Что такое регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя

Диапазон регулирования в управляемых выпрямителях определяется следующими параметрами:

1. нестабильностью входного напряжения U₁;

2. диапазоном тока нагрузки (I_0min; I_0max);

3. характером нагрузки (активная, активно- индуктивная нагрузка);

4. допустимым минимальным значением угла регулирования, который зависит от дрейфа фазного напряжения, инерционности системы управления, динамических параметров тиристоров;

5. температурной зависимостью параметров полупроводников.

Для построения регулировочной характеристики получим выражение для средневыпрямленного напряжения при активной нагрузке:

При активно- индуктивной нагрузке:

При индуктивной нагрузке в симметричной схеме выпрямителя диапазон регулирования выходного напряжения уменьшается в два раза. Графическая зависимость 2 (см. рисунок ниже) соответствует «прерывистому» режиму тока дросселя (из-за малой величины тока нагрузки или малой индуктивности фильтра). Величина энергии, накапливаемой в дросселе равна W_ЭЛ = (L*I_L 2 )/2. Ток в цепи выпрямителя спадает до нуля раньше, чем приходит управляющий импульс на тиристоры, что уменьшает интервал воздействия отрицательного напряжения на нагрузку. Следовательно, увеличится уровень средневыпрямленного значения напряжения.

Графическая зависимость 1 соответствует непрерывному режиму тока дросселя. Величина индуктивности дросселя должна быть достаточно большой, чтобы во всем диапазоне изменения тока нагрузки обеспечивался непрерывный режим его протекания.

При проектировании управляемого выпрямителя рассчитывается диапазон изменения угла регулирования [amax; amin].

Максимальный угол регулирования (a_max) определяется для регулировочной характеристики при максимальном отклонении входного напряжения при заданном уровне выходного напряжения. Необходимо учитывать потери на токораспределительной сети и на внутреннем сопротивлении выпрямителя. Минимальный угол регулирования (a_min) должен учитывать «дрейф» фазы в силовой цепи, системы управления. Он определяется при минимальном уровне входного напряжения.

3. Влияние выпрямительной нагрузки на качество U

Если мощность сети значительно превышает мощность выпрямителя, то высшие гармоники тока создают падение U на вторичной обмотке выпрямленного тр-ра.

Если выпрямительная установка питается от ист-ка мощность к-ого соизмерима с мощностью выпрямителя, то падение U от высш. гармоник наблюдается и на внутреннем сопр-ии питающей сети. Это приводит к искажению формы кривой напряжения сети. Искажение U тем больше, чем больше отношение реактивных сопротивлений питающей сети и выпрямленного трансформатора. Искажение напряжения оказывает вредное влияние на работу двигательной нагрузки тр-ра вызывая в них намагничивающих токов и увеличение потерь.

Протекание высших гармоник тока по обмоткам генераторов питающих сеть создает в них дополнительные потери, обмотки перегреваются, что приводит к снижению U. Для устранения влияния высших гармоник тока на пит. сеть применяют специальные сетевые фильтры. Это резонансный фильтр из последовательно соединенных емкости и индуктивности пит. сети.

Источник

Регулировочная характеристика

Характеристика холостого хода (х.х.х.)

E = f(Iв) при Iя = 0 и n = const.

Х.х.х. обычно снимается при независимом возбуждении гене­ратора. Она имеет вид петли гистерезиса (рис.6) и в соответ­ствующем масштабе представляет собой зависимость Ф = f(Iв) поскольку при n = соnst Э.Д.С. Е=Се*n*Ф прямо пропорциональна магнитному потоку. Зависимость Ф = f(Iв) на­зывается магнитной характеристикой к позволяет оценить уровень использования магнитной цепи машины.

Средняя штриховая линия петли гистерезиса (рис.6) пред­ставляет собой расчетную х.х.х., по которой можно определить, в частности, степень насыщения магнитной цепи в номинальном режиме. В лабораторных условиях снимается участок х.х.х. в первом квадранте (a1b2a).

