El principio de funcionamiento del generador se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética. Si un marco con conductores activos ab y cd (Fig. 3.1, a) gira en el campo de imanes permanentes NS, entonces, de acuerdo con la ley de inducción electromagnética, se produce un EMF en los conductores ab y cd:

donde B es inducción campo magnético;

1 - la longitud del conductor activo;

V - velocidad circunferencial del conductor;

sen α - el ángulo entre la dirección del campo magnético lineas de fuerza y la dirección de movimiento del conductor en el momento considerado.

Arroz. 3.1. El principio del generador. corriente continua

Si los extremos de los conductores están conectados a los anillos y desde ellos, a través de los cepillos 1 y 2, alimentan el circuito de carga de la lámpara Rn, entonces cuando el interruptor de cuchilla P está cerrado, la corriente I H fluirá a través del circuito, también cambiando de acuerdo con una ley sinusoidal , es decir. corriente alterna. Para rectificar esta EMF variable, conectamos los conductores ab y cd no a los anillos, sino a los medios anillos (Fig. 3.1, b). Las escobillas 1 y 2 están instaladas de tal manera que se mueven de un medio anillo a otro en el momento en que no hay EMF en los conductores del marco (el marco gira 90 ° con respecto al eje longitudinal de los polos, es decir, situado a lo largo eje transversal polos). En este caso, la FEM de una dirección se aplica a las escobillas 1 y 2 durante una revolución completa del marco, aunque en los conductores ab y cd la FEM sigue siendo variable.

Bajo la acción de un EMF en una dirección, una corriente de 1 V fluirá a través del circuito de carga, en una dirección, pero pulsante. La escobilla 2, desde la cual fluye la corriente hacia el circuito externo (carga), se considera positiva ("positiva"), y la escobilla 1, hacia la cual fluye la corriente, se considera negativa ("menos").

Por lo tanto, el uso de medios anillos en lugar de anillos hizo posible obtener una corriente en una dirección en el circuito de carga, aunque se produce una FEM variable en los conductores del marco, es decir los medios anillos son un rectificador mecánico. Para reducir el rizado de la corriente rectificada y obtener gran importancia EMF en los cepillos 1 y 2 del generador de CC, se utiliza una gran cantidad de placas, ubicadas en el colector, y una gran cantidad de conductores de armadura activos.

En los generadores de corriente continua reales, el campo magnético no es creado por imanes permanentes, sino por devanados de excitación ubicados en los núcleos de los polos. Se crea un campo magnético con un flujo F (Fig. 3.2) debido al flujo de corriente Ib, en el devanado de excitación W B. En los generadores debajo del automóvil, el devanado está conectado en paralelo con el devanado de armadura I - a los cepillos 1 y 2 .

Figura 3.2. Diagrama de cableado generador de corriente continua

con excitación paralela

Debido a la magnetización residual de los núcleos polares, el generador siempre tiene un pequeño campo magnético (flujo magnético). A medida que el automóvil se mueve, la armadura gira en este débil campo magnético. Bajo su acción, surge un EMF en los conductores del devanado del inducido, de modo que aparece un pequeño EMF rectificado por el colector en las escobillas, bajo cuya acción la corriente de excitación fluye a través del devanado de excitación. La corriente de excitación provocará la aparición de un flujo magnético, que es de mayor importancia que el flujo de magnetismo residual, por lo tanto, se presenta en las escobillas una FEM de mayor magnitud: E=C E nF, donde C E es el coeficiente de diseño de la generador; n - velocidad de armadura, rpm; Ф - flujo magnético creado por los devanados de excitación.

Un EMF grande provocará un aumento en la corriente de excitación (de acuerdo con la ley de Ohm I B \u003d E / r B, donde r B es la resistencia del devanado de excitación, lo que conducirá a un aumento adicional en EMF, etc. El generador propio -excita Cuando el interruptor R se cierra bajo la acción de EMF a través de una resistencia Rn, la corriente de carga fluirá, lo que provocará una caída de voltaje a través de la resistencia r V del devanado del inducido, igual a I r I. Esto significa que el voltaje en los cepillos 1 y 2 será menor que el EMF por el valor de esta caída de voltaje, es decir

U \u003d E - I r I, o U \u003d C E nФ - I r I.

