Схема возбуждения генератора


виды, схемы, достоинства и недостатки

Все турбогенераторы, гидрогенераторы, дизель-генераторы, синхронные компенсаторы и двигатели, изготавливаемые в настоящее время, оснащаются современными полупроводниковыми системами возбуждения – рис.5.2 – 5.7. В этих системах используется принцип выпрямления трехфазного переменного тока повышенной или промышленной частоты возбудителей или напряжения возбуждаемой машины.

Электромашинные системы возбуждения (рис.5.1), выпускавшиеся заводами более 30 лет назад и находящиеся до сих пор в эксплуатации, могут быть заменены на современные полупроводниковые статические системы с любым набором заданных функций.

Системы возбуждения обеспечивают следующие режимы работы синхронных машин:

  1. начальное возбуждение;
  2.  холостой ход;
  3. включение в сеть методом точной синхронизации или самосинхронизации;
  4. работу в энергосистеме с допустимыми нагрузками и перегрузками;
  5. форсировку возбуждения по напряжению и по току с заданной кратностью;
  6. разгрузку по реактивной мощности и развозбуждение при нарушениях в энергосистемах;
  7. гашение поля генератора в аварийных режимах и при нормальной остановке;
  8. электрическое торможение агрегата.

Рис.5.1. Система независимого возбуждения с возбудителем постоянного тока.
КК – контактные кольца, Rсс и КСС – сопротивление и контактор самосинхронизации, РВ – резервный возбудитель, АГП – автомат гашения поля, АГПВ – автомат гашения поля возбудителя, Rр – регулировочный реостат, Rд и Rгасв – резисторы добавочный и гасительный в цепи ОВВ, ДОВВ – добавочная обмотка возбуждения возбудителя.

Для оснащения турбо- и гидрогенераторов выпускается три типа систем возбуждения:
• системы тиристорные независимые (СТН) – рис.5.2;
• системы тиристорные самовозбуждения (СТС) – рис.5.3;
• системы бесщеточные диодные (СБД) – рис.5.4


Системы тиристорного независимого возбуждения (СТН)

Системы тиристорные независимые (СТН) предназначены для питания обмотки возбуждения крупных турбо- и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током, применяемые при выработке электроэнергии на ГЭС и других генерирующих станциях – рис.5.2.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

В отличие от систем самовозбуждения (СТС), в СТН тиристорные выпрямители главного генератора получают питание от независимого источника напряжения переменного тока промышленной частоты – от вспомогательного синхронного генератора, вращающемся на одном валу с главным генератором

 

Рис.5.2. Система тиристорная независимая (СТН) с возбудителем переменного тока и двумя группами тиристоров, в сочетании со схемой резервного возбуждения от двухмашинного агрегата асинхронный двигатель-возбудитель постоянного тока. В – возбудитель (вспомогательный генератор) переменного тока, ОВВ обмотка возбуждения возбудителя, ВРГ, ВФГ – тиристорные вентили рабочей и форсировочной групп, ВВВ – тиристорные вентили выпрямителя возбудителя, СУВРГ, СУВФГ, СУВВВ – системы управления вентилями соответствующих групп, ВТВ – выпрямительный трансформатор возбудителя, ТСНВ – трансформатор СН тиристорных выпрямителей.

Вспомогательный генератор переменного тока возбуждения построен по схеме самовозбуждения. СТН обладает важным преимуществом – её параметры не зависят от процессов, протекающих в энергосистеме.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Благодаря наличию вспомогательного генератора, сохраняется независимость возбуждения от длительности и удаленности КЗ и других возмущений в энергосистеме, и высокая скорость нарастания напряжения возбуждения: не более 25 мс до достижения максимального значения при уменьшении напряжения прямой последовательности в точке регулирования на 5%.

В системе СТН обеспечивается быстрое снятие возбуждения за счет изменения полярности напряжения возбуждения: время развозбуждения от максимального положительного до отрицательного минимального напряжения возбуждения не превышает 100 мс.


Рис.5.3. Система тиристорного самовозбуждения (СТС) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и двумя группами тиристоров. ТСНР, ТСНФ – трансформаторы СН тиристорных выпрямителей рабочей и форсировочной групп.

В системе СТН выпрямленное номинальное напряжение может составлять 700 В, а выпрямленный номинальный ток – до 5500А. Кратности форсировки по напряжению и току составляют не менее двух единиц, а длительность форсировки – от 20 до 50 с. Точность поддержания напряжения генератора – не хуже ±0,5% и до ±1%. Система охлаждения тиристорного выпрямителя в системах СТН и СТС может быть принудительно воздушной, естественной воздушной или водяной.

Система тиристорного самовозбуждения (СТС)

Система тиристорного самовозбуждения (СТС) предназначена для питания обмоток возбуждения турбо и гидрогенераторов выпрямленным регулируемым током – рис.5.3.
Питание тиристорного выпрямителя осуществляется через трансформатор, подключенный к генераторному токопроводу. Для запуска генератора предусмотрена цепь начального возбуждения, которая автоматически формирует кратковременный импульс напряжения на обмотке ротора до появления ЭДС обмотки статора генератора. Импульс напряжения достаточен для поддержания устойчивой работы тиристорного преобразователя в цепи самовозбуждения. Питание цепей начального возбуждения осуществляется как от источника переменного тока, так и от станционной аккумуляторной батареи.

В системе СТС выпрямленное номинальное напряжение составляет до 500 В, а выпрямленный номинальный ток – не более 4000 А, т.е. эти значения несколько ниже, чем в системах СТН.

Благодаря высокому быстродействию управляемого выпрямителя и предельным уровням напряжения и тока возбуждения в сочетании с эффективными законами управления система СТС обеспечивает высокое качество регулирования и большие запасоустойчивости энергосистем. По этим показателям система СТС соответствует значениям системы СТН.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

В системе СТН интенсивное гашение поля генераторов в нормальных условиях эксплуатации достигается за счет перевода тиристорного преобразователя в инверторный режим изменением полярности напряжения возбуждения – время развозбуждения не превышает 100 мс.

Экстренное снятие возбуждения в аварийных режимах обеспечивается автоматом гашения поля – электрическим аппаратом специальной конструкции, который при срабатывании производит оптимальное гашение поля генератора (АГП).

Рис.5.4. Система бесщеточная диодная (СБД) независимого возбуждения: а – с подвозбудителем (ПВ), б – без подвозбудителя, с питанием обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ) от выпрямительного трансформатора (ВТ). ДВ – вращающиеся диодные вентили.

Орлов Анатолий Владимирович

Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей

Действие АГП заключается в уменьшении времени гашения поля при соблюдении предельно допустимой по условиям электрической прочности изоляции величины напряжения на обмотке возбуждения. Защита ротора от перенапряжений выполняется на основе быстродействующих тиристорных разрядников.

Учитывая высокую надежность тиристорных выпрямителей и улучшение их параметров по токам и напряжениям, в схемах возбуждения могут применяться вместо двух групп вентилей (ВРГ, ВФГ) одну группу с необходимой кратностью форсировки – рис.5.5.

Система тиристорного самовозбуждения резервная (СТСР)

В схемах рис.5.1, 5.2, 5.3 благодаря наличию контактных колец на роторе можно использовать систему резервного возбуждения. В прежних системах использовался двухмашинный агрегат из асинхронного двигателя, соединенного с генератором постоянного тока. Асинхронный двигатель получал питание от шин собственных нужд и был общим для нескольких генераторов.

В современной системе тиристорного самовозбуждения резервной (СТСР) использован принцип тиристорного выпрямления от разделительного трансформатора, также присоединенного к системе собственных нужд станции.

Назначение этих систем – питание обмотки ротора синхронной машины в случаях, когда основная система вследствие неисправности или технического обслуживания выведена из работы. На электростанциях устанавливают одну резервную систему на группу генераторов. На многих станциях продолжают использовать двухмашинные агрегаты, питаемые от шин собственных нужд. Более совершенной является статическая система СТСР, представляющая собой мощный регулируемый источник постоянного тока. Система оснащена всеми необходимыми средствами защиты, управления и коммутации.

Системы бесщеточные диодные (СБД)

Системы бесщеточные диодные (СБД) предназначены для питания обмотки возбуждения турбогенераторов выпрямленным регулируемым током – рис.5.4а,б.
Бесщеточный возбудитель представляет собой синхронный генератор обращенного исполнения, якорь которого с обмоткой переменного тока и диодным выпрямителем жестко соединен с ротором возбужденного турбогенератора. Обмотка возбуждения возбудителя расположена на его статоре.

Главное достоинство бесщеточных возбудителей состоит в отсутствии контактных колец и щеточного контакта в цепи обмотки ротора турбогенератора и в сокращении длины машины.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Это позволяет обеспечить возбуждение сверхмощных машин, токи возбуждения которых превышают 5500А, свойственных системе СТН – рис.5.2. Выпрямленное номинальное напряжение составляет до 600В, а выпрямленный номинальный ток до 7800А. Система охлаждения вращающегося диодного выпрямителя – естественная воздушная.

Регулирование возбуждения генератора осуществляется путем управления током обмотки возбуждения обращенного возбудителя. Типовой комплект системы включает в себя автомат гашения поля, тиристорный разрядник и два преобразовательно-регулирующих канала (AVR-1, AVR-2) автоматических регуляторов возбуждения основного и резервного каналов соответственно. Один из каналов (AVR-1) находится в активном режиме, другой (AVR-2) – в горячем резерве. В частном случае основной канал регулирования получает питание от выпрямительного трансформатора, подключенного к генераторному токопроводу, а резервный – через выпрямительный трансформатор от шин собственных нужд электростанции.

Рис.5.5. Система бесщеточная диодная (СБД) с тиристорным возбуждением (ТВ-1, ТВ-2) обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ). СГ – синхронный генератор; ОВГ – обмотка возбуждения генератора; ДСВ – диодный синхронный возбудитель; ДВ – вращающийся диодный выпрямитель; В – обращенный синхронный возбудитель и его обмотка возбуждения ОВВ; ТВ-1, ТВ-2 – тиристорные выпрямители первого и второго канала для питания ОВВ; ВТ-1, ВТ-2 – выпрямительные трансформаторы первого и второго каналов; АРВ-1, АРВ-2 – автоматические регуляторы возбуждения первого и второго каналов; Р1, Р2, Р3, Р4 – разъединители; ТТ1, ТТ2, ТН1, ТН2 – измерительные трансформаторы тока и напряжения первого и второго каналов; ТА11, ТА12 – датчики тока возбуждения возбудителя; АГП – автомат гашения поля; ТР – тиристорный разрядник.

Рис.5.6. Система бесщеточная диодная (СБД) возбуждения дизель-генератора. СГ – синхронный дизель-генератор; ОВГ – обмотка возбуждения; ДВ – диодный выпрямитель; Т – тиристор; АРВ – автоматический регулятор возбуждения; ИТТ, ИТН – измерительные трансформаторы тока и напряжения; ТСТ с МШ – трехобмоточный суммирующий трансформатор с магнитным шунтом.

Бесщеточная диодная система возбуждения (СБД) обладает меньшим быстродействием по сравнению с тиристорными системами (СТС и СТН). Так, время нарастания напряжения возбуждения до максимального значения при уменьшении напряжения прямой последовательности в точке регулирования на 5% от номинального составляет величину не более 50мс, тогда как в тиристорных системах – не более 25 мс.

В схеме на рис.5.4а питание обмотки возбуждения диодного возбудителя осуществляется от магнитоэлектрического подвозбудителя с постоянными магнитами, а в схеме на рис.5.4б – от выпрямительного трансформатора, подключенного у генераторному токопроводу возбужденной машины. В обоих случаях для питания обмотки возбуждения (ОВВ) обращенного возбудителя (В) используется тиристорный выпрямитель, управляемый системой АРВ.

Рис.5.7. Система бесщеточная диодная (СБД) возбуждения дизель-генератора. СГ – синхронный генератор; ОВГ – обмотка возбуждения генератора; ДСВ – диодный синхронный возбудитель; ДВ – вращающийся диодный выпрямитель; В – обращенный синхронный возбудитель; ОВВ – обмотка возбуждения возбудителя; ПВ – магнитоэлектрический подвозбудитель с постоянными магнитами; АРВ – автоматический регулятор возбуждения; ТВ – тиристорный выпрямитель для питания ОВВ.

Как один из современных вариантов схемы рис.5.4б с выпрямительным трансформатором (ВТ) на рис.5.5 представлена бесщеточная диодная система (СБД) с тиристорным питанием по двум каналам (от сети СН через ВТ-2 и от токопровода генератора через ВТ-1) обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ).

Системы возбуждения для дизель-генераторов

АО «Электросила” является производителем дизель-генераторов мощностью от 200 до 6300 кВт с широким спектром напряжений и частот вращения. Для дизель-генераторов изготавливаются два типа систем возбуждения: паундированием, реализованная на базе трехобмоточного суммирующего трансформатора с магнитным шунтом и управляемого тиристорно-диодного преобразователя представлена на рис.5.6. Силовая часть выполнена в виде блока с принудительным охлаждением и размещена на корпусе генератора. Малогабаритный регулятор напряжения устанавливается в щите управления энергоблоком.

Система бесщеточная с диодным синхронным возбудителем (СБД), магнитоэлектрическим подвозбудителем с постоянными магнитами и статическим тиристорным регулятором возбуждения представлена на рис.5.7.

Вращающаяся часть оборудования системы (дизель-генератор, диодный синхронный возбудитель и магнитоэлектрический подвозбудитель) за счетсовмещения конструкции изготавливается в виде компактного блока, установленного на валу генератора.

Регулятор возбуждения размещен в отдельном шкафу. Основные характеристики систем возбуждения дизель-генераторов представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Основные характеристики систем возбуждения дизель-генераторов. Системы возбуждения дизель-генераторов характеризуются полной автономностью – начальное возбуждение обеспечивается исключительно за счет внутренних источников.

Автоматы гашения поля (АГП)

Автоматы гашения поля предназначены для коммутации цепей обмоток возбуждения турбо- и гидрогенераторов, имеющих контактные кольца на роторе, а также для гашения поля этих машин.

Оптимальные условия для интенсивного снижения тока ротора до нулевого значения обеспечиваются при разряде обмотки возбуждения на нелинейный резистор, сопротивление которого изменяется обратно пропорционально величине тока.

Благодаря специальной конструкции кольцевой дугогасительной решетки автомата гашения поля, горящая в ней дуга обладает вольтамперной характеристикой нелинейного резистора, обеспечивающей минимальное время гашения поля и безопасный уровень напряжения на кольцах ротора. Основные характеристики АГП производства АО «Электросила” представлены в табл.5.2.

Возбуждение синхронных генераторов



Обмотки роторов синхронных генераторов получают питание от специальных источников постоянного тока, называемых возбудителями.

Мощность возбудителей составляет 0,3-1% мощности генератора, а номинальное напряжение - от 100 до 650 В. Чем мощнее генератор, тем обычно больше номинальное напряжение возбуждения.

Современные схемы возбуждения кроме возбудителя содержат большое количество вспомогательного оборудования. Совокупность возбудителя, вспомогательных и регулирующих устройств принято называть системой возбуждения.

Электрическое соединение возбудителя с обмоткой ротора генератора выполняется преимущественно при помощи контактных колец и щеток. Созданы и применяются бесщеточные системы возбуждения.

Системы возбуждения должны быть надежными и экономичными, допускать регулирование тока возбуждения в необходимых пределах, быть достаточно быстродействующими, а также обеспечивать потолочное возбуждение при возникновении аварии в сети.

Регулируя ток возбуждения, изменяют напряжение синхронного генератора и отдаваемую им в сеть реактивную мощность. Регулирование возбуждения генератора позволяет повысить устойчивость параллельной работы.

При глубоких снижениях напряжения, которые имеют место, например, при коротких замыканиях, применяется форсировка (быстрое увеличение) возбуждения генераторов, что способствует прекращению электрических качаний и сохранению устойчивости параллельной работы генераторов. Кроме того, быстродействующее регулирование и форсировка возбуждения повышают надежность работы релейной защиты и облегчают условия самозапуска электродвигателей собственных нужд электростанций.

