Режим генератора постоянного тока

Генератор постоянного тока вращается с помощью асинхронного двигателя с частотойn (Рис.6.11). Согласно II закону Кирхгофа напряжение на зажимах генератора будет:

Рис.6.11.

Когда токI течет по обмотке якоря, возникает электромагнитный момент сопротивления.

То есть имеем:

Механическая мощность на валу двигателя преобразуется в электрическую мощность генератора и уравнение баланса мощностей будет:

Преобразование механической энергии в электрическую удобно объяснить с помощью диаграммы мощностей (Рис.6.12) и тогда КПД генератора можно выразить следующей формулой:

Рис.6.12.

На этом рисунке представлены следующие величины: DPмех- механические потери мощности на трение в подшипниках; DPя- электрические и магнитные потери в якоре; DPв- потери мощности на возбуждение (в статоре).

Для объяснения принципа действия генератора постоянного тока используем логическую диаграмму (Рис.6.13).

Рис.6.13.

С помощью диаграммы определим последовательность явлений и событий:

1) приводной двигатель создает момент М_дв и вращает с частотой n якорь генератора;

2) под действием напряжения U_впо цепи статора течет ток I_в, который создает магнитный поток Fв;

3) согласно закону электромагнитной индукции (ЭМИ) этот поток наводит ЭДС Е. Если цепь якоря замкнута, то по ней течет ток I_я и на зажимах генератора возникает напряжение U = E - I_я r_вн.

4) ток I_я создает магнитный поток Fя, который суммируется с потоком Fв,образуя рабочий поток Fp(Fp= Fв + Fя). Этот же ток I_я, вступая во взаимодействие с рабочим потоком Fpсоздает электромагнитные силы (ЭМС) и соответствующий противодействующий момент М_г.

Характеристики генераторов постоянного тока

Основными характеристиками ГПТ являются:

- внешняя характеристика U = f(I) , n = const., Iв= const.;

- регулировочная характеристика Iв= f(I) , n = nн, U = Uн ;

- характеристика холостого хода E = f(Iв), I = 0, n = nн.

Эти характеристики зависят от способа возбуждения генератора.

Генератор с независимым возбуждением

Генератор с независимым возбуждением показан на рис.6.14.

Рис.6.14.

В этом случае статор питается от дополнительного источника. Внешняя характеристика такого генератора U = f(I) представлена на рис. 6.15. Без нагрузки имеем напряжение холостого хода U_o = E , которое в дальнейшем уменьшается, по мере увеличения тока I.

Рис.6.15 Рис.6.16

При номинальной нагрузке падение напряжения DU достигает 8 - 10% от величины ЭДС E.

Для компенсации падения напряжения необходимо увеличивать ток возбуждения при возрастании нагрузки согласно регулировочной характеристики генератора Iв= f(I)(Рис.6.16).

Единственным недостатком такого генератора является наличие дополнительного источника для цепи возбуждения, что уменьшает КПД машины в целом.