Принцип и условия самовозбуждения генератора постоянного тока

Генератор 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:

$е1 = B*l*v*sinwt$

$e2 = B*l*v*sin(wt+п) = -B*l*v*sinwt$

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:

$е = 2*В*l*v*sinwt$

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:

1. генераторы с самовозбуждением, к которым относятся генераторы с последовательным, параллельным и смешанным возбуждением,
2. 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:

$U0 = Iвrв$

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.