Рис.1. Изменение напряжения возбуждения при форсировке

Важнейшими характеристиками систем возбуждения являются: быстродействие, определяемое скоростью нарастания напряжения на обмотке ротора при форсировке V = 0,632(Uf,пот - Uf,ном) / Uf,номt1 (рис.1), и отношение потолочного напряжения к номинальному напряжению возбуждения Uf,пот / Uf,ном = kф - так называемая кратность форсировки.

Согласно ГОСТ турбогенераторы должны иметь kф≥2, а скорость нарастания возбуждения не менее 2 1/с. Кратность форсировки для гидрогенераторов должна быть не менее 1,8 для коллекторных возбудителей, соединенных с валом генератора, и не менее 2 для других систем возбуждения. Скорость нарастания напряжения возбуждения должна быть не менее 1,3 1/с для гидрогенераторов до 4 MBА включительно и не менее 1,5 1/с для гидрогенераторов больших мощностей.

Для мощных гидрогенераторов, работающих на дальние электропередачи, к системам возбуждения предъявляется более высокое требование (kф=3-4, скорость нарастания возбуждения до 10Uf,ном в секунду).

Обмотка ротора и системы возбуждения генераторов с косвенным охлаждением должны выдерживать двукратный по отношению к номинальному ток в течение 50 с. Для генераторов с непосредственным охлаждением обмоток ротора это время сокращается до 20 с, для генераторов 800-1000 МВт принято время 15 с, 1200 МВт - 10 с (ГОСТ533-85Е).

Системы возбуждения генераторов можно разделить на две группы: независимое возбуждение и самовозбуждение (зависимое возбуждение).

К первой группе относятся все электромашинные возбудители постоянного и переменного тока, сопряженные с валом генератора. Вторую группу составляют системы возбуждения, получающие питание непосредственно от выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы. К этой группе могут быть отнесены системы возбуждения с отдельно установленными электромашинными возбудителями, приводимыми во вращение электродвигателями переменного тока, которые получают питание от шин собственных нужд электростанций.

Независимое возбуждение генераторов

Независимое возбуждение генераторов получило наибольшее распространение. Основное достоинство этого способа состоит в том, что возбуждение синхронного генератора не зависит от режима электрической сети и поэтому является наиболее надежным.

На генераторах мощностью до 100 МВт включительно применяют, как правило, в качестве возбудителя генератор постоянного тока, соединенный с валом синхронного генератора (рис.2).

Рис.2. Принципиальная схема независимого электромашинного возбуждения генератора

Возбуждение самого возбудителя выполнено по схеме самовозбуждения (обмотка возбуждения возбудителя LGE питается от якоря самого возбудителя). Регулирование возбуждения возбудителя осуществляется вручную шунтовым реостатом RR, установленным в цепи LGE, или автоматически регулятором возбуждения АРВ.

Недостатки системы возбуждения с генератором постоянного тока определяются в основном недостатками самого возбудителя. Одним из недостатков является сравнительно невысокая скорость нарастания возбуждения, особенно у возбудителей гидрогенераторов, которые имеют низкую частоту вращения (V=1-2 1/с).

Другой недостаток рассматриваемой системы возбуждения характерен для турбогенераторов, имеющих большую частоту вращения. Он обусловлен снижением надежности работы генератора постоянного тока из-за вибрации и тяжелых условий работы щеток и коллектора (условий коммутации).

Для турбогенераторов мощностью выше 165 МВт мощность возбуждения становится настолько значительной, что выполнить надежно работающий генератор постоянного тока на частоту вращения 3000 об/мин по условиям коммутации становится затруднительным.

Для снижения частоты вращения возбудителя с целью повышения надежности его работы иногда выполняют соединение возбудителя с валом генератора через редуктор. Такая система была применена для ряда турбогенераторов, в том числе и для генераторов ТГВ-300 и ТВМ-300. Недостатком этой системы возбуждения является наличие дополнительной механической передачи.

Для возбуждения крупных генераторов в СССР применяются системы возбуждения с полупроводниковыми выпрямителями.

В системе возбуждения с использованием полупроводниковых выпрямителей с валом турбогенератора сочленен вспомогательный генератор, напряжение которого выпрямляется и подводится к обмотке ротора турбогенератора (рис.3).

Рис.3. Принципиальная схема высокочастотного возбуждения турбогенератора

В качестве вспомогательного генератора применяется высокочастотный генератор индукторного типа. Такой генератор не имеет обмотки на вращающемся роторе, что повышает его надежность в эксплуатации. Повышенная частота (500 Гц) позволяет уменьшить габариты и повысить быстродействие системы возбуждения.

Индукторный высокочастотный генератор-возбудитель ВГТ имеет три обмотки возбуждения, расположенные вместе с трехфазной обмоткой переменного тока на неподвижном статоре. Первая из них LGE1 включается последовательно с обмоткой ротора основного генератора LG и обеспечивает основное возбуждение ВГТ. Благодаря включению LGE1 последовательно с обмоткой ротора основного генератора обеспечивается резкое увеличение возбуждения ВГТ при коротких замыканиях в энергосистеме вследствие броска тока в роторе. Обмотки IGE2 и LGЕЗ получают питание от высокочастотного подвозбудителя GEA через выпрямители. Подвозбудитель (высокочастотная машина 400 Гц с постоянными магнитами), как и вспомогательный генератор ВГТ, соединен с валом турбогенератора.

Регулирование тока в LGE2 и LGE3 осуществляется с помощью двух устройств - соответственно регуляторов электромагнитного типа АРВ (автоматический регулятор возбуждения) и УБФ (устройство бесконтактной форсировки возбуждения).

Устройство АРВ обеспечивает поддержание напряжения генератора в нормальном режиме работы изменением тока в обмотке LGE2. Устройство УБФ обеспечивает начальное возбуждение генератора и его форсировку при снижении напряжений более чем на 5%.

Высокочастотная система возбуждения обеспечивает kф=2 и скорость нарастания напряжения возбуждения не менее 2 1/с.

Рис.4. Принципиальная схема независимого тиристорного возбуждения генераторов

Принципиальная схема системы независимого тиристорного возбуждения (ТН) представлена на рис.4. На одном валу с генератором G располагается синхронный вспомогательный генератор GE, который имеет на статоре трехфазную обмотку с отпайками. В схеме, показанной на рис.4, имеются две группы тиристоров: рабочая VS1 и форсировочная VS2. На стороне переменного тока они включены на разное напряжение, на стороне постоянного тока - параллельно. Возбуждение генератора в нормальном режиме обеспечивает рабочая группа тиристоров VS1, которые открываются подачей на управляющий электрод соответствующего потенциала.

Форсировочная группа при этом почти закрыта. В режиме форсировки возбуждения тиристоры FS2, питающиеся от полного напряжения вспомогательного генератора, открываются полностью и дают весь ток форсировки. Рабочая группа при этом запирается более высоким напряжением форсировочной группы.

Рассмотренная система имеет наибольшее быстродействие по сравнению с другими системами и позволяет получить kф>2. Системы независимого тиристорного возбуждения нашли широкое применение. Ранее, до освоения отечественной промышленностью производства тиристоров достаточной мощности, по аналогичным схемам выполнялись схемы ионного независимого возбуждения (ИН), где применялись ртутные вентили с сеточным управлением.

Все генераторы с рассмотренными выше возбудителями имеют специальную конструкцию для подвода тока к обмотке ротора. Она представляет собой контактные кольца на валу ротора, к которым ток подводится с помощью щеток. Такая контактная система недостаточно надежна. Этот недостаток особенно проявляется при токах возбуждения 3000 А и более (генераторы мощностью 300 МВт и больше).

Перспективной, особенно для турбогенераторов большой мощности, является система бесщеточного возбуждения, не обладающая указанными недостатками. В этой системе возбуждения, сущность которой поясняет рис.5, нет подвижных контактных соединений.

Рис.5. Принципиальная схема бесщеточного возбуждения генераторов

Источником энергии для питания обмотки ротора LG является вспомогательный синхронный генератор GE. Этот генератор выполнен по типу обратимых машин, т.е. обмотка переменного тока расположена на вращающейся части, а обмотка возбуждения неподвижна. Возбуждение генератора GE осуществляется от возбудителя GEA.

Ток от вращающейся обмотки переменного тока вспомогательного генератора подводится через проводники, закрепленные на валу, к вращающемуся полупроводниковому (обычно кремниевому) выпрямителю. Выпрямленный ток подводится непосредственно к обмотке возбуждения основного генератора.

Регулирование тока возбуждения в обмотке ротора LG производится изменением тока в обмотке возбуждения вспомогательного генератора LGE.

Вращающийся полупроводниковый преобразователь VD снаружи закрывается звукопоглощающим кожухом.

Система бесщеточного возбуждения интенсивно совершенствуется и является перспективной для генераторов всех типов, особенно для турбогенераторов большой мощности (300-1200 МВт).

Системы самовозбуждения

Системы самовозбуждения менее надежны, чем системы независимого возбуждения, поскольку в них работа возбудителя зависит от режима сети переменного тока. Короткие замыкания в сети, сопровождающиеся понижением напряжения, нарушают нормальную работу системы возбуждения, которая именно в этих случаях должна обеспечить форсировку тока в обмотке ротора генератора.

Рис.6. Принципиальная схема зависимого электромашинного возбуждения

Принципиальная схема возбуждения синхронного генератора с электромашинным возбудительным агрегатом показана на рис.6. Возбудительный агрегат состоит из асинхронного двигателя М, питающегося от шин собственных нужд электростанции и генератора постоянного тока GE. Для повышения надежности работы возбудительного агрегата при форсировке возбуждения асинхронный двигатель, вращающий возбудитель GE, выбирается с необходимой перегрузочной способностью.

Такие возбудительные агрегаты получили широкое распространение на электростанциях в качестве резервных источников возбуждения.

Рис.7. Принципиальная схема полупроводникового самовозбуждения

Один из возможных вариантов схем самовозбуждения с полупроводниковыми преобразователями представлен на рис.7.

Основными элементами схемы являются: две группы полупроводниковых преобразователей - неуправляемые вентили VD и управляемые VS, трансформатор силового компаундирования ТА и выпрямительный трансформатор ТЕ.

Неуправляемые вентили VD получают питание от трансформаторов ТА, вторичный ток которых пропорционален току статора генератора, управляемые вентили VS получают питание от трансформатора ТЕ, вторичное напряжение которого пропорционально напряжению генератора.

Вентили VD, ток которых пропорционален току статора генератора, обеспечивают возбуждение машины при нагрузке и форсировку возбуждения при коротких замыканиях. Мощность вентилей VS рассчитывают таким образом, чтобы она была достаточна для возбуждения генераторов на холостом ходу и для регулирования возбуждения в нормальном режиме. В номинальном режиме неуправляемые вентили обеспечивают 70-80% тока возбуждения генератора. При надлежащем выборе параметров система полупроводникового самовозбуждения по своим свойствам приближается к системе независимого тиристорного (ионного) возбуждения и поэтому применяется на мощных синхронных машинах. Ранее промышленность широко выпускала системы ионного самовозбуждения с ртутными вентилями.



Устройство генератора тока | У электрика.ру

Приветствую всех на нашем сайте. Сегодня мы поговорим об устройстве генератора тока. Попробуем максимально охватить данную тему  и рассмотреть устройство  генераторов постоянного и переменного токов.

На самом деле, не совсем верно называть это устройство генератором именно переменного или постоянного тока, поскольку, ток возникает только в замкнутом контуре. В общем, в обмотках генератора возникает ЭДС, а не ток. Ток начинает протекать только тогда, когда к обмоткам подключается какой-либо потребитель. Однако, в этой статье мы будем пользоваться устоявшимися понятиями.

Какие бы ни были электрические генераторы основной их принцип – выработка электрической энергии за счёт вращения обмотки в магнитном поле. Это значит, что можно выделить два схематических вида генераторов: либо мы вращаем магнитное поле в неподвижном проводнике, либо вращаем проводник в неподвижном магнитном поле.

Содержание:

Устройство генератора переменного тока

Итак, относительно устройства генератора переменного тока и принципа его действия.

Наибольшее распространение получили генераторы переменного тока с неподвижным проводником. Обусловлено это тем, что ток возбуждения по отношению к току, который получают с генератора, небольшой. Если посмотрите на картинку, то увидите два кольца, по которым протекает ток обмотки возбуждения и это слабое звено любого генератора с обмоткой возбуждения. То есть, либо по кольцам через щётки мы подаем небольшой ток возбуждения, либо через кольца снимаем большой рабочий ток. В электричестве неподвижная часть генераторов или двигателей, на которой находится обмотка, называется статором. Подвижная часть может называться ротором или якорем.

Основные виды генераторов переменного тока

Видов генераторов довольно много. Попробуем классифицировать их по основным направлениям.

  • По виду используемой энергии:
    • Энергия ветра
    • Энергия газа
    • Энергия жидкого топлива
    • Энергия тепла
    • Энергия воды
  • По типу генератора:
    • Однофазный
    • Трёхфазный
    • Синхронный
    • Асинхронный
    • По количеству полюсов статорной обмотки

Есть и другие типы, но они менее распространены.

  • По типу возбуждения:
    • Независимое возбуждение. В этом случае на одном валу с генератором переменного тока находится еще и генератор постоянного тока, который питает только обмотку возбуждения. Возбуждение в таком случае может выполняться и любым другим источником тока, например, аккумулятором.
    • Самовозбуждение. В этом случае, напряжение для обмотки возбуждения получают непосредственно с используемого генератора.
    • Возбуждение с помощью магнитов, которые располагаются на статоре или на якоре, что значительно упрощает устройство генератора, но с помощью такого способа получить мощные генераторы не получится.
Синхронный генератор : схема, устройство, принцип работы

Что значит синхронный по отношению к двигателю или генератору? Если совсем просто, то частота переменного тока жёстко зависит от скорости вращения ротора электрической машины и наоборот. Таким образом, можно относительно легко контролировать частоту переменного тока. Сам по себе синхронный генератор имеет ряд преимуществ, благодаря которым стал наиболее распространенным. Скажу вам по большому секрету, именно синхронные генераторы используются на всех станциях, где производят электричество.

Приводным двигателем (на схеме обозначен как ПД) может выступать любое вращающее устройство: двигатель, турбина, крыльчатка ветряной мельницы или водяного колеса. На одном валу с ПД находится ротор генератора с обмоткой возбуждения. На обмотку подается постоянное напряжение и вокруг обмотки образуется магнитное поле. Когда ротор вращается, в обмотках статора возникает ЭДС, то есть появляется напряжение, только уже переменное, частота которого зависит от скорости вращения ротора n1 и количества пар полюсов p. Частоту ЭДС можно высчитать по формуле.

Асинхронный генератор: схема, устройство, принцип работы

Устройство асинхронного генератора

Асинхронный генератор, это, по сути, асинхронный двигатель. То есть, любой асинхронный двигатель можно перевести в режим генерации энергии и наоборот. Конструктивно, устройство, которое называют генератором, выполнено таким образом, чтобы иметь хорошее охлаждение. Глубоко останавливаться на принципе действия асинхронных машин не будем, но вкратце расскажу, почему их называют асинхронными на примере двигателя.

Когда на обмотки статора подается напряжение, образуется магнитное поле, у трёхфазных двигателей оно круговое, у однофазных эллипсообразное, стремящееся к круговому. Магнитное поле начинает пересекать витки обмотки статора. В короткозамкнутой обмотке ротора возникает ЭДС, то есть напряжение, а поскольку обмотка короткозамкнутая, по ней начинает протекать ток, который тоже создает магнитное поле. Взаимодействие этих магнитных полей приводит ротор в движение. Что будет, если скорость ротора станет равна скорости магнитного поля, создаваемого статором? Правильно, магнитное поле статора перестанет пересекать обмотку ротора. Это можно сравнить с тем, что две машины двигаются на одинаковой скорости. Вроде бы машины двигаются, но при этом по отношению друг к другу они словно стоят на месте, просто земля с большой скоростью проносится под машинами. Так вот, как только скорость ротора и скорость магнитного поля статора станут одинаковыми, в обмотке ротора перестанет вырабатываться ЭДС, прекратится взаимодействие магнитных полей статора и ротора и ротор начнёт останавливаться. Поэтому скорость вращения ротора асинхронного двигателя всегда несколько меньше скорости вращения магнитного поля статора и эта величина называется скольжение.