Внешняя характеристика

Внешней характеристикой называется графическая зависимость напряжения U на зажимах генератора от тока нагрузки I при неизменной частоте вращения и нерегулируемой цепи возбуждения, т.е.

U=f(I) при n=const и Rв = const.,

Рис.6.

С учетом этого обозначения можно переписать выражение (3) в виде

Соотношение (5) представляет собой зависимость напряжения от тока якоря (тока нагрузки), т.е. аналитическое выражение для внешней характеристики генератора.

Как следует из выражения (5), при изменении тока нагрузки напряжение генератора должно изменяться, поскольку имеет место внутреннее падение напряжения IяRя в цепи якоря ге­нератора. Кроме того, под действием потока реакции якоря из­меняется рабочий магнитный поток Ф, а, cледовательно, и э.д.c. якоря Е =С_Е*n*Ф.

На рис.7 предcтавлены внешние характеристики генераторов c независимым возбуждением (кривая 1); c параллельным (кривая 2) b смешанным возбуждением (кривые 3 и 4).

У генератора с независимым возбуждением (кривая I) с ростом тока нагрузки I напряжения U согласно выражению (5) уменьшается по двум причинам: I) возрастает внутренние падение напряжения в цепи якоря IяRя и 2) уменьшается поток Ф (а, следовательно, э.д.с. E) за счет размагничивающего дей­ствия реакции якоря.

У генератора параллельного возбуждения внешняя характерис­тика (кривая 2) располагается ниже, поскольку наряду с двумя упомянутыми причинами появляется третья: уменьшается ток воз­буждения

,

из-за снижения напряжения U якоря, на которое включена цепь возбуждения, а это приводит к допол­нительному уменьшению потока Ф и э.д.с. E. В генераторе независимого возбуждения ток возбуждения IB=const, так как напряжение источника, от которого питается цепь возбуждения, есть величина постоянная.

В генераторе со смешанным возбуждением внешняя характерис­тика может располагаться выше или ниже характеристики генера­тора с параллельным возбуждением в зависимости от того, как (согласно или встречно) включены параллельная и последователь­ная обмотки.

В частности, кривая 3 (см.рис.6) соответствует согласному включению обмоток, когда ток нагрузки, протекая по последова­тельной обмотке возбуждения, создает магнитный поток, усили­вающий магнитный поток параллельной обмотки. В случае встречного включения обмоток (кривая 4 на рис.7) происходит интенсивное размагничивание машины и как следствие резкое уменьшение рабо­чего магнитного потока и э.д.с.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения имеет неустойчивую часть (на рис. 7 эта часть кривой 2 показана пунктиром), По достижении током нагрузки критического значения I_КР происходит резкое уменьшение напряжения с одновременным снижением тока, так как генератор начинает работать на прямо­линейной части магнитной характеристики, в результате чего проис­ходит интенсивное саморазмагничивание машины. При напряжении U = 0 по цепи якоря протекает ток короткого замыкания, обусловленный э.д.с. от остаточного намагничивания

Наличие неустойчивой части внешней характеристики присуще также и генератору смешанного возбуждения при встречном вклю­чении обмоток возбуждения (кривая 4 на рис.7).

Регулировочная характеристика

I_B = f (I) при U = Const и n = const

Иными словами, регулировочная характеристика показывает, каким образом надо изменять ток возбуждения IB при изменении тока нагрузки I, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным.

Примерный вид регулировочных характеристик показан на рис.8. Например, у генератора с независимым возбуждением (кри­вая 1) при увеличении тока нагрузки I ток возбуждения IB необходимо увеличивать настолько, чтобы за счет возрастания маг­нитного потока Ф и э.д.с. Е скомпенсировать размагничиваю­щее действие реакции якоря и увеличение падения напряжения Iя*Rя. У генератора с параллельным возбуждением регулировочная характеристика имеет такой же вид. Если в качестве генератора не зависимого и параллельного возбуждения используется одна и та же машина, то их регулировочные характеристики практически должны совпадать (кривые I и 2 на рис.8).

