Генераторные установки переменного тока

| Категория реферата: Рефераты по технологии
| Теги реферата: титульный лист курсовой работы, чужие сообщения
| Добавил(а) на сайт: Harita.

3. Характеристики генераторов

Свойства автомобильного генератора переменного тока определяются рядом характеристик, связывающих между собой следующие основные величины: фазное
Uф, линейное Uл и выпрямленное Ud напряжения; фазный ток Iф; выпрямленный ток Iд нагрузки генератора: ток возбуждения Iв генератора; частоту вращения n генератора.

Характеристики генератора представляют собой зависимость между двумя какими-либо величинами при неизменных значениях остальных величин.
Основными характеристиками являются: характеристика холостого хода - зависимость э.д.с. генератора от тока возбуждения E=f (Iв) при постоянной частоте вращения и токе нагрузки Iн, равном нулю; внешняя характеристика - зависимость выпрямленного напряжения генератора
Ud от тока нагрузки /н при постоянной частоте вращения n и определенном значении тока возбуждения Iв; регулировочная характеристика - зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки /н при неизменном значении линейного напряжения генератора Ud; нагрузочная характеристика - зависимость выпрямленного напряжения генератора Ud от тока возбуждения Iв при неизменном токе нагрузки Iн; токоскоростная характеристика (название характеристики дано Ю. А.
Купеевым) — зависимость тока нагрузки генератора Iн от частоты вращения ротора генератора n и скорости движения автомобиля при неизменных значениях выпрямленного напряжения Ud на зажимах генератора и тока возбуждения генератора Iв.

Автомобильные генераторы привидятся во вращение от двигателя внутреннего сгорания с постоянным передаточным отношением привода, поэтому частота вращения ротора генератора может изменяться от минимального значения, соответствующего частоте вращения коленчатого вала в режиме холостого хода автомобильного двигателя до максимального значения, соответствующего максимальной скорости движения автомобиля.

Отношение минимальной и максимальной частот вращения ротора генераторов может составлять: 1: 12 — для автомобилей с карбюраторными двигателями;
1: 4 — для автомобилей с дизельными двигателями.
Поэтому характеристики автомобильных генераторов в противоположность общепромышленным генераторам снимаются не при одном значении частоты вращения, а при различных значениях частоты вращения n и образуют обычно семейство характеристик, покрывающих весь диапазон изменения частоты вращения от минимальной до максимальной. Характеристика холостого хода, как следует из уравнения э. д. с. генератора, для различных частот вращения выражается семейством характеристик (рис. 13). На рис. 13 ток возбуждения дан в относительных единицах [pic], т. е. по отношению к номинальному току возбуждения.
С другой стороны, э. д. с. холостого хода прямо пропорциональна частоте вращения n, так как при заданном значении тока возбуждения Iв магнитный поток Фв в воздушном зазоре не зависит от частоты вращения.

По характеристике холостого хода определяется начальная частота вращения ротора генератора, при которой напряжение генератора достигает расчетной величины.

В практике характеристику холостого хода определяют или по величине фазной э.д.с. Еф. или по линейному значению э.д.с. [pic], или иногда по значению выпрямленного напряжения холостого хода Ud, практически равного для трехфазной схемы А Н. Ларионова:

[pic]

Внешняя характеристика автомобильного генератора также выражается семейством кривых, соответствующих различным частотам вращения ротора генератора (рис. 14).

Как известно, снижение напряжения при увеличении нагрузки автомобильного генератора происходит: из-за падения напряжения в активном и индуктивном сопротивлениях обмоток статора, из-за размагничивающего действия магнитного потока реакции якоря, уменьшающего магнитный поток в воздушном зазоре, а также из-за падения напряжения в цепи выпрямителя.

Внешние характеристики могут определяться при самовозбуждении или при независимом возбуждении. Схемы соединения для снятия внешних характеристик показаны на рис. 15.

Внешние характеристики при самовозбуждении снимаются по схеме, показанной на рис. 15, а. Каждая характеристика снимается при неизменном значении частоты вращения генератора и неизменном сопротивлении цепи возбуждения.

Верхняя ветвь внешней характеристики на участке АВ (см. рис. 14, а) соответствует устойчивой работе генератора, когда при уменьшении сопротивления нагрузочного реостата напряжение генератора падает медленнее, чем сопротивление, и ток генератора возрастает. Нижняя ветвь внешней характеристики соответствует неустойчивой работе генератора.

Из семейства внешних характеристик, снятых при самовозбуждении, определяется, как правило, величина максимального тока, которая обеспечивается при заданном номинальном или регулируемом значении напряжения.

Семейство внешних характеристик, снятых по схеме независимого возбуждения, изображено на рис. 14, б. Каждая характеристика снимается при определенных значениях частоты вращения ротора генератора и напряжения постоянного тока, подводимого к обмотке возбуждения, что соответствует определенному значению тока возбуждения генератора.

Рис. 15. Электрические схемы соединения генератора при снятии семейства внешних характеристик: а- при самовозбуждении; б — при независимой возбуждении;
B1 — выключатель в цепи возбуждения: В2 — выключатель в цепи нагрузки

В отличие от внешних характеристик, снятых при самовозбуждении, ток короткого замыкания генератора здесь больше номинального тока нагрузки и имеет максимальную величину при максимальной частоте вращения. Значение тока нагрузки, определяемое при независимом возбуждении, больше значения гока нагрузки, определяемого по схеме самовозбуждения, на величину тока возбуждения.
Регулировочная характеристика обычно определяется при нескольких значениях тока нагрузки генератора /н — минимальной, средней и максимальной, и имеет вид, представленный на рис. 16.
Минимальное значение тока возбуждения генератора Iвmin определяется при
Iн = 0 и заданной максимальной частоте вращения ротора генератора. Из регулировочных характеристик обычно определяют диапазон изменения тока возбуждения с изменением тока нагрузки при неизменном значении выпрямленного напряжения Ud= const.