Так вот, чтобы асинхронный двигатель стал генератором, надо определить скольжение и увеличить скорость вращения ротора на эту величину. Допустим, мы имеем однополюсный трехфазный асинхронный двигатель со скоростью вращения вала 2800 оборотов. Если бы такой двигатель был синхронным, скорость вращения составила бы 3000 оборотов. То есть скольжение составляет 200 оборотов в минуту. Это значит, что если мы начнём вращать ротор со скоростью 3200 оборотов в минуту, то двигатель перейдёт в генераторный режим и будет уже не потреблять, а вырабатывать ЭДС.

Сложность применения таких генераторов в том, что они подвержены провалам. Например, если включить активную нагрузку (лампочку накаливания или нагреватель), пусковой ток будет небольшим. Значительной перегрузки не произойдет, и генератор будет работать стабильно. Если же включить реактивную нагрузку, например, двигатель, то будет большой пусковой ток, превышающий номинальный в 5-20 раз, который «провалит» генератор, то есть вызовет резкое падение напряжения на обмотках генератора. После такого провала асинхронный генератор снова нужно возбуждать. Так что, простота асинхронного генератора перевешивается серьезным недостатком.

Ну и еще нужна конденсаторная установка для возбуждения короткозамкнутой обмотки ротора. Если подобрать неверно ёмкость конденсаторов, то в случае «недобора» от генератора мы получим меньше тока, а в случае «перебора», наш генератор будет сильно перегреваться.

Схемы подключения

Собственно, даже не схемы включения, а варианты. Их, как правило, три:

      • Автоматическое включение. В этом случае устанавливается специальный блок аварийного включения. Как только отключают напряжение в сети, блок подаёт команду на запуск генератора и переключает сеть с внешнего источника питания, на генераторную установку.
      • Ручное включение. В этом случае, пользователь сам проводит операцию переключения с внешнего источника питания на генераторную установку и вручную запускает генератор.
      • Синхронная работа. Такой режим, в основном используется на крупных станциях, генераторы которых объединены в одну сеть. Все генераторы этой сети работают синхронно, с одной частотой, с одной очерёдностью фаз и с одинаковым напряжением на обмотках статора.
Однофазный генератор

Здесь я подробно останавливаться не буду. Такие устройства сейчас можно встретить в любом магазине инструментов. Если однофазный генератор используется как запасной источник электроэнергии, то подключается к домовой сети, как правило, посредством рубильника. То есть, одновременно внешний источник питания и генератор на одну сеть не могут – либо то, либо другое. Во-первых, незачем, во-вторых, это сильно усложнило бы и увеличило стоимость бытовых генераторов. Единственное, на чём могу здесь остановиться, это включение однофазного генератора в трёхфазную сеть.

Включение однофазного генератора в трёхфазную сеть

Однако у такого метода есть свой недостаток. Трёхфазные двигатели в такой сети работать не будут, если же их включить, то очень быстро нагреются и выйдут из строя.

Трехфазный генератор

Трёхфазные генераторы могут быть бытовыми и промышленными. Устройство генератора трёхфазного тока в бытовом варианте практически ничем не отличается от однофазного, как и схема включения. Единственное условие при включении бытового генератора в сеть, если в такой сети имеются трёхфазные двигатели – соблюдать очередность фаз. В случае же, если нагрузка в доме однофазная, то такой предосторожностью можно пренебречь.

Устройство генератора трёхфазного тока в промышленном варианте – это устройство, оснащенное автоматическим пуском и иногда может быть оснащено устройством синхронизации. Подключение таких генераторов лучше доверить специалистам.

Ну а бытовой генератор точно так же, как и однофазный включается в сеть через рубильник. Следовательно, в зависимости от положения рубильника работает либо внешний источник питания, либо генератор.

Устройство генератора постоянного тока

Чтобы узнать, что такое генератор постоянного тока, устройство и принцип действия вернёмся немного назад. Мы уже выяснили, как работает генератор переменного тока. Давайте подробнее рассмотрим процесс возникновения ЭДС. Поскольку ротор вращается, у нас есть цикл равный одному обороту ротора или 360°. Давайте узнаем, что происходит в этом цикле:

      • 0° — ЭДС =0
      • 90° — ЭДС достигает максимального значения со знаком «+»
      • 180° — ЭДС снова равна 0
      • 270° — ЭДС достигает пикового значения со знаком «-»

Как же сделать так, чтобы не менялась полярность напряжения? Великие умы придумали следующее – применить коллектор, то есть, снимать напряжение только нужной полярности. Помните, мы говорили, что в генераторе переменного тока, рабочей является обмотка статора, а на роторе находится обмотка возбуждения. Так вот, в генераторе постоянного тока напряжение снимается только с ротора, который называется якорем.

Схема генератора постоянного тока

Если такой генератор будет иметь только одну пару полюсов, как на картинке, то мы получим пульсирующее постоянное напряжение, где частота будет в два раза больше скорости вращения. То есть, если скорость вращения будет 50 оборотов в секунду, то частота пульсации будет 100 Гц. Чтобы снизить пульсацию напряжения увеличивают количество пар полюсов.

С момента изобретения генератора постоянного тока схематично и по принципу действия он практически не изменился, изменилась лишь технология изготовления и сейчас он выглядит так:

Основные виды генераторов постоянного тока

В настоящее время набирают популярность двигатели постоянного тока без коллектора. Возможен ли вариант бесколлекторного генератора? К сожалению, пока решить эту задачу не удалось. Так что, если вы где-то увидите название «Бесколлекторный генератор постоянного тока», знайте, что это генератор переменного тока с выпрямительным блоком.

По этой причине, генераторы постоянного тока характеризуют только по типу возбуждения:

  1. Генераторы, возбуждаемые магнитами. Большую мощность такие генераторы развить не могут, поэтому нашли применение только там, где требуются небольшие мощности. Ну и, конечно же, применение магнитов ощутимо удешевляет стоимость таких генераторов.
  2. Независимое возбуждение. Точно так же, как и у генераторов переменного тока, для возбуждения применяется внешний источник питания, не связанный с генератором.
  3. Зависимое возбуждение, которое делится на три типа:
    • Параллельное возбуждение. Как можно понять из названия, обмотка возбуждения в таком генераторе подключена параллельно обмотке якоря. Иногда такой вид возбуждения называют шунтовый.
    • Последовательное возбуждение. Здесь обмотка возбуждения подключается как гирлянда, последовательно обмотке якоря. Такой вид иногда называют сериесным.
    • Смешанное возбуждение или компаундное. Обмотка возбуждения таких генераторов состоит из двух частей, первая подключается шунтовым методом, вторая сериесным.
Генераторы с независимым возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора независимого возбуждения

Принцип работы этого генератора довольно прост. Однако простота генератора является его же недостатком – он требует внешнего независимого источника питания. Якорь генератора разгоняют до необходимой скорости, затем с помощью реостата начинают возбуждать генератор. На обмотках якоря возникает ЭДС и при подключении нагрузки начинает протекать ток.

Нагрузочная способность такого генератора очень хорошая. Как правило, разница между напряжением холостого хода, когда нагрузка не подключена и напряжением при номинальной нагрузке генератора, когда потребитель загружает полностью – составляет всего 5-10%.

Преимущество генератора с независимым возбуждением ещё и в том, что его можно запускать под нагрузкой, то есть, с присоединенными электроприборами.

Генераторы с параллельным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора параллельного возбуждения

У генератора с параллельным включением обмотки возбуждения, в принципе, тоже неплохие нагрузочные характеристики, хотя и несколько хуже, чем у схем с независимым возбуждением – 10-30%. У схем с зависимым возбуждением есть одна особенность, для того, чтобы произошло возбуждение, металл генератора должен иметь остаточную намагниченность. Достаточно 2-3% остаточной намагниченности чтобы запустился процесс самовозбуждения. Конечно же, при этом направление обмотки возбуждения должно совпадать с направлением поля остаточной намагниченности.

Якорь генератора раскручивают до номинальных оборотов, за счет остаточного намагничивания происходит самовозбуждение, то есть, в контуре генератор-обмотка возбуждения появляется ЭДС, появляется небольшой ток. Он увеличивает ЭДС, следовательно, ток снова увеличивается и так происходит до тех пор, пока не будет достигнут баланс между падением напряжения в обмотке генератора и падением напряжения в обмотке возбуждения.

В работе генератора есть одна особенность. Если плавно увеличивать нагрузку вплоть до короткого замыкания, то в какой-то момент мощность генератора достигнет пиковых значений, затем пойдет на спад. По сути, если в момент номинальной загрузки генератора устроить короткое замыкание, то ничего страшного не произойдет. Но если это сделать при небольшой нагрузке, то ток короткого замыкания достигает критических значений 8-10 Iн, а значит, такие генераторы крайне настоятельно рекомендуется защищать от короткого замыкания любым доступным способом.

Такие генераторы получили наибольшее распространение, поскольку не требуют внешних источников питания, имеют неплохую нагрузочную способность и позволяют контролировать ток возбуждения.

Генераторы с последовательным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора последовательного возбуждения

Поскольку ток обмотки возбуждения в данном случае равен току в цепи, а значит, достигает больших значений, обмотка возбуждения выполняется толстым проводом и имеет меньшее количество витков, чем в предыдущих двух схемах. Принцип работы такой же, как и у предыдущей схемы. Обмотка и поле остаточной намагниченности должны совпадать по направлению. При раскручивании якоря до номинальной частоты возникает ЭДС, поднимается ток и дальше по нарастающей, пока не будет достигнут баланс.

Но здесь есть один небольшой нюанс. Ток обмотки возбуждения изменяется от тока нагрузки, и регулировать ток возбуждения возможности нет. А это приводит к тому, что очень сильно изменяется и напряжение. Здесь мы получаем самый настоящий генератор тока, а не напряжения. Именно поэтому область применения генератора с последовательным возбуждением сильно ограничена.

Генераторы со смешанным возбуждением: схема, устройство, принцип работы

Схема генератора со смешанным возбуждением

На этом типе соединения нужно остановиться подробнее. У нас есть две обмотки, а значит, их можно включать как согласованно, так и встречно. Здесь я приведу график внешних характеристик  такого генератора, и мы по ним пройдемся.

График внешних характеристик генератора постоянного тока со смешанным возбуждением

Итак, раскручиваем якорь до номинальных оборотов. Остаточная намагниченность возбуждает параллельную обмотку, генератор выходит на рабочий режим. Теперь, если мы подключим нагрузку, при этом последовательная обмотка включена согласованно, то возникает дополнительный ток возбуждения. Последовательная обмотка становится, как бы, поддерживающей или опорной. Этот вид включения, если последовательная обмотка была рассчитана, как компенсирующая, позволяет довольно жестко поддерживать напряжение в заданных пределах. На графике это очень хорошо видно по кривой №1.

Если требуется получить некий запас напряжения, например, генератор находится на значительном удалении от потребителя и требуется учесть потери на кабельных линиях, то в последовательной катушке возбуждения увеличивают количество витков. Тем самым, мы получаем более крутую внешнюю характеристику, но поддержание напряжения на номинальных нагрузках остается по-прежнему жестким. Это видно по кривой №2.

Для сравнения, кривая №3 показывает внешнюю характеристику генератора только с параллельным возбуждением.

Так зачем же требуется встречное включение катушек возбуждения? Если вы посмотрите на кривую №4, то можете догадаться, что в случае короткого замыкания, ток возрастает до определенного момента, затем начинает падать. Из графика видно, что ток не достигает даже номинального значения, то есть, примерно 0,7 Iн. В таком варианте включения обмоток генератор без риска повреждения можно использовать для частых коротких замыканий, например сварочные работы.

К сожалению, у всех схем, где используется зависимое возбуждение, есть один существенный недостаток. Поскольку это трудно назвать возбуждением, скорее это самовозбуждение, то запускать такие генераторы вместе с нагрузкой не представляется возможным. Как я уже говорил выше, возбуждение происходит за счёт остаточного намагничивания, которое составляет буквально 2-3%. А значит, если к выводам генератора будет подключена нагрузка, ток будет стремиться по пути наименьшего сопротивления, то есть самой нагрузки. Другими словами, вместе с нагрузкой тока будет недостаточно для формирования магнитного поля.

Думаю, на этом можно закончить ознакомительную статью по генераторам переменного и постоянного тока.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Основное электрооборудование и принципиальные схемы ДЭС



Синхронные генераторы

Генераторы с машинной системой возбуждения в качестве возбудителя имеют генератор постоянного тока, связанный с валом генератора текстропной (ременной) передачей или фланцем. Обычно возбудитель имеет мощность, равную 1,5-2,5% номинальной мощности генератора ДЭС.

Рис.1. Принципиальная схема генератора с машинной системой возбуждения.

На рис.1 изображена принципиальная электрическая схема генератора с машинной системой возбуждения. Схема состоит из генератора 1, возбудителя 2 и реостатов регулирования напряжения 3.

В станине статора в специальных пазах уложена обмотка статора 4, концы которой 20 выведены в коробку выводов генератора. Ротор генератора состоит из железного сердечника с намотанной на нем обмоткой возбуждения 5. Концы обмотки 5 выведены на контактные кольца 7 и через щеточную систему и провода 6 - в коробку выводов возбудителя 8.

Полюсы возбудителя представляют собой сердечники с намотанной на них обмоткой возбуждения 11 и имеют слабое остаточное намагничивание. Поэтому в межполюсном пространстве всегда имеется магнитное поле. Концы 10 и 12 обмотки 11 заведены в коробку выводов 8. При помощи токосъемных щеток с коллектора 21 снимается постоянное напряжение (выводы 9 и 13 возбудителя). При пуске двигатель (дизель) вращает вал генератора 1 с ротором и соединенный с ними якорь возбудителя. При этом обмотки якоря возбудителя пересекают магнитное поле, создаваемое полюсами возбудителя в межполюсном пространстве, и в них индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС).

С помощью коллектора ЭДС преобразуется в напряжение постоянного тока, и по обмотке возбуждения возбудителя 11 пройдет ток, что вызовет в свою очередь усиление магнитного поля в межполюсном пространстве, и, следовательно, в обмотке якоря возбудителя начнет индуктироваться большая ЭДС. Этот процесс будет продолжаться до получения на зажимах возбудителя напряжения, обусловленного сопротивлением 14 в цепи обмотки возбуждения возбудителя. Обмотка возбуждения генератора 5, соединенная с обмоткой якоря возбудителя, является ее нагрузкой. При протекании тока по обмотке возбуждения генератора 5 создается магнитное поле, которое замыкается через сердечник (станину) статора. Ротор генератора вращается, магнитное поле пересекает неподвижную статорную обмотку 4 и индуктирует в ней переменную ЭДС, которая снимается с концов 20 в коробке выводов генератора.

С помощью реостатов 14, 15, 17 (в неавтоматическом режиме, контакт 18 замкнут) или, изменяя сопротивление угольного столба 19 (в автоматическом режиме, контакт 16 замкнут), можно регулировать напряжение на якоре возбудителя и тем самым изменять напряжение на выводах статорной обмотки генератора.

Генераторы имеют встроенные (ДГС) или выносные возбудители (ПС-93-4 и СГД). Машинный возбудитель усложняет конструкцию генератора, увеличивает его размеры и массу, кроме того, коллектор и щетки имеют повышенную повреждаемость, поэтому генераторы с машинным возбуждением заменяют генераторами со статической системой возбуждения.

Техническая характеристика генераторов с машинной системой возбуждения приведена в табл.1.

Таблица 1

Технические характеристики генераторов ДЭС с машинной системой возбуждения

Серия ДГС состоит из четырех типоразмеров: 81-4; 82-4; 91-4, 92-4. Первая цифра обозначает габарит (ВОСЬмой или девятый), вторая - длину (первая или вторая), третья — количество полюсов (четыре). Генераторы имеют две формы исполнения: М101 - на лапах с двумя одинаковыми подшипниковыми щитами, соединение с двигателем при помощи эластичной муфты или ременной передачи и М202 - на лапах с двумя подшипниковыми щитами, один из которых имеет фланец, соединение с двигателем только эластичной муфтой.

