Тема 1.8. Генераторы постоянного тока. Генератор независимого возбуждения

Это генераторы, у которых обмотка возбуждения питается независимым источником эл. энергии.(Рис.1.21).

Рис. 1.21. Схема генератора независимого возбуждения

Рис. 1.22. Графики результатов испытаний для построения характеристики холостого хода.

График зависимости ЭДС от тока возбуждения (Рис. 1.22,б) показывает, что нисходящая ветвь 2 располагается выше восходящей ветви, а при токе возбуждения равном 0, на зажимах генератора остается некоторая остаточная ЭДС Еост. Подобное положение вещей объясняется остаточным намагничиванием железа машины.

Изменяя направление тока возбуждения, можно снять петлю гистерезиса, площадь которой определяет потери энергии при перемагничивании машины. (Рис.1.22,в)

Внешней характеристикой наз. зависимость между напряжением и током нагрузки генератора,

т.е. U = f(I) при n = const. Такая зависимость определяется формулой U = E-I_яr_я

Поскольку E = C_enФ, I_я = I,

то

U = C_enФ - Ir_я (1.15)

Внешняя характеристика (рис.1.23) представляет собой кривую, наклон которой увеличивается с возрастанием тока нагрузки. Это можно объяснить с помощью формулы (1.15).

Рис.1.23. Внешняя характеристика Рис.1.24. Регулировочная характеристика

Регулировочной характеристикой наз. зависимость между током возбуждения и током нагрузки генератора, т.е. i_в = f(I) при U = const, n = const. (Рис.1.24).

Она позволяет установить, по какому закону необходимо изменять ток возбуждения в зависимости от изменения тока нагрузки, чтобы напряжение генератора оставалось постоянным.

Характеристикой короткого замыкания наз. зависимость между током короткого замыкания и током возбуждения генератора: I_к.з. = f (i_в) при U = 0, n = const. Рис 1.25.

На основании характеристик холостого хода (кривая 1) и короткого замыкания (кривая 2) можно построить так называемый реактивный треугольник (иногда его называют характеристическим или короткого замыкания).

Рис.1.25. Характеристика короткого замыкания генератора независимого возбуждения

Рис.1.26. Построение реактивного треугольника

Построение его (рис. 1.26)осуществляют в следующем порядке: для какого-либо тока, например номинального I_ном, по характеристике короткого замыкания находят соответствующий ток возбуждения i_в; вычислив ЭДС обмотки якоря по формуле Е₁ = I_номr_я, откладывают ее значение на характеристике холостого хода; соединив точки А, В, С, строят треугольник. Катет ВС этого треугольника равен потере напряжения в обмотке якоря. Катет АВ равен току возбуждения i_l который затрачивается на компенсацию МДС реакции якоря. Ток i₂ затрачивается на создание ЭДС, компенсирующей потерю напряжения в обмотке якоря I_ном r_я при данном токе. Таким же путем строится реактивный треугольник для любого другого значения тока якоря (а следовательно, и тока нагрузки) генератора.

При наличии характеристик холостого хода и короткого замыкания можно с помощью реактивных треугольников, соответствующих различным токам нагрузки, построить все другие рабочие характеристики.

На рис. 1.27 показано построение нагрузочной характеристики U — f (i_в) (кривая 2) при I = const и n — const генератора независимого возбуждения. Исходной характеристикой является характеристика холостого хода (кривая 1). Задавшись величиной тока нагрузки I, предварительно выполняют построение реактивного треугольника, как показано на рис. 1.26. Затем переносят этот треугольник на рис. 1.27, отложив в данном масштабе токи i, i₁ и катет ВС. Ордината точки С дает значение напряжения генератора U₁, соответствующее значению ЭДС обмотки якоря F₁. Другие точки нагрузочной характеристики находят параллельным перемещением треугольника, точка А которого скользит по кривой, соответствующей характеристике холостого хода. Следовательно, нагрузочная характеристика располагается параллельно характеристике холостого хода.

Рис. 1.27. Построение нагрузочной характеристики генератора независимого возбуждения.

Рис. 1.28. Схема электрическая принципиальная генератора параллельного возбуждения при работе в режиме холостого хода.

Нагрузочная характеристика может быть также получена опытным путем. Тогда на основании ее и характеристики холостого хода можно построить реактивный треугольник и все остальные характеристики.

Генераторы независимого возбуждения находят широкое применение в автономных системах генератор—двигатель, в которых регулирование напряжения осуществляется путем изменения тока возбуждения. Недостатком их является необходимость в отдельном источнике питания обмотки возбуждения, мощность которого составляет 1—3% номинальной мощности генератора.

Все генераторы, обмотки возбуждения которых имеют электрическую связь с обмоткой якоря и не требуют независимого источника питания для возбуждения, называются генераторами с самовозбуждением. К ним относятся генераторы параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.