные на главных полюсах, а также обмотка якоря, расположенная на роторе. В установившемся режиме полюсная система статора создает неизменное по направлению магнитное поле, которое пронизывает якорь. При вращении якоря в этом поле в его проводниках наводится переменная ЭДС. Специальное устройство - коллектор и щетки, которые можно рассматривать как механический выпрямитель, позволяет получить на выводах обмотки якоря практически постоянную во времени ЭДС.
Способы возбуждения генераторов постоянного тока Генераторы с независимым возбуждением Если независимая обмотка возбуждения L1G (см. рис.1) получает питание от стороннего источника постоянного тока, возбуждение называется независимым. Обычно у крупных генераторов таким источником служит вспомогательный генератор небольшой мощности, называемый возбудителем. В учебной лаборатории независимая обмотка возбуждения питается от внутренней сети постоянного тока.
Генераторы с параллельным возбуждением Обмотку возбуждения L1G можно питать от выводов обмотки якоря самого генератора (см. рис. 2). В этом случае отпадает надобность в дополнительном источнике постоянного тока, что является существенным преимуществом генератора с параллельным возбуждением. Недостатком параллельного возбуждения является значительное уменьшение выходного напряжения при увеличении тока нагрузки генератора.
Генераторы со смешанным возбуждением Генераторы со смешанным возбуждением снабжаются двумя обмотками возбуждения: параллельной L1G и последовательной L2G (см. рис.З). Применение последовательной обмотки, МДС которой пропорциональна току нагрузки, обеспечивает автоматическое увеличение потока возбуждения с ростом нагрузки и позволяет поддерживать достаточно стабильное напряжение при изменении тока нагрузки в широких пределах.
Самовозбуждение генераторов В генераторах с параллельным, последовательным и смешанным возбуждениями источником питания обмоток возбуждения является якорь самой машины (см. рис. 2, 3). Рассмотрим процесс самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением на холостом ходу. Магнитная система машины, будучи однажды намагниченной, сохраняет небольшой поток остаточного магнетизма. При вращении якоря в поле остаточного магнетизма в его обмотке возникает ЭДС Еост, которая создает в обмотке возбуждения первоначальный ток. Этот ток усиливает магнитное поле машины, вследствие чего напряжение на зажимах якоря и обмотке возбуждения возрастает, что приводит к увеличению тока возбуждения и т.д. Таким образом, процесс самовозбуждения есть одновременное нарастание напряжения на выводах обмотки якоря и тока возбуждения генератора. Пренебрегая сопротивлением якоря, можно считать, что ЭДС в обмотке якоря уравновешивается ЭДС самоиндукции и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки возбуждения:
где eо - мгновенное значение ЭДС в обмотке якоря; iв - мгновенное значение тока в обмотке возбуждения; RB, LB – активное сопротивление и коэффициент самоиндукции обмотки возбуждения.
Падение напряжения на активном сопротивлении обмотки возбуждения иRв = iBRB с ростом тока iв растет линейно и изображается (см. рис. 4) прямой ОА. Зависимость e0=f(iв) представляет собой характеристику холостого хода генератора. При значении тока возбуждения, равного iв (рис. 5), производная
Это означает, что ток iв увеличивается во время переходного процесса при самовозбуждении. В точке А пересечения характеристики холостого хода и прямой ОА
Процесс самовозбуждения ( а) в машине должен быть поток остаточного магнетизма. При отсутствии остаточного магнетизма магнитную систему машины следует намагнитить, пропустив постоянный ток по обмотке возбуждения от постороннего источника; б) направления потока остаточного магнетизма и потока возбуждения должны быть одинаковыми. Если ток в обмотке возбуждения создает магнитный поток, направленный встречно остаточному, то генератор не возбуждается, нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, изменив полярность присоединения ее зажимов к обмотке якоря;
в) сопротивление в цепи возбуждения должно быть меньше критического. Критическому сопротивления цепи обмотки возбуждения соответствует зависимость иRв = iBRB.КР представляющая собой касательную О В к характеристике холостого хода.