Все типоразмеры ДГС имеют одинаковое устройство, но отличаются размерами статора, ротора, диаметром корпуса, сечением и количеством витков провода, размерами пазов. Возбудители применяются типов ВС-13/7 и ВС-13/11, они отличаются длиной активных частей.

Статор 2 генератора ДГС-82-4/М201 (рис.2) состоит из чугунной литой станины, сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки. В полузакрытые овальной формы пазы статора уложена катушечная двухслойная обмотка из круглого обмоточного провода. Обмотка удерживается в пазах клиньями.

Ротор генератора 3 состоит из цельнокованого вала, к средней часта которого привернуты полюсы, набранные из листовой стали. На изолированные полюсы намотаны катушки медного изолированного провода прямоугольного сечения. Концы обмотки ротора присоединены к двум контактным кольцам 10, расположенным внутри подшипникового щита. Контактные кольца изготовлены из меди и надеты на изолированную миканитом чугунную втулку. Узел контактных колец посажен на вал ротора.

Рис.2. Синхронный генератор ДГС-82-4/М201.

Подшипниковые щиты 1 и 4 чугунные. Для прохождения охлаждающего воздуха в щитах имеются окна, защищенные с боков и снизу предохранительными решетками Подшипники генератора закрыты крышками. Наружные крышки чугунные, внутренние стальные. Наружное кольцо роликоподшипника заключено в ступицу щита.

Для добавления смазки роликоподшипника у генератора исполнения М201 имеется маслоход, ввинченный в ступицу щита, у генератора исполнения М101 - два болта, ввинченных в наружную крышку щита. Смазку добавляют в подшипники через маслоход, ввинченный в капсулу подшипника, или отодвинув наружную крышку при снятом возбудителе.

Траверса контактных колец 10 укреплена на внутренней стороне капсулы и имеет на каждом пальце два латунных щеткодержателя с щетками ЭГ-4Э.

Для охлаждения отдельных узлов генератора предусмотрена аксиальная система вентиляции Центробежный вентилятор 11 укреплен на валу со стороны привода. Поток охлаждающего воздуха засасывается вентилятором по двум параллельным путям: окна переднего щита каналы между пакетом железа статора и станиной - пространство между лобовой частью обмотки статора и диском вентилятора, возбудитель - окна капсулы шарикоподшипника - междуполюсное пространство ротора.

Якорь 13 возбудителя ВС-13/7 5 посажен на выступающий конец вала генератора и закреплен болтом, коллектор 15 - на втулку якоря.

Волновая обмотка якоря 14 из круглого провода пропитывается изоляционным лаком лаком. Секции удерживаются в пазах при помощи бандажей из стальной проволоки или стеклобандажной ленты. Станина возбудителя 5 чугунная, а сердечники полюсов 12 собраны из листовой стали и изолированы.

Обмотки полюсов 17 из круглого провода намотаны на сердечник и пропитаны изоляционным лаком. Полюсы прикреплены к станине болтами.

Траверса коллектора 6 представляет собой металлическое кольцо, имеющее четыре пальца из пластмассы, на котором укреплено по два латунных щеткодержателя 16.

Генераторы имеют две коробки выводов: для выводов обмотки статора 8 и для выводов обмотки возбудителя и ротора 9. Клеммные коробки состоят из доски зажимов, чугунного корпуса и крышки.

В передвижных станциях применяется генератор ПС-93-4 мощностью 75 кВт (рис.3). Он имеет 9-й габарит, 3-ю габаритную длину и четыре полюса. Возбудитель размещается сверху, на корпусе генератора, что делает более удобной компоновку электростанции. Генератор соединяется с возбудителем типа ВС-13/9 с помощи клиновидных ремней.

Рис.3. Генератор ПС-93-4 с возбудителем ВС-13/9.
1 - задний подшипниковый щит; 2 - коробка выводов генератора;
3 - коробка выводов возбудителя; 4 - корпус возбудителя; 5 - корпус генератора;
6 - боковые плоскости с отверстиями для крепления генератора.

Стальная станина статора имеет боковые плоскости 6 с отверстиями для крепления генератора. Сердечник набран из листов электротехнической стали и покрыт специальным лаком. Крепление сердечника к ребрам станины аналогично креплению ДГС, а пазы имеют прямоугольную открытую форму. В пазах укладывается обмотка статора из неизолированного провода прямоугольного сечения, изолированная слоями миканита и пропитанная компаундом. Пазы закрываются специальными гетинаксовыми клиньями. Выводы обмотки статора заведены в коробку выводов генератора.

Ротор генератора выполнен из стального вала, на котором укреплены полюсы, набранные из листовой стали. На изолированные полюсы намотаны катушки из медного провода, выводы которых присоединены к контактным кольцам.

Генератор охлаждается с помощью воздуха, который аксиальным вентилятором прогоняется между полюсам ротора и лобовыми частями статорной обмотки и выбрасывается наружу через окна в заднем подшипниковом щите.

Серия СГД имеет три типоразмера: 11, 12, 13 и обозначается СГД-13-42-12. Первые две цифры обозначают габарит генератора (11, 12, 13) , вторая группа цифр - длину активной части статора в сантиметрах (24, 36, 46 и т. д.), третья группа - число полюсов генератора (4, 10, 12). Генераторы большой мощности имеют обозначение, например, СГД-625-1500, где первая группа цифр обозначает мощность генератора в киловольт-амперах, а вторая - число оборотов генератора минуту.

Генераторы имеют одинаковое устройство и различаются только размерами, сечением проводов и количеством витков. С генераторами этой серии применяют возбудители серий ВС, П-70 (71, 72) и ВСМ-21/12. Возбудитель, установленный на корпусе генератора, соединяется с генератором текстропной передачей.

Рис.4. Синхронный генератор СГД-400-1000.

Статор генератора СГД-400-1000 (рис.4) имеет сварную стальную станину 8 с окнами для входа и выхода воздуха, рамы для подъема машины и два бруска для установки возбудителя. Сердечник статора 9 набран в пакеты из лакированных с обеих сторон колец, штампованных из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм и имеющих прямоугольные пазы.

В пазы заложены двухслойная обмотка 6 из прямоугольной обмоточной меди. Витковая и корпусная изоляции выполнены из стекломикаленты. Закрывают пазы стеклотекстолитовые клинья.

Ротор генератора выполнен с явно выраженными полюсами, остов ротора 3 набран из штампованных листов стали и насажен на вал генератора 2. Обмотки полюсов 4, расположенные на изолированных сердечниках 5, изготовлены из неизолированной шинной меди и имеют изоляцию из асбестовой бумаги, покрываемой сверху лаком. Успокоительная обмотка состоит из медных стержней и расположена в башмаках полюсов. Выводы обмотки ротора с помощью кабеля присоединены к контактным кольцам 28.

Постоянный ток подается в обмотку ротора с помощью контактной траверсы с щетками 27.

Шкив генератора 29 с помощью клиноременной передачи 23 и шкива возбудителя 24 вращает вал возбудителя 13.

Центробежный вентилятор 7, закрепленный на втулке вала ротора, обеспечивает аксиально-радиальную вентиляцию генератора. Подшипниковые щиты 1 и кожух 25 закрывают корпус генератора.

Станина возбудителя типа П-70 15 выполнена сварной из листовой стали, на ней болтами укреплена магнитная система, состоящая из четырех главных и четырех добавочных полюсов. Сердечники главных полюсов 17 собраны из штампованных листов электротехнической стали и стянуты стальными заклепками в пакеты, сердечники добавочных полюсов 16 стальные, массивные. На сердечнике главных полюсов установлены катушки последовательной обмотки 19 и катушки шунтовой обмотки 18.

Катушка последовательной обмотки состоит из одного витка неизолированной ленточной меди, а катушка шунтовой обмотки изготовлена из прямоугольной меди. Обе катушки обмотаны снаружи стекломикалентой и пропитаны лаком. Катушки добавочных полюсов 14 также изготовлены из неизолированной ленточной меди, изолированы стекломиканитом и пропитаны лаком. На вал якоря возбудителя 13 насажен пакет якоря 26, состоящий из штампованных листов электротехнической стали и имеющий открытые пазы прямоугольной формы для укладки обмотки якоря. Обмотка якоря состоит из катушек, выполненных из прямоугольной меди, изолированных стекломикалентой, уложенных в открытые пазы железа якоря и закрепленных бандажами из стальной луженой проволоки.

Коллектор 12 собран из отдельных медных пластин, изолированных друг от друга прокладками из миканита, а выводные концы обмоток секции якоря впаяны в шлицы коллекторных пластин. Коллектор в собранном виде посажен на вал возбудителя. Над коллектором укреплены щетки, установленные в обоймы траверсы возбудителя 11. Подшипниковые щиты 10, 20 и крышка 22 крепятся к станине и закрывают возбудитель.

Вентиляция возбудителя аксиальная. Напор воздуха для вентиляции создается центробежным вентилятором возбудителя 21.

Генераторы со статической системой возбуждения.

В этих генераторах статическая система, состоящая из неподвижных элементов (силового трансформатора, выпрямителей и т.д.), преобразует переменный ток на выводах генератора в постоянный для питания обмотки возбуждения и регулирования напряжения генератора.

Рис.5. Принципиальная схема генератора со статической системой возбуждения.

Схема генератора со статической системой возбуждения (рис.5) состоит из обмоток статора 1, обмоток ротора 2 и статической системы возбуждения (блока возбуждения и блока управления). Блок возбуждения состоит из силового трансформатора 3, селеновых выпрямителей 4, блока конденсаторов 5 и силовых выпрямителей питания 6. Элементы блока возбуждения смонтированы на литом основании, которое крепится к станине генератора и закрывается сверху колпаком.

Блок управления 7 состоит из переключателей работы П5, резистора уставки напряжения РУ и отдельно стоящих резисторов для регулирования статизма 8. С помощью блоков 7 и 8, установленных на отдельном щите, управляют выходными параметрами генератора. Принцип работы генератора аналогичен работе генератора с машинной системой возбуждения, за исключением работы статической системы.

Для поддержания напряжения на выводах генератора неизменным при любой нагрузке необходимо, чтобы ток возбуждения генератора изменялся в соответствии со значением и характером его нагрузки. В статической системе возбуждения (рис.5) использован принцип фазового компаундирования. В обмотке W2 компаундирующего трансформатора 3 и селеновых выпрямителях происходит сложение и выпрямление двух составляющих тока возбуждения: от обмотки W1 пропорциональной напряжению генератора, и от обмотки Wc, пропорциональной току генератора, сдвинутых относительно друг друга под углом, зависящим от характера нагрузки (cosφ).

Система статического возбуждения автоматически обеспечивает изменение тока возбуждения при изменении значения и характера нагрузки генератора. Так как выпрямители 4 имеют нелинейное сопротивление, что не обеспечивает начального самовозбуждения, в системе предусмотрен резонансный контур, образованный емкостью Хс конденсаторов С4-С6, подключенных к обмотке Wд, и индуктивностью рассеяния XL первичной обмотки Wi. Специальным подбором параметров при частоте 50 Гц обеспечивают XL=Xc тогда ток возбуждения уже не будет зависеть от сопротивления выпрямителей 4 и обмотки возбуждения в процессе начального самовозбуждения.

Параметры трансформатора 3 обеспечивают стабильность напряжения генератора при cosφ от 0,4 до 1,0 с точностью ±5%.

Для более точной стабилизации напряжения (±3%) служит специальная обмотка управления Wy, в которую подается постоянный ток. При протекании постоянного тока по обмотке Wy образуется магнитный поток, который замыкается по сердечнику трансформатора 3. С изменением протекающего по обмотке Wy постоянного тока изменяется постоянный магнитный поток сердечника 3 и, следовательно, ток возбуждения генератора в обмотке W2. Так как обмотка Wy питается постоянным током от двух последовательно встречных источников: выпрямителя 4 (ток Iв пропорционален напряжению возбуждения генератора) и выпрямителя питания 6 через резистор РУ и сопротивление статизма СС1 (ток Iвп не зависит от нагрузки и неизменен для любого режима), то Iу=Iвп-(-Iв) и, следовательно, напряжение возбуждения генератора будет увеличиваться с ростом нагрузки.

При нагрузке с меньшим cosφ напряжение возбуждения возрастает больше, чем при нагрузках с большим cosφ, и, следовательно, ток подмагничивания трансформатора 3 (Iвп>Iв) при реактивных нагрузках генератора будет уменьшаться больше, чем при активных. Благодаря этому осуществляется коррекция параметров системы фазового компаундирования и достигается большая точность регулирования напряжения генератора по нагрузке, чем при неуправляемом варианте фазового компаундирования.

Уставку напряжения генератора регулируют резистором РУ, включенным последовательно в цепь обмотки Wy, а составляющую тока управления Iв можно корректировать резистором СС1.

Статическая система возбуждения обладает следующими достоинствами: отсутствием движущихся частей, высокой механической прочностью конструкций, надежностью и высокой точностью регулирования напряжения, небольшими эксплуатационными затратами.

Для начального возбуждения генераторы могут иметь резонансную систему с конденсаторами (генераторы типов ДГФ, ЕСС, ГСФ-100-БК, ОС, ГСС-104-4Б), или аккумуляторную батарею (ЕСС-5, ГСФ-100М, ГСФ-200), или генератор начального возбуждения (СГДС-11-46-4), или трансформатор напряжения (ЕСС-5). Принцип работы статической системы возбуждения одинаков для всех типов генераторов, за исключением схем начального возбуждения.

Техническая характеристика генераторов со статической системой возбуждения приведена в табл.2.

Таблица 2

Технические характеристики генератора ДЭС
со статической системой возбуждения

Серия ДГФ состоит из двух типоразмеров 82-4Б и 83-4Б (8-й габарит, 2-я или 3-я условная длина, четырехполюсный). Исполнение генераторов фланцевое, защищенное, с самовентиляцией, на двух щитовых подшипниках.

Рис.6. Синхронный генератор ДГФ-82-4Б.

Генератор ДГФ-82-4Б (рис.6) состоит из статора, ротора, системы возбуждения и двух подшипниковых щитов.

Статор состоит из чугунной станины на двух лапах, сердечника 5 и обмотки 2, ротор генератора - из вала 1, сердечника 9 с обмоткой возбуждения 8, контактных колец 7. Сердечник ротора собирается из листов электротехнической стали, а обмотка ротора намотана прямоугольными проводами. Катушки полюсов соединяются между собой последовательно. Ротор уравновешивается креплением балансировочных грузов к балансировочному кольцу с одной стороны и к воронке вентилятора - с другой.

Задний щит фланцевый, литой, чугунный, имеет два окна, закрытых съемными заглушками (через них открывается доступ к крышке роликоподшипника для его осмотра и пополнения смазки). Система статического возбуждения (3, 4, 6) установлена в верхней части генератора отдельным блоком и закрыта крышкой.

Серия ЕСС состоит из двух модификаций. У генераторов модификации ЕСС точность регулирования напряжения ±2%, что обеспечивает надежную параллельную работу. Генераторы модификации ЕСС-5 имеют упрощенную схему автоматического регулирования и точность регулирования напряжения ±5%, недостаточную для надежной параллельной работы.

У генераторов ЕСС в исполнении MI01 оба подшипниковых щита одинаковы, а в исполнении М201 один из подшипниковых щитов имеет фланец и допускает соединение с двигателем только эластичной муфтой. Генераторы серии ЕСС-5 выпускают только исполнения М101. Серии ЕСС и ЕСС-5 имеют несколько типоразмеров. Например, обозначение ЕСС-82-4/М101 расшифровывается: генератор серии ЕСС, 8-го габарита, 2-й длины, четырехполюсный, на лапах с двумя подшипниковыми щитами.

Генератор ЕСС устроен аналогично генератору ДГФ, а генераторы серии ЕСС-5 имеют кроме основной обмотки статора еще и дополнительную трехфазную обмотку, которая вкладывается в полузакрытые пазы статора и служит для питания схемы возбуждения.