Регулировочные характеристики генератора со смешанным воз­буждением при согласном включении обмоток (кривая 3 на рис.8) располагаются ниже, чем у генератора параллельного возбуждения.

Регулировочная характеристика генератора смешанного воз­буждения при встречном включении (кривая 4 на рис.8) имеет чисто теоретическое значение: действительно не имеет смысла компенсировать размагничивающее действие последовательной об­мотки форсировкой тока IB в параллельной обмотке. В этом случае проще вообще отключить последовательную обмотку возбуж­дения.

1.Снять характеристики генератора при независимом воз­буждении:

2. Снять характеристики генератора параллельного возбуждения:

б) регулировочную (в порядке выполнения УИРС).

3.Снять характеристики генератора смешанного возбуждения при согласном включении обмоток:

б) регулировочные (в порядке выполнения УИРС).

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

I. Собрать схему генератора независимого возбуждения (см.рис.2) и пустить в ход приводной двигатель:

а) снять восходящую и нисходящую ветви характеристики хо­лостого хода, изменяя ток возбуждения IB от нуля до значения соответствующего напряжению Uв = Е = (1,15 + 1,25) UН и обратно при разомкнутой цепи якоря (ключ «К» в схеме рис.2 ра­зомкнут). При снятии восходящей ветви ток возбуждения плавно изменяют в сторону увеличения, не допуская обратного хода движ­ка реостата. Этим же правилом необходимо руководствоваться и при снятии нисходящей ветви х.х.х. Всего следует сделать по 4-5 замеров для обеих ветвей х.х.х. Результаты записываются в табл.1.

б) снять внешнюю характеристику генератора. При разомкнутом

ключе «К» (см.рис.2) установить номинальное напряжение U₀=Uн, что достигается изменением тока возбуждения Iв с помощью потенциометра Rв (рис.2), Записав показания приборов в первую строку табл.2, заминают ключ «К» и, плавно изменяя величину сопротивления резистора R_H, нагружают генератор до величины тока I = (1,0 ÷ 1,2) Iян. Следует сделать 4-5 замеров в диапазоне 0

Источник

Регулировочная характеристика

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

Рисунок 7. Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

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

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

Рисунок 8. Построение регулировочной характеристики генератора независимого возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника

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

13. Самовозбуждение генераторов постоянного тока.

Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора.
Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис. 10 изображен генератор с параллельным возбуждением.

Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждения замедляется при насыщении магнитной цепи машины.
Рис. 11

14.Условия включения ГПТ на параллельную работу.

Необходимо выполнить следующие требования:

1. ЭДС включаемого генератора E_Г должна быть равна напряжению сети U_c;

2. Частота генератора f_Г должна быть равной частоте сети f_c;

4. Чередования фаз генератора и сети должны быть одинаковыми.

При указанных условиях векторы генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой частотой (рис.3.21), разности ЭДС и напряжений между одноименными контактами выключателя при включении генератора (рис.3.22) равны нулю

.

Рис. 3.21

Равенство ЭДС и напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора, а контролируется с помощью вольтметра (на рисунке отсутствует). Изменение частоты и фазы ЭДС генератора достигается изменением частоты вращения ротора генератора. Правильность чередования фаз проверяется только при первом включении генератора. Совпадение ЭДС и напряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых вольтметров или специальных синхроноскопов.

Неправильная синхронизация может вызвать серьезную аварию. Если, например, напряжения и будут в момент включения сдвинуты по фазе на , то это эквивалентно короткому замыканию при удвоенном напряжении ( ).