Реакция якоря Магнитное поле в машине постоянного тока создается при холостом ходе только обмоткой возбуждения (рис. 6, а). При вращении ротора по направлению стрелки в проводниках обмотки якоря наводится ЭДС (на рис. 6, а направления ЭДС показаны знаками «+» и «•».
При нагрузке по обмотке якоря протекает ток. В проводниках обмотки якоря генератора направление тока совпадает с направлением ЭДС. Такое распределение тока в проводниках обмотки якоря имеет место, когда щетки располагаются на геометрической нейтрали (их расположение совпадает с поперечной осью q). В результате возникает поле якоря. Воздействие МДС обмотки якоря на поле машины, созданное обмоткой возбуждения, называется реакцией якоря. Пояснить, как изменяется поле машины в результате этого воздействия, мы можем с помощью рис.6. Поле машины при ее холостом ходе (рис, 6, а) создается только МДС обмотки возбуждения. Поле якоря (рис. 6, 6) получается в машине при наличии тока только в обмотке якоря. Его поле имеет ось, совпадающую с линией расположения щеток. Из сопоставления рис 6,а и 6,б видно, что МДС обмотки возбуждения и обмотки якоря складываются в пределах одной половины полюса и вычитаются в пределах другой половины полюса. Из-за насыщения ферромагнитных участков, расположенных близко к воздушному зазору (это в основном зубцы ротора), увеличение МДС на половине полюса не приводит к пропорциональному увеличению индукции в воздушном зазоре. В то же время на другой половине полюса, где МДС меньше, насыщение отсутствует. Магнитная индукция здесь уменьшается практически пропорционально уменьшению МДС. В результате при нагрузке магнитный поток Ф уменьшается. Таким образом, поперечная реакция якоря является размагничивающей. При смещении щеток с геометрической нейтрали по направлению вращения ротора возникает продольная размагничивающая МДС якоря (при смещении щеток против направления вращения МДС якоря будет намагничивающей).
poisk-ru.ru самовозбуждающийся торцовый генератор переменного и однонаправленного тока - патент РФ 2095924Использование: источники электропитания постоянного и переменного тока. Сущность изобретения: генератор представляет собой совмещенные синхронный и униполярный торцевые генераторы с взаимным самовозбуждением, содержит два статора с тремя рабочими обмотками, два индуктора с катушками возбуждения, постоянными магнитами и двумя щеточно-контактными устройствами. Технический результат: одновременное производство постоянного и переменного тока, повышение надежности. 3 з.п. ф-лы, 8 ил. Изобретение относится к электромашиностроению электрическим машинам, а именно к униполярным генераторам и синхронным торцовым генераторам переменного тока, предназначенным для производства электрической энергии. Существующие униполярные машины работают на принципе униполярной индукции, открытом М. Фарадеем, который заключается в наведении ЭДС в намагниченном теле, расположенном под некоторым углом к оси намагничивания [1] Одно из возможных исполнений [2] состоит из якоря массивного стального тела, вращающегося на валу ротора в поле возбуждения, создаваемого неподвижными катушками кольцевой обмотки. Магнитный поток дважды пересекает зазор по кольцевому магнитопроводу и ферромагнитному телу ротора. В активной зоне (между щетками) образуется кольцевой полюс определенной полярности. Поэтому во всех осевых элементах якоря, размещающихся между неподвижными щетками токосъема, индуцируется одна и та же ЭДС. Недостатками описанного аналога являются: подвижность рабочей обмотки выходного напряжения с наличием в ней скользящих контактов с щетками, что снижает надежность машины, отсутствует устройство самовозбуждения машины, невозможность одновременного получения переменной и однонаправленной ЭДС. Известно также устройство синхронного генератора торцового типа [3] характерного тем, что генератор выполнен сдвоенным, т.