Токоскоростная характеристика генератора может определяться при независимом возбуждении или при самовозбуждении, однако основное практическое значение имеет характеристика, снятая при самовозбуждении.
Электрические схемы соединений генератора для снятия токоскоростных характеристик те же, что и при снятии внешних характеристик (см. рис. 15).
Токоскоростная характеристика генератора In=f(n) имеет значительную кривизну (рис. 17), так как с увеличением частоты вращения п отдаваемый генератором ток /н растет все медленнее. Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения ротора генератора, а следовательно, с увеличением частоты индуктированного в обмотке статора переменного тока увеличивается индуктивное сопротивление обмотки статора генератора, пропорциональное квадрату числа витков в фазе. Вследствие этого с увеличением частоты вращения ток генератора увеличивается медленнее, ассимптотически стремясь к некоторому предельному значению.
Действительно, при замыкании внешней цепи на сопротивление нагрузки индуктированная в обмотке статора электродвижущая сила вызывает ток
[pic] где r — активное сопротивление обмоток статора; R — сопротивление нагрузки;
[pic], где х — индуктивное сопротивление обмотки генератора.
[pic], где Су и Су — постоянные величины.
Подставляя в уравнение тока значения Е и х, получим
[pic]

При малойчастоте вращения ротора величина [pic] мала по сравнению с
(r+R)2 и ею можно пренебречь, тогда[pic]

Как видно из формулы, ток при малой частоте вращения растет пропорционально частоте вращения (начальная часть характеристики на рис.
17).

При возрастании частоты вращения возрастает значение [pic]и при большой частоте вращения можно пренебречь значением (r+R)2; тогда ток будет равен:

[pic] т.е. ток будет равен какой-то постоянной величине, не зависящей от частоты вращения, а определяемой параметрами обмоток генератора и величиной магнитного потока холостого хода.

Рис. 17. Токоскоростные характеристики автомобильного генератора: а—с ограничителем тока в схеме регулирования; б—с самоограничением максимального тока

В зависимости от способа ограничения максимального тока генератора различают два вида токоскоростных характеристик, а именно: с ограничителем тока в схеме регулирования напряжения генератора или с самоограничением максимального тока генератора. В первом случае, когда предельное значение тока генератора при большой частоте вращения больше, чем допустимо по нагреву, выпрямленный ток ограничивается автоматически посредством отдельного элемента — ограничителя тока, входящего в регулирующее устройство (рис. 17, а). Однако это ведет к усложнению конструкции регулирующего устройства, что нежелательно по технико-экономическим и эксплуатационным соображениям.
Для исключения из конструкции регулирующего устройства дополнительного элемента — ограничителя тока, число витков обмотки статора увеличивают и подбирают таким образом, чтобы при увеличении частоты вращения ротора предельное значение тока не превышало допустимой по нагреву величины (рис.
17, б). Тогда ограничитель тока становится излишним, так как генератор приобретает свойство самоограничения отдаваемого им тока. Все современные автомобильные генераторы выполняются с самоограничением отдаваемого ими тока и имеют характеристику, соответствующую рис. 17, б.
Кроме того, различают токоскоростные характеристики в так называемом
«холодном» и «горячем» состоянии генератора, которые экспериментально определяют следующим образом. Генератор устанавливают на стенде, имеющем электрический двигатель для привода во вращение ротора генератора, и приборы, соединенные по схеме, приведенной на рис. 15, а или 15, б. В случае снятия характеристики по схеме рис. 15, б (независимого возбуждения) сначала включают выключатель В1 и реостатом устанавливают напряжение возбуждения, равное номинальной величине (т. е. 14 или 28 В), После этого плавно приводят во вращение ротор генератора и тахометром определяют начальную частоту вращения в режиме холостого хода, при которой выпрямленное напряжение достигает величины 14 или 28 В. Затем включают рубильник В2 и снимают характеристику, увеличивая частоту вращения и подбирая на каждой частоте вращения такое положение реостата нагрузки Rn, чтобы выпрямленное напряжение было равно номинальному напряжению 14 или 28
В. Характеристика, снятая таким образом, соответствует «холодному» состоянию.
Для определения токоскоростной характеристики в «горячем» состоянии генератор в комплекте с регулирующим устройством должен предварительно проработать на стенде в режиме нагрузки расчетным током при частоте вращения 3000—3500 об/мин в течение 1, 5—2 ч, после чего снятие характеристик производится так же, как описано выше.

Под расчетным током /р, величина которого определяет размеры и массу генератора, подразумевают: в случае применения в схеме регулирования ограничителя тока (рис. 17, а) — максимальный ток генератора, ограничиваемый ограничителем тока; в генераторе с самоограничением—величину тока нагрузки /р, равную 70—75% от максимальной величины тока самоограничения генератора (рис. 17, б). Частоту вращения ротора генератора, соответствующую расчетному току нагрузки, называют расчетной частотой вращения nр, а режим работы генератора при расчетном токе /р и расчетной частоте вращения Мр — расчетным режимом.