Рис.7. Принципиальная схема генератора ЕСС-5 с начальным возбуждением.

При пуске генератора ЕСС-5 (рис.7) за счет остаточного магнетизма в полюсах ротора 2 в основной 1 и дополнительной 4 обмотках, выведенных на доску зажимов 5, индуктируется ЭДС. Значение ЭДС дополнительной обмотки оказывается недостаточным для открытия выпрямителей 3 и самовозбуждения генератора. Поэтому для обеспечения начального возбуждения применяют два способа.

От аккумуляторной батареи 6-24 В (рис.7,б) подается кратковременный импульс постоянного тока на обмотку ротора. Импульс подается кнопкой 12 через токоограничивающий резистор 11 от источника постоянного тока 13.

От трансформатора начального возбуждения 7 (рис.7,а) через выключатель 8 подается остаточная ЭДС основной обмотки, которая, складываясь с ЭДС дополнительной обмотки, открывает выпрямители 3 и возбуждает генератор. Регулирование напряжения осуществляется с помощью стабилизирующего устройства, состоящего из компаундирующих трансформаторов 10, резисторов 6 и реостатов уставки 9.

Когда ток нагрузки генератора проходит по первичным обмоткам трансформатора 10, то в его вторичной обмотке индуктируется ЭДС, которая вызывает протекание тока по вторичным обмоткам трансформатора 10 и резисторам 6. Резистор 6 включен последовательно в цепь дополнительной обмотки возбуждения 4. Электродвижущая сила, создаваемая на резисторе 6 током нагрузки, и ЭДС дополнительной обмотки геометрически суммируются и вызывают в обмотке возбуждения увеличение тока.

Следовательно, этот ток будет пропорционален току нагрузки генератора и позволит поддерживать напряжение на выводах генератора постоянным. Реостат уставки 9 позволяет изменять напряжение генератора в пределах ±5% номинального значения.

Генераторы серии ГСФ имеют мощность 100 и 200 кВт, исполнение фланцевое, защищенное, на двух щитовых подшипниках, соединение с двигателем с помощью муфты и фланцевого подшипникового щита.

Устройство и принцип работы генератора ГСФ и генератора ДГФ аналогичны. Начальное возбуждение у генераторов ГСФ-200 и ГСФ-100М осуществляется подачей импульса постоянного тока от аккумуляторной батареи; начальное возбуждение генератора ГСФ-100 БК осуществляется с помощью резонансной системы с конденсаторами.

Генераторы серии ОС имеют мощность 8, 16, 30 и 60 кВт и две модификации, которые обеспечивают точность регулирования напряжения ±2 или ±5%.

Генераторы серии ОС выпускаются в исполнении M201 имеют несколько типоразмеров. Условное обозначение этих генераторов аналогично обозначению генератора ЕСС. Конструкция генератора бесстанинная. Пазы статора открытые, обмотка выполнена из готовых секций с изоляцией класса В из кремнийорганической резины. Ротор гребенчатый с демпферами, катушки ротора съемные. Статическая система возбуждения на полупроводниках для автоматического регулирования напряжения размещена непосредственно на генераторе.

В ДЭС используется только четырехполюсный генератор ГСС-104-4Б 10-го габарита и 4-й габаритной длины.

Исполнение генератора брызгозащищенное, с самовентиляцией, на двух щитовых подшипниках. Генератор сопрягается с приводным двигателем эластичной муфтой. Устройство и принцип действия этого генератора аналогичны устройству и принципу действия генератора.

Серия СГДС имеет устройство, аналогичное устройству генератора СГД, но обмотка возбуждения питается от статической системы самовозбуждения, состоящей из трансформаторов фазового компаундирование блока силовых выпрямителей, отдельного выпрямителя и генератора начального возбуждения Работа системы возбуждения этого генератора аналогична работе статической системы возбуждения других генераторов.



как подключить генератор по схеме

Возбудить генератор

Многим автомобилистам интересно, как возбудить генератор, не используя АКБ. Это бывает нужно тем автомобилистам, которые часто отправляются на дальние расстояния, а машина без подзарядки продержится за счет аккумулятора не более 2 часов. Давайте выяснять, как это сделать.

Основное про эффект возбуждения

Как известно, вольтаж, формируемый геном на различных оборотах двигателя, регулируется посредством обмоток возбуждения. Ток поддерживается на постоянном вольтаже – 13,8-14,2 V.

Чтобы обеспечивать автомобильную систему (многочисленные потребители) током, предусмотрен регулятор или РН. Он бывает на отечественных автомобилях и некоторых иномарках, как правило, встроен внутрь генератора. В обиходе такой регулятор называется шоколадкой, таблеткой и т.д.

Ген связан с плюсовым зажимом АКБ через вывод «30». Его также называют плюсом, «В» или «ВАТ». Что касается отрицательного вывода, то он обозначается, как «31» или минус. Также в обиходе встречаются другие его обозначения: «D», «В-» и т.д. Клемма таблетки, используемая для подачи питания от автомобильной сети при включенном зажигании – вывод «15» или «S». Наконец, вывод, рассчитанный для подавания тока на поверочную лампу зарядки, обозначается, как «61» или «D+».

Регулятор напряжения или шоколадка

Если прекращается подзарядка АКБ, то это в большинстве случаев свидетельствует о порче шоколадки. Однако здесь не стоит отчаиваться, ведь достаточно будет подать напряжение на обмотки, т.е, возбудить генератор, чтобы доехать до магазина или ближайшего СТО.

Итак, чтобы доехать до нужного места, не подвергая АКБ глубокому разряду, надо снять шоколадку и возбудить ген.

Схема генераторов

Возникает вопрос, как подключить генератор? Для того чтобы суметь возбудить ген, без использования АКБ, рекомендуется тщательно изучить схему и принцип функционирования генов различных модификаций.

Также важно понимать, зачем нужен ген, что он делает конкретно. Иначе говоря, ген – это электромашина, служащая для преобразования механической энергии в электроток. Благодаря гену происходит обратная зарядка батареи и обеспечение всех электрических потребителей, находящихся в рабочем положении, током.

Ген расположен в передней части двигателя, а приводится в движение от кривошипного вала. На автомобилях-гибридах ген осуществляет работу стартера. Примечательно, что такая же схема наблюдается и в некоторых «полноценных» автомобилях, оснащенных конструкцией стоп-старт.

Становится ясно, что автомобильные гены могут иметь две схемы, два конструктивных вида. Их отличие в разнице компоновки вентилятора, выпрямительного блока и приводного шкива. Также генераторы с разной схемой отличаются геометрическими размерами.

Общие параметры обоих типов генераторов остаются неизменными. Любой ген должен иметь в своем составе ротор или индуктор, статор и другие части.

Рассмотрим схему автогенератора отечественной «классики». Такой ген ставился практически на все модели старых отечественных машин.

Теперь рассмотрим другую схему, более современную. В частности, она используется на «восьмерке» и других автомоделях от ВАЗ.

А это схема, как соединяется ген и, собственно, как он функционирует.

Схема 5

Основной функцией ротора гена является создание магнитполя. Для этого на валу имеется обмотка или ВО (возбудитель). ВО расположен на клювах или выступах полюсных половинок. На валу также предусмотрена контактная группа, состоящая из 2-х медных колец. Через них идет напряжение на ВО. Кольца припаиваются к выводам ВО.

Примечание. Довольно редко, но все же, могут встречаться не медные, а стальные или латунные кольца.

Кроме того, на роторном валу нашли место для крыльчаток вентилятора (кол-во их зависит от конструкции модели). В этом же месте зафиксирован бывает ВПД (шкив приводной).

Еще один узел ротора – подшипники.

Что касается статора, то он выполняет функцию создания переменного напряжения. В нем нашли место сердечник и обмотка. Металлический сердечник собран из пластин.

Обмотка статора

В статоре бывает 36 пазов, служащих для укладывания обмотки. Всего получается устанавливать три обмотки, тем самым, обеспечивая 3-фазное соединение.

Интересно, что помещают обмотки в выемки двумя путями – волной либо петлей. А взаимосоединяются обмотки либо по схеме «звездочка», либо — «треугольник».

Выпрямительный блок

Выпрямительный блок или ВБ необходим для перестройки значений тока, производимого геном. Он преобразует синусоидальный ток в постоянный автомобильной бортовой сети.

ВБ – это просто пластины, траки, эффективно отводящие тепло. В них вмонтированы диоды. ВБ содержит 6 силовых диодов-полупроводников. На каждую фазу идет по два диода, естественно, один на плюс, а другой – на минусовой вывод гена.

Щетки – это узел, обеспечивающий токопередачу на контактные кольца. Щеточный узел состоит из графитовых элементов, собственно самих щеток, пружин-прижимателей и держателя. В генах современного типа щеточный узел создает вместе с регулятором (шоколадкой) единый блок.

Таблетка – предназначена поддерживать ток гена в определенных значениях. Современные регуляторы бывают электронными (едиными) или гибридными. Если в ходу гибридное исполнение, то в схему внедряются радиокомпоненты и электроприборы, если интегральное (единое) – все элементы исполнены с помощью ТМТ (микроэлектроники).

Генераторный привод функционирует за счет вращения ременной передачи. Тем самым, он обеспечивает индуктору вращение с той скоростью, которая необходима (она, как известно, должна превышать скорость вращения кривошипного вала в несколько раз).

Итак, на большинстве моделей генов ВО подключается через отдельную группу, состоящую из 2-х диодов. Последние еще называют выпрямителями, они препятствуют прохождению напряжения разряда АКБ при стоячем ДВС.

Примечание. Если обмотки соединены по схеме «звездочка», то на нулевом выводе ставится 2 добавочных диода силового типа, что позволяет увеличить мощность гена аж на 15%. ВБ монтируется в схему гена посредством электропайки или механической фиксации.

Регулятор или таблетка в генераторе – штука важнейшая. Именно она в ответе за стабилизацию напряжения. А это, как известно, очень требуется при изменениях частоты вращения кривошипного вала и ДВС. Стабилизация шоколадкой производится на автомате, путем воздействия на ВО. Таким образом, таблетка управляет и частотой сигналов напряжения, и продолжительностью импульсов.

Интересный момент. Таблетка изменяет ток, идущий для зарядки АКБ за счет термокомпенсации напряжения. Другими словами, чем становится теплее вокруг, тем меньше тока идет к батарее.

Как возбудить ген

Итак, что же надо сделать, чтобы возбудить генератор? Как и говорилось выше, следует демонтировать таблетку с генератора, так как неисправность возникла именно в нем. Далее, соединить плюсовые выводы обоих устройств, а минусовой выход в шоколадке разрезать. В процессе сборки соединить его с массой щеток.

От клеммы «30» гена изолировать провод, подсоединить в выводную цепь «15» индикатор, мощностью не более 15 Вт. Это касается генов серии Г222. Если агрегаты других моделей, то возбуждать надо, подключая индикатор к выводу «В».

Самовозбуждение генератора можно представить себе и так.

Схема 6

На представленной выше схеме левыми крайними стрелками отмечены диоды. Они устанавливаются только в генераторы современных моделей, в старых агрегатах их не бывает. Точнее говоря, схема без представленных диодов считается классической, а с ними – модернизированной, современной.

На некоторых моделях генов якори подразумевают наличие щеток. Они тоже снимаются, высверливается таблетка. Один контакт напрямую идет к якорю через диоды на плюс, как видно на схеме, второй контакт – на минус (самая нижняя стрелка).

Соответственно, на схеме отмечено: плюс и минус.

Ток начнет подаваться не сразу, т.е, не с малых оборотов. Где-то, если смотреть по тахометру, напряжение начнет вырабатываться после 4000 об/мин. Другими словами, газуем до 4 тысяч оборотов, появляется ток. Если спускаемся до 1 тысячи оборотов в минуту или меньше, напряжение пропадает, нужно будет заново газануть. Примерно таков принцип генерации тока при самовозбуждении.

На некоторых автомоделях двигатель установлен малооборотистый. В этом случае придется делать что-то со шкивами, чтобы увеличить начальную скорость вращения. Для обычного двигателя все должно быть нормально.

Система возбуждения в генераторе

Идем дальше. На выходе получается не 12 вольт, это следует знать изначально. Без регулятора ген будет выдавать все, что он сможет, вплоть до 20-30 вольт. К примеру, во время старта и до 36 вольт доходит. Это можно проверить по лампочке такого вольтажа, подключенной к выходам. Дальше уже опускается до 20 вольт.

Схему, безусловно, можно доработать. Например, врезать конденсатор в плюсовой провод, идущий на якорь. Делается это для того, чтобы при падении оборотов двигателя, не допустить спада напряжения. Хороший конденсатор можно поставить также на выходе, чтобы сгладить первый скачок напряжения и регулировать, сглаживать спады.

Реализуя данную схему, важно помнить о выдаче большого напряжения. Это не 12 вольт, можно легко спалить лампочки, ЭБУ и всю автомобильную электрику в принципе.

Предупреждение. В режиме самовозбуждения ген будет отдавать все, что сможет без каких-либо ограничений, что чревато перегревом и для него самого. Чуть больше нагрузки, и пиши панегирик генерирующему устройству. Поэтому данный способ применим только, как вынужденная мера, опять же, если вы остались на дороге и надо доехать до ближайшего СТО.

Стартер генератор карбюратор автоэлектрика –Различные схемы автомобильных генераторов

Схемы с внешним регулятором напряжения

Схемы со встроенным регулятором напряжения

Схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора

Схемы генераторов с дополнительными диодами

Схемы с многофункциональными регуляторами напряжения

Общие описания

Схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора 

Автомобильный генератор возбуждается от аккумулятора.  Как только включается зажигание, выходной транзистор регулятора открывается и через него идет  ток  возбуждения ,  генератор возбуждается. Когда генератор заработал, возбуждение происходит уже от самого генератора по той же цепи, через замок зажигания. При включенном зажигании в таких схемах плюс аккумулятора всегда остается подключенным к  обмотке возбуждения.

Регулятор напряжения может быть внешним и встроенным. Внешний регулятор это отдельная коробочка, которая соединяется с генератором проводами и стоит в стороне от генератора. Встроенный регулятор, входит в состав генератора, крепится внутри или снаружи корпуса, обычно, встроенный регулятор сделан вместе со щетками.

Это схема с внешним регулятором напряжения, с заземленной щеткой. По такой схеме сделан генератор Г 221, для автомобиля "Жигули" ВАЗ 2101,02, 03, 06, и ранней "Нивы"

Работа схемы автомобильного генератора (это описание применимо для всех последующих схем)

Схема генератора состоит из обмотки генератора, выпрямителя (Диодного моста), обмотки возбуждения в роторе, регулятора напряжения, аккумулятора и подключенных к генератору приборов электрооборудования. Аккумулятор и генератор работают совместно.  Когда генератор не работает все электрооборудование питается от аккумулятора. Когда генератор возбуждается, все начинает работать от генератора,  и  аккумулятор заряжается. Аккумулятор создает первоначальный ток, для возбуждения генератора, то есть, намагничивает ротор. Аккумулятор для генератора нужен обязательно. Если нет аккумулятора, генератор можно крутить сколько угодно, он не заработает.

При включении зажигания, ток от плюса аккумулятора идет в ротор через щетки. Этот ток проходит через открытый транзистор регулятора напряжения. Ток  обмотки ротора намагничивает железные полюса с клювами. Двигатель заводится,  ротор раскручивается, и обмотка статора начинает испытывать резкие изменения магнитного поля от мелькающих клювов ротора. В обмотке статора возникает Электродвижущая сила (ЭДС). В цепи обмотки появляется переменный ток. Этот ток проходит через диодный мост, становится выпрямленным, близким по форме к постоянному.

Обмотка и ротор

Диодный мост

На всех приборах автомобиля и на аккумуляторе начинает действовать напряжение генератора. Напряжение генератора становится выше ЭДС аккумулятора, и он начинает заряжаться.

Когда генератор работает, ток возбуждения в ротор идет уже не от аккумулятора, а от самого генератора.  Регулирование напряжения генератора происходит изменением тока возбуждения.. 