е. имеет два якоря и расположенный между ними индуктор с двумя системами постоянных магнитов, между которыми размещена кольцевая подмагничивающая обмотка. Такое выполнение генератора позволяет повысить использование объема паза статора, уменьшить потери мощности на возбуждение и сократить расход меди на ее изготовление. К недостаткам данного устройства следует отнести: наличие кольцевой обмотки индуктора не обеспечивает равенство магнитной индукции по длине ее радиуса, множество зубцово-пазовых зон на статорах снижает равномерность распределения магнитного потока в воздушном зазоре генератора, обмотка выходного напряжения выполнена из немагнитного цветного металла и поэтому не может служить продолжением магнитопровода, отсутствует устройство самовозбуждения генератора, невозможность одновременного получения переменной и однонаправленной ЭДС. Униполярный генератор, выбранный в качестве прототипа [4] содержит статор с магнитопроводом и якорь с обмоткой, подключенной к неподвижным щеткам через контактные кольца. Последовательное соединение медных стержней вращающейся обмотки выходного напряжения в устройстве прототипа выполнено посредством многочисленных щеток, установленных на каждой коллекторной пластине. Недостатками устройства прототипа являются: подвижность размещенной на валу якоря рабочей обмотки выходного напряжения с наличием на ней множественных коллекторных узлов с коммутационными пластинами и щеткой токосъема, что снижает надежность работы униполярного генератора, отсутствует устройство самовозбуждения генератора, невозможность одновременной выработки переменной и однонаправленной ЭДС. Для повышения надежности, обеспечения самовозбуждения и возможности однонаправленного производства переменной и однонаправленной ЭДС предлагается новое устройство с превращением подвижной рабочей обмотки в неподвижную и с исключением из ее цепи множественных скользящих контактов. Это достигается тем, что в известный униполярный генератор-прототип, содержащий статор с магнитопроводом и якорь с обмоткой, подключенной к неподвижным щеткам через контактные кольца, внесены следующие изменения: вместо одного неподвижного индуктора с кольцевой обмоткой предусмотрено два подвижных, оси которых смещены друг относительно друга на 90o и выполнены в виде размещенных на одном валу, каждый со своей магнитной цепью, радиальных магнитопроводов с катушками возбуждения, один из которых, являясь индуктором синхронного генератора, дополнительно оснащен постоянными магнитами для первичного наведения ЭДС, а другой индуктор униполярного генератора служит для одновременного наведения ЭДС переменного и однонаправленного тока в обмотках статора; начала и концы катушек возбуждения индуктора униполярного генератора подключены к пластинам разрезного контактного кольца для обеспечения разной одноименнополюсности электромагнитов в частях верхней и нижней полусфер статора, а начала и концы катушек индуктора синхронного генератора подключены к неразрезным контактным кольцам; устройство имеет два неподвижных статора с размещением на них трех обмоток выходного напряжения, причем на магнитопроводе статора униполярного генератора радиально уложены смещенные по центральным осям на 90o две независимые друг от друга обмотки из последовательно соединенных ферромагнитных секторных элементов, одна с однонаправленной ЭДС, элементы обмотки которой уложены с образованием промежутков для установки в них элементов обмотки переменной ЭДС, с выводными концами на внешнюю сеть и отбором мощности в катушки индуктора синхронного генератора через токосъемные щетки, неразрезные контактные кольца, и другая обмотка переменной ЭДС с размещением ее элементов в промежутках обмотки однонаправленной ЭДС, в пределах которой происходит смена полярности двух противолежащих электромагнитов посредством вращающихся пластин разрезного контактного кольца с выводами во внешнюю сеть, а на магнитопроводе статора синхронного генератора уложены с образованием нейтральных промежутков, в пределах которых ЭДС проходит через нулевое значение, такие же последовательно соединенные ферромагнитные секторные элементы обмотки, концы которой через выпрямляющее устройство связаны с катушками возбуждения индуктора униполярного генератора через токосъемные щетки и разрезные контактные кольца. По прохождению промежутков, в которых размещены элементы обмотки переменной ЭДС, каждые противолежащие пары катушек обмотки возбуждения униполярного генератора за счет смены под щетками пластин разрезного контактного кольца сохраняют свою разную одноименнополюсность, например в части верхней полусферы статора всегда сохраняется южный знак полярности, а в части нижней полусферы всегда сохраняется северный знак полярности. Этим самым обеспечивается однонаправленность ЭДС в выходной цепи этой обмотки. Это свойство генератора дает также возможность соединить в последовательную цепочку коаксиально расположенными соединительными проводниками все элементы рабочей обмотки выходного напряжения с исключением из нее скользящих контактов с щетками, т.