V. Способы возбуждения, характеристики и ярииенеиия Д. постоянного тока.

1) Д. с независимым возбуждением получают возбуждающий ток от совершенно независимого источника с постоянным напряжением C7g (фиг. 26). Сила тока 2 возбуждения не зависит от напряжения TJ на борнах динамомашины и регулируется изменением сопротивления г, введенного в цень обмотки возбуждения. Добавочные полюсы и компенсационная обмотка, если они имеются, включаются последовательно с обмоткой якоря. Сила тока внешней цени J равна

якорному току 1а.

2) Д. с последовательным возбуждением (Series) имеют якорь, соединенный последовательно с обмоткой полюсов (фиг. 27).

3) В Д. с параллельным возбуждением (Shunt) обмотка магнитов включена параллельно якорной обмотке (фиг. 28).

4) Д. со смешанным возбулсде-н и е м (Compound) имеют как шунтовую

Фиг. 26.

Фиг. 27.

Фиг.28.

обмотку возбуждения, так и последовательную (фиг. 29). Шунтовал обмотка м.б. присоединена либо к зажимам Д., либо к зажимам якорной обмотки. Обмотки дополнительных полюсов и компенсационная, если они имеются, включаются последовательно в цепь якоря.

Различают следующие виды характеристик: 1) Характеристика холостого хода генераторов-выражает зависимость между напряжением I/ на борнах машины и ампервитками магнитов AW. или силой тока 1 возбуждения при силе тока во К

Фиг. 29.

внешней цепи 10 и постоянном числе оборотов п. Характеристика холостого хода двигателей дает соотношение между эдс Eq якоря и силой тока 1 возбуждения, при моменте вращения равном Const и постоянном

числе оборотов п. 2) Нагрузочная характеристика генераторов выражает связь между напряжением U на борнах и силой тока 1, возбуждения при 1=Const и п=Const. Нагрузочная характеристика двигателей дает соотношение между числом оборотов п и силой тока J j возбуждения при 17=Const, £?;t=ConstH М= Const. 3) В н е ш-няя характеристика генераторов показывает зависимость напряжения О на борнах от силы тока I во внешней цепи машины при n=Const и силе тока возбуждения J j=Const. Внешняя, или скоростная, характеристика двигателей представляет зависимость числа оборотов двигателя от внешнего момента вращения М или силы тока в якоре J ,npHt7=ConstH I, =Const. 4) Регулировочная характеристик а генераторов дает соотношение меледу J j и силой тока во внешней цепи 1 при и=Const и ?г = Const. В двигателях эта характеристика показывает зависимость, при тех же постоянных величинах, силы тока возбуждения 1 от момента вращения М или силы тока в якоре 1.

Характеристики и применения Д. как генераторов пост. тока. 1) Характеристика холостого хода Д. с н е-зависимым воз буж д е н и е м идентична с кривой намагничения в том случае, если щетки находятся в нейтральной зоне и обмотка не выполнена с укороченным шагом. При сдвиге щеток из нейтральной зоны на угол /?, отсчитываемый по окружности якоря, так чтобы продольные ампервитки AWi якорной обмотки были прямо противоположны ампер-виткам А W индуктора, из характеристики холостого хода генератора£о(1да) (фиг. 30) молшо построить его внутреннюю нагрузочную характеристику Е(1.), сдвигая кривую Eq{I параллельно абсциссе на величину

AWi + AWg

где -число витков обмотки пары магнитных полюсов. Из внутренней нагрузочной характеристики Е{1, при постоянном якорном токе 1а = 1, получается внешняя нагрузочная характеристика путем сдвига точек кривой Е(/ ,) параллельно оси ординат на омическ. потерю напряжения в цепи якоря. Последняя складывается из потери напряжения в обмотке якоря RI и напряжения V переходного сопротивлегохя щеток, т.е. омическая потеря напряжения равна RI+V. Заштрихованный тр-к носит название характеристич. тр-ка. Изменение нагрузки генератора вызывает изменение напряжения и вследствие изменения падения напряжения в обмотке якоря и в контактах щеток RI+V и вследствие изменения влияния реакции якоря. Внешняя характеристика С7(Г) и внутренняя характеристика генератора

Фиг. 30.

Фиг. 31.

Е{Г) С независимым возбуждением (фиг. 31) показывают постепенное падение эдс Е и еще большее падение напряжения на борнах и в зависимости от увеличения I. Внутренняя характеристика Е{1) получается из внешней путем прибавления к ординатам

кривой 17(1) вели-

tfa\ -.- чины падения на-

) пряжения в якоре и щетках RI -{-V. Разница между напряжением на борнах при холостом ходе и наводимой эдс Е происходит от потери напряжения вследствие реакции якоря. Для того чтобы поддерживать напряжение U постоянным при разных нагрузках, необходимо по мере увеличения нагрузки генератора увеличивать силу тока возбуждения J t путем уменьшения сопротивления г в цепи обмотки возбуждения. Из кривых Р(1, ), построенных для различных сил тока I, можно получить при Р=:Const и п = Const соответств. токи возбуждения I i (фиг. 32). Это и будет регулировочная характеристика ! ,(-?) генератора, имеющая значение для определения ступеней сопротивления регулирующего реостата.

Генераторы с независимым возбуждением могут без затруднения работать параллельно на линию с постоянным напряжением при условии сохранения постоянства числа оборотов якоря. Распределение нагрузки на параллельно работающие генераторы производится путем регулирования тока возбуне-дения. Эдс Е генератора, отдающего в линию ток I, уменьшается на величину падения напрянеения от омич. сопротивления R обмотки якоря и напряжения V переходного сопротивления щеток. Напряжение на борнах и генератора с независимым возбуждением выражается ф-лой:

Р = -(РЦ-7).

Независимое возбуждение применяется в генераторах, у которых магнитная система, полюса и ярмо изготовляются из динамной стали (листовой), не имеющей остаточного магнетизма, вследствие чего машина ]i не имеет способности самовозбуждения, как,например, в турбинных генераторах постоянного тока. Генераторы с независимым возбуждением часто устанавливаются на электрич. станциях, т. к. они менее подвержены колебаниям напряжения при различных нагрузках, нежели генераторы с самовозбуждением и, кроме того, при включении они быстрее достигают нормального напряжения. Особенно распространено применение независимого возбуждения в таких генераторах постоянного

Фиг. 32.

тока, в которых необходимо в широких пределах регулировать напряжение на зажимах, а следовательно, и ток возбуждения, например, в вольтодобавочных машинах, пусковых (регулировочных) генераторах, уравнительных машинах и т. п.

2) Характеристики холостого хода и нагрузочная генератора с последовательным возбуждением могут быть сняты только при питании обмотки полюсов от независимого источника, так как при разомкнутой внешн. цепи такой генератор возбуждается очень слабо за счет остаточного магнетизма полюсов. Внешняя характеристика в генераторах с последовательным возбуждением отличается той особенностью, что с увеличением нагрузки генератора растут наводимая в якоре эдс Е и напряжение на зажимах U. Происходит это оттого, что через обмотку полюсов проходит полный ток якоря. На фиг. 33 изображены характеристики: холостого хода Ео{1), внутренняя Е(1) и внешняя U{I). Внутренняя и внешняя характеристики получаются из характеристики холостого хода, если сделать допущение, что

Фиг. 33.

реакция якоря изменяется нропорциональ-но нагрузочному току. Тогда м. б. построен характеристич. тр-к аЬо, в к-ром катет аЬ равен падению напряжения от омич. сопротивления обмоток якоря и полюсов и переходного сопротивления щеток для определенного тока Ii.

а катет be равен силе тока, компенсирующего реакцию якоря, т. е.

При изменении нагрузочного тока пропорционально изменяются все три стороны треугольника, при чем катет be передвигается параллельно самому себе, описывая точкой с кривую холостого хода, а точкой а-внешнюю характеристику. Если известна внешняя характеристика 11(1) для определенного числа оборотов м, то из нее можно вывести внешнюю характеристику для любого числа оборотов п. Т. к. магнитный поток для определенной силы тока в якоре постоянен, то

ДИНАМОМАШИНА

наводимые при том же токе в якоре эдс будут пропорциональны числам оборотов:

и + I(Ra+R ,) + V U + HRa + Rm) + V

Рассматривая внешнюю характеристику, можно сделать вывод, что в разомкнутом состоянии генератор не возбуждается и что только при уменьшении внешнего сопротивления до нек-рой величины начинается возбуждение машины. Работа генератора с последовательным возбуждением становится устойчивой, когда уменьшение внешнего сопротивления приводит к работе в той части характеристики, в к-рой изменения tg а мало влияют на колебания напряжения. Дальнейшее уменьшение внешнего сопротивления вызывает быстрый рост силы тока, который может достичь величины, опасной для целости обмотки якоря. Параллельное соединение генераторов с последовательным возбуждением встречает затруднения потому, что повышение силы тока в одном генераторе, напр. вследствие увеличения числа оборотов, немедленно влечет за собою увеличение в нем эдс, к-рое, в свою очередь, вызывает увеличение силы тока, а следовательно и дальнейший рост эдс. Т. о., другие параллельно включенные генераторы разгрузятся и будут работать в качестве двигателей. Во избежание этого можно возбудительные обмотки генераторов соединить накрест (фиг. 34); тогда увеличение силы тока в якоре одной машины вызовет усиление тока в якоре другой. Генераторы с поеледовательн. возбулодением не применяются для зарядки аккумуляторн. батарей, так как если эдс генератора по какой-нибудь причине упадет, например, вследствие уменьшения оборотов в машине, и эдс батареи окажется выше, то генератор изменит свою полярность и будет работать как двигатель, разгружая батарею.

Генераторы с последов-тельным возбуждением не нашли широкого применения, если не считать предложенной Тюри системы электропередачи с постоянной силой тока и изменяюшимся напрялсением, выполняемой Atelier de Secheron в Женеве.

При прочих равных условиях потери на нагревание в кабелях, передаюших энергию постоянным током по сериесной системе, сравнительно с трехфазной системой, составляют всего 32% (принимая коэфф. мошно-сти при трехфазном токе cos 95=0,8). Кроме того, отпадают неизбежные при трехфазном токе потери повышаюш;их и понижающих трансформаторов и диэлектрич. потери в изоляторах и кабелях. Указанные преимущества сериесной системы могут дать толчок к развитию интереса к генераторам высокого напряжения с последоват. возбуждением.

3) При вращении вхолостую якоря генератора с параллельным возбуждение м в магнитном поле, образуемом остаточным магнетизмом полюсов, в замкнутой цепи якорной и возбудительной обмоток индуцируется постепенно нарастающий ток

Фиг. 34.

Фиг. 35.

(электродинамич. принцин, впервые установленный Сименсом в 1880 г.). По мере насыщения магнитов сила тока и магнитный поток ослабевают в своем росте, пока не наступает состояние равновесия при холостом ходе, к-рое м. б. выражено ур-ием:

Eo=(Ra + RJIa-\-V, при чем J = J j. Эдс £о, наводимая в якоре при холостом ходе, отличается на ничтожную величину от напряжения на закимах при холостом ходе, которое м. б. не- 1 посредственно измерено. Проведем несколько прямых (фиг. 35) через начало координат иод углом р до пересечения их с характеристикой холостого хода Uo(l ,y, эти прямые выражают напряжение U на зажимах в зависимости от тока возбуждения 2 ,:

Ъ = или ~ = tg Д = Const.

tint

Как видно из фиг., в нижней части характеристики генератор не может работать устойчиво, т. к. при небольшом увеличении числа оборотов или уменьшении сопротивления Е,;, напряжение возрастет до перегиба характеристики холостого хода. Наоборот, при ничтожном падении числа оборотов или увеличении сопротивления нанряжение машины упадет до нуля. Во избелсание этого генераторы с параллельным возбуждением рассчитываются таким образом, чтобы их характеристики холостого хода и в нижней своей части имели достаточную кривизну. Это достигается тем, что в отдельных элементах магнитной цепи допускают, при сравнительно слабом возбуждении, значительные насыщения на небольших участках. Кривая ЩТ) (фиг. 36) изображает внешнюю характеристику шунтового генератора. По мере увеличения нагрузочного тока нанряжение генератора падает. Т. к. возбуждающий ток понижается вместе с напряжением на зажимах, то падение внешней характеристики

идет быстрее, чем в генераторе с независимым возбуждением. Уменьшая внешнее сопротивление, можно дойти до такой величины R, при к-рой всякое дальнейшее его