Генераторы с параллельным возбуждением[править | править вики-текст]

В генераторе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы потребителей электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на зажимах генератора, несмотря на изменение общей нагрузки. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения.

Реостаты возбуждения имеют, как правило, холостые контакты, при помощи которых можно осуществить короткое замыкание обмотки возбуждения «на себя». Это необходимо при отключении обмотки возбуждения. Если выключить обмотку возбуждения путём разрыва её цепи, то исчезающее магнитное поле создаст очень большую ЭДС самоиндукции, способную пробить изоляцию обмотки и вывести генератор из строя. При коротком замыкании обмотки возбуждения при её отключении энергия исчезающего магнитного поля переходит в тепло, не причиняя вреда обмотке возбуждения, так как ЭДС самоиндукции не превысит номинального напряжения на зажимах генератора.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением сам питает свою обмотку возбуждения и не нуждается в постороннем источнике электрической энергии. Самовозбуждение генератора возможно только при наличии остаточного магнетизма в сердечниках электромагнитов, поэтому они изготавливаются из литой стали и после прекращения работы генератора сохраняется остаточный магнетизм. Так как обмотка возбуждения подключена к его зажимам, то в ней при вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС {\displaystyle E_{ost}}, и по обмотке возбуждения начинает протекать ток. Если обмотка возбуждения включена правильно, так, что её магнитный поток {\displaystyle \Phi } направлен «попутно» с магнитным потоком остаточного магнетизма, то суммарный магнитный поток возрастает, увеличивая ЭДС {\displaystyle E}, магнитный поток {\displaystyle \Phi } и ток возбуждения {\displaystyle I_{v}}. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с {\displaystyle {I_{v}}=const}, {\displaystyle E=const}, зависящими от величины сопротивления {\displaystyle R=const} цепи возбуждения.

Однако процесс нарастания электродвижущей силы {\displaystyle E} генератора (процесс самовозбуждения генератора) не прогрессирует, то есть ЭДС генератора не возрастает неограниченно. Всякий раз рост индуктированной ЭДС генератора ограничен тем или иным пределом. Для этого необходимо рассмотреть характеристику холостого хода генератора.

Характеристика холостого хода генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Характеристика холостого хода генератора с параллельным возбуждением

На рисунке приведена характеристика холостого хода генератора с параллельным возбуждением, то есть кривая зависимости напряжения {\displaystyle U_{v}} на зажимах от тока возбуждения {\displaystyle I_{v}} при постоянном числе оборотов якоря {\displaystyle n} и при постоянном сопротивлении цепи возбуждения {\displaystyle R}.

Одновременно показан график зависимости падения напряжения {\displaystyle U_{v}} в цепи возбуждения генератора от тока возбуждения {\displaystyle I_{v}}. Эта зависимость линейна, так как {\displaystyle U_{v}={I_{v}}R}, где {\displaystyle R} — полное постоянное сопротивление обмотки возбуждения и реостата возбуждения.

При малых величинах тока возбуждения {\displaystyle I_{v}} электродвижущая сила {\displaystyle E} больше падения напряжения {\displaystyle U_{v}} в обмотке возбуждения: {\displaystyle E>{U_{v}}}.

В этом случае генератор питает током свою обмотку возбуждения. Происходит нормальный процесс самовозбуждения, то есть с ростом тока возбуждения {\displaystyle I_{v}} растут электродвижущая сила {\displaystyle E} и напряжение {\displaystyle U_{v}}на обмотке возбуждения, что в свою очередь влечёт за собой увеличение тока возбуждения {\displaystyle I_{v}}. Однако быстрота роста электродвижущей силы {\displaystyle E} и напряжения {\displaystyle U_{v}} различна. По мере увеличения тока возбуждения скорость роста ЭДС спадает, а скорость роста напряжения не менятся. При некоторой величине тока возбуждения {\displaystyle I^{\prime }{_{v}}} напряжение {\displaystyle U^{\prime }{_{v}}} становится равным электродвижущей силе {\displaystyle E^{\prime }{_{v}}}:

{\displaystyle U^{\prime }{_{v}}=E^{\prime }{_{v}}}. При токе возбуждения, равном {\displaystyle I_{v}} графики электродвижущей силы {\displaystyle E} и напряжения {\displaystyle U_{v}} пересекаются. При дальнейшем росте тока возбуждения графики теоретически должны разойтись, однако в этом случае ЭДС {\displaystyle E} должна стать меньше напряжения {\displaystyle U_{v}}, что невозможно, так как напряжение {\displaystyle U_{v}} является частью электродвижущей силы {\displaystyle E} и не может быть больше её.