Синхронизация с помощью лампового синхроскопа может осуществляться по схеме на погасание (рис.3.22,а) или вращение света (рис.3.22,б). Схема синхронизации на погасание света предполагает включение ламп 1, 2, 3, между одноименными клеммами генератора и сети. Момент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Схема синхронизации на вращение света предполагает включение ламп 1 и 2 между разноименными клеммами генератора и сети. Момент синхронизации соответствует свечению этих двух ламп с максимальной яркостью и погасанию лампы 3, подключенной к одноименным клеммам генератора и сети.

Метод точной синхронизации предполагает наличие автоматических синхронизаторов, которые осуществляют автоматическое регулирование E_Г и f_Г синхронизируемого генератора и при достижении необходимых

условий автоматически включают генераторы на параллельную работу. Однако автоматические синхронизаторы сложны и требуют непрерывного и квалифицированного обслуживания. Кроме того, в случае аварий процесс синхронизации с помощью автоматических синхронизаторов затягивается (до мин.), что с точки зрения оперативности ликвидации аварий крайне нежелательно.

Сущность метода грубой синхронизации (самосинхронизации) заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (E_Г=0) при частоте вращения близкой к синхронной, затем включается ток возбуждения и генератор втягивается в синхронизм. При самосинхронизации неизбежно возникает значительный бросок тока якоря (до 3,5 I_H). Однако этот ток все же меньше чем при внезапном коротком замыкании генератора на холостом ходу при , так как кроме сопротивления обмотки якоря генератора в цепи будут действовать и сопротивления элементов сети. Кроме того, величину броска тока снижает включение в цепь обмотки возбуждения сопротивления гашения поля.

15.Порядок включения ГПТ на параллельную работу.

Схема параллельной работы двух генераторов параллельного возбуждения показана на рисунке 1. Пусть генератор 1 уже работает на сборные шины и необходимо подключить к этим шинам генератор 2.

Тогда надо соблюсти следующие условия: 1) полярность генератора 2 должна быть такой же, как и генератора 1 или шин Ш, т. е. положительный (+) и отрицательный (–) зажимы генератора 2должны с помощью рубильника или другого выключателя Р2 соединиться с одноименными зажимами сборных шин; 2) электродвижущая сила (э. д. с.) генератора 2 должна равняться напряжению на шинах. При соблюдении этих условий при подключении генератора 2 к шинам с помощью рубильника не возникает никакого толчка тока и этот генератор после его включения будет работать без нагрузки, на холостом ходу.

Рисунок 1. Схема параллельной работы генераторов параллельного возбуждения

Для выполнения и проверки этих условий включения поступают следующим образом. Генератор 2 приводят во вращение с номинальной скоростью и возбуждают до нужного напряжения. Его напряжение измеряют с помощью вольтметра V1 и вольтметрового переключателя П, для чего последний ставят в положение 2 – 2. Напряжение шин измеряют тем же вольтметром в положении переключателя Ш – Ш. Чтобы одновременно проверить соответствие полярностей, вольтметр V1 должен быть магнитоэлектрического типа. Тогда при включении вольтметра по схеме, изображенной на рисунке 1, отклонения его стрелки при правильной полярности генератора 2 и шин будут происходить в одну и ту же сторону. Если полярность генератора 2 неправильна, то необходимо переключить два конца от его якоря. Нужное значение напряжения генератора достигается путем регулирования его тока возбуждения i_в2 с помощью реостата.

Возможен также другой способ контроля правильности условий включения – с помощью вольтметра V2, подключенного к зажимам одного полюса рубильника Р2. Если другой полюс (нож) рубильника включить, то при равенстве напряжений и правильной полярности генераторов показание вольтметра V2 будет равно нулю.

При включении генератора 2 с неправильной полярностью в замкнутой цепи, образованной якорями обоих генераторов (рисунок 1) и шинами, э. д. с. обоих генераторов будут складываться. Так как сопротивление этой цепи мало, то возникают условия, эквивалентные короткому замыканию, что приводит к аварии. При правильной полярности, но неравных напряжениях генераторов в указанной цепи возникает уравнительный ток

значение которого также может оказаться большим.

