Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Вопрос № 21
|
|
Генераторы постоянного тока. Классификация генераторов. Уравнения генераторов.
Классификация генераторов
Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. В зависимости от способов соединения обмоток возбуждения с якорем генераторы подразделяются на:
1. генераторы независимого возбуждения;
2. генераторы с самовозбуждением;
2.1. генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые;
2.2. генераторы последовательного возбуждения, или сериесные;
2.3. генераторы смешанного возбуждения, или компаундные.
Магнитоэлектрические генераторы состоят из одного или нескольких постоянных магнитов, в поле которых вращается якорь с обмоткой. Ввиду очень малой вырабатываемой мощности генераторы этого типа для промышленных целей не применяются.
У генератора с независимым возбуждением обмотки полюсов питаются от постороннего, независимого от генератора, источника постоянного напряжения (генератора постоянного тока, выпрямителя и др.).
Генераторы независимого возбуждения делятся на генераторы с электромагнитным возбуждением, в которых обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от постороннего источника (аккумуляторная батарея, вспомогательный генератор или возбудитель постоянного тока, выпрямитель переменного тока), и на магнитоэлектрические генераторы с полюсами в виде постоянных магнитов.
Питание обмотки возбуждения полюсов генератора с самовозбуждением осуществляется со щеток якоря самой машины. Принцип самовозбуждения заключается в следующем.
Генераторы последнего типа изготовляются только на малые мощности. В данной главе рассматриваются генераторы с электромагнитным возбуждением.
В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе.
Во всех генераторах с электромагнитным возбуждением на возбуждение расходуется 0, 3—5% номинальной мощности машины. Первая цифра относится к самым мощным машинам, а вторая — к машинам мощностью около 1 кет.
Принцип работы генераторов постоянного тока
Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами.
Простейший генератор постоянного тока (рис. 3) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то о одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине — приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря.
Рис. 3. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 — полукольцо или коллекторная пластина; I — рама проводника; 3 — щетка
Уравнения генераторов постоянного тока.
Основные соотношения, характеризующие работу машины в качестве генератора, можно представить в виде приведенных ниже уравнений. Эти уравнения справедливы для всех генераторов независимо от способа их возбуждения.
Уравнение равновесия напряжения. Напряжение на выводах генератора U всегда меньше наводимой в обмотке якоря ЭДС Е на значение падения напряжения, т. е.
| U = E - IaΣ ra - Δ Uщ. | (1) |
Падение напряжения в цепи якоря состоит из двух составляющих: IaΣ ra - падение напряжения в обмотках и Δ Uщ. - падение напряжения в щеточном контакте. Сопротивление Σ ra включает в себя сопротивления обмотки якоря и всех последовательно соединенных с ней обмоток. В общем случае
| Σ ra = ra + r д .+ rс + r к, | (2) |
где ra, r д, rс, r к - сопротивления обмоток: якоря, дополнительных полюсов, последовательной и компенсационной.
В зависимости от конкретной схемы генератора часть сопротивлений в (2) будет отсутствовать.
Для приближенных расчетов уравнение (1) можно упростить:
| U = E - Ia Ra, | (3) |
где Ra=Σ ra+rщ. Переходное сопротивление щеточного контакта rщ приближенно принимается постоянным и равным
| rщ = Δ Uщ/ Ia, ном. |
Ток якоря генератора Ia обусловлен ЭДС E и всегда имеет с ней одинаковое направление:
| Ia = (E - U)/Ra. | (4) |
Уравнение баланса мощностей. Это уравнение получим, если правую и левую части (1) умножим на ток Ia:
| UIa = EIa. - I2aΣ ra - Δ UщIa. |
Произведение E Ia=Pэм называется электромагнитной мощностью и представляет собой суммарную электрическую мощность, которая получается в результате преобразования механической мощности. Часть этой мощности расходуется в цепи якоря на электрические потери в обмотках (I2aΣ ra= Pэ, а) и в переходном сопротивлении щеточного контакта (Δ UщIa= Pэ, щ).
Остальная часть мощности, равная произведению UIa, является отдаваемой мощностью генератора. В генераторах независимого возбуждения эта мощность поступает во внешнюю сеть и представляет собой полезную мощность генератора P2:
| P2 = UIa. | (5) |
В генераторах параллельного и смешанного возбуждения полезная мощность P2, отдаваемая в сеть, меньше на значение мощности, затрачиваемой на возбуждение:
| P2 = UIa - Pв. | (6) |
К генератору от двигателя, приводящего во вращение его якорь, подводится механическая мощность P1. Большая часть этой мощности преобразуется в электромагнитную Pэм, а другая ее часть расходуется в генераторе на покрытие механических потерь Pмх (трение в подшипниках, вентиляцию), магнитных потерь в стали якоря Pм и добавочных потерь Pд:
| P1 = Pэм + Pмх.+ Pм + Pд. | (7) |
Для генераторов независимого возбуждения мощность, затрачиваемая на возбуждение, поступает от постороннего источника, поэтому в левой части (7) следует принимать
| P1 = Pэм + Pмх.+ Pм + Pд + Pв. |
Отношение P2/P1=η представляет собой КПД генератора.
Рассмотренное преобразование мощности в генераторах постоянного тока для наглядности можно представить в виде энергетической диаграммы (рис. 2). Эта диаграмма построена для генератора параллельного возбуждения.
Уравнение равновесия моментов. Поделив правую и левую части уравнения (7) на угловую скорость якоря Ω =2π n/60, получим уравнение момента:
| P1/Ω = Pэм/Ω + (Pмх.+ Pм + Pд)/Ω, | (8) |
или
| М1 = М + (Pмх.+ Pм + Pд)/Ω. |
Электромагнитный момент М в генераторе направлен против вращения и равен М=cMIaФ. При увеличении тока Ia возрастает электромагнитный момент и, следовательно, момент и мощность, поступаемая от приводного двигателя.