De la última fórmula se deduce que el voltaje depende de la velocidad del generador, es decir velocidad del vagón; del flujo magnético creado por los devanados de excitación, que a su vez depende de la corriente de excitación; de la corriente de carga del generador (cuanto mayor sea la corriente de carga, menor será el voltaje).

1. Información General

Los generadores de CC se utilizan en centrales eléctricas como fuentes. energía eléctrica. Cuando el generador está funcionando, su armadura es accionada por un motor impulsor y se suministra corriente continua al devanado de excitación para crear el flujo magnético principal. Como resultado, se induce una FEM en el devanado del inducido del generador. E=CwF ya sus salidas se puede conectar un consumidor de energía eléctrica (carga).

Dependiendo del método de alimentación de los devanados de excitación, se separan los generadores con excitación independiente y autoexcitación.

En un generador con excitación independiente, el devanado de excitación ubicado en los polos principales se alimenta con corriente. 1 A de una fuente externa de corriente continua que no tiene conexión eléctrica con el devanado del inducido. Los generadores de baja potencia se pueden excitar de forma independiente mediante imanes permanentes. En un generador autoexcitado, el devanado de excitación se alimenta desde los terminales del circuito del inducido del generador. Dependiendo del esquema de conexión del devanado de excitación, los generadores se distinguen con excitación paralela, en serie y mixta. Para generadores con excitación en paralelo, el devanado de excitación está conectado en paralelo con el devanado del inducido y la carga; con excitación en serie - en serie con el devanado del inducido y la carga. Los generadores con excitación mixta tienen dos devanados de excitación en los polos principales, a través de los cuales fluyen las corrientes de excitación. 1 A y yo v2. Uno de ellos está conectado en paralelo con el devanado del inducido y el otro en serie con él.

Para la excitación electromagnética de los generadores, se consume 0,3 ... 5% de su potencia nominal. La excitación independiente se usa en generadores de alta potencia, así como en generadores de bajo voltaje. El esquema de excitación secuencial en generadores prácticamente no se utiliza. Los diagramas esquemáticos de generadores de CC con diferentes sistemas de excitación se muestran en la Figura 4.1. Designaciones del comienzo y el final de los devanados según GOST: devanado de armadura - I1, I2; bobinado de polos adicionales -D1, D2; devanado de compensacion - k1, K2; devanado de excitación independiente - METRO1, M2; devanado de excitación paralelo (shunt) - SH1, SH2; devanado de excitación en serie (serie) - CI, C2.

En el modo de ralentí del generador, se aplica un momento insignificante del motor primario a su eje. METRO 1 momento de superación del generador METRO 0 , debido a los pares de frenado que surgen durante su operación de fuerzas de fricción, corrientes de Foucault en

armadura y otros fenómenos electromagnéticos. Cuando se conecta a los terminales del circuito de armadura de resistencia de carga RH la corriente fluiré en el devanado del inducido, a partir de cuya interacción con el campo magnético de excitación se crea un par electromagnético de frenado M=SFyo, también superado por el motor principal. El balance de energía total en un generador autoexcitado se puede representar como

dónde - pérdidas de ventilación y potencia mecánica debidas a la fricción; - pérdidas magnéticas (por histéresis y corrientes de Foucault); - pérdidas adicionales; - pérdida de potencia para la excitación.

La eficiencia del generador es la relación entre la potencia útil R 2 , dada por el generador a la carga, a la potencia mecánica R 1 , conectado al generador,

dónde - suma de pérdidas de potencia .

§ 111. MÉTODOS DE EXCITACIÓN DE GENERADORES DC

Los generadores de CC se pueden fabricar con excitación magnética y electromagnética. Para crear un flujo magnético en generadores del primer tipo, se utilizan imanes permanentes,

y en generadores del segundo tipo - electroimanes. Los imanes permanentes se utilizan únicamente en máquinas de muy baja potencia. Por lo tanto, la excitación electromagnética es el método más utilizado para crear flujo magnético. Con este método de excitación, el flujo magnético es creado por la corriente que fluye a través del devanado de excitación.

