Как найти напряжение на зажимах генератора

До сих пор, рассматривая генераторы, мы считали, что величина напряжения на их зажимах не зависит от величины тока. Это возможно только при условии дополнительного регулирования работы генератора. В самом деле, проводниковая цепь и внутри генератора обладает сопротивлением, следовательно, часть того общего напряжения, которое создается в генераторе, тратится на сопротивлении самого генератора, если только генератор отдает ток в нагрузку.

Напряжение, теряемое в генераторе (потеря напряжения), равно произведению внутреннего сопротивления генератора на ток.

Напряжение, которое давал бы генератор, если бы в его сопротивлении не терялась часть напряжения, называют его электродвижущей силой (ЭДС). Когда генератор нагружен током, напряжение на его зажимах меньше развиваемой им ЭДС как раз на величину напряжения, теряемого в обмотке. Таким образом,

Когда ток равен нулю, т. е. когда генератор не нагружен, напряжение на его зажимах равно ЭДС.

Потеря напряжения имеет место не только внутри генератора, но и в проводах, соединяющих генератор с потребителем. Она равна произведению тока на сопротивление проводов. При расчете проводов их сечение выбирают так, чтобы потеря напряжения в проводах была невелика.

Пример 1. Внутреннее сопротивление генератора составляет Ом, его ЭДС . Чему равно напряжение на его зажимах U, если генератор нагружен током ?

Решение. Вычисляем потерю напряжения в генераторе:

Напряжение на его зажимах

Пример 2. Потребитель электроэнергии присоединен посредством проводов к генератору (рис. 1.23).

Напряжение у потребителя .

Потребляемая мощность Длина проводов (в один конец) 112 м. Сечение провода Провода — медные; их удельное сопротивление Ом на 1 м при сечении 1 мм2. Требуется найти напряжение на зажимах источника (генератора).

Решение. Зная мощность и напряжение потребителя, находим ток:

Вычисляем сопротивление проводов R, общая длина которых составляет

Находим

Рис. 1.23. Схема линии электропередачи к примеру 2

Умножая ток на сопротивление проводов, вычисляем потерю напряжения;

Напряжение на зажимах генератора равно

Пример 3. Чему равна ЭДС, развиваемая генератором предыдущего примера, если его внутреннее сопротивление ?

Решение. Вычисляем потерю напряжения в генераторе при токе 50 А:

Электродвижущая сила генератора

Предположим,
что составляющие результирующей МДС
генератора под нагрузкой действуют
независимо, т.е. каждая МДС создает
собственный магнитный поток. При этом
МДС обмотки возбуждения
создает магнитный поток возбуждения,
который наводит в обмотке статора
основную ЭДС генератора.
МДС реакции якорясоздает магнитный поток,
который наводит в обмотке статора ЭДС
реакции якоря.

В
явнополюсной машине
МДС реакции якоря по продольной оси
создает магнитный поток,
наводящий в обмотке статора ЭДС.В
неявнополюсной машине
реакция якоря определяется полной МДС
статора без разделения ее по осям. ЭДС
реакции якоря ,
где– главное индуктивное сопротивление
обмотки статора. Магнитный поток
рассеяния обмотки статора наводит в
обмотке статора ЭДС рассеяния,
где– индуктивное сопротивление рассеяния
фазы обмотки статора. Ток в обмотке
статорасоздает активное падение напряжения,
где– активное сопротивление фазы обмотки
статора.

Уравнение
напряжения
синхронного генератора:

,
где– геометрическая сумма напряжений,
наводимых в обмотке статора результирующим
магнитным полем машины.Для
неявнополюсной машины

.
Или;

,
где– синхронное сопротивление;– синхронная ЭДС неявнополюсной машины.

Рис.
Диаграмма напряжений и схема замещения
неявнополюсной синхронной машины без
учета насыщения.

Для
явнополюсной машины

,
где
ЭДС рассеяния,,;
ЭДС реакции якоря,,.
Тогда

,
или,
гдеи– полные (синхронные) индуктивные
сопротивления обмотки якоря по продольной
и поперечной осям соответственно.

Векторная
диаграмма синхронного генератора,
построенная по уравнениям напряжений,
представлена на рисунке.
Углы между векторами: ,
где– угол междуи;– угол междуи;– угол междуи.

Рис.
Диаграмма напряжений неявнополюсной
синхронной машины без учета насыщения.

3.8. Изменение напряжения при нагрузке

Номинальное
изменение напряжения генератора
– изменение напряжения на зажимах
отдельно работающего генератора при
изменении нагрузки от
номинальной до нулевой (т.е. при переходе
к холостому ходу) при
и(в относительных единицах или процентах):

.

Обычно
.

Для
обеспечения постоянства напряжения у
потребителей применяют устройства,
регулирующие ток возбуждения.

Для
снижения
при проектировании машины уменьшаютилиипутем увеличения воздушного зазора.
Это требует повышения МДС обмотки
возбуждения и удорожания машины. В
гидрогенераторах (по сравнению с
турбогенераторами) воздушный зазор
имеет большую величину, поэтому у них
слабее проявляется реакция якоря и ниже.

3.9. Характеристика короткого замыкания, отношение короткого замыкания

Характеристика
трехфазного короткого замыкания
– зависимость тока якоря от тока
возбуждения
при коротком замыкании на зажимах якоряи,рисунок.

Рис.
Характеристика короткого замыкания
синхронного генератора.

Поскольку
активное сопротивление статорной
обмотки мало
,
то замкнутая накоротко синхронная
машина представляет собой практически
индуктивное сопротивление. Следовательно,
токсоздает только продольно размагничивающую
реакцию якоря.
Соответствующий ей продольный потокуменьшает результирующий поток и создает
ЭДС.
Также существуют поток рассеянияи создаваемая им ЭДС рассеяния.

Магнитная
система машины оказывается ненасыщенной
(из-за размагничивающей реакции якоря),
а характеристика короткого замыкания
– практически прямолинейной (изгиб –
только при
).
Уравнения напряжения для неявнополюсной
и явнополюсной машины:

,.

Отношение
короткого замыкания
(ОКЗ) – отношение тока возбуждения
,
соответствующегопо характеристике холостого хода, к
току возбуждения,
соответствующего номинальному токупо характеристике короткого замыкания:

.

ОКЗ
характеризует влияние реакции якоря
на обмотку возбуждения синхронной
машины. Также ОКЗ
определяет значение тока
,
который возникает при номинальном токе
возбуждения генератора.

При
ненасыщенной и насыщенной магнитной
системе соответственно:

и,
гдеи– ток холостого хода, определяемый по
характеристике холостого хода при
номинальном напряжении по насыщенной
и прямолинейной ее части.

Чем
больше значение ОКЗ,
тем выше использование активных
материалов в машине и выше масса.
Увеличение размера воздушного зазора
приводит к повышению значения ОКЗ
и снижению синхронного сопротивления,
что улучшает параллельную работу
генератора с другими станциями (особенно
при наличии длинной линии передачи) и
делает работу генератора более устойчивой
при колебаниях нагрузки.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Чему равно напряжение на зажимах источника тока?

Напряжение на зажимах источника тока равно падению напряжения на внешнем сопротивлении цепи: V=IR, где I=ε/(R+r) отсюда r=R(e-V)/V=4 Ом.

Как найти напряжение на зажимах цепи?

1. или E = I (r + r0), (23)
2. т. е. напряжение на участке цепи равно произведению силы тока на сопротивление этого участка. …
3. где I r — падение напряжения в сопротивлении r, т. е. …
4. Из формулы (26) следует, что напряжение на зажимах источника энергии (генератора) равно разности между э. д.

Чему равно напряжение на зажимах источника эдс работающего в режиме генератора?

Итак, напряжение на зажимах источника, работающего в режиме потребителя, равно сумме ЭДС и внутреннего падения напряжения. Следовательно, напряжение на зажимах источника, отдающего энергию, или генератора, равно разности ЭДС и внутреннего падения напряжения.

Почему напряжение на зажимах источника тока меньше эдс?

Напряжение на зажимах источника меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника (1): … Очевидно, что напряжение на зажимах источника ЭДС тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление. В идеальном источнике ЭДС R0=0, U=E (напряжение не зависит от величины нагрузки).

Почему напряжение на полюсах источника тока зависит от?

Напряжение на полюсах источника тока зависит от величины отбираемого тока (“от нагрузки”), оно всегда меньше электродвижущей силы источника. … Величина тока, текущего по внешней цепи, зависит от напряжения источника тока и сопротивления, оказываемого этой цепью.

Что показывает вольтметр подключенный к источнику тока?

Идеальный вольтметр, подключенный к зажимам работающего источника тока, показывает напряжение , как это следует из закона Ома для однородного участка цепи – в данном случае для сопротивления нагрузки. … В пределе при напряжение на зажимах разомкнутого источника равно его ЭДС.

Что показывает вольтметр подключенный к источнику тока при разомкнутой цепи?

Вольтметр показывает падение напряжение на его клеммах. Если цепь разомкнута и Вы подсоединили клеммы вольтметра к батарее, то, собственно говоря, сам вольтметр и замкнул цепь, и весь возможный ток проходит через него. Но сопротивление вольтметра очень велико, так что ток получается ничтожный.

Чем опасен режим короткого замыкания для источника?

Опасность короткого замыкания При большой мощности источника ток достигнет очень большой величины, который может повредить источник, потребитель, соединительные провода. Перегрев соединительных проводов может привести к пожару. … Очень опасно КЗ мощных электрохимических источников электричества, — особо аккумуляторов.

Почему при коротком замыкании напряжение равно нулю?

Потому что напряжение на клеммах источника соответствует напряжению на внешней цепи. А при коротком замыкании ток по внешней цепи практически не течет (на то оно и короткое замыкание!). Раз не течет, значит, и напряжение близко к нулю.

Почему падает напряжение при коротком замыкании?

И чем больше будет нагрузка, тем сильнее будет падение напряжения. Так как при коротком замыкании сопротивление цепи практически равно нулю, а сила тока при этом будет максимально возможной, то и падение напряжение на источнике питания также будет максимальной (около нуля).

Какая сила тока возникает при коротком замыкании?

Как раз на последнее и стоит обращать в данном случае пристальное внимание. В связи с тем, что сопротивление проводки очень мало, его принято считать равным «0». При коротком замыкании мгновенно увеличивается сила тока, которая приводит к сильному выделению тепла, происходит перегрев аппаратов и проводов.

Что происходит с силой тока при коротком замыкании?

Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. … При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.

Как определить силу тока при коротком замыкании?

Методика расчета тока кз

1. Определяем полное сопротивление питающей линии до точки короткого замыкания: Zл = √(R2л+X2л), Ом …
2. Определяем сопротивление питающего трансформатора …
3. Рассчитываем ток короткого замыкания

Чем можно объяснить что при коротком замыкании сила тока в цепи может достигнуть огромного значения?

Причиной короткого замыкания может быть ремонт проводки под током или случайное соприкосновение с открытыми контактами. 4. Чем объяснить, что при коротком замыкании сила тока в цепи может достигнуть огромного значения? При коротком замыкании сопротивление цепи незначительно.

Как происходит пожар при коротком замыкании?

При коротком замыкании мгновенно увеличивается сила тока, которая приводит к сильному выделению тепла. Это – в свою очередь – может привести к расплавлению проводки и её последующему возгоранию.

В каком случае происходит короткое замыкание?

Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Что такое короткое замыкание и как с ним бороться?

Короткое замыкание – это соединение провода заземления или нулевого с фазовым либо двух фазовых проводов. Получается взаимодействие двух проводников с отличающимися потенциалами. Коротким контакт называется, потому что он произошел без электроприбора. При соединении таких проводов происходит маленький взрыв.

Что такое короткое замыкание простыми словами?

Если же говорить простым языком, короткое замыкание – это любое незапланированное, нештатное соединение электрических проводников с разным потенциалом, например, фазы и ноля, при котором образуются разрушительные токи. …

Что такое короткое замыкание и чем оно опасно?

Короткое замыкание является одной из самых опасных неисправностей электрической цепи. … В лучшем случае замыкание просто испортит прибор и сделает его непригодным, но ведь может возникнуть и пожар. Самым опасным считается короткое замыкание электрической сети, потому что она имеет низкое сопротивление.

Как не допустить короткого замыкания?

Чтобы избежать короткого замыкания следует соблюдать определенные правила: Не использовать старые провода с несоответствующей изоляцией. Быть внимательным при проведении электромонтажных работ. Снимать изоляцию при монтаже крайне аккуратно, не резать провод ножом вдоль жил.

Что делать в случае короткого замыкания?

Если место замыкания хорошо видно

1. Сразу же идите к щитку, выключайте на автомате выключатель, который отвечает за данный участок электрической цепи. …
2. После отключения внимательно следите за точкой, чтобы не было воспламенения. …
3. Когда всё закончилось, и опасность миновала, можете вызывать профильного специалиста.

Как работает защита от короткого замыкания?

Так вот, когда большой ток протекает через автомат, в катушке возникает сильный магнитный поток, который приводит в движение механизм расцепителя автомата. … Таким образом, получается, что одна защита (индуктивная) работает на токи короткого замыкания, а вторая на токи, длительно протекающие по кабелю.

Как защиты от возгорания электропроводки?

Меры защиты

1. На этапе монтажа или замены электропроводки необходимо предусматривать запас по сечению кабеля. …
2. Обеспечить изоляцию проводов от горючих материалов прокладкой из негорючих. …
3. При замене проводки стоит применять медный кабель, специально предназначенный для бытовых помещений. …
4. Не допускать соединения проводов внутри стен.

Чем тушить проводку в домашних условиях?

Обесточенную проводку можно тушить, по сути, уже всеми доступными средствами – водой, песком, снегом или любым огнетушителем. Сложнее потушить, если проводку по каким-то причинам отключить не удается или у того, кто тушит, нет уверенности в том, что вся проводка надежно обесточена.

Что делать если загорелся щиток?

Когда горит проводка, первое, что нужно сделать – это обесточить объект. Сделать это в частной квартире или доме можно выкрутив пробки счетчика, или же специальным реле-переключателем (автомат защиты). Только после обесточивания можно начать тушить, иначе велик риск получить электрическое поражение.

Чем опасны оголенные провода?

Если поврежден провод, питающий устройство непосредственно от сети 220В, то случайное замыкание «на себя» может вызвать поражение электрическим током. Например, при случайном касании оголенных концов провода. Такая ситуация может стать причиной ожога, проблем со здоровьем или даже привести к смерти.

Что будет если не изолировать провода?

Итак: Прежде всего, при обнаружении оголенных проводов не включайте свет и не включайте никаких электрических приборов. Это может привести к подаче напряжения на поврежденный участок и короткому замыканию. … Если же напряжения нет, то это совсем не значит, что проводка повреждена.

Что будет если помочиться на оголенный провод?

Ничего. Струя мочи слишком разделена и не составляет достаточно цельного потока, чтобы электрический ток, даже высоковольтный, смог через нее пройти и ударить человека.

Что будет если тронуть оголенный провод?

Это очень опасно. Если задеть оголенный провод включенного прибора, можно получить поражение током. … Если вы прикасаетесь к включенному электроприбору мокрыми руками, то рискуете получить удар током. Перед тем как включать, выключать или еще что-либо делать с электроприбором, руки надо вытереть насухо!১৪ মে, ২০১৯

Что такое оголенный провод?

«Оголённый провод» (англ. The Living End) — кинофильм Грегга Араки о нескольких днях жизни вне закона двух ВИЧ-положительных геев, находящихся «в бегах».

Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими основными величинами являются: 1) напряжение на зажимах U, 2) ток возбуждения i_в, 3) ток якоря I_а или ток нагрузки I, 4) скорость вращения n.

Обычно генераторы работают при n = const. Поэтому основные характеристики генераторов определяются при n = n_н = const.

Существуют пять основных характеристик генераторов: 1) холостого хода, 2) короткого замыкания, 3) внешняя, 4) регулировочная, 5) нагрузочная.

Все характеристики могут быть определены как экспериментальным, так и расчетным  путем.

Рассмотрим основные характеристики генератора независимого возбуждения.

Характеристика холостого хода

Характеристика холостого хода (х. х. х.) U = f (i_в) при I = 0 и n = const определяет зависимость напряжения или электродвижущей силы (э. д. с.) якоря E_а от тока возбуждения при холостом ходе (I = 0, P₂ = 0). Характеристика снимается экспериментально по схеме рисунка 1, а при отключенном рубильнике.

Рисунок 1. Схемы генераторов и двигателей независимого (а), параллельного (б), последовательного (в), смешанного (г) возбуждения (сплошные стрелки – направления токов в режиме генератора, штриховые – в режиме двигателя)

Снятие характеристики целесообразно начинать с максимального значения тока возбуждения и максимального напряжения U = (1,15 – 1,25) U_н (точка а кривой на рисунке 2). При уменьшении i_в напряжение уменьшается по нисходящей ветви аб характеристики сначала медленно ввиду насыщения магнитной цепи, а затем быстрее. При i_в = 0 генератор развивает некоторое напряжение U₀₀ = Об (рисунок 2), обычно равное 2 – 3% от U_н, вследствие остаточной намагниченности полюсов и ярма индуктора. Если затем изменить полярность возбуждения и увеличить i_в в обратном направлении, начиная с i_в = 0, то при некотором i_в < 0 напряжение упадет до нуля (точка в, рисунок 2), а затем U изменит знак и будет возрастать по абсолютной величине по ветви вг х. х. х. Когда ток i_в и напряжение U достигнут в точке г такого же абсолютного значения, как и в точке а, ток i_в уменьшаем до нуля (точка д), меняем его полярность и снова увеличиваем, начиная с i_в = 0. При этом U меняется по ветви деа х. х. х. В итоге вернемся в точку а характеристики. Х. х. х. имеет вид неширокой гистерезисной петли вследствие явления гистерезиса в магнитной цепи индуктора.

При снятии х. х. х. ток i_в необходимо менять только в направлении, указанном на рисунке 2 стрелками, так как в противном случае точки не будут ложиться на данную гистерезисную петлю, а будут рассеиваться.

Средняя штриховая х. х. х. на рисунке 2 представляет собой расчетную х. х. х., которая в определенном масштабе повторяет магнитную характеристику генератора, и по ней можно определить коэффициент насыщения машины k_μ.

Характеристика холостого хода позволяет судить о насыщении магнитной цепи машины при номинальном напряжении, проверять соответствие расчетных данных экспериментальным и составляет основу для исследования эксплуатационных свойств машины.

Характеристика короткого замыкания

Характеристика короткого замыкания (х. к. з.) I = f (i_в) при U = 0 и n = const снимается при замыкании выходных зажимов цепи якоря генератора накоротко. Так как U = 0, то, согласно выражению

(уравнение напряжения U на зажимах генератора), E_а = I_а × R_а и поскольку R_а мало, то в условиях опыта э. д. с.  E_а также должна быть мала. Поэтому необходимо проявлять осторожность и начать снятие х. к. з. с минимальных значений i_в, чтобы ток якоря не получил недопустимо большого значения. Обычно снимают х. к. з. до I = (1,25 – 1,5) I_н. Так как при снятии х. к. з. электродвижущая сила мала и поэтому поток мал и машина не насыщена, то зависимость I = f (i_в) практически прямолинейна (рисунок 3). При i_в = 0 из-за наличия остаточного магнитного потока ток I не равен 0 и в крупных машинах близок к номинальному и даже больше его. Поэтому перед снятием х. к. з. такую машину целесообразно размагнитить, питая на холостом ходу обмотку возбуждения таким током возбуждения обратного направления, при котором будет U = 0. В размагниченной машине х. к. з. начинается с нуля (штриховая линия на рисунке 3) Если х. к. з. снята без предварительного размагничивания машины (сплошная линия на рисунке 3), то ее также целесообразно перенести параллельно самой себе в начало координат (штриховая линия на рисунке 3).

Характеристический (реактивный) треугольник

Характеристический (реактивный) треугольник определяет реакцию якоря и падение напряжение в цепи якоря. Он строится для нахождения реакции якоря по экспериментальным данным и используется также для построения некоторых характеристик машины, если они не могут быть сняты экспериментально. Характеристический треугольник можно построить по экспериментальным данным с помощью х. х. х. и любой другой основной характеристики машины, а также по расчетным данным. Рассмотрим здесь его построение с помощью х. х. х. и х. к. з., для чего обратимся к рисунку 4, где изображены х. к. з. I = f (i_в) (прямая 1) и начальная, прямолинейная часть х. х. х. U = f (i_в) (прямая 2), проходящие через начало координат.

Построим характеристический треугольник для номинального тока машины I_а = I = I_н, которому на х. к. з. соответствует точка а и на оси абсцисс точка б (рисунок 4, а). Построим на прямой аб отрезок бв, равный в масштабе прямой 2 падению напряжения в цепи якоря I_н × R_а, и соединим точку в горизонтальной прямой с точкой г на х. х. х. Тогда треугольник бвг и будет характеристическим треугольником. Горизонтальный катет вг этого треугольника представляет собой намагничивающую силу реакции якоря в масштабе тока возбуждения, что можно доказать следующим образом.

Отрезок 0б на рисунке 4, а равен току i_в, необходимому для получения при коротком замыкании тока I = I_н. В якоре при этом должна индуктироваться э. д. с. E_а = I_н × R_а, равная отрезку гд, для чего при холостом ходе требуется ток возбуждения 0д = i_ве. Таким образом, разность 0б – 0д = дб = i_ва между действительным током i_в = 0б при коротком замыкании и током i_ве = 0д при холостом ходе может быть обусловлена только влиянием тока в якоре и должна поэтому выражать собой намагничивающую силу реакции якоря в масштабе тока возбуждения i_в.

Рисунок 4, а соответствует случаю размагничивающей реакции якоря (i_ва больше 0), а рисунок 4, б – случаю намагничивающей реакции якоря (i_ва меньше 0). В последнем случае х. к. з., естественно, должна подниматься круче. Для других значений токов якоря (I ≠ I_н) катеты треугольника бвг изменяются практически пропорционально току якоря, так как нелинейность сопротивления щеточного контакта оказывает малое влияние.

Поскольку в условиях снятия х. к. з. магнитная цепь машины не насыщена, то построенный таким образом характеристический треугольник учитывает только продольную реакцию якоря, вызванную случайным или сознательным сдвигом щеток с геометрической нейтрали и отклонением коммутации от прямолинейной. При установке щеток на геометрической нейтрали катет треугольника i_ва = дб равен намагничивающей силе коммутационной реакции якоря (в масштабе i_в) и характеризует качество коммутации (на рисунке 4, а – замедленная коммутация и на рисунке 4, б – ускоренная). Когда щетки стоят на нейтрали и коммутация прямолинейна, i_ва = дб = 0 и треугольник бвг вырождается в вертикальную прямую.

Для построения характеристического треугольника с учетом влияния поперечной реакции якоря можно воспользоваться х. х. х. и внешней, регулировочной или нагрузочной характеристикой. Обычно пользуются нагрузочной характеристикой.

Внешняя характеристика генератора

Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения U = f (I) при i_в = const и n = const (рисунок 5) определяет зависимость напряжения генератора от его нагрузки в естественных условиях, когда ток возбуждения не регулируется.
При увеличении I напряжение U несколько падает по двум причинам: вследствие падения напряжения в цепи якоря I × R_а и уменьшения э. д. с. E_а ввиду уменьшения потока под воздействием поперечной реакции якоря (при щетках на геометрической нейтрали). При дальнейшем увеличении I напряжение начнет падать быстрее, так как под воздействием реакции якоря поток уменьшается и рабочая точка смещается на более круто падающий участок кривой намагничивания машины.

Внешнюю характеристику рекомендуется снимать при таком возбуждении (i_в = i_вн), когда при I = I_н также U = U_н (номинальный режим). При переходе к холостому ходу (I = 0) в этом случае напряжение возрастает на вполне определенную величину ΔU_н (рисунок 5), которая называется номинальным изменением напряжения генератора. В генераторах независимого возбуждения

Внешнюю характеристику (в левом квадранте рисунка 6) можно построить также с помощью х. х. х. (в правом квадранте рисунка 6) и характеристического треугольника. Для этого проведем на рисунке 6 вертикальную прямую аб, соответствующую заданному току i_в = const. Тогда аб =0в представляет собой U при I = 0 и определяет начальную точку внешней характеристики.

Разместим затем на рисунке 6 характеристический треугольник где, построенный в соответствующих масштабах для I = I_н, таким образом, чтобы его вершина г лежала на х. х. х., а катет де – на прямой аб. Тогда отрезок ае = жз будет равен U при I = I_н, что можно доказать следующим образом. Если U = ае, то E_а = U + I_н × R_а = ае + ед = ад = иг и для создания такой э. д. с. при холостом ходе требуется ток возбуждения i_ве = 0и. При нагрузке ток возбуждения нужно увеличить на величину i_ва = гд = иа для компенсации размагничивающей реакции якоря. Необходимый полный ток возбуждения при этом i_в = i_ве + i_ва = 0и + иа = 0а как раз соответствует заданному, что и требовалось доказать.

Если принять, что катеты, а следовательно, и гипотенуза характеристического треугольника изменяются пропорционально I, то для получения других точек внешней характеристики достаточно провести на рисунке 6 между х. х. х. и прямой аб наклонные отрезки прямых (гипотенузы новых характеристических треугольников), параллельные гипотенузе ге. Тогда нижние точки этих отрезков (на прямой аб) будут определять значение U при токах

и так далее.

Перенеся эти точки по горизонтали в левый квадрант рисунка 6 для соответствующих значений I и соединив их плавной кривой, получим искомую внешнюю характеристику U = f (I).

В действительности горизонтальный катет характеристического треугольника при уменьшении U растет не пропорционально I. Поэтому реальная внешняя характеристика отклоняется от построенной несколько в сторону, как показано в левом квадранте рисунка 6 штриховой линией.

Точка внешней характеристики с U = 0 определяет значение тока короткого замыкания машины при полном возбуждении. Так как R_а мало, то этот ток в 5 – 15 раз превышает I_н. Такое короткое замыкание весьма опасно, так как возникают круговой огонь, а также большие механические усилия и моменты вращения. Поэтому в условиях эксплуатации генераторы и двигатели средней и большой мощности защищаются быстродействующими автоматическими выключателями в цепи якоря, которые ограничивают длительность короткого замыкания и отключают машину от сети в течение 0,01 – 0,05 с после начала внезапного короткого замыкания. Однако эти выключатели не защищают машину при коротком замыкании внутри машины.

Если имеются опытные х. х. х. и внешняя характеристика и если известно R_а, то произведя построение на рисунке 6 в обратной последовательности, можно получить характеристические треугольники с учетом реальных условий насыщения для любых значений U и E_а.

Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика i_в = f (I) при U = const и n = const показывает, как нужно регулировать ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение генератора не менялось (рисунок 7). С увеличением I ток i_в необходимо несколько увеличивать, чтобы скомпенсировать влияние падения напряжения I_а × R_а и реакции якоря.

При переходе от холостого хода с U = U_н к номинальной нагрузке I = I_н увеличение тока возбуждения составляет 15 – 25%.

Построение регулировочной характеристики (нижний квадрант рисунка 8) по х. х. х. (верхний квадрант рисунка 8) и характеристическому треугольнику производится следующим образом. Для заданного U = 0а = вб = const значение i_в при I = 0 определяется точкой в. Характеристический треугольник где для номинального тока расположим так, чтобы его вершины г и е находились соответственно на х. х. х. и прямой абе. Тогда отрезок 0ж = ае определяет значение i_в при I = I_н, что можно доказать аналогично тому, как это делалось в случае построения внешней характеристики. Для получения других точек характеристики достаточно провести между кривой х. х. х. и прямой абе на рисунке 8 отрезки прямых, параллельные гипотенузе ге. Тогда нижние концы (точки) этих отрезков будут соответствовать значениям i_в для значений I, определяемых отношениями длин этих отрезков к гипотенузе ге, как и в предыдущем случае. Снеся эти точки вертикально вниз, в нижний квадрант рисунка 8, на уровень соответствующих значений I, получим точки регулировочной характеристики. С учетом изменяющихся условий насыщения реальная опытная регулировочная характеристика будет иметь вид, показанный в нижнем квадранте рисунка 8 штриховой линией.

Обратным построением, если даны х. х. х. и регулировочная характеристика, можно получить характеристический треугольник.

Нагрузочная характеристика

Нагрузочная характеристика U = f (i_в) при I = const и n = const (кривая 2 на рисунке 9) по виду схожа с х. х. х. (кривая 1 на рисунке 9) и проходит несколько ниже х. х. х. вследствие падения напряжения в цепи якоря и влияния реакции якоря. Х. х. х. представляет собой предельный случай нагрузочной характеристики, когда I = 0. Обычно нагрузочную характеристику снимают при I = I_н.

Поясним, как с помощью характеристик 1 и 2 рисунка 9 можно построить характеристический треугольник. Пусть 0а соответствует значению U, для которого желательно построить треугольник (например, U = U_н). Тогда проведем горизонтальную линию аб и от точки б на нагрузочной характеристике отложим вверх отрезок бв = I × R_а, где I – ток, при котором снята нагрузочная характеристика. Проведя из точки в горизонтальный отрезок прямой до пересечения в точке г с х. х. х., получим горизонтальный катет гв искомого треугольника гвб. Доказательство справедливости такого построения можно развивать по аналогии с доказательством построения внешней характеристики (смотрите рисунок 6).

Если построенный таким или другим способом характеристический треугольник передвигать на рисунке 9 параллельно самому себе так, чтобы его вершина г скользила по х. х. х., то его вершина б очертит нагрузочную характеристику (штриховая кривая на рисунке 9). Эта характеристика несколько разойдется с опытной характеристикой 2, так как размер катета гв будет меняться вследствие изменений условий насыщения.

Точка д на рисунке 9 соответствует короткому замыканию генератора.

Все характеристики генераторов можно изобразить как в абсолютных величинах, так и в относительных единицах. В последнем случае характеристики однотипных машин, хотя бы и разной мощности, построенные в относительных единицах, мало отличаются друг от друга.

Влияние сдвига щеток

Cдвиг щеток с геометрической нейтрали сказывается в том, что возникает продольная реакция якоря, изменяющая поток полюсов. Поток добавочных полюсов будет индуктировать э. д. с. не в коммутируемых секциях, а в рабочих секциях параллельных ветвей якоря. При повороте щеток против направления вращения якоря (рисунок 10) это вызовет увеличение э. д. с. якоря, а при сдвиге по направлению вращения – уменьшение э. д. с. В первом случае внешняя характеристика (смотрите рисунок 5) с увеличением I будет падать более круто. При наличии добавочных полюсов в обоих случаях возникает расстройство коммутации.

Влияние сдвига щеток на другие характеристики нетрудно анализировать подобным же образом.

Источник: Вольдек А. И., “Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений” – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.