При включении нагрузки уравнительный ток вызывает увеличение тока одного генератора и уменьшение тока другого, в результате чего генераторы нагружаются неодинаково.

16.Параллельная работа ГПТ, перевод нагрузки.

При параллельной работе двух генераторов неодинаковой мощ­ности необходимо получить распределение нагрузки, пропорцио­нальное их мощностям. Для этого внешние характеристики гене­раторов с учетом приводных двигателей должны иметь одинако­вый в процентном отношении наклон при изменении нагрузки от нуля до номинальной для каждого генератора.

Неравенство нагрузок при параллельной работе генераторов возрастает с уменьшением статизма, поэтому иногда при жестких внешних характеристиках генераторов не удается достичь прием­лемого распределения нагрузки между генераторами при парал­лельной работе. В таких случаях смогут помочь уравнительные соединения, включенные между якорями и добавочными полюсами генераторов.

Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения возможна лишь при наличии уравнительного соединения между якорями и последовательными обмотками возбуждения машин. В противном случае возможен неустойчивый режим параллельной работы. Действительно, без уравнительных соединений случайное увеличение нагрузки одного из генераторов (при соответствую­щем уменьшении ее у другого) приведет к увеличению его ЭДС. Это, в свою очередь, еще более увеличит неравномерность распре­деления нагрузки и т. д. Введение уравнительного соединения с малым сопротивлением способствует выравниванию нагрузок.

17.момент двигателя постоянного тока, уравнение вращающих моментов.

Если обмотку возбуждения и якорь двигателя подключить к сети постоянного тока напряжением U то, возникает электромагнитный вращающий момент Мэм. Полезный вращающий момент М на валу двигателя меньше электромагнитного на значение противодействующего момента, создаваемого в машине силами трения и равного моменту Мх в режиме х.х., т. е. М = Мэм—Мх.

Пусковой момент двигателя должен быть больше статического тормозного Мт в состоянии покоя ротора, иначе якорь двигателя не начнет вращаться. В установившемся режиме (при n = соnst) имеет место равновесие вращающего М и тормозного Мт моментов:

Из механики известно, что механическая мощность двигателя может быть выражена через вращающий момент и угловую скорость

Следовательно, полезный вращающий момент двигателя М (Н • м), выраженный через полезную мощность Р (кВт) и частоту вращения n (об/мин),

Обсудим некоторые важные вопросы пуска и работы двигателей постоянного тока. Из уравнения электрического состояния двигателя следует, что

В рабочем режиме ток якоря Iя ограничивается э. д. с. E, если n приблезительно равно nном. В момент пуска п = 0, э. д. с. Е = 0 и пусковой ток Iп = U/Rя в 10—30 раз больше номинального. Поэтому прямой пуск двигателя, т. е. непосредственное включение якоря на напряжение сети, недопустимо. Чтобы ограничить большой пусковой ток якоря, перед пуском последовательно с якорем включается пусковой реостат Rп с небольшим сопротивлением. В этом случае при Е = О

Iп=U/(Rя – Rп) n’. Таким образом, двигатели постоянного тока обладают свойством саморегулирования — могут развивать вращающий момент, равный тормозному.

18. пуск двигателя постоянного тока

При пуске двигателя в ход необходимо: 1) обеспечить надлежащий пусковой момент и условия для достижения необходимой скорости вращения; 2) предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя.
Возможны три способа пуска двигателя в ход: 1) прямой пуск, когда цепь якоря подключается непосредственно к сети на ее полное напряжение; 2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря; 3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.

Прямой пуск

При n = 0 также E_а = 0 и, согласно выражению (5), в статье «Общие сведения о двигателях постоянного тока»

В нормальных машинах R_а = 0,02 – 0,1, и поэтому при прямом пуске с U = U_н ток якоря недопустимо велик:

Вследствие этого прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, у которых R_а относительно велико и поэтому при пуске I_а ≤ (4 – 6) I_н, а процесс пуска длится не более 1 – 2 с.

Источник