Глава 28
Коллекторные генераторы постоянного тока
§ 28.1. Основные понятия
В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС [см. (25.20)]. При подключении к генератору нагрузки в цепи якоря возникает ток, а на выводах генератора устанавливается напряжение, определяемое уравнением напряжений для цепи якоря генератора:
. (28.1)
Здесь
(28.2)
— сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря , обмотки добавочных полюсов,компенсационной обмотки , последовательнойобмотки возбуждения и переходного щеточногоконтакта .
При отсутствии в машине каких-либо из указанных обмоток в (28.2) не входят соответствующие слагаемые.
Якорь генератора приводится во вращение приводным двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент . Если генератор работает в режиме х.х. , то для вращения егоякоря нужен сравнительно небольшой момент холостого хода . Этот момент обусловлен тормознымимоментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.
При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодействуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М [см. (25.24)]. В генераторе этот момент направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя ПД (рис. 28.1), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).
Рис. 28.1. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока
При неизменной частоте вращения вращающий момент приводного двигателя уравновешивается суммой противодействующих моментов: моментом х.х. и электромагнитным моментом М, т. е.
. (28.3)
Выражение (28.3) — уравнение моментов для генератора при . Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря , получим уравнение мощностей:
, (28.4)
где — подводимаяот приводного двигателя к генератору мощность (механическая); — мощность х.х., т. е. мощность, подводимая к генератору в режиме х.х. (при отключенной нагрузке); —электромагнитная мощность генератора.
Согласно (25.27), получим
,
или с учетом (28.1)
, (28.5)
где — полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощность, отдаваемая генератором нагрузке; — мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря (см. § 29.8).
Учитывая потери на возбуждение генератора , получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:
. (28.6)
Следовательно, механическая мощность, развиваемая приводным двигателем , преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность , передаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь.
Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии . Рассмотрим основные характеристики генераторов постоянного тока.
Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. от тока возбуждения:
при и.
Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбуждения :
при и.
Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U от тока нагрузки :
при и ,
где — регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.
Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при неизменном напряжении на выходе генератора:
при и .
Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свойства генераторов постоянного тока.