Проблема возникает в том, что, ЭДС генератора значительно превышает необходимое значение напряжения, для работы электрооборудования.  Для того, чтобы поддерживать напряжение на заданном уровне 13, 8 – 14, 2 Вольта, к генератору подключен регулятор напряжения, он ограничивает напряжение генератора..

Регулирование напряжения

При включении, регулятор обязательно открыт, чтобы пропустить ток возбуждения, который намагничивает ротор. Когда генератор раскручивается, ЭДС сильно вырастает, регулятор, подключенный в выходу генератора, чувствует, что напряжении становится выше и закрывается, ток возбуждения уменьшается, напряжение генератора падает. Регулятор чувствует, что напряжение стало ниже и снова открывается, появляется ток возбуждения и напряжение растет, регулятор снова закрывается, и т. д. Напряжение пилообразно изменяется и в среднем поддерживается на заданном уровне.

С увеличением количества включенных приборов, мощность которую отдает генератор растет, а значит, напряжение на выходе генератора снижается, регулятор напряжения отслеживает это снижение и поддерживает напряжение генератора, пока хватает его мощности.

Регулятор поддерживает заданное напряжение на выходе генератора при изменениях числа оборотов и изменениях нагрузки. Это обеспечивает правильную зарядку аккумулятора, и нормальную работу всего электрооборудования.

Схема с внешним регулятором с заземленным транзистором, используется для многих типов устаревших генераторов. 1631,  192,  и.т..п. для автомобилей Волга и Газель с двигателем 402. На многих американских автомобилях, вплоть, до 90 годов, применялись генераторы с внешним регулятором напряжения. Например автомобили "Газель" с двигателем "Крайслер" были сделаны по такой схеме.

 

Схема генератора со встроенным регулятором напряжения

В этом случае регулятор напряжения смонтирован в единый узел со щеточным узлом, и установлен на генератор.

    

По такой схеме сделаны генераторы 58.3701, для автомобиля "Москвич" и все генераторы для автомобилей УАЗ, ЗиЛ, ГАЗ  80 -х - 90-х годов выпуска.

Все три схемы - это  схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора. Первоначальное возбуждение происходит от аккумулятора, а после запуска  ток возбуждения берется с выхода генератора, то есть с той же самой точки.

Недостаток  Схемы с питанием обмотки возбуждения от выхода генератора.

Цепь возбуждения работает через замок зажигания, поэтому работа генератора зависит от состояния контактов замка зажигания, провода цепи возбуждения получаются очень длинными и, в целом, надежность  схемы недостаточно высокая.

Аккумулятор всегда подключен к плюсовому выводу генератора, это необходимо для того, чтобы генератор и аккумулятор могли работать как источники заменяя друг друга - двигатель не работает - источник аккумулятор, двигатель заработал - источник генератор, и все работает от него, а аккумулятор заряжается. Когда генератор не работает, аккумулятор, прямо  подключенный к нему, не может  бесполезно разряжаться через диодный мост потому, что диодный мост не пропускает ток в обратном направлении, но, через обмотку возбуждения в роторе, аккумулятор может разрядиться.

Если двигатель не завелся и генератор не заработал, а зажигание осталось включено, то идет ток ротора от аккумулятора (а это 3 – 5 Ампер) и разряжает его. По разным причинам такие ситуации иногда возникают и тогда, через несколько часов невыключенного зажигания, двигатель не заведется. Такие схемы, в которых ротор запитан от выхода генератора и, значит, подключен непосредственно к аккумулятору, могут привести к неожиданной разрядке аккумулятора.

 

Схемы генераторов с дополнительными диодами

Можно сделать схему возбуждения генератора более короткой и надежной. Ток возбуждения  проходит только внутри генератора и не проходит во внешнюю цепь через замок зажигания. Для этого ток возбуждения берется  с обмоток генератора, выпрямляется отдельным маленьким выпрямителем и отправляется сразу в обмотку возбуждения.

Схема с дополнительными диодами позволяет защитить аккумулятор от случайного разряда через обмотку возбуждения. В такой схеме обмотка возбуждение, на прямую, не подсоединена  к выходу генератора и аккумулятора. Ток возбуждения протекает не от выхода диодного моста, соединенного с аккумулятором, а  прямо от своих обмоток  в обмотку возбуждения, через дополнительный выпрямитель.

Для первоначального возбуждения приходится использовать аккумулятор. Ток первоначального возбуждения, при включении замка зажигания, проходит в обмотку возбуждения через лампочку. Лампочка имеет большое сопротивление, поэтому ток в цепи возбуждения протекает маленький (лампочка светится), такого тока вполне достаточно для подмагничивания ротора. Как только ротор подмагнитился, генератор начинает вырабатывать напряжение и появляется ток в обмотках, этот ток идет через дополнительные диоды в обмотку возбуждения и намагничивание ротора возрастает, так генератор, практически сразу, возбуждается, получив первоначальный толчок маленьким током через лампочку. Дальше генератор работает уже самостоятельно, потребляя необходимый ток возбуждения через дополнительные диоды.  

Цепь внешнего возбуждения остается подключенной, она используется снова при следующем запуске двигателя. Лампочка, фактически, разделяет цепь первоначального возбуждения генератора и цепь рабочего возбуждения. Ток обмотки  возбуждения может достигать 5-и Ампер, но чтобы обмотка возбуждения не могла  потреблять такой ток от аккумулятора,  в цепи первоначального возбуждения и стоит лампочка ограничивающая этот ток. На первый взгляд проблема остается - если ротор генератора не крутится, а зажигание включено, то аккумулятор разряжается, но разражается очень маленьким током через лампочку (лампочка горит).  Ток лампочки может гореть несколько дней и это не приведет к полному разряду нормального аккумулятора. 
Очень важное преимущество такой схемы состоит в том, лампочка  не только ограничивает ток разрядки аккумулятора через обмотку возбуждения, но то, что она становится очень полезным индикатором состояния системы генератор - аккумулятор и позволят контролировать процесс зарядки аккумулятора и исправность - неисправность генератора.

 Схема генератора с дополнительными диодами и регулятором напряжения  типа L (D+)

Схема генератора с возбуждением типа L.  Такая схема широко применялась на автомобилях выпуска 90-х годов. ВАЗ 2108-09, ВАЗ 2107 - 05, ВАЗ 2110, 11, 12, "Газель", "Волга" с двигателем 406, Генераторы 372.3701,  9402,3701, 9422, 3701, и многие другие. Генераторы BOSCH, VALEO 

У регуляторов типа L, на точку L подключается выход лампочки для первоначального возбуждения, а когда генератор заработал, то на эту точку приходит напряжение самого генератора, через дополнительный выпрямитель. Такой регулятор считает, что напряжение на выходе дополнительного выпрямителя - это и есть напряжение бортовой сети, поэтому он поддерживает напряжение на выходе генератора, «опираясь» на значение напряжения на точке L. Это получается недостаточно точно.

 Такие регуляторы применялись на многих генераторах 90-х годов для автомобилей Mitsubishi, и их корейских клонах.

У регуляторов SL два входа. Точка L имеет такое же подключение, выполняет туже функцию, но, контрольное  напряжение, относительно которого нужно поддерживать заданное напряжение поступает на точку S. Это вход с высоким сопротивлением, который тока не потребляет. Он подключается на силовой выход генератора, где напряжение, действительно мало отличается от напряжения бортовой сети. Таким образом, регуляторы SL поддерживают напряжение на выходе генератора более точно, так как контролируют напряжение на самом выходе.  На точке S  при выключенном зажигании должно быть 12 Вольт (связь с аккумулятором). Если цепь оборвана, что иногда бывает, то генератор работает, но держит напряжение примерно на 1 Вольт выше нужного значения и требуется восстановление проводки, чтобы защитить аккумулятор от перезаряда.

Разрядка аккумулятора по цепи S невозможна так как вход S регулятора имеет очень большое сопротивление.

На Российском регуляторе SL  типа 1702.3702 (для  ВАЗ 2108)  неподключение или обрыв точки S, полностью отключает регулятор.

Такое решение использовали BOSCH, Mitsubishi, DELCO COR.  Генераторы БАТЭ для ВАЗ 2110 и для 406-го  двигателя 3202, 3222, были выполнены по этой схеме.

Обмотка, намотанная звездой, имеет среднюю точку, если ее подключить к выпрямителю, то с выпрямителя можно снять больший ток. Для выпрямления тока от средней точки нужно дополнительное плечо диодного моста, то есть нужно еще 2 диода. Таким образом, в том же корпусе и с той же обмоткой, можно получить генератор, который будет мощнее на 10 - 15 процентов, только нужен другой диодный мост, на 8 диодов. Такой генератор поддерживает работу большего числа потребителей, что актуально с увеличением числа электронных схем управления в современных автомобилях.

 

 

Лампочка

Лампочка не только ограничивает ток, но становится простым и очень полезным сигнализатором.

При включении зажигания лампочка загорается, через нее идет ток первоначально возбуждения, это значит, что цепь возбуждения целая и генератор готов к работе.

После запуска двигателя лампочка гаснет – это значит, что генератор заработал.

Если при включении зажигания лапочка не загорелась, то значит, цепь возбуждения не включилась и генератор не заработает.

Если лампочка загорелась, а после запуска двигателя не погасла, то значит, что цепь возбуждения целая, но генератор не заработал, надо искать неисправность, иначе, через два часа машина безнадежно встанет.

Если лампочка загорелась на ходу, то, то значит, генератор перестал работать (например, порвался ремень), двигатель продолжает работать, пока аккумулятор заряжен, но ехать нужно туда, где отремонтируют генератор.

Лампочка так действует потому, что с одной стороны, она подключается к плюсу аккумулятора, а с другой стороны к обмотке возбуждения. При включении замка зажигания, пока генератор стоит, появляется ток через обмотку возбуждения на минус и лампочка горит, показывая, что цепь возбуждения генератора целая. То есть, плюс питания подводится, лампочка целая, проводка до генератора целая, щетки на месте, контакт на кольцах хороший, обмотка ротора целая, регулятор целый, контакт на массу хороший. Как только генератор закрутился, и на выходе дополнительно выпрямителя, появляется плюс, который подействует на лампочку с другой стороны и лампочка погаснет (от плюса к плюсу ток не идет), это и означает, что генератор заработал.

Тусклое свечение лампочки может быть потому, что плохо затянут контакт плюсового вывода генератора, или неисправен диодный мост

Познакомимся с функцией контрольной лампочки генератора более подробно

 

 

Схема генераторов  DENSO, которые применялись на автомобилях Тойота

Схема генератора с регулятором напряжения  типа S IG L

Регуляторы такого типа применялись на генераторах фирмы Денсо для автомобилей Тойота

Регулятор представляет собой микросхему с несколькими навесными элементами.

Силовой транзистор Т2, который работает в ключевом режиме, включает и отключает ток возбуждения.

Транзистор Т1 управляет лампочкой контроля зарядки.

Микросхема работает по более сложной программе, чем регулятор на дискретных элементах, что позволяет упростить схему самого генератора.

Регулятор напряжения имеет разъем S IG L, для внешнего подсоединения, и клеммы для внутреннего подсоединения к цепям генератора B, P, F, E

Назначение выводов внешних

S – подвод напряжения с выхода генератора и аккумулятора для контроля уровня напряжения.

IG- питания цепей регулятора после включения замка зажигания

L - подключение лампочки контроля заряда

Назначение выводов внутренних соединений регулятора

B - подвод тока возбуждения от выхода генератора

P - подвод переменного напряжения с фазы генератора

F - отвод тока возбуждения от ротора

E – земля

 

Работа схемы

В выключенном состоянии к точке В подведен плюс от аккумулятора, но транзистор Т2 полностью закрыт и тока по цепи возбуждения нет. Плюс действует на точке S, но это вход с очень высоким сопротивлением и тока не потребляет.

При включении зажигания плюс от аккумулятора попадает на точку IG и на точку L через лампочку.

Микросхема DD получает питание по цепи IG. Транзистор Т1 открывается и лампочка загорается, сигнализируя о том, что генератор готов к работе, но еще не работает.

Микросхема DD переводит транзистор Т2 в импульсный режим, с такой скважностью, что среднее значение тока оказывается достаточным для подвозбуждения генератора. От плюса, через точку В, в обмотку возбуждения идет ток  через транзистор Т2. Ток очень маленький и противодействие ротора вращению двигателя получается очень слабым, что облегчает запуск двигателя и создает более щадящий режим для аккумулятора и стартера.

Стартер начинает раскручивать двигатель. Ротор вращается и подмагниченный начальным током возбуждения, начинает генерировать в обмотке генератора переменное напряжение.

Возникшее переменное напряжение, с одной из обмоток попадает на точку Р регулятора, и на соответствующую ножку микросхемы. Сигнал о появлении переменного напряжения, означает, что двигатель завелся и можно включать генератор. Микросхема переводит  транзистор Т2, на такую длительность импульсов при которой ток возбуждения  становится достаточно большим, чтобы генератор вышел на рабочее напряжение и начал отдавать достаточную мощность. Ток возбуждения (показано стрелками) от плюса, через точку В, идет в обмотку возбуждения, и через транзистор на Т2 на массу.  Ротор сильно намагничивается и генератор начинает работать. Транзистор Т1 получает от микросхемы команду на закрытие и лампочка гаснет, что подтверждает нормальный режим работы генератора.

Далее задача регулятора состоит в поддержании рабочего уровня напряжения на выходе генератора.

Генератор все время поднимает напряжение и стремится превысить его нормальный уровень. Регулятор ограничивает напряжение на заданном уровне. Микросхема DD обеспечивает широтно – импульсное управление (ШИМ – регулятор). Среднее значение тока, протекающего в обмотку зависит от длительности импульса открытого состояния ключевого транзистора Т2. Когда напряжение на выходе генератор возрастает, то микросхема, получая значение этого напряжения на точку S, уменьшает длительность открытого состояния транзистора, и среднее значение тока возбуждения снижается, напряжение на выходе генератора снижается, далее, длительность импульсов вновь увеличивается и напряжение возрастает, таким образом, поддерживается заданный уровень выходного напряжения с достаточно высокой точностью - около 14, 4 Вольта

Диод, шунтирующий обмотку возбуждения, как обычно, создает контур для ЭДС самоиндукции, при резком размыкании тока возбуждения, что снижает импульс высокого напряжения, которое может пробить выходной транзистор Т2

 

Схема генератора не нуждается в дополнительном выпрямителе для питания обмотки возбуждения.

Схема регулятора напряжения защищает аккумулятор от разрядки через обмотку возбуждения, в случае если зажигание включено, а двигатель не работает.

Как и в схеме с дополнительным выпрямителем, схема потребляет ток на свечение лампочки – сигнализатора разрядки и еще потребляет небольшой ток через обмотку возбуждения, необходимый для первоначального возбуждения, этот ток определяется импульсным режимом транзистора Т2 , его среднее значение оказывается достаточно мало, чтобы не оказывать существенное влияние на разрядку аккумулятора, поэтому в автомобиле, который не завелся, долгое время может быть включено зажигания без риска разрядки аккумулятора через генератор.

 

На данном рисунке показана схема генераторов на 100 и 110 Ампер, для генераторов меньшей мощности достаточно обычного диодного моста с шестью диодами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Что такое система возбуждения? Определение и типы системы возбуждения

Определение: Система, которая используется для подачи необходимого тока возбуждения в обмотку ротора синхронной машины, такой тип системы называется системой возбуждения. Другими словами, система возбуждения определяется как система, которая используется для создания магнитного потока путем пропускания тока в обмотке возбуждения. Основное требование к системе возбуждения - надежность при любых условиях эксплуатации, простота управления, легкость обслуживания, стабильность и быстрая реакция на переходные процессы.

Требуемая величина возбуждения зависит от тока нагрузки, коэффициента мощности нагрузки и скорости машины. Чем больше возбуждения требуется в системе, когда ток нагрузки велик, скорость меньше и коэффициент мощности системы становится запаздывающим.

Система возбуждения представляет собой единый блок, в котором каждый генератор имеет свой возбудитель в виде генератора. Централизованная система возбуждения имеет два или более возбудителя, питающих шину. Централизованная система стоит очень дешево, но неисправность в системе отрицательно сказывается на генераторах переменного тока на электростанции.