к. они утратили свои функции. В пределах промежутков, расположенных с правой и левой стороны статора происходит смена полярности противолежащих электромагнитов, что обеспечивает получение переменной ЭДС в этой обмотке. Двухполюсный индуктор синхронного генератора при вращении всегда сохраняет свою разнополярность, и установленные параллельно с ними постоянные магниты также имеют разную полярность. Это обеспечивается неразрезными контактными кольцами и однонаправленностью тока возбуждения. Секторные элементы обмотки статора из ферромагнитного материала уложены в четыре ряда с смещением их осей на 90o и с образованием четырех нейтральных промежутков, в пределах которых ЭДС в обмотке проходит через нулевое значение, а поскольку каждый ряд элементов пересекается поочередно то южным, то северным полюсами, то на выводах обмотки возникнет переменное напряжение, которое выпрямляющим устройством преобразуется в постоянное с последующей подачей в катушки возбуждения индуктора униполярного генератора через токосъемные щетки и пластины разрезного контактного кольца. Таким образом, как видно из описания сущности изобретения, обеспечено получение положительного технического результата соответствующего критериям "новизна", "изобретательский уровень" и "промышленная применимость", а анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с признаками в заявленном устройстве самовозбуждающегося торцового генератора. На фиг.1 представлен в продольном разрезе общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 электрическая схема последовательного соединения ферромагнитных симметричных секторных элементов рабочих обмоток переменного и однонаправленного напряжения; на фиг.4 электрическая схема соединения катушек возбуждения индуктора униполярного генератора с коммутационными пластинами разрезного контактного кольца, положительной и отрицательной щетками; на фиг. 5 электрическая схема соединения ферромагнитных секторных элементов рабочей обмотки статора синхронного генератора с выпрямляющим устройством и щетками токосъема; на фиг.6 схема соединения катушек возбуждения индуктора синхронного генератора с неразрезными контактными кольцами; на фиг.7 кривая пульсирующего однонаправленного тока; на фиг.8 - кривая синусоиды переменного тока. На продольном разрезе (фиг.1) представлена конструктивная схема предлагаемого устройства, содержащего корпус генератора 1, съемные боковые щиты корпуса 2, вентиляционные прорези в щитах 3, прокладки регулирования воздушного зазора 4, вал генератора 5, неразрезные контактные кольца синхронного генератора 6, токосъемные щетки 7, магнитопровод статора синхронного генератора 8, ферромагнитные секторные элементы рабочей обмотки статора синхронного генератора 9, их последовательно соединяющие проводники 10, магнитопровод индуктора синхронного генератора 11, катушки возбуждения индуктора синхронного генератора 12, постоянные магниты индуктора синхронного генератора 12а, соединительные проводники 13 от контактных колец 6 к катушкам электромагнитов 12, соединительные проводники 14 от обмотки переменного напряжения 9 к выпрямляющему устройству 15, соединительные проводники 16 от выпрямляющего устройства 15 к токосъемным щеткам 17 разрезного контактного кольца 18, соединительные проводники 19 между пластинами разрезного контактного кольца 18 и катушками возбуждения индуктора униполярного генератора, магнитопровод статора униполярного генератора 20, ферромагнитные секторные элементы рабочей обмотки однонаправленного тока на статоре униполярного генератора 21, их соединительные проводники 22, выводные контакты рабочей обмотки однонаправленного напряжения 23, соединительные проводники 24 от выводных контактов 23 к токосъемным щеткам 7, магнитопровод статора униполярного генератора 25, катушки возбуждения индуктора 26. В приведенном разрезе самовозбуждающегося торцового генератора (фиг. 1) невозможно показать ферромагнитные секторные элементы обмотки выходного переменного напряжения, т.