5.3. Генераторы постоянного тока

Генераторы постоянного тока, также как и двигатели, различают по характеру их возбуждения. В зависимости от этого их подразделяют на генераторы независимого возбуждения и самовозбуждением. В генераторах независимого возбуждения поток возбуждения может создаваться обмоткой возбуждения (электромагнитное возбуждение) или с помощью постоянного магнита (магнитоэлектрическое возбуждение). Генераторы с самовозбуждением бывают параллельного и смешанного возбуждения(см. ).

Рис. 5-9а. Схема генератора постоянного тока.

О свойствах генератора судят по его основным характеристикам, к которым относят характеристику холостого хода, а также нагрузочную, внешнюю и регулировочную.

Под характеристикой холостого хода понимают зависимость U=f(I_B) при I_Я=0 и ω=const (кривая 1 на ). Эта зависимость характеризует свойства магнитной цепи машины, и по ней можно определить условие самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением, это возможно, если сопротивление обмоток возбуждения меньше критического R_ВХ. При выполнении этого условия установившееся значение напряжения на выходе генератора будет соответствовать точке пересечения характеристики холостого хода и прямой I_B·R_B (см. ).

Рис. 5-9б. Статическая характеристика генератора постоянного тока.

Внешняя характеристика ( ) представляет собой зависимость U=f(I_Я) при ω=const.

Рис. 5-9в. Статическая характеристика генератора постоянного тока.

Кривая 1 соответствует генератору с независимым возбуждением при I_B=const.С увеличением тока якоря (нагрузки) напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за падения напряжения на сопротивлении якоря R_Я и реакции якоря. В генераторе с параллельным возбуждением это уменьшение происходит более интенсивно (кривая 2), так как оно усугубляется уменьшением тока возбуждения. Для компенсации уменьшения напряжения при увеличении нагрузки применяется комбинированное возбуждение (кривая 3).

Нагрузочная характеристика - это зависимость U=f(I_B) при I_Я=const (кривая 2 на ). Она проходит ниже характеристики холостого хода 1 вследствие падения напряжения в якорной цепи и реакции якоря. Чем больше ток якоря, тем ниже характеристика 2 проходит по отношению к характеристике 1.

Регулировочная характеристика - это зависимость I_B=f(I_Я) при U=const ( ). Чтобы поддержать напряжение постоянным, необходимо при увеличении тока I_Я увеличивать ток возбуждения.

Рис. 5-9г. Статическая характеристика генератора постоянного тока.

В системах автоматического управления широкое применение имеют тахогенераторы постоянного тока. Тахогенераторы представляют собой генераторы небольшой мощности, служащие для преобразования частоты вращения в электрический сигнал. Как правило, тахогенераторы выполняют с независимым электромагнитным или магнитоэлектрическим возбуждением (рис.5-10,а).

Рис. 5-10 а,б. Схема тахогенератора.

Выходная характеристика тахогенератора - это зависимость U_ТГ=f(ω). Она может быть получена из анализа эквивалентной схемы якорной цепи, представленной на . Откуда в установившемся режиме получим:

Из этих уравнений получим выражение для выходной характеристики:

,

где K_ТГ- коэффициент передачи тахогенератора, который определяет крутизну выходной характеристики тахогенератора (см. ). Чем больше К_ЭМ=К`_ЭМ·Ф_B и больше R_H по сравнению с R_Я тем больше крутизна характеристики.

Рис. 5-10в. Характеристики тахогенератора.

Из следует, что выходное напряжение U_ТГ и при нагрузке является линейной функцией частоты вращения. Однако практически выходная характеристика отклоняется от линейной ( ) из-за реакции якоря, ослабляющей поток возбуждения Ф_В. Отклонение от линейности определяет одну из основных погрешностей тахогенератора. Для уменьшения ее следует нагружать тахогенератор на относительно большое сопротивление нагрузки R_H и использовать небольшой диапазон частот вращения.

Тахогенератор как динамическая система описывается уравнениями, аналогичными уравнениям :

Откуда может быть получена передаточная функция тахогенератора

,

где - постоянная времени тахогенератора.