Д) Генератор со смешанным возбуждением

Схема генератора со смешанным возбуждением приведена на рис. 5-54. Можно ее изменить, соединив конец параллельной обмотки возбуждения a с точкой b. Полученная в этом случае схема принципиально не будет отличаться от приведенной на рис. 5-54.

Рис. 5-54. Генератор со смешанным возбуждением.

Мы видели, что у генератора с параллельным возбуждением напряжение при увеличении нагрузки падает и что для поддержания его постоянным нужно увеличивать ток возбуждения.

В генераторе со смешанным возбуждением последовательная обмотка при увеличении нагрузки автоматически увеличивает магнитный поток соответственно току, проходящему по ней.

Таким образом, создается возможность иметь почти постоянное напряжение при любых нагрузках. Внешняя характеристика генератора имеет вид, представленный на рис. 5-55 (кривая а). Для получения этой характеристики последовательную обмотку нужно присоединить таким образом, чтобы поток, создаваемый ею, складывался с потоком, создаваемым параллельной обмоткой. Такое соединение последовательной обмотки называется согласным. Оно наиболее часто применяется на практике. При встречном (дифференциальном) включении обеих обмоток — последовательной и параллельной — напряжение при увеличении нагрузки будет резко падать (кривая с на рис. 5-55).

Рис. 5-55. Внешние характеристики генераторов со смешанным возбуждением.

В некоторых случаях применяются генераторы, которые автоматически поддерживают приблизительно постоянное напряжение в конце линии на зажимах приемников. Их внешняя характеристика представлена на рис. 5-55 (кривая b).

5-10. Двигатели

а) Общие вопросы теории.

Для того чтобы двигатель вращался с постоянной скоростью, развиваемый им момент М должен равняться тормозящему моменту нагрузки М_ст:

М_с = М_ст. (5-51)

Если это равенство нарушается, то скорость вращения двигателя уменьшается или увеличивается до тех пор, пока снова момент двигателя не будет уравновешен моментом нагрузки.

Устойчивая работа двигателя постоянного тока, так же как и асинхронного двигателя (см. § 3-14,а), может быть только при выполнении условия

. (5-52)

Это условие выполняется при кривых изменения моментов М и М_ст, показанных на рис. 5-56,а, и не выполняется при кривых, показанных на рис. 5-56,б. Действительно, в случае кривых рис. 5-56,а при возмущении режима работы, вызвавшем увеличение скорости вращения (положительное приращение Dn), после прекращения возмущения двигатель вернется в исходную точку, так как тормозящий момент М_ст больше момента двигателя М (DM_ст>DМ); при отрицательном приращении Dn момент двигателя М больше тормозящего момента М_ст (DM>DМ_ст), следовательно, двигатель после прекращения возмущения также вернется в исходную точку. Обратные соотношения получаются в случае кривых моментов рис. 5-56,б; при таких кривых двигатель не может работать устойчиво.

Рис. 5-56. Кривые вращающих моментов. М—двигателя; М_ст — нагрузочного.

Обычно для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы при увеличении его скорости вращения развиваемый им вращающий момент уменьшался.

Для изменения направления вращения (для реверсирования) двигателя нужно изменить или направление магнитного потока, или направление тока в обмотке якоря; одновременное же изменение направлений потока и тока якоря не приведет к изменению направления вращения, в чем мы можем убедиться, пользуясь "правилом левой руки".

При пуске двигателей в ход, т. е. при включении их в сеть, необходимо последовательно с обмоткой якоря соединить добавочное сопротивление, которое называется пусковым реостатом.

Если бы не было в цепи якоря пускового реостата, то при пуске в первый момент мы получили бы ток в якоре (здесь мы пренебрегаем влиянием индуктивности цепи якоря, которая несколько уменьшает пусковой ток в начальный период)

, (5-53)

где Sr — сумма всех сопротивлений внутренней цепи якоря (включая и сопротивление переходных контактов щеток). Так как сопротивление Sr мало, то ток в якоре получился бы во много раз больше номинального.

Для примера возьмем нормальный двигатель мощностью 10 кВт при напряжении U_н = 110 В, номинальном токе I_н = 108 F и сопротивлении Sr = 0,08 Ом. Начальный пусковой ток этого двигателя, если бы мы его включили в сеть без пускового реостата, был бы

, А,

т. е. превосходил бы почти в 13 раз номинальный ток.

От такого тока могли бы пострадать обмотка якоря и прежде всего коллектор и щетки. Поэтому необходимо последовательно с якорем включать добавочное сопротивление r_д, чтобы пусковой ток, равный теперь

, (5-54)

не превышал допустимого для двигателя. Так как время пуска сравнительно невелико, то пусковой ток берут несколько больше номинального, доводя его для небольших двигателей до двукратного значения номинального тока.

При пуске двигатель развивает начальный пусковой момент. Двигатель начинает вращаться; в его обмотке якоря начинает наводиться э.д.с. E_a. Применяя "правило левой руки", найдем направление вращения двигателя; применяя при этом "правило правой руки", найдем, что наведенная в якоре э.д.с. направлена против тока и, следовательно, против приложенного к двигателю напряжения. Поэтому она называется противо-э.д.с. или обратной э.д.с. Ее роль при работе машины двигателем была впервые выяснена в работах Э. X. Ленца и Б. С. Якоби.

При вращении двигателя ток в якоре определяется равенством

. (5-55)

По мере нарастания скорости вращения и пропорциональной ей обратной э.д.с. Е_а добавочное сопротивление нужно уменьшать, т. е. выводить пусковой реостат. Выводить пусковой реостат нужно постепенно, чтобы успевали расти скорость вращения и обратная э.д.с.

Ток в якоре при нормальной работе двигателя, когда выведен весь реостат,

. (5-56)

Согласно изложенному выше можем написать уравнение напряжений двигателя:

U = E_a + I_aSr. (5-57)

Найдем скорость вращения двигателя. Из (5-14) следует:

E_a = c_эnF; (5-58)

отсюда, учитывая (5-57), получим:

, (5-59)

где - постоянная величина.

Из (5-59) следует, что скорость вращения прямо пропорциональна э.д.с. якоря Еа и обратно пропорциональна магнитному потоку Ф.

В зависимости от способа возбуждения различают двигатели: с параллельным, с последовательным и со смешанным возбуждением.