Принципы действия электрической машины постоянного тока

Регуляторы пропорционального  типа (РТП) при коэффициентах усиления (коэффициент усиления определяется как соотношение чисел единиц возбуждения и единиц напряжения генератора) К_0у=50..100 позволяют поддерживать напряжение на шинах генератора почти постоянным (∆U_G≈0). Но предельная мощность генератора, снабженного АРВ с такими высокими коэффициентами усиления, ненамного выше предельной мощности нерегулируемого генератора. Это связано с тем, что при увеличении выдаваемой мощности в некоторой точке характеристики мощности начинается самораскачивание генератора, т.е. периодические колебания ротора с  увеличивающейся амплитудой приводят к выпадению генератора из синхронизма. Поэтому регуляторами пропорционального типа не стараются поддерживать ∆U_G=const, допуская некоторое его снижение с ротором нагрузки. В этом случае предельная мощность Р_max, которой удается достигнуть, значительно выше мощности  Р_з. Характеристика мощности при коэффициентах усиления порядка К_0у=(20..40) имеет примерно такой же максимум, что и характеристика генератора при Е^′_q=const. Следовательно, генератор, снабженный регулятором пропорционального типа, может быть представлен в схемах замещения переходным сопротивлением x^′_d и ЭДС за ним E^′_q.

Характеристика мощности генератора, замещаемого ЭДС E^′_q, может быть получена так же, как и характеристика явнополюсного генератора, если предположить, что

    

После некоторых преобразований, получим

 Характеристика мощности, соответствующая  этому выражению, показана на рис.3.

 Если РТП имеет зону нечувствительности, то критерием считается режим  при δ=90⁰. Если же генератор, имеющий РТП с зоной нечувствительности, работает в области углов δ>90⁰, то регулятор начнет работать лишь после того, как отклонение напряжения в ту или иную сторону достигнет определенного значения. При меньших отклонениях, лежащих в зоне нечувствительности, регулятор не работает. Границам зоны нечувствительности соответствуют две внешние характеристики (рис.4).

Допуская, что исходному  режиму соответствует точка а.  При небольшом возмущении, вызывающем увеличение угла, уменьшается напряжение на шинах генератора. Но регулятор не работает до тех пор, пока отклонение угла лежит в зоне нечувствительности. При увеличении угла на валу генератора возникает ускоряющий избыточный момент, вызывающий дальнейшее его увеличение. Когда траектория движения пересекает границу зоны нечувствительности (точка b), регулятор начинает работать.

Увеличение тока возбуждения, а следовательно ЭДС генератора, замедляет снижение мощности, перемещая  рабочую точку на характеристики мощности, соответствующие большим  ЭДС (точки c,d). В точке e избыток мощности исчезает, но инерция ротора вызывает дальнейшее увеличение угла. В точке f угол становится максимальным, после чего начинает уменьшаться. После того как будет пройдена точка g, лежащая на верхней характеристике, регулятор начнет уменьшать напряжение возбудителя и кривая изменения мощности в обратном направлении. Таким образом, в силу внутренней неустойчивости возникают незатухающие колебания угла δ. Амплитуда этих колебаний зависит от ширины зоны нечувствительности регулятора, вместе с углом колеблются напряжение, мощность и ток генератора. Эти колебания затрудняют контроль за работой генератора и заставляют от его эксплуатации в подобных режимах.

Обеспечить устойчивую работу генератора во всех точках, соответствующим  углам δ>90⁰, позволяет усложнение системы регулирования возбуждения, которая должна реагировать не только на изменение напряжения, но и на скорость и даже ускорение изменения напряжения. Такие регуляторы называются регуляторами сильного действия.

Регуляторы сильного действия обеспечивают постоянство напряжения на шинах генератора (без риска самораскачивания), поэтому генератор, снабженный такими регуляторами, может быть представлен в расчетах статической устойчивости напряжением на своих зажимах (U_G=const) и x_G=0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1. О. Д. Гольдберг,  С. П. Хелемска -  “Электромеханика”(Москва, издательский центр “Аадемия”),2007г.

2. Кацман М.М.,”Электрические  машины”,М., 1990г.