Типы систем возбуждения

Системы возбуждения в основном подразделяются на три типа. Их

  1. Система возбуждения постоянного тока
  2. Система возбуждения переменного тока
    • Система возбуждения ротора
    • Бесщеточная система возбуждения
  3. Система статического возбуждения

Их типы подробно описаны ниже.

1. Система возбуждения постоянного тока

Система возбуждения постоянного тока имеет два возбудителя - основной возбудитель и пилотный возбудитель.Выход возбудителя регулируется автоматическим регулятором напряжения (АРН) для управления выходным напряжением на клеммах генератора. Вход трансформатора тока в АРН обеспечивает ограничение тока генератора переменного тока во время повреждения.

Когда выключатель возбуждения разомкнут, резистор разряда возбуждения подключается к обмотке возбуждения, чтобы рассеивать накопленную энергию в обмотке возбуждения, которая имеет высокую индуктивность.

Главный и пилотный возбудители могут приводиться в движение главным валом или отдельно от двигателя.Возбудители с прямым приводом обычно предпочтительны, так как они сохраняют единичную систему работы и возбуждение не возбуждается внешними возмущениями.

Номинальное напряжение главного возбудителя составляет около 400 В, а его мощность составляет около 0,5% от мощности генератора переменного тока. Неполадки в возбудителях турбогенератора довольно часты из-за их высокой скорости, поэтому в качестве резервного возбудителя используются отдельные возбудители с приводом от двигателя.

2. Система возбуждения переменного тока

Система возбуждения переменного тока состоит из генератора переменного тока и тиристорного выпрямительного моста, напрямую подключенных к главному валу генератора.Главный возбудитель может быть самовозбужденным или отдельно возбужденным. Систему возбуждения переменного тока можно в общих чертах разделить на две категории, которые подробно описаны ниже.

а. Вращающаяся тиристорная система возбуждения

Система возбуждения ротора показана на рисунке ниже. Вращающаяся часть обведена пунктирной линией. Эта система состоит из возбудителя переменного тока, стационарного поля и вращающегося якоря. Выход возбудителя выпрямляется двухполупериодной схемой тиристорного мостового выпрямителя и подается на обмотку возбуждения главного генератора.

Обмотка возбуждения генератора также запитана через другую схему выпрямителя. Напряжение возбудителя можно создать, используя его остаточный поток. Блок управления источником питания и выпрямителем генерирует управляемый пусковой сигнал. Сигнал напряжения генератора усредняется и сравнивается напрямую с настройкой напряжения оператором в автоматическом режиме работы. В ручном режиме работы ток возбуждения генератора сравнивается с отдельной ручной регулировкой напряжения.

г. Бесщеточная система возбуждения

Эта система показана на рисунке ниже. Вращающаяся часть обведена прямоугольником из пунктирной линии. Бесщеточная система возбуждения состоит из генератора, выпрямителя, главного возбудителя и генератора переменного тока с постоянными магнитами. Главный и пилотный возбудители приводятся в движение главным валом. Главный возбудитель имеет стационарное поле и вращающийся якорь, напрямую подключенные через кремниевые выпрямители к полю главных генераторов переменного тока.

Пилотный возбудитель - это приводимый от вала генератор с постоянными магнитами, имеющий вращающиеся постоянные магниты, прикрепленные к валу, и трехфазный неподвижный якорь, который питает поле основного возбудителя через кремниевые выпрямители в поле главного генератора переменного тока. Пилотный возбудитель представляет собой генератор постоянных магнитов с приводом от вала, имеющий вращающиеся постоянные магниты, прикрепленные к валу, и трехфазный стационарный якорь, который питает главный возбудитель через трехфазные двухполупериодные тиристорные мосты с фазовым управлением.

Система исключает использование коммутатора, коллектора и щеток, имеет короткую постоянную времени и время отклика менее 0,1 секунды. Короткая постоянная времени имеет преимущество в улучшенных динамических характеристиках слабого сигнала и облегчает применение дополнительных сигналов стабилизации энергосистемы.

3. Система статического возбуждения

В этой системе питание берется от самого генератора через трехфазный понижающий трансформатор, подключенный по схеме звезда / треугольник.Первичная обмотка трансформатора подключена к шине генератора, а вторичная обмотка подает питание на выпрямитель, а также подает питание на схему управления сетью и другое электрическое оборудование.

Эта система имеет очень малое время отклика и обеспечивает отличные динамические характеристики. Эта система снизила эксплуатационные расходы за счет устранения потерь на сопротивление воздуха в возбудителе и необходимости технического обслуживания обмоток.

.

Характеристика генераторов постоянного тока - Генератор с раздельным возбуждением и самовозбуждением

Характеристика представляет собой график между двумя зависимыми величинами. Он показывает установившуюся характеристику генераторов постоянного тока. Характеристика генераторов постоянного тока объясняет отношения между нагрузками, возбуждением и напряжением на клеммах через график. Ниже приведены три важные характеристики генератора постоянного тока.

Характеристика намагничивания

Эта характеристика дает изменение генерируемого напряжения или напряжения холостого хода в зависимости от тока возбуждения при постоянной скорости.Это также называется характеристикой холостого хода или разомкнутой цепи.

Внутренняя характеристика

Внутренняя характеристика генератора постоянного тока строит кривую между генерируемым напряжением и током нагрузки.

Внешние характеристики (характеристики нагрузки)

Внешние характеристики или характеристики нагрузки показывают соотношение между напряжением на клеммах и током нагрузки при постоянной скорости.

В комплекте:

Характеристика генератора постоянного тока с раздельным возбуждением

В генераторе постоянного тока с отдельным возбуждением, отдельный источник постоянного тока подключен к обмотке возбуждения.Этим источником может быть батарея, диодный выпрямитель, другой генератор постоянного тока или управляемый выпрямитель. Принципиальная схема генератора постоянного тока с отдельным возбуждением в нагруженном состоянии показана ниже.

Модель схемы генератора постоянного тока с автономным возбуждением

Пусть генератор приводится в движение первичным двигателем с постоянной скоростью. Возбуждение поля (If) регулируется для получения номинального напряжения без нагрузки. В течение всего времени работы это значение напряжения поддерживается постоянным.

Лет,

  • R fw - сопротивление обмотки возбуждения
  • R fc - сопротивление реостата возбуждения для управления током возбуждения.
  • R a - полное сопротивление цепи якоря, включая сопротивление контакта щетки.
  • R L - сопротивление нагрузки.
  • I L - ток нагрузки
  • E a - внутреннее генерируемое напряжение
  • В - напряжение на зажимах
  • I a - ток якоря

Различные уравнения для отдельно возбужденного генератора постоянного тока следующие:

Если бы не было реакции якоря, генерируемое напряжение V 0 было бы постоянным, как показано прямой линией (красный цвет) на рисунке ниже.

Характеристики клемм генератора постоянного тока с независимым возбуждением

Падение напряжения Δ V AR из-за реакции якоря. Внутренняя характеристика (E a ~ I L ) также показана на приведенном выше рисунке, представленная синей цветной линией. На сопротивлении якоря Ra возникает падение напряжения IaRa. Внешняя характеристика генератора (V ~ I L ) также показана розовой линией.

Точка P называется рабочей точкой , которая является пересечением между генератором, внешней характеристикой и характеристикой нагрузки, заданной соотношением V = I L R L .Эта точка P дает рабочие значения напряжения на клеммах и тока нагрузки.

Нарастание напряжения в самовозбужденном генераторе или шунтирующем генераторе постоянного тока

Генератор с самовозбуждением также известен как шунтирующий генератор постоянного тока, поскольку обмотка возбуждения подключена параллельно якорю. Таким образом, напряжение якоря обеспечивает ток возбуждения. Этот тип генератора обеспечивает собственное возбуждение поля.

Эквивалентная схема шунтирующего генератора постоянного тока показана на рисунке ниже:

Эквивалентная схема шунтирующего генератора постоянного тока

Принимая во внимание приведенный выше рисунок, предположим, что генератор работает без нагрузки, а первичный двигатель приводит в движение якорь с определенной скоростью.Этот генератор будет создавать желаемое напряжение на клеммах. Остаточный магнитный поток, присутствующий в полюсах поля генератора постоянного тока, отвечает за нарастание напряжения. Создается небольшое напряжение Ear, которое определяется уравнением, показанным ниже.

Это напряжение составляет от 1 до 2 вольт. Это напряжение вызывает протекание тока If в обмотке возбуждения генератора. Ток возбуждения задается уравнением.

Поток увеличивается за счет магнитодвижущей силы, создаваемой током поля.В результате этого генерируемое напряжение Ea увеличивается. Это повышенное напряжение якоря увеличивает напряжение на клеммах. С увеличением напряжения на клеммах ток возбуждения If увеличивается еще больше. Это, в свою очередь, увеличивает магнитный поток, и, следовательно, напряжение якоря еще больше увеличивается, а процесс нарастания напряжения продолжается.

Кривая нарастания напряжения шунтирующего генератора постоянного тока показана ниже:

Наращивание напряжения шунтирующего генератора постоянного тока

Генератор работает без нагрузки в процессе роста напряжения, поэтому следующие уравнения, показанные ниже, дают установившийся режим работы.

Т.к. ток возбуждения Если в шунтирующем генераторе очень мало, падением напряжения I f R a можно пренебречь. Таким образом, уравнение (1) принимает следующий вид:

Прямая линия V = I f R f , показанная на рисунке выше, известна как линия сопротивления поля .

Повышение напряжения в шунтирующем генераторе постоянного тока для различных сопротивлений цепи показано ниже:

Влияние сопротивления поля на напряжение холостого хода

Уменьшение сопротивления цепи возбуждения уменьшает наклон линии сопротивления поля, что приводит к повышению напряжения.Увеличение сопротивления цепи возбуждения увеличивает наклон линии сопротивления поля, что приводит к снижению напряжения.

Если сопротивление цепи возбуждения увеличивается до критического сопротивления поля (R C ), линия сопротивления поля становится касательной к начальной части кривой намагничивания.

Если значение сопротивления поля превышает критическое значение сопротивления поля, генератор не возбуждается. Кривая, показанная ниже, показывает изменение напряжения холостого хода при фиксированном сопротивлении поля и переменной скорости якоря.

Изменение напряжения холостого хода со скоростью

Кривая намагничивания изменяется в зависимости от скорости, и ее ординаты для любого тока возбуждения пропорциональны скорости генератора. Если сопротивление поля поддерживается постоянным, а скорость id уменьшается, все точки на кривой намагничивания опускаются.

При определенной скорости, называемой критической скоростью , линия сопротивления поля становится касательной к кривой намагничивания. Ниже критической скорости напряжение не повышается.

Для повышения напряжения в самовозбуждающемся генераторе постоянного тока должны выполняться следующие условия.

  • В полюсах поля должен быть достаточный остаточный поток.
  • Полевые клеммы должны быть подключены таким образом, чтобы ток возбуждения увеличивал магнитный поток в направлении остаточного потока.
  • Сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического сопротивления цепи возбуждения.

Если в полюсах возбуждения нет остаточного потока, отключите поле от цепи якоря и подайте напряжение постоянного тока на обмотку возбуждения.

Этот процесс называется Мигает поле .

Вольт-амперная характеристика комбинированного генератора постоянного тока

Вольт-амперная характеристика составных генераторов представлена ​​ниже:

Вольт-амперные характеристики комбинированного генератора постоянного тока

Генераторы с кумулятивным составом могут быть с избыточным составом, с плоским составом и с меньшим составом , в зависимости от количества последовательных витков поля.

Для генератора с избыточным составом напряжение на клеммах полной нагрузки выше, чем напряжение на клеммах без нагрузки. В случае плоского генератора или генератора с комбинированной нагрузкой, напряжение на клеммах при полной нагрузке равно напряжению на клеммах без нагрузки. В генераторе с пониженной нагрузкой напряжение на клеммах при полной нагрузке меньше напряжения на клеммах без нагрузки.

В дифференциальных генераторах напряжение на клеммах очень быстро падает с увеличением тока якоря.

.

Система возбуждения генератора и регулятор возбуждения

В полупроводниковой системе возбуждения блок питания возбуждения представляет собой полупроводниковое выпрямительное устройство и его источник переменного тока, а регулятор возбуждения состоит из полупроводникового компонента, твердотельного компонента и электронной схемы. Ранние регуляторы отражают только отклонение напряжения генератора и выполняют коррекцию напряжения, которую часто называют регулятором напряжения. Регулятор тока может всесторонне отражать различные управляющие сигналы, включая сигнал отклонения напряжения, и выполнять регулировку возбуждения, поэтому он называется регулятором возбуждения.Очевидно, что регулятор возбуждения выполняет функцию регулятора напряжения. Краткое введение в полупроводниковый регулятор возбуждения приводится ниже.

1. Система управления возбуждением

Система возбуждения является важной частью синхронного генератора переменного тока , который регулирует напряжение и реактивную мощность синхронного генератора. Кроме того, система управления скоростью регулирует скорость (частоту) и активную мощность первичного двигателя и генератора. Оба являются основными системами управления генераторной установкой.Система управления возбуждением представляет собой систему управления с обратной связью, состоящую из синхронного генератора и его системы возбуждения.

Основная роль системы возбуждения

1) Отрегулируйте ток возбуждения в соответствии с изменением нагрузки генератора, чтобы поддерживать напряжение на клеммах на заданном уровне;

2) Контроль параллельной работы распределения реактивной мощности между генераторами;

3) Повышение статической устойчивости параллельной работы генератора;

4) Повышение переходной стабильности параллельной работы генератора;

5) При возникновении неисправности внутри генератора выполняется снятие возбуждения для уменьшения степени потери при повреждении.

6) Максимальный предел возбуждения и минимальный предел возбуждения применяются к генератору в соответствии с эксплуатационными требованиями.

Система возбуждения генератора - это общий термин для источника питания и вспомогательного оборудования, обеспечивающего ток возбуждения синхронного генератора. Обычно он состоит из блока питания возбуждения и регулятора возбуждения.

Обычно система возбуждения генератора включает возбудитель постоянного тока, бесщеточный возбудитель, возбудитель переменного тока и т. Д.

Регулятор возбуждения является основной частью системы управления возбуждением. Обычно он определяет изменение напряжения генератора и затем оказывает управляющее воздействие на блок питания возбуждения.Блок питания возбуждения не изменяет напряжение возбуждения на своем выходе до тех пор, пока регулятор возбуждения не изменит заданную команду управления.

2. Требования к регулятору возбуждения

1) Высокая надежность и стабильная работа. Соответствующие меры должны быть приняты при проектировании схем, выборе компонентов и процессе сборки.

2) Хорошие устойчивые и динамические характеристики.

3) Постоянная времени регулятора возбуждения должна быть как можно меньше.

4) Структура проста, обслуживание и ремонт удобны, постепенно достигается систематизация, стандартизация и обобщение.

3. Состав регулятора возбуждения

Генераторный полупроводниковый регулятор возбуждения в основном состоит из трех основных блоков: сравнения измерений, комплексного усиления и триггера по фазовому сдвигу. Каждый блок состоит из нескольких ссылок.

1) Блок сравнения измерений состоит из измерения напряжения, настройки сравнения и регулировки.Секция измерения напряжения включает измерительную схему выпрямления и фильтрации, а некоторые имеют фильтры напряжения прямой последовательности. Блок сравнения измерений выполнен с возможностью измерения преобразованного напряжения постоянного тока, пропорционального напряжению на клеммах генератора, и сравнения его с опорным напряжением, соответствующим номинальному напряжению генератора, для получения отклонения напряжения на клеммах генератора от заданного значения. Сигнал отклонения напряжения вводится в блок интегрального усилителя, а фильтр напряжения прямой последовательности может повысить точность регулятора, когда генератор работает асимметрично, и может улучшить способность возбуждения при возникновении асимметричного короткого замыкания.Функция регулировочного звена заключается в изменении регулировочного коэффициента регулятора для обеспечения стабильного и разумного распределения реактивной мощности между генераторами при параллельной работе.

2) Комплексный блок усиления синтезирует и усиливает измерительный сигнал, чтобы получить хорошие статические и динамические характеристики системы регулировки и удовлетворить эксплуатационные требования, в дополнение к сигналу отклонения напряжения от базового устройства, иногда это необходимо для синтеза других сигналов, таких как стабильные сигналы, предельные сигналы и сигналы компенсации от вспомогательного устройства, в соответствии с требованиями.Интегрированный усиленный управляющий сигнал вводится в блок запуска с фазовым сдвигом.

3) Блок триггера с фазовым сдвигом включает синхронизацию, фазовый сдвиг, формирование импульсов и усиление импульсов. В соответствии с изменением входного управляющего сигнала блок триггера со сдвигом фазы изменяет фазу выходного импульса триггера на тиристор, то есть изменяет угол управления (или угол сдвига фаз), чтобы управлять выходным напряжением Схема тиристорного выпрямителя для регулировки тока возбуждения генератора.Чтобы вызвать импульс для надежного срабатывания тиристора, часто необходимо использовать звено усиления импульса для усиления мощности.

Сигнал синхронизации берется из основного контура тиристорного выпрямителя, обеспечивая подачу импульса запуска, когда анодное напряжение тиристора находится в положительном полупериоде, так что импульс запуска синхронизируется с основным контуром.

Обычно в системе возбуждения есть ручная часть. При выходе из строя автоматической части регулятора возбуждения его можно переключить в ручной режим.

Вышеуказанный контент предоставлен Jiangsu Starlight Power, профессиональным OEM-производителем электроэнергии. Starlight Power - это компания с более чем 40-летним опытом проектирования, поставки, ввода в эксплуатацию и технического обслуживания дизельных генераторов из одного окна. Мы предоставляем пользователям запасные части, технические консультации, руководство по установке, бесплатный ввод в эксплуатацию, бесплатное обслуживание и услуги по обучению персонала в течение длительного времени. Если вы заинтересованы в нашем дизельном генераторе, отправьте электронное письмо по адресу sales @ dieselgeneratortech.com, чтобы узнать цену сейчас!

.

Системы и методы управления возбуждением генератора

Системы возбуждения

Системы возбуждения можно определить как систему, которая обеспечивает ток возбуждения обмотке ротора генератора. Хорошо спроектированные системы возбуждения обеспечивают надежность работы, стабильность и быстрый переходный отклик.

Четыре распространенных метода возбуждения включают:

  • Шунтирующий или самовозбужденный
  • Система усиления возбуждения (EBS)
  • Генератор на постоянных магнитах (PMG)
  • Вспомогательная обмотка (AUX).
У каждого метода есть свои преимущества. Все методы используют автоматический регулятор напряжения (АРН) для подачи постоянного тока на статор возбудителя. Выход переменного тока ротора возбудителя выпрямляется на вход постоянного тока ротора главного генератора. Более продвинутые системы используют дополнительный вход для AVR. В этой статье будут рассмотрены конструкция, функции и применение каждого метода, а также будут представлены схемы и иллюстрации для каждого из них.

Автоматический регулятор напряжения (АРН)

Конструкция АРН зависит от используемого возбуждения.Все они получают сигнал от статора генератора, когда он вращается. АРН с возможностью приема второго входа для уменьшения или устранения внутренних гармоник, вызванных сигналами обратной связи нагрузки, используются для приложений с нелинейной нагрузкой. Обычно используются два типа:
  • Силиконовый управляемый выпрямитель (SCR) - определяет уровень мощности статора и определяет его срабатывание для напряжения возбудителя. Может вызвать проблемы при использовании с нелинейными нагрузками.
  • Полевой транзистор (FET) - определяет уровень мощности от статора и преобразует его в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на возбудитель.Этот стиль АРН может использоваться для методов возбуждения. Нелинейные нагрузки не вызывают обратной связи, приводящей к сбоям возбуждения.

Шунтирующий или самовозбуждающийся

Шунтирующий метод отличается простой и рентабельной конструкцией, обеспечивающей входную мощность для АРН. Этот метод не требует дополнительных компонентов или проводки. При возникновении проблем устранение неисправностей упрощается с меньшим количеством компонентов и проводки для проверки.


Когда генератор вращается, статор подает входное напряжение на АРН.Кроме того, в АРН есть датчики, контролирующие выход статора.

АРН питает возбудитель и выпрямляется до постоянного тока. Для вывода нагрузки на статор наводится ток.

Самым большим недостатком этой системы является то, что на АРН влияет нагрузка, которую питает генератор. Когда нагрузка увеличивается, напряжение начинает уменьшаться, и АРН должен подавать больший ток на возбудитель, чтобы поддерживать спрос. Это доводит AVR до предела возможностей. Если АРН выходит за его пределы, поле возбуждения схлопывается.Выходное напряжение снижено до небольшой величины.

Если произойдет короткое замыкание в цепи питания АРН, генератор не будет иметь источника возбуждения. Это вызывает потерю выходной мощности генератора.

Генераторы с параллельным или самовозбуждением могут использоваться при линейных нагрузках (постоянная нагрузка). Приложения с нелинейными нагрузками (переменная нагрузка) не рекомендуются для генераторов с этим методом возбуждения. Гармоники, связанные с нелинейными нагрузками, могут вызывать пробои поля возбуждения.

Система повышения возбуждения (EBS)

Система EBS состоит из тех же основных компонентов, которые подают входы и получают выходы от AVR. Дополнительные компоненты в этой системе:
  • Модуль управления усилением возбуждения (EBC)
  • Генератор усиления возбуждения (EBG).
EBG установлен на ведомом конце генератора. Внешний вид такой же, как у постоянного магнита. EBG подает питание на контроллер при вращении вала генератора.

Модуль управления EBC подключается параллельно к АРН и возбудителю. EBC получает сигнал от AVR. При необходимости контроллер подает на возбудитель различные уровни тока возбуждения на уровнях, которые зависят от потребностей системы.

Дополнительная мощность, подводимая к системе возбуждения, поддерживает требования к нагрузке. Это позволяет генератору запускаться и восстанавливать напряжение возбуждения.

Эта система возбуждения не рекомендуется для приложений с непрерывным питанием.Он предназначен для аварийного или резервного питания. При запуске генератора система EBS отключается до достижения рабочей скорости. EBG все еще генерирует мощность, но контроллер не направляет ее.

Система обеспечивает динамический отклик, дешевле и отвечает требованиям по обеспечению 300% тока короткого замыкания. Нелинейные нагрузки, такие как запуск двигателя, улучшаются по сравнению с методом шунтирования или самовозбуждения.

Генератор постоянных магнитов (PMG)

Генераторы, оснащенные постоянными магнитами, являются одними из самых известных методов с раздельным возбуждением.На ведомом конце вала генератора установлен постоянный магнит.

PMG подает изолированное питание на АРН, когда вал генератора вращается. AVR использует дополнительную мощность при питании нелинейных нагрузок, таких как: запуск двигателей.

Чистая, изолированная, непрерывная 3-фазная форма волны генерируется при вращении вала генератора.

Некоторые из преимуществ использования генераторов, оборудованных методом возбуждения PMG:

  • Поле возбуждения не разрушается, позволяя устранить устойчивые короткие замыкания.
  • Изменение нагрузки не влияет на поле возбуждения.
  • Напряжение создается при первом запуске и не зависит от остаточного магнетизма в поле.
  • При запуске двигателя поле возбуждения не разрушается из-за отсутствия питания АРН.
Система PMG увеличивает вес и размер части генератора. Это наиболее часто используемый метод возбуждения для приложений, в которых используются двигатели, которые запускаются и останавливаются, и другие нелинейные нагрузки.

Вспомогательная обмотка (AUX)

Метод вспомогательной обмотки используется уже много лет. Область применения варьируется от морского до промышленного и более практична в более крупных установках.

Этот метод имеет отдельное поле возбуждения, однако он не использует компонент, прикрепленный к ведомому концу вала генератора. В этих методах используется вращение вала и постоянный магнит или генератор для обеспечения дополнительного возбуждения.

В статор установлена ​​дополнительная однофазная обмотка.Когда вал генератора вращается, основные обмотки статора подают напряжение на АРН, как и во всех вышеупомянутых методах.

Дополнительные однофазные обмотки подают напряжение на АРН. Это создает дополнительное напряжение возбуждения, необходимое при питании нелинейных нагрузок.

Для приложений с линейной нагрузкой можно использовать методы возбуждения с шунтом, EBS, PMG и AUX. Шунтирующее возбуждение - наиболее экономичный метод.

Для приложений с нелинейной нагрузкой можно использовать методы возбуждения EBS, PMG и AUX.Возбуждение PMG является наиболее распространенным и широко используемым.


>> Вернуться к статьям и информации << .

Типы генераторов постоянного тока с раздельным возбуждением и самовозбуждением

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. Магнитный поток в машине постоянного тока создается катушками возбуждения, по которым проходит ток. Циркулирующий ток в обмотках возбуждения создает магнитный поток, и это явление известно как Возбуждение .

Генераторы постоянного тока

классифицируются по способам возбуждения их поля.

По возбуждению генераторы постоянного тока классифицируются как генераторы постоянного тока с отдельным возбуждением и генераторы постоянного тока с самовозбуждением.Существует также Генераторы постоянного тока с постоянным магнитом .

Генераторы постоянного тока с самовозбуждением далее классифицируются как Генераторы постоянного тока с шунтовой обмоткой ; серии генераторов постоянного тока и составных генераторов постоянного тока.

Генераторы постоянного тока с комбинированной обмоткой подразделяются на генераторы постоянного тока с длинной шунтовой обмоткой и генераторы постоянного тока с короткой обмоткой.

Полюс возбуждения генератора постоянного тока неподвижен, а провод якоря вращается.Напряжение, генерируемое в проводе якоря, имеет переменный характер, и это напряжение преобразуется в постоянное напряжение на щетках с помощью коммутатора.

В комплекте:

Подробное описание различных типов генераторов поясняется ниже.

Генератор постоянного тока с постоянным магнитом

В этом типе генератора постоянного тока нет обмотки возбуждения, размещенной вокруг полюсов. Поле, создаваемое полюсами этих машин, остается постоянным.Хотя эти машины очень компактны, но используются только в небольших размерах, таких как динамо-машины в мотоциклах и т. Д.

Основным недостатком этих машин является то, что магнитный поток, создаваемый магнитами, со временем ухудшается, что изменяет характеристики машины.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Генератор постоянного тока, обмотка или катушка которого возбуждается от отдельного или внешнего источника постоянного тока, называется генератором постоянного тока с отдельным возбуждением. Поток, создаваемый полюсами, зависит от тока поля в ненасыщенной области магнитного материала полюсов.т.е. поток прямо пропорционален току возбуждения. Но в насыщенной области поток остается постоянным.

Рисунок самовозбуждающегося генератора постоянного тока показан ниже:

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

Здесь,

I a = I L , где I a - ток якоря, а I L - линейный ток.

Напряжение на клеммах определяется как:

Если известно падение контактной щетки, то уравнение (1) записывается как:

Развиваемая мощность определяется уравнением, показанным ниже:

Выходная мощность определяется уравнением (4), приведенным выше.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением

Самовозбуждающийся Генератор постоянного тока - это устройство, в котором ток на обмотку возбуждения подается самим генератором. В самовозбуждающемся генераторе постоянного тока катушки возбуждения могут быть подключены параллельно якорю последовательно, или он может быть включен частично последовательно и частично параллельно обмоткам якоря.

Генератор постоянного тока с самовозбуждением дополнительно классифицируется как

Шунтирующий генератор

В генераторе с шунтирующей обмоткой, обмотка возбуждения подключена поперек обмотки якоря, образуя параллельную или шунтирующую цепь.Следовательно, на него подается полное напряжение на клеммах. Через него протекает очень небольшой ток возбуждения I sh , потому что эта обмотка имеет много витков тонкой проволоки с очень высоким сопротивлением R sh порядка 100 Ом.

Схема подключения шунтирующего генератора представлена ​​ниже:

Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой

Ток возбуждения шунта определяется как:

Где R sh - сопротивление шунтирующей обмотки возбуждения.

Поле тока I sh практически постоянно при всех нагрузках. Следовательно, шунтирующая машина постоянного тока считается машиной с постоянным магнитным потоком.

Ток якоря определяется как:

Напряжение на клеммах определяется уравнением, показанным ниже:

Если учитывается падение на щеточном контакте, уравнение напряжения на клеммах становится


Генератор обмоток серии

Генератор с последовательной обмоткой Катушки возбуждения включены последовательно с обмоткой якоря.По последовательной обмотке возбуждения проходит ток якоря.

Обмотка последовательного возбуждения состоит из нескольких витков толстой проволоки с большим поперечным сечением и низким сопротивлением, обычно порядка менее 1 Ом, поскольку ток якоря имеет очень большое значение.

Его конвекционная диаграмма показана ниже:

Генератор постоянного тока серии

Ток возбуждения серии

определяется как:

R se известен как сопротивление последовательной обмотки возбуждения.

Напряжение на клеммах определяется как:

Если учитывается падение контакта щетки, уравнение напряжения на клеммах записывается как:

Поток, создаваемый последовательной обмоткой возбуждения, прямо пропорционален току, протекающему через нее. Но это верно только до магнитного насыщения после того, как поток насыщения становится постоянным, даже если ток, протекающий через него, увеличивается.

Генератор комбинированной раны

В генераторе с составной обмоткой есть две обмотки возбуждения.Один включен последовательно, а другой - параллельно обмоткам якоря. Есть два типа генераторов с составной обмоткой.

      • Генератор с длинной шунтовой обмоткой
      • Короткий шунтирующий генератор с составной обмоткой

Для детального изучения генератора составной обмотки см. Раздел «Генератор составной обмотки».

См. Также: Генератор комплексной обмотки

.

Система возбуждения синхронной машины?

Слово Возбуждение означает создание магнитного потока путем прохождения тока в обмотке возбуждения. Устройство или система, используемая для возбуждения синхронной машины, известна как Система возбуждения . Для возбуждения обмотки возбуждения ротора синхронной машины требуется постоянный ток. Постоянный ток подается в поле ротора небольшой машины от генератора постоянного тока под названием Exciter .Небольшой генератор постоянного тока, называемый Pilot Generator , подает ток на возбудитель.

Возбудитель и пилотный возбудитель установлены на главном валу синхронного генератора или двигателя. Постоянный ток с выхода основного возбудителя подается на обмотку возбуждения синхронной машины через щетки и контактные кольца. Пилотный возбудитель исключен в машинах меньшего размера.

Для машин среднего размера, возбудители переменного тока используются вместо возбудителя постоянного тока. Возбудители переменного тока - это трехфазные генераторы переменного тока.Выходной сигнал возбудителя переменного тока выпрямляется и подается через щетки и контактные кольца на обмотку ротора синхронной машины.

Для больших синхронных генераторов мощностью в несколько сотен мегаватт требования к системе возбуждения становятся очень большими. Проблема передачи такого большого количества энергии через высокоскоростные скользящие контакты становится огромной.

В настоящее время в больших синхронных машинах используется бесщеточная система возбуждения .Бесщеточный возбудитель - это небольшой генератор переменного тока с прямой связью, цепь возбуждения которого находится на статоре, а цепь якоря - на роторе. Трехфазный выход генератора возбудителя переменного тока выпрямляется твердотельными выпрямителями. Выпрямленный выход подключается непосредственно к обмотке возбуждения, что исключает необходимость использования щеток и контактных колец.

A Бесщеточная система возбуждения требует меньшего обслуживания из-за отсутствия щеток и контактных колец. Также уменьшаются потери мощности. Постоянный ток, необходимый для поля самого возбудителя, иногда обеспечивается небольшим пилотным возбудителем.Пилотный возбудитель - это небольшой генератор переменного тока с постоянным магнитом, установленным на валу ротора, и трехфазной обмоткой на статоре. Он обеспечивает ток возбуждения возбудителя. Возбудитель обеспечивает ток возбуждения основной машины. Таким образом, использование пилотного возбудителя делает возбуждение основного генератора полностью независимым от внешних источников питания.

.

Смотрите также