к. они расположены по горизонтальной оси, но схема их соединения полностью идентична схеме обмотки однонаправленного напряжения. На фиг.2 изображена схема соединения ферромагнитных секторных элементов рабочих обмоток переменного и однонаправленного тока, расположенных на статоре 20, центральные оси которых смещены друг относительно друга на 90o. По вертикальной оси в частях верхней и нижней полусфер статора установлено по три ряда элементов 21, которые и составляют электрическую схему обмотки однонаправленного тока, а по горизонтальной оси в частях левой и правой полусфер статора установлены по три ряда идентичные элементы 27 рабочей обмотки переменного тока. Каждые два противолежащие по горизонтальной оси генератора электромагнита при нахождении их над центральными рядами элементов рабочей обмотки посредством пластин разрезного контактного кольца меняют свою полярность на обратную, что и обеспечивает получение переменного тока, а однонаправленность тока в элементах обмотки, расположенных по вертикальной оси генератора в частях верхней и нижней полусфер статора обеспечивается тем, что они обрабатываются, допустим, в верхней части всегда одним и тем же южным полюсом электромагнита, а в нижней части всегда одним и тем же, северным полюсом. Кроме этого создается возможность получения последовательного соединения всех элементов обмотки. На фиг.2 числом 22 обозначены соединительные проводники элементов обмотки однонаправленного тока, выводные концы этой обмотки 23, элементы обмотки переменного тока 27, их соединительные проводники 28, а выводные концы этой обмотки 29. На фиг.3 в поперечном разрезе изображена электрическая схема соединения элементов рабочей обмотки однонаправленного тока. Здесь мы имеем под числом 21 ферромагнитные секторные элементы рабочей обмотки, их последовательно соединяющие проводники 22, выводные концы 23. Электрическая схема элементов 27 обмотки переменного тока полностью идентична с вышеприведенной. На фиг.4 представлена схема соединения катушек возбуждения четырех электромагнитов индуктора униполярного генератора. Цифрой 17 обозначены токосъемные щетки, 18 коммутационные пластины разрезного контактного кольца, 19 соединительные проводники между катушкой возбуждения 26 и пластинами разрезного контактного кольца 18. На фиг.5 изображена электрическая схема ферромагнитных секторных элементов 9 статора 8 синхронного генератора. Здесь мы имеем четыре ряда элементов, смещенных по осям на 90o, между которыми образованы нейтральные промежутки 30, в пределах которых ЭДС проходит через нулевое значение. Числом 10 указаны соединительные проводники, выводные концы 14 от элементов 9 рабочей обмотки к выпрямляющему устройству 15, соединительные проводники 16 от выпрямляющего устройства к токосъемным щеткам 17 и пластинам разрезного контактного кольца 18. На фиг. 6 показана схема индуктора синхронного генератора имеющего два смещенных по осям на 180o разноименных полюса с катушками возбуждения 12, параллельно установленные с ними постоянные магниты 12а, соединительные проводники 13 от катушек возбуждения 12 к неразрезным контактным кольцам 6, щетки токосъема 7. На фиг.7 представлена кривая однонаправленного пульсирующего тока. Незначительное колебание по величине объясняется пульсацией, вызванной индуктивностью катушек в моменты разрыва цепи при смене полярности электромагнитов в каждой противолежащей паре. Но в это же время другая пара противолежащих электромагнитов, смещенная по оси на 90o, будет обеспечивать получение постоянной составляющей электрического тока. За один оборот вала четыре колебания. На фиг. 8 изображена синусоида переменного тока, получаемая в обмотке статора 8 синхронного генератора, а также в обмотке статора 20, расположенной по горизонтальной оси в униполярном генераторе. За один оборот вала торцевого генератора получаем две синусоиды, т.к. индуктор униполярного генератора имеет две пары полюсов. Четыре колебания в элементах 9 рабочей обмотки на статоре 8 синхронного генератора обеспечивается наличием четырех рядов этих элементов обмотки. Устройство фактически состоит из совмещенных в одном изделии двух генераторов, синхронного и униполярного. Синхронный генератор (на фиг.1 с левой стороны) имеет индуктор с параллельно установленными в нем электромагнитами 12 и постоянными магнитами 12а, служит для самовозбуждения посредством наведения переменного тока в обмотке статора 8, который через выпрямляющее устройство 15, токосъемные щетки 17 и пластины 18 разрезного контактного кольца поступает в катушки возбуждения 26 униполярного генератора (на фиг.1 показан с правой стороны), на статоре 20 которого установлены элементы