3.3.6. Генераторы постоянного тока

Принцип действия генератора иллюстрируется диаграммой

Вал генератора принудительно вращается. По обмотке возбуждения (ОВ) протекает ток и создается магнитный поток. Проводники якоря при вращении пересекают силовые линии магнитного поля, и в проводниках индуцируется ЭДС, которая через щетки снимается с генератора.

Классификация генераторов по способу подключения обмоток возбуждения:

1. Генератор с независимым возбуждением (ГНВ). Обмотка возбуждения подключается к отдельному независимому источнику (рис. 3.47, а).

Рис. 3.47. Схемы включения генераторов

2. Генератор с параллельным возбуждением, шунтовой

(ГПВ). Обмотка возбуждения подключается параллельно якорю

(рис. 3.47, в).

3. Генератор со смешанным возбуждением, компаундный (ГСВ). Магнитный поток создается двумя обмотками возбуждения. Одна из них (ОВ1) подключается параллельно якорю, другая (ОВ2) – последовательно (рис. 3.47, б).

Используя второй закон Кирхгофа, получаем уравнение электрического равновесия для якорной цепи

U = E − I R_{я я} .

Характеристики генераторов

1. Характеристика холостого хода E = f i( )_в при I_я = 0 .

Поскольку как E = C n_E Ф , вид характеристики холостого хода

(рис. 3.48, а) определяется видом зависимости магнитного потока Ф от тока возбуждения i_в (кривой намагничивания стали, рис. 3.48, б).

Ветвь 1 снимается при первом испытании машины, ветвь 2 при последующих испытаниях. Остаточная ЭДС Е₀ возникает из-за остаточной намагниченности, которая является свойством всех ферромагнитных материалов.

Рис. 3.48. Характеристика холостого хода (а) и кривая намагничивания стали (б)

2. Внешняя характеристика U = f (I_я ). Вид характеристики определяется уравнением электрического равновесия для якорной цепи

U = E – I_я R_я. У ГПВ уменьшение напряжения вызывает уменьшение тока возбуждения, а следовательно, уменьшение Ф и Е. У ГНВ Ф и Е неизменны (реакцией якоря пренебрегаем). По этой причине внешняя характеристика у ГПВ идет круче, чем у ГНВ (рис. 3.49).

Рис. 3.49. Внешние характеристики генераторов с независимым (ГНВ) и параллельным (ГПВ) возбуждением (а) и смешанным возбуждением (б)

равновесия для якорной цепи видно, что при увеличении Iя для поддержания постоянного U сле-

Рис. 3.50. Регулировочные характеристики

3. Регулировочная характеристика i_в = f (I_я ) при U = const показывает, как нужно принудительно изменять ток возбуждения при изменении тока якоря, чтобы напряжение на выходе осталось неизменным (рис. 3.50).

Из уравнения электрического

дует увеличивать Е за счет увеличения i_в. Регулирование величины выходного напряжения осуществляется изменением величины тока в обмотке возбуждения.

Изменение полярности целесообразно производить изменением направления тока в обмотке возбуждения.

Принцип действия генератора с параллельным возбуждением. При вращении якоря в начальный момент присутствует только остаточный магнитный поток, который вызывает небольшую остаточную ЭДС (Е₀). Под влиянием ее появляется ток возбуждения, создающий магнитный поток, который складывается с остаточным. Увеличиваются результирующий магнитный поток, ЭДС, i_в и т.д., пока генератор не выйдет на установившийся режим.

Условия самовозбуждения генератора:

1. Наличие остаточного магнитного потока.

2. Магнитный поток обмотки возбуждения и остаточный магнитный поток должны быть направлены согласно.

3. Суммарное сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического.