Генератор предназначен для преобразования механической энергии приводного двигателя в электрическую.
При вращении якоря генератора в магнитном поле, созданном обмоткой возбуждения, в обмотке якоря индуцируется ЭДС Еа.
При подключении к генератору нагрузки под действием ЭДС Еа в цепи якоря возникает ток Iа, а на выводах генератора устанавливается напряжение, определяемое уравнением напряжения для цепи якоря генератора:
U = Еа -Iа·Rа, |
(1) |
|
| где | Rа= rа+ rд+ rк.о+ rс+ rщ – сопротивление цепи якоря; | |
| где |
r а – сопротивление обмотки якоря; |
|
|
r д – сопротивление обмотки добавочных полюсов; |
||
|
r к.о – сопротивление компенсационной обмотки; |
||
|
r с – сопротивление последовательной обмотки возбуждения; |
||
|
r щ – сопротивление переходного щеточного контакта. |
Якорь генератора приводится во вращение приводным двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент М1.
Рисунок 46 Моменты, действующие в генераторе постоянного тока
Если генератор работает в режиме х.х. (Iа=0), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холостого хода М0. Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе от сил трения в щеточном контакте, в подшипниках и вихревых токов.
При работе генератора под нагрузкой в обмотке якоря появляется ток, который, взаимодействуя с магнитным полем, создает электромагнитный момент М. Этот момент в генераторе направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя, т.е. является тормозным.
При постоянной частоте вращения якоря (n=const) вращающий момент М1 уравновешивается суммой тормозных моментов.
Уравнения моментов для генератора при разных режимах работы будут иметь вид:
1) режим х.х.
М1 = М0 |
(2) |
2) нагрузочный режим
М1 = М0 + М |
(3) |
Умножим уравнение (3) на угловую скорость вращения якоря ω
М1·ω = М0·ω + М·ω
Получили уравнение мощностей, где
М
1·ω=Р1 – потребляемая генератором механическая мощность;М
0·ω=Р0 – мощность х.х., т.е. мощность подводимая к генератору на х.х.;М·ω=Р
эм – электромагнитная мощность генератора.Так как Рэм=Еа·Iа с учетом, что из уравнения (1) Еа=U+Iа·Rа, получим:
Р
эм=U·Ia+Ia2·Rа=Р2+Рэа,где Р2 – полезная электрическая мощность генератора;
Р
эа – мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря.Учитывая потери на возбуждение генератора Рэв, получим уравнение мощностей для ГПТ:
Р1 = Р2 + Р0 + Рэа + Рэв |
(4) |
Следовательно, механическая мощность приводного двигателя Р1, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность Р2, отдаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь (Р0 + Рэа + Рэв).
При увеличении электрической нагрузки на генератор ток якоря увеличивается, так как потребители подключаются к сети параллельно и при этом сопротивление нагрузки уменьшается, а ток, следовательно, увеличивается.
Рассмотрим основные характеристики ГПТ при n=const.
а) Характеристика холостого хода – зависимость напряжения на выводах генератора в режиме х.х. от тока возбуждения.
U
0 = f(Iв) при I = 0 и n = const.б) Нагрузочная характеристика - зависимость напряжения на выводах генератора при работе под нагрузкой от тока возбуждения.
U = f(I
в) при I ≠ 0 и n = const.в) Внешняя характеристика - зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки.
U = f(I)
при rрг = const и n = const,где rрг – регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.
г) Регулировочная характеристика - зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при неизменном напряжении на выводах генератора.
I
в = f(I) при U = const и n = const.Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свойства генераторов.
