Г енератор независимого возбуждения

Рис. 2. Принципиальная схема генератора с независимым возбуждением.

В генераторах этого типа (рис.2) ток возбуждения I_в не зависит от тока якоря I_а. Ток I_в зависит лишь от напряжения питания цепи ОВ U_в и значения регулировочного сопротивления R_р.в :

I_в =

Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов постоянного тока, являются:

• характеристика холостого хода,

• нагрузочная характеристика,

• внешняя характеристика,

• регулировочная характеристика.

Характеристика холостого хода – это зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения I_в при разомкнутой цепи нагрузки и постоянной частоте вращения, равной номинальной, т. е. зависимость

Е₀ = f (I_в), при I_н = 0 и п = п_н = const.

Напряжение генератора U₀ при холостом ходе (R_н = ∞) машины равно ЭДС на зажимах якоря:

U₀ = Е₀ = c_enФ,

Поскольку частота вращения якоря п = const, напряжение зависит только от величины магнитного потока Ф. Магнитный поток зависит от намагничивающей силы (ампер-витков) обмотки возбуждения, а, следовательно, от тока возбуждения (Ф ≡ F_м ≡ I_в). Поэтому характеристика Е₀ = f (I_в ) будет иметь тот же вид, что и зависимость Ф = f (I_в), т.е. магнитная характеристика машины.

Характеристика холостого хода (рис.3) представляет собой совокупность двух расходящихся ветвей восходящей 1 и нисходящей 2. При I_в = 0 (цепь обмотки возбуждения разомкнута) ЭДС Е_о ≠ 0. Она составляет 2-4% от U_ном Объясняется это тем, что в магнитной системе машины имеется остаточный магнитный поток Ф_ост, который обусловливает появление соответствующей ему остаточной ЭДС при наличии вращения якоря

Е_ост = c_enФ_ост.

Рис.3. Характеристика холостого хода

С увеличением I_в ЭДС вначале интенсивно возрастает почти по прямолинейному закону. Наклон начальной прямолинейной части характеристики зависит от величины воздушного зазора машины, причем меньшему зазору соответствует больший угол наклона. С последующим увеличением I_в прямолинейность характеристики холостого хода нарушается вследствие явления насыщения магнитной системы машины. При уменьшении I_в обнаруживается расхождение ветвей, которое объясняется явлением гистерезиса в магнитопроводе машины. По характеру расхождения ветвей можно судить о качестве магнитного материала магнитной системы машины. У генераторов, изготовленных из высококачественных электротехнических сталей, расхождение ветвей незначительно.

Нагрузочная характеристика – это зависимость напряжения на зажимах генератора U от тока возбуждения I_в при постоянном токе нагрузки I_н и постоянной частоте вращения п, т. е. зависимость

U = f (I_в), при I_н = const и п = const.

Рис.4. Нагрузочная характеристика

На рис.4 нагрузочная характеристика (график 2) проходит ниже характеристики холостого хода (график 1), которую можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при I_н = 0. Снижение напряжения генератора под нагрузкой обусловлено падением напряжения на внутреннем сопротивлении машины и размагничивающим действием реакции якоря.

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении в цепи обмотки возбуждения и постоянной частоте вращения, т.е.

U = f (I_н), при I_в = const и п = const.

Уравнение, описывающее внешнюю характеристику генера­тора, можно получить исходя из уравнения электрического равновесия, записанного по второму закону Кирхгофа для цепи нагрузки,

U = E – ∑R_а I_н,

где ∑R_а – суммарное сопротивление цепи якоря.

Согласно уравнению при I_н = 0 (режим холостого хода) U = E

При увеличении тока нагрузки происходит уменьшение напряжения на зажимах генератора (рис.5). Причинами уменьшения напряжения являются:

• увеличение падение напряжения на суммарном сопротивлении цепи якоря с увеличением нагрузки (∑R_а I_н);

• уменьшение результирующего магнитного потока, а следовательно, и ЭДС Е вследствие реакции якоря.

Рис.5. Внешняя характеристика генератора постоянного тока

Для генераторов с независимым возбуждением снижение напряжения ∆U составляет 5-15% от U_ном.

Регулировочная характеристика

Во многих случаях на практике необходимо, чтобы с увеличением тока нагрузки напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным, т. е.

U = E – ∑R_а I_н = const

Чтобы сохранить напряжение постоянным необходимо, чтобы падение напряжения ∑R_а I_н на обмотке якоря, а также снижение ЭДС было скомпенсировано. Это достигается путем повышения тока возбуждения I_в, что приводит к увеличению основного магнитного потока и ЭДС генератора.

Регулировочной характеристикой называется зависимость тока возбуждения I_в от тока нагрузки I_н при постоянном напряжении на зажимах генератора, т.е.

I_в = f (I_н), при U = const и п = const.

Х арактеристика показывает, каким образом следует регулировать I_в, чтобы поддерживать напряжение генератора постоянным. Очевидно, что с увеличением тока нагрузки I_н ток возбуждения должен возрастать: вначале медленно, а вследствие явления насыщения стали магнитопровода – значительнее (рис.6).

Рис.6. Регулировочная характеристика генератора постоянного тока