рабочих обмоток 21, 27 соответственно однонаправленного и переменного тока. Выводы 23 обмотки однонаправленного тока выходят на внешнюю сеть, а также через неразрезные контактные кольца 6 в электромагниты 12 индуктора синхронного генератора, которые, работая параллельно с постоянными магнитами 12а, увеличивают МДС, а это вызовет увеличение тока возбуждения в элементах 21 обмотки униполярного генератора, что в свою очередь будет способствовать увеличению тока возбуждения синхронного генератора. Такая взаимосвязь сохраняется постоянно с обеспечением самовозбуждения предлагаемого устройства генератора. Превращение обмоток выходного напряжения из подвижных в неподвижные с исключением из их цепи множественных контактных колец с щетками токосъема существенно повышает надежность работы устройства. Использование ферромагнитных секторных элементов обмотки вместо немагнитных круглого сечения позволяет повысить равномерность распределения магнитного потока в воздушном зазоре, т.к. значительно уменьшено количество зубцово-пазовых зон, а сами элементы обмотки служат продолжением магнитопровода. Замена кольцевых катушек возбуждения на радиальное размещение электромагнитов позволяет создать лучшие условия для увеличения магнитодвижущей силы и обеспечения равномерности магнитной индукции. Самовозбуждающийся торцовый генератор переменного и однонаправленного тока может быть изготовлен с малой мощностью, напряжением до 250 В. В качестве первичного двигателя может быть использована энергия ветра, воды, двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель. Примером реализации предложенного устройства может быть изготовление генератора, мощностью 4-5 кВт для ветроагрегата с использованием экологически чистой ветровой энергии с целью электроснабжения фермерских хозяйств. Переменный ток в фермерском хозяйстве используется для освещения, приготовления пищи, отопления, питания электродвигателей, бытовых приборов, а однонаправленный ток для зарядки аккумуляторов, производства сварочных работ. Более мощные генераторы 30-50 кВт могут быть использованы в ветроустановках для электроснабжения удаленных промышленных и сельскохозяйственных потребителей, не имеющих связи с государственной энергосистемой. Изложенные выше примеры не исчерпывают всех случаев применения предлагаемого торцевого генератора, а являются лишь иллюстрацией. На практике могут быть использованы и другие варианты, например как товар народного потребления для продажи ветроагрегатов мощностью 3-5 кВт для электроснабжения дачных участков, садовых участков. Предложенное устройство торцевого генератора является простым, более удобным для разборки и сборки, доступным для эксплуатационного надзора за работой токосъемных щеток и контактных колец. Изменение устройства прототипа согласно принятому техническому решению, связанного с взаимной сменой подвижной и неподвижной частей, вводом в схему возбуждения разрезного и неразрезного контактных колец с токосъемными щетками как средства токосъема и коммутации, замены кольцевой обмотки возбуждения на ряд радиально-рассредоточенных катушек возбуждения, устранение скользящих контактов токосъема в выходной цепи обеспечивают возможность осуществления изобретения с получением положительного эффекта, а именно позволяет повысить надежность работы торцевого генератора за счет устранения скользящих контактов с щетками из выходной электрической цепи. Совмещение в одном изделии синхронного и униполярного генераторов обеспечило возможность самовозбуждения устройства, одновременного производства переменного и однонаправленного тока, а самовозбуждение предложенного устройства обеспечено за счет ввода постоянных магнитов. Дополнительным положительным эффектом предлагаемого устройства является улучшение эксплуатации, так как для замены щеток не требуется разборка машины (у прототипа щетки закрыты магнитопроводом статора и недоступны даже для визуального контроля). Кроме технических улучшаются также и экономические показатели. Предлагаемое устройство генератора более дешево при изготовлении, так как не требует расхода дорогостоящего цветного металла для изготовления рабочих обмоток выходного напряжения.