Según el método de alimentación del devanado de excitación, los generadores de CC pueden excitarse y autoexcitarse de forma independiente.

Con excitación independiente (Fig. 143, a), el devanado de excitación está conectado a la red de una fuente de energía auxiliar de CC. Para regular la corriente de excitación Iv, se incluye una resistencia r p en el circuito de bobinado. Con tal excitación, la corriente Iv no depende de la corriente en la armadura Ia.

La desventaja de los generadores. excitación independiente es la necesidad de una fuente adicional de energía. A pesar de que esta fuente suele tener una potencia baja (un pequeño porcentaje de la potencia de los generadores), su necesidad es un gran inconveniente, por lo que los generadores de excitación independientes encuentran un uso muy limitado solo en máquinas. Alto voltaje, en el que el suministro del devanado de excitación desde el circuito del inducido es inaceptable por razones de diseño.

Los generadores autoexcitados, dependiendo de la inclusión del devanado de excitación, pueden ser de excitación paralela (Fig. 143, b), en serie (Fig. 143, c) y mixta (Fig. 143, d).

Para generadores de excitación en paralelo, la corriente es pequeña (un pequeño porcentaje Corriente nominal armadura), y el devanado de excitación tiene un gran número de vueltas. Con excitación en serie, la corriente de excitación es igual a la corriente de armadura y el devanado de excitación tiene un pequeño número de vueltas.

Con excitación mixta, se colocan dos devanados de excitación en los polos del generador: paralelo y en serie.

El proceso de autoexcitación de los generadores de CC procede de la misma manera para cualquier esquema de excitación. Por ejemplo, en generadores excitación paralela, que han recibido la aplicación más amplia, el proceso de autoexcitación procede de la siguiente manera.

Cualquier motor primario hace girar la armadura del generador, el circuito magnético (yugo y núcleos de los polos) que tiene un pequeño flujo magnético residual F 0 . Este flujo magnético en el devanado de la armadura giratoria es inducido e. ds E 0 , que es un pequeño porcentaje del voltaje nominal de la máquina.

Bajo la influencia de E. ds E 0 en un circuito cerrado que consta de una armadura y un devanado de excitación, fluye una corriente Iv. La fuerza de magnetización del devanado de excitación Ivw (w es el número de vueltas) se dirige de acuerdo con el flujo de magnetismo residual, aumentando el flujo magnético de la máquina Ф, lo que provoca un aumento en ambos e. ds en el devanado de armadura E, y la corriente en el devanado de excitación Iv. Un aumento en este último provoca un aumento adicional en F, que a su vez aumenta E e Iv.

Debido a la saturación del acero del circuito magnético de la máquina, la autoexcitación no ocurre indefinidamente, sino hasta cierto voltaje, dependiendo de la velocidad de rotación de la armadura de la máquina y la resistencia en el circuito de devanado de excitación. . Cuando el acero del circuito magnético se satura, el aumento del flujo magnético se ralentiza y finaliza el proceso de autoexcitación. El aumento de la resistencia en el circuito del devanado de excitación reduce tanto la corriente en él como el flujo magnético excitado por esta corriente. Por lo tanto, la fem disminuye. Con. y el voltaje al que se excita el generador.

Cambiar la velocidad de rotación de la armadura del generador provoca un cambio en la fem. s, que es proporcional a la velocidad, como resultado de lo cual también cambia el voltaje al que se excita el generador.

La autoexcitación del generador ocurrirá solo bajo ciertas condiciones, que son las siguientes:

1. >Presencia de flujo de magnetismo residual. En ausencia de este flujo, no se creará e. ds mi 0, bajo cuya influencia comienza a fluir una corriente en el devanado de excitación, de modo que la excitación del generador será imposible. Si la máquina está desmagnetizada y no tiene magnetización residual, entonces debe pasar una corriente continua a través del devanado de excitación desde alguna fuente extraña de energía eléctrica. Después de apagar el devanado de excitación, la máquina volverá a tener un flujo magnético residual.

2. El devanado de excitación debe conectarse de acuerdo con el flujo de magnetismo residual, es decir, de modo que la fuerza magnetizante de este devanado aumente el flujo de magnetismo residual.

Cuando el devanado de excitación se enciende en la dirección opuesta, su fuerza de magnetización reducirá el flujo magnético residual y, durante una operación prolongada, puede desmagnetizar completamente la máquina. Si el devanado de excitación resultó estar encendido en la dirección opuesta, entonces es necesario cambiar la dirección de la corriente en él, es decir, cambiar los cables adecuados para los terminales de este devanado.

3. La resistencia del circuito de devanado de excitación debe ser excesivamente grande, con una resistencia muy alta del circuito de excitación, la autoexcitación del generador es imposible.

4. La resistencia de la carga externa debe ser grande, ya que con una resistencia baja, la corriente de excitación también será pequeña y no se producirá la autoexcitación.

11. Generador de CC con excitación en paralelo: principio de funcionamiento, condiciones de autoexcitación, características.

Generador de excitación en derivación. En este generador (Fig. 8.47, a) el devanado de excitación está conectado a través de un reóstato de ajuste en paralelo con la carga. Como consecuencia, en esto En este caso, se utiliza el principio de autoexcitación, en el que el devanado de excitación se alimenta directamente del devanado del inducido del generador. La autoexcitación del generador solo es posible bajo ciertas condiciones. Para establecerlos, considere el proceso de cambio de corriente en el circuito "devanado de campo - devanado de armadura" en el modo inactivo. Para el circuito en consideración, obtenemos la ecuación

dónde mi y i c - valores instantáneos de EMF en el devanado de armadura y corriente de excitación; Σ R en = R en + R r.v - resistencia total del circuito de excitación del generador (resistencia Σ R y puede despreciarse, ya que es mucho menor que Σ R en); L c es la inductancia total de los devanados de excitación y armadura. Todos los términos incluidos en (8.59) se pueden representar gráficamente (Fig. 8.47, b). campos electromagnéticos mi en algún valor i en la corriente de excitación se puede determinar por la característica OA el ralentí del generador y la caída de tensión i en Σ R c - según la característica corriente-voltaje VO sus circuitos de excitación. Característica VO es una línea recta que pasa por el origen en un ángulo y con el eje x; donde tg γ= Σ R en. De (8.59) tenemos

Por lo tanto, si la diferencia ( mi - i en Σ R c) > 0, entonces la derivada di en / dt> 0, y hay un proceso de aumento de la corriente de excitación i en.

El estado estacionario en el circuito del devanado de excitación se observa cuando di en / dt= 0, es decir, en el punto de intersección DE características inactivas OA con una línea recta VO. En este caso, la máquina funciona con cierta corriente de excitación constante yo v0 y fem mi 0 = tu 0 .

De la ecuación (8.60) se deduce que para la autoexcitación del generador se deben cumplir ciertas condiciones:

1) el proceso de autoexcitación puede comenzar solo si en el momento inicial ( i c \u003d 0) se induce algo de EMF inicial en el devanado del inducido. Tal EMF puede ser creado por un flujo de magnetismo residual, por lo tanto, para iniciar el proceso de autoexcitación, es necesario que el generador tenga un flujo de magnetismo residual que, cuando la armadura gira, induce un EMF en su devanado. mi descansar. Normalmente hay un flujo de magnetismo residual en la máquina debido a la presencia de histéresis en su sistema magnético. Si no existe tal flujo, entonces se crea al pasar una corriente desde una fuente externa a través del devanado de excitación;

2) durante el paso de la corriente i en el devanado de su excitación SMD F en debe estar dirigido de acuerdo con el MMF del magnetismo residual F Oct. En este caso, bajo la acción de la diferencia mi- i en Σ R en el proceso de aumentar la corriente i c, flujo magnético de excitación F c y EMF mi. Si estos MMF están dirigidos de manera opuesta, entonces el MMF del devanado de excitación crea un flujo dirigido contra el flujo de magnetismo residual, la máquina se desmagnetiza y el proceso de autoexcitación no podrá comenzar;

3) diferencia positiva mi- i en Σ R c, necesario para aumentar la corriente de excitación i de cero a estado estacionario yo v0, puede ocurrir solo si está en el rango especificado de cambio actual i En linea recta transmisión exterior ubicado debajo de la característica de velocidad de ralentí OA. Con un aumento en la resistencia del circuito de excitación Σ R el ángulo de inclinación aumenta γ directo transmisión exterior al eje actual yo en y en algún valor crítico del ángulo γ cr (correspondiente al valor de resistencia crítica Σ R c.cr) recto OV" coincide prácticamente con la parte rectilínea de la característica de ralentí. En este caso mi≈ i en Σ R y el proceso de autoexcitación se vuelve imposible. Como consecuencia, para la autoexcitación del generador es necesario que la resistencia del circuito de excitación sea inferior al valor crítico.

Si los parámetros del circuito de excitación se eligen de modo que Σ R en< ΣR v.cr, entonces en el punto DE se asegura la estabilidad del modo de autoexcitación. Con una disminución accidental de la corriente. i por debajo del estado estacionario yo en 0 o aumentarlo sobre yo in0, surge una diferencia positiva o negativa, respectivamente ( mi- i en Σ R c), buscando cambiar la corriente i en para que vuelva a ser igual yo en0 . Sin embargo, para Σ R c > Σ R c.cr se viola la estabilidad del modo de autoexcitación. Si, durante la operación del generador, la resistencia del circuito de excitación aumenta Σ R en hasta un valor mayor que Σ R v.cr, entonces su sistema magnético se desmagnetiza y la EMF disminuye a mi descansar. Si el generador comenzó a trabajar en Σ R c > Σ R v.kr, entonces no podrá autoexcitarse. Como consecuencia, condiciónΣ R en< ΣR c.cr limita el rango posible de regulación de la corriente de excitación del generador y su voltaje. Por lo general, es posible disminuir el voltaje del generador aumentando la resistencia Σ R c, solo hasta (0.6-0.7) tu nom. Característica externa del generador es una dependencia U = f(yo m) en norte= constante y R en = constante (curva 1, arroz. 8.48). Se encuentra debajo de la característica externa del generador con excitación independiente (curva 2). Esto se debe a que en el generador considerado excepto por dos razones que causan una disminución en el voltaje al aumentar

carga (caída de voltaje en la armadura y el efecto desmagnetizador de la reacción de la armadura), hay una tercera razón: una disminución en la corriente de excitación I en = tu/Σ R en, que depende de la tensión U, es decir, de la corriente yo norte.

El generador solo se puede cargar hasta una cierta corriente máxima yo cr. Con una mayor disminución en la resistencia de carga R n actual yo norte = tu/R n comienza a disminuir, a medida que el voltaje tu cayendo más rápido que disminuyendo R norte. trabajar en el sitio abdominales las características externas son inestables; en este caso, la máquina cambia al modo de funcionamiento correspondiente al punto b, es decir, en el modo cortocircuito.

La acción de las causas que causan una disminución en el voltaje del generador con el aumento de la carga se ve especialmente claramente a partir de la consideración de la Fig. 8.49, que muestra la construcción de una característica externa según la característica de ralentí y el triángulo característico.

La construcción se lleva a cabo en el siguiente orden. a través del punto D en el eje de ordenadas correspondiente a la tensión nominal se traza una recta paralela al eje de abscisas. El vértice se encuentra en esta línea. PERO triángulo característico correspondiente a la carga nominal; pierna AB debe ser paralelo al eje y, y el vértice DE debe estar en la característica de ralentí 1. Por origen y vértice PERO directo 2 a la intersección con la característica de ralentí; esta línea recta es la característica corriente-voltaje de la resistencia del circuito de devanado de excitación. En la ordenada del punto de intersección mi características 1 y 2 obtener voltaje del generador tu 0 = mi 0 en reposo.

corriente de excitación yo in.nom en modo nominal corresponde a la abscisa del punto PERO, y generador EMF mi nom a carga nominal - la ordenada del punto A. Se puede determinar a partir de la característica de ralentí si la corriente de excitación se reduce yo v.nom por la longitud del segmento sol, teniendo en cuenta el efecto desmagnetizante de la reacción del inducido. Al construir una característica externa 3 sus puntos a y b, correspondientes a vacío y carga nominal, están determinados por voltajes tu 0 y tu nom. puntos intermedios Con, d,... recibir gastando

directo A"C", A"C", A""C"",..., paralela a la hipotenusa C.A., antes de cruzar con la característica corriente-tensión 2 en puntos A", A", A"",..., y también con la característica de ralentí 1 en puntos C", C", C"",.... Ordenadas de puntos Una "A" Una "",... corresponden a tensiones a corrientes de carga yo a1, yo a2, yo a3 ,..., cuyos valores se determinan a partir de la relación

yo a nombre: yo a 1:yo a 2 ,I a 3… = CA: C.A": C.A":A""C""...

Al cambiar del modo de carga nominal al modo inactivo, el voltaje del generador cambia en un 10 - 20%, es decir, más que en un generador con excitación independiente.

Con un cortocircuito constante de la armadura, la corriente yo al generador con excitación paralela es relativamente pequeño (ver Fig. 8.48), ya que en este modo el voltaje y la corriente de excitación son cero. Por lo tanto, la corriente a. solo EMF se crea a partir del magnetismo residual y es (0.4 - 0.8) yo nom. Las características de control y carga de un generador con excitación paralela son de la misma naturaleza que las de un generador con excitación independiente.

La mayoría de los generadores de CC producidos por la industria nacional tienen excitación en paralelo. Para mejorar el rendimiento externo, suelen tener un devanado en serie pequeño (de una a tres vueltas por polo). Si es necesario, dichos generadores también se pueden encender de acuerdo con un esquema con excitación independiente.

La excitación del generador es la creación de un flujo magnético de trabajo, por lo que se crea un EMF en la armadura giratoria. Los generadores de CC, según el método de conexión de los devanados de excitación, se distinguen, excitación independiente, paralela, en serie y mixta El generador de excitación independiente tiene un devanado de excitación OB conectado a una fuente de corriente externa a través de un reóstato de ajuste (Figura 6-10, a) El voltaje en los terminales de dicho generador (curva 1 en la figura 6-11) al aumentar la corriente de carga disminuye ligeramente como resultado de la caída de voltaje en resistencia interna anclas, y los voltajes son siempre estables. Esta propiedad resulta muy valiosa en electroquímica (alimentación de baños electrolíticos)

El generador de excitación en paralelo es un generador autoexcitado, el devanado de excitación del OB está conectado a través de un reóstato de ajuste a las terminales del mismo generador (Fig. 6-10, b). Tal inclusión conduce al hecho de que con un aumento en la corriente de carga, el voltaje en los terminales del generador disminuye debido a la caída de voltaje en el devanado del inducido. Esto a su vez,

provoca una disminución en la corriente de excitación y EMF en la armadura. Por lo tanto, el voltaje en las terminales del generador UH disminuye un poco más rápido (curva 2 en la figura 6-11) que el de un generador de excitación independiente.

Un aumento adicional en la carga conduce a una disminución tan fuerte en la corriente de excitación que cuando el circuito de carga se cortocircuita, el voltaje cae a cero (una pequeña corriente de cortocircuito se debe solo a la inducción residual en la máquina). Por lo tanto, se cree que el generador de excitación en paralelo no teme un cortocircuito.

El generador de excitación secuencial tiene un devanado de excitación OB conectado en serie con la armadura (figura 6-10, e). En ausencia de una carga en la armadura, se excita una pequeña FEM debido a la inducción residual en la máquina (curva 3 en la figura 6-11). Con un aumento en la carga, primero aumenta el voltaje en los terminales del generador y, después de alcanzar la saturación magnética del sistema magnético de la máquina, comienza a disminuir rápidamente debido a la caída de voltaje en la resistencia del inducido y al efecto desmagnetizador de la reacción del inducido.

Debido a la gran variabilidad de voltaje con los cambios de carga, los generadores con excitación secuencial no se aplica actualmente.

El generador de excitación mixta tiene dos devanados: OB - conectado en paralelo a la armadura, (adicional) - en serie (Fig. 6-10, d). Los devanados se encienden para que creen flujos magnéticos en una dirección, y el número de vueltas en los devanados se elige de modo que la caída de voltaje en la resistencia interna del generador y la FEM de la reacción del inducido sean compensadas por la FEM. del flujo del devanado paralelo.