Условия осуществления начального самовозбуждения генератора без аккумуляторной батареи; критическая частота вращения ротора генератора для его начального возбуждения.

Существуют определенные условия начального самовозбуждения генератора при отсутствии аккумуляторной батареи. Только при выполнении этих условий произойдет надежное возбуждение генератора. Эти условия следующие:

а) в обязательном порядке должно иметь место начальное намагничивание генератора;

б) остаточный магнитный поток должен совпадать по направлению с потоком, создаваемым обмоткой возбуждения;

в) сопротивление в цепи возбуждения должно быть меньше критической величины.

Процесс начального возбуждения изображен на рисунке 4.1.

На рисунке 4.2, а показаны прямые зависимости напряжения возбуждения от тока возбуждения при трех различных сопротивлениях RB₁, RB₂, RB₃ обмотки возбуждения:UB₁, UB₂, UB₃. Тангенсы угла наклона этих прямых tg(α) равны сопротивлениям RB₁, RB₂, RB₃ . На этом же рисунке нарисована характеристика холостого хода генератора - зависимость напряжения генератора Ud_Г от тока возбуждения.

Здесь показаны две зависимости: выходного напряжения генератора от тока возбуждения Ud_Г = ƒ(I_B) и напряжение на обмотке возбуждения от тока возбуждения U_B = ƒ(I_B). Этот процесс протекает следующим образом: остаточное напряжение Ud_{Г ост} создает в обмотке возбуждения ток возбуждения IB₁, который в свою очередь создает напряжение Ud_Г1;

Рисунок 4.1 – Процесс самовозбуждения генератора при отсутствии аккумуляторной батареи.

далее Ud_Г1 создает больший ток возбуждения IB₁, который создает большее напряжение Ud_Г2 и так далее. Процесс самовозбуждения завершается в точке 1, где Ud_Г=UB. Эта точка соответствует установившемуся режиму работы.

В данном случае начальное возбуждение происходит. Однако возможны и другие варианты.

Рисунок 4.2 – Влияние сопротивления в цепи возбуждения на процесс начального возбуждения генератора.

Как было указано выше, начальное возбуждение генератора возможно, если сопротивление в цепи возбуждения будет меньше или равно критической величине. Прямая UB₂ является касательной к характеристике холостого хода Ud_Г. Это значит, что величина сопротивление RB₂ является критической для начального возбуждение генератора. При сопротивлении RB₁ начальное возбуждение не произойдет (UB₁ и Ud_Г не пересекаются). А при сопротивлении RB₃ (прямая UB₃) будет иметь место надежное начальное возбуждение.

В автомобильных и тракторных генераторах, работающих при переменной частоте вращения, для сопротивления в цепи его обмотки возбуждения RB существует критическая частота вращения ротора, при которой начальное возбуждение произойдет.

На рисунке 4.2, б показано графическое определение критической частоты вращения ротора для начального возбуждения генератора. Прямая линия соответствует зависимости напряжения на обмотке возбуждения от тока возбуждения. Зависимости n₁, n₂, n₃ являются характеристиками холостого хода при трех разных частотах вращения. Из анализа рисунка 4.2,б видно, что при частоте вращения ротора n₂ прямая линия является касательной к характеристике холостого хода. Поэтому частота вращения n₂ является критической для начального возбуждения генератора. При большей частоте вращения n₁ происходит надежное начальное возбуждение, а при меньшей частоте n₃ –начальное возбуждение не произойдет.

5. Характеристика холостого хода генератора с клювообразным ротором; влияние на неё начального намагничивания магнитной системы, конструктивных параметров и частоты вращения ротора генератора.

Характеристика холостого хода (ХХХ) представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения Ud_Г = ƒ(I_B) в ненагруженном режиме, когда ток на выходе генератора равен нулю I_Н = 0 при постоянной частоте вращения n = const.

У генератора с независимым возбуждением при отсутствии тока нагрузки напряжение фазы обмотки статора равно ЭДС фазы этой обмотки и рассчитывается по формуле (5.1).

(5.1)

где С_е – конструктивный коэффициент;

– магнитный поток;

– частота вращения ротора генератора.

Напряжение на выходе генератора в режиме холостого хода пропорционально напряжению фазы обмотки статора.

Так как частота вращения ротора при снятии характеристики холостого хода постоянна и конструктивный коэффициент тоже постоянен, то зависимость напряжения на выходе генератора от тока возбуждения повторяет в некотором масштабе зависимость магнитного потока генератора от тока возбуждения, то есть кривую намагничивания магнитной цепи генератора, представленную на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Кривая намагничивания магнитной цепи генератора

Характеристика холостого хода генератора представлена на рисунке 5.2.

Так как при увеличении частоты вращения напряжение генератора также увеличивается, характеристика холостого хода при большей частоте вращения ротора идет выше.

Рисунок 5.2 – Характеристика холостого хода генератора

Данная характеристика имеет несколько характерных точек и участков. Точка 1 соответствует напряжению, имеющему место из-за остаточного намагничивания генератора (2-4% от максимальной величины выходного напряжения генератора Ud_Гмакс). Участок от точки 1 до точки 2 соответствует ненасыщенной магнитной цепи генератора. Участок от точки 2 до точки 3 (колено) – это участок перехода от ненасыщенной магнитной цепи к насыщенной. Точка 3 и участок далее соответствуют насыщенной магнитной цепи генератора.

Напряжение генератора увеличивается также с увеличением конструктивного коэффициента С_е, который пропорционален количеству витков в фазе генератора. Таким образом, чем больше витков фазе генератора, тем выше идет характеристика холостого хода.

Выпрямленное напряжение генератора пропорционально фазному напряжению. Коэффициент пропорциональности зависит от схемы выпрямителя и схемы соединения фаз. Схема выпрямителя в большинстве случаев одинакова- трехфазный выпрямительный мост, а схема соединения фаз влияет так – при «звезде» характеристика идет выше, чем при «треугольнике», так как линейное напряжение при «звезде» выше в раз, а на вход выпрямителя подается линейное напряжение.

6. Токоскоростная характеристика генератора с клювообразным ротором; её характерные точки.

Токоскоростной характеристикой (ТСХ) генератора является зависимость тока на выходе генератора от частоты вращения его ротора при постоянных напряжении генератора и сопротивлении возбуждения, то есть Id_Г = ƒ(n) при Ud_Г = const и RB = const . Исходя из условий постоянства напряжения генератора и сопротивления в цепи возбуждения можно сделать вывод, что ток возбуждения также будет постоянным.

Рисунок 6.1 – Токоскоростная характеристика генератора.

При увеличении частоты вращения ротора генератора возрастают электродвижущая сила обмотки статора и соответственно выходное напряжение генератора Id_Г. Так как по условию Ud_Г = const,

то требуется компенсировать это увеличение напряжения за счет повышения величины тока нагрузки генератора. Поэтому при увеличении частоты вращения ротора ток нагрузки генератора возрастает.

Автомобильные генераторы разрабатываются таким образом, чтобы они могли выдерживать длительную работу при максимальном токе нагрузки.

Это обеспечивается тем, что ток по токоскоростной характеристике при частоте вращения ротора близкой к максимальной почти не изменяется. Такие генераторы имеют самоограничение по току.

Токоскоростная характеристика является основной для автомобильных генераторов. Она имеет несколько характерных точек и соответствующих им параметров.

-Точка 1 характеризуется начальной частотой вращения ротора генератора без нагрузки n_xx и током на выходе генератора Id_Г, равным нулю.

-Точке 2 соответствует расчетная частота вращения ротора и расчетный ток на выходе генератора. В расчетном режиме имеет место максимальный нагрев обмотки статора генератора и максимальный электромагнитный момент генератора. Под электромагнитным моментом генератора понимают параметр, численно равный отношению его электромагнитной мощности к угловой частоте вращения ротора - . Электромагнитная мощность равна мощности привода генератора за вычитом механических потерь на трение и вентиляцию, а также потерь на перемагничивание и вихревые токи в статоре генератора. Поэтому приблизительно в расчетной точке токоскоростной характеристики требуется максимальный момент от привода.

-Точке 3 – максимальные значения частоты вращения и тока на выходе генератора.

-Номинальным током генератора (на рисунке не показан) является величина его выходного тока по токоскоростной характеристике при определенной частоте вращения ротора генератора. Эта частота вращения для отечественных генераторов обычно составляет 5000 об./мин, а для иностранных генераторов- 6000 об./мин.