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Самовозбуждающийся торцовый генератор переменного и однонаправленного тока, содержащий статор с магнитопроводом и якорь с обмоткой, отличающийся тем, что устройство образовано в одном корпусе с размещением в нем синхронного и униполярного генераторов, подвижные индукторы генераторов размещены на одной оси, каждый со своим магнитопроводом и катушками возбуждения, параллельно с электромагнитами синхронного генератора установлены одноименнополюсные с ними постоянные магниты, концы катушек возбуждения синхронного генератора соединены проводниками с неразрезными контактными кольцами, а концы катушек возбуждения униполярного генератора с разрезным контактным кольцом, статор униполярного генератора снабжен обмотками выходного напряжения переменного и однонаправленного тока, причем выводные концы обмотки однонаправленного тока соединены проводниками через щетки и неразрезные контактные кольца с обмоткой возбуждения синхронного генератора, а выводные концы обмотки переменного тока синхронного генератора через выпрямитель выходят на токосъемные щетки и через разрезное контактное кольцо в обмотку возбуждения униполярного генератора. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что на магнитопроводе статора униполярного генератора радиально уложены две независимые одна от другой обмотки из последовательно соединенных ферромагнитных секторных элементов, одна с однонаправленной ЭДС, возбуждаемой одноименнополюсными электромагнитами, между элементами обмотки которой образованы промежутки, и другая обмотка переменной ЭДС с размещением ее элементов в промежутках между элементами обмотки однонаправленной ЭДС, а на магнитопроводе статора синхронного генератора размещены с образованием нейтральных промежутков такие же последовательно соединенные секторные элементы обмотки. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что устройство имеет два подвижных индуктора, выполненных в виде размещенных на одном валу радиальных магнитопроводов с катушками возбуждения. 4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что скользящие контакты размещены в схемах возбуждения генераторов.www.freepatent.ru Что такое самовозбуждение в генераторе переменного тока? - Tech Doc ToyotaЧто такое самовозбуждение в генераторе переменного тока? Январь 30th, 2012  Slepchik 1. Железный сердечник ротора обладает некоторым остаточным магнетизмом, но его обычно недостаточно, чтобы в статарной обмотке начал генерироваться ток. Однако, даже если пропустить через обмотку возбуждения генератора ток сигнальной лампочки разряда аккумулятора мощностью всего лишь 2.2 Вт, то этого окажется достаточно для возбуждения требуемого магнитного поля. 2. Эта лампочка также сигнализирует о том, что на аккумулятор не поступает напряжение подзарядки. Она загорается при включении зажигания и горит до тех пор, пока не начнет вращаться генератор. При этом с обмоток статора через диоды пойдет ток на обмотку возбуждения ротора, разность напряжений между контактами лампочки пропадет и лампочка погаснет. Это произойдет в предположении, что на обмотку возбуждения подается со статора напряжение, примерно равное напряжению аккумулятора. На рис. 3.15 показана принципиальная схема генератора с самовозбуждением. Она отличается по внешнему виду от схемы с внешним возбуждением наличием в ней девяти диодов. 3. В схемах автомобильного электрооборудования обычно параллельно сигнальной лампочке устанавливают еще и резистор с постоянным сопротивлением, так что ток не обмотку возбуждения при пуске двигателя будет поступать всегда, даже в случае, если лампочка перегорела. 4. При работе генератора весь необходимый ток возбуждения снимается с его статарной обмотки отсюда и происходит термин «самовозбуждение». Ток аккумулятора используется только для того, чтобы началась генерация.
Рис. 3.15. Генератор переменного тока с самовозбуждением.  Опубликовано в рубрике Раздел А: Генератор переменного тока  Метки: автомобиль, аккумулятор, вес, генератор, диагностика, диод, контакт, мощность, проверка, ремонт, ротор, сигнал, система, сопротивление, схема, сход, электро, электроника, электросхема Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено. avto-remont-toyota.ru 13.9. Самовозбуждение генераторовТок 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 возбуждениемУ 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. studfiles.net |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
, ток iв в этой точке перестает нарастать (iв =const) и процесс самовозбуждения заканчивается.
) возможен при выполнении следующих условий:
