Разработка и производство сервоприводов,
бесколлекторных и вентильных двигателей, движитель (трастер) для телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА, ROV)

Адрес: Москва, ул.Большая Переяславская, д.9+7(985)928-61-99
Литье пластика на заказ
ДОКУМЕНТАЦИЯ

§5.3. Генераторы постоянного тока. Основные характеристики

Генераторы постоянного тока различных систем возбуждения можно объединить в две основные группы: генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением, к которым относятся генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Генератор независимого возбуждения.


Рис.5.11

Основные статистические характеристики генераторов анализируются при постоянной угловой скорости приводного двигателя.
    Характеристика х.х. Eя= f(Iв)при Iя= 0 генератора независимого возбуждения (рис.5.11) изображена на рис.5.12, а.


Рис.5.12

Вид такой характеристики можно наиболее просто объяснить на основе формулы (5.6), в которой зависимость потока Фвот тока возбуждения Iв определяется петлей намагничивания магнитопровода машины. Характеристика х.х. снимается путем уменьшения от значения примерно 1,25 Iв.ном до (-1,25 Iв.ном) (нисходящая ветвь) и затем увеличения до прежнего значения ( восходящая ветвь ). При Iв=0 в магнитопроводе сохраняется поток остаточного намагничивания и в якоре наводится остаточная ЭДС , составляющая 1–4% от номинальной. За расчетную характеристику х.х. принимается средняя линия.
    Внешняя характеристика строится на основании уравнения равновесия ЭДС и напряжений в цепи якоря, составленного по второму закону Кирхгофа в установившемся режиме:

Uя= Eя- IяRя,    (5.11)
где Rя - сопротивления обмотки якоря.

Эта характеристика, построенная без учета реакции якоря, изображена на рис.5.12,б сплошной линией. Характеристика жесткая, так как ток и поток возбуждения не зависят от тока якоря, а падение напряжения IяRя на обмотке якоря в номинальном режиме составляет 5–15% от ЭДС. Отклонение внешней характеристики от линейного закона ( штрих-пунктирная линия ) может быть вызвано реакцией якоря. При изменении от Rн до 0 ток якоря непрерывно возрастает.
    Регулировочная характеристика Iв = f(Iя)при Uя =const определяет тот закон, по которому нужно изменять ток возбуждения и соответственно ЭДС якоря, чтобы выходное напряжение сохранялось постоянным при любом токе якоря. Как следует из (5.11) и (5.6), для этого при увеличении тока Iя необходимо увеличивать ток Iв (рис.5.12,в).

Генератор параллельного возбуждения.
    Отличительной особенностью генераторов с самовозбуждением является то, что для возбуждения машины не требуется внешний источник. Принцип самовозбуждения рассмотрим на примере генератора параллельного возбуждения (рис.5.13, а) в режиме х.х.


Рис.5.13

Самовозбуждение генератора начинается при выполнении двух условий:
а) в машине имеется поток остаточного намагничивания Фост;
б) полярность включения обмотки возбуждения и направления вращения якоря таковы, что возникающий ток возбуждения создает магнитный поток, направленный согласно с Фост.
    В реальных машинах постоянного тока, хотя бы раз намагниченных, длительное время сохраняется остаточный поток. При вращении якоря поток Фост наводит ЭДС Eя ост в обмотке якоря, на обмотке возбуждения появляется напряжение х.х. Uя ост,и по обмотке возбуждения начинает протекать небольшой ток . Этот ток создает магнитный поток , направленный согласно с Фост и усиливающий Ея. Усиливается ток возбуждения, и процесс возбуждения продолжается по описанному выше циклу.
     Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения
(рис.5.13, б) , где ток нагрузки Iн=Iя-Iв, отличается от характеристики генератора независимого возбуждения, так как уменьшение Uя при увеличении Iн приводит одновременно к уменьшению Iв и соответственно Ея. Характеристика становится менее жесткой. Кроме того, в режиме к.з. напряжение Uв=Uя =0 и ЭДС и ток якоря должны быть равны нулю. Однако в реальном генераторе при Uв = 0 поток Ф ≠ 0 и равен потоку Фост. Этот поток наводит ЭДС в якоре, и по нему протекает ток к.з. Iк.з., но значение этого тока к.з. невелико. Таким образом, при изменении Rн от ∞ до 0 токи Iн и Iz соответственно возрастают только до некоторого значения, называемого критическим Iкр., и затем убывают.
    Регулировочная характеристика и характеристика х.х. генератора параллельного возбуждения имеют такой же вид, как и у генератора независимого возбуждения.

Динамические характеристики.
    Динамические характеристики рассмотрим на примере анализа переходных процессов в генераторе независимого возбуждения при подаче на обмотку возбуждения напряжения постоянного тока Uв. При анализе примем допущения о линейности кривой намагничивания машины и отсутствии реакции якоря. Переходный процесс в цепи возбуждения описывается дифференциальным уравнением, составленным по второму закону Кирхгофа:

Uв= iвRв + Lв· diв/dt,    (5.12)
где Rв и Lв - активное сопротивление и индуктивность обмотки возбуждения.

ЭДС якоря определяется в соответствии с ( 5.6 )

eя=kkфωiв , (5.13)
где kф - коэффициент пропорциональности между потоком и током возбуждения: Ф= kфiв.

Определяем из (5.13) ток и подставляем полученное выражение в (5.12). В результате получаем дифференциальное уравнение, определяющее переходный процесс в генераторе в режиме х.х.:

deя/dt ·(Lв /Rв) + ея= kkфωUв /Rв.    (5.14)

Переходная функция, определяющая закон изменения во времени выходной величины при ступенчатом изменении входной величины, находится как решение дифференциального уравнения ( 5.14 ) при нулевых начальных условиях ( t = 0, eя= 0).
   Это экспонента

eя = Eя (1-e[t/τв]),    (5.15)
где τв – электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения;
Eя = ku0 Uв- установившееся значение ЭДС якоря.

Коэффициент передачи (усиления) генератора по напряжению в режиме х.х. ku0 представляет собой отношение приращений ЭДС якоря и напряжения возбуждения в установившемся режиме:

ku0 = kkфω /Rв. (5.16)

Уравнение (5.14) в операторной форме с учетом (5.16) имеет вид

τвp eя(p)+ eя(p)= ku0Uв(p).    (5.17)

На основании (5.17) записываем передаточную функцию генератора:

W(p) = eя(p) /uв(p) = ku0 /(τвp+1).    (5.18)

Из выражения (5.18) видно, что генератор независимого возбуждения в режиме х.х. является апериодическим звеном.
Переходные процессы в режиме нагрузки естественно отличаются от процессов при х.х. При этом характер отличий существенно зависит от характера нагрузки. В качестве примера рассмотрим простейший случай: генератор работает на активную нагрузку Rн. Уравнения, составленные по второму закону Кирхгофа для цепи якоря и нагрузки, при записи в операторной форме имеют вид

eя(p)= (Rя +Lяp)iя(p)+uн(p),   (5.19)

uн(p) = Rнiя(p),    (5.20)

где iя(p) и uн(p)- операторные изображения тока якоря и напряжения на нагрузке; Rя и Lя - индуктивность и активное сопротивление обмотки якоря. Подставляя iя(p) из (5.20) в (5.19) и затем из (5.19) в (5.17), получим операторное уравнение

вp+1)(τянp+1)uн(p) = kuuв(p),    (5.21)

где τян = Lя /(Rя+Rн) – постоянная времени цепи якорь–нагрузка;
ku= ku0Rн /(Rя+Rн)– коэффициент передачи по напряжению при нагрузке.
На основании (5.21) получаем передаточную функцию

W(p) = uн(p) /uв(p) = ku /(τвp+1)(τянp+1),    (5.22)

т.е. при активной нагрузке генератор можно представить двумя последовательно включенными апериодическими звеньями.


Назад | Оглавление | Вперед
+7(985)928-61-99 Москва, ул.Большая Переяславская, д.9