Значение тока возбуждения {\displaystyle I^{\prime }{_{v}}} — это предельная величина его при постоянном числе оборотов {\displaystyle n=const} и при постоянстве сопротивления цепи возбуждения {\displaystyle R=const}. Для режима холостого хода генератора: {\displaystyle E={i_{B}}{R_{B}}+L{{d{i_{B}}} \over {dt}}}, где {\displaystyle L} — суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря.

Угол наклона прямой, выражающей зависимость напряжения {\displaystyle U_{v}} на зажмах генератора от тока возбуждения {\displaystyle I_{v}} зависит от сопротивления цепи возбуждения и, следовательно, от сопротивления шунтового реостата, имеюшегося в цепи возбуждения. Чем больше это сопротивление, тем круче поднимается прямая зависимости {\displaystyle U_{v}} от {\displaystyle I_{v}} и тем при меньшем токе возбуждения произойдёт пересечение графиков зависимости {\displaystyle U_{v}} и {\displaystyle E} от тока возбуждения {\displaystyle I_{v}}.

Процесс самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением длится до тех пор, пока ток возбуждения {\displaystyle I_{v}} не достигнет некоторой предельной величины при заданных нормальных оборотах якоря генератора и электродвижущая сила {\displaystyle E} не станет равной своему номинальному значению.

Если обмотка возбуждения генератора подключена неправильно к якорной обмотке, то генератор не возбудится, так как ток возбуждения создаёт магнитный поток, направленный навстречу остаточному магнитному потоку и машина размагнитится.

Затем нужно будет отключить от генератора обмотку возбуждения, правильно подключить её к источнику постоянного тока (аккумулятору), намагнитить и правильно собрать электрическую схему генератора.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Внешняя характеристика: При холостом ходе генератора напряжение на его зажимах максимально {\displaystyle U_{xx}}. Затем с ростом нагрузки генератора {\displaystyle I} напряжение на его зажимах {\displaystyle U} начинает падать, несколько быстрее, чем у генератора с независимым возбуждением. Это объясняется тем, что напряжение {\displaystyle U} уменьшается не только в результате возрастающего влияния реакции якоря и падения напряжения в якорной обмотке, но и за счёт того, что с уменьшением напряжения на зажимах генератора уменьшается его ток возбуждения и в соответствии с этим снижается ЭДС.

Если происходит уменьшение электрического сопротивления потребителя то, следовательно, происходит увеличение нагрузки {\displaystyle I}. Однако если сопротивление нагрузки станет критически мало, ток генератора достигнет своего критического значения, при котором начнётся резкое снижение напряжения. Как правило, критический ток генератора примерно в 2—2,5 раза больше номинального. В режиме короткого замыкания сопротивление становится равным нулю, ток генератора становится равным току короткого замыкания. Режим короткого замыкания генератору с параллельным возбуждением большой опасности не причиняет, так как при этом резко снижается ЭДС до остаточного значения {\displaystyle E_{ost}}. Однако переход через режим критического тока сопровождается сильным искрением под щётками коллектора из-за черезмерной перегрузки генератора и поэтому нежелателен.

Регулировочная характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Регулировочной характеристикой генератора с параллельным возбуждением называется зависимость тока возбуждения {\displaystyle I_{v}} от нагрузки генератора (тока якоря) {\displaystyle I_{a}} при постоянном напряжении {\displaystyle U} и постоянных оборотах {\displaystyle n}. У генераторов последовательного возбуждения ток возбуждения {\displaystyle I_{v}} равен току якоря {\displaystyle I_{a}}. Поэтому при холостом ходе, когда {\displaystyle I_{v}=I_{a}=I=0}, наводится остаточная ЭДС {\displaystyle E_{ost}}.

Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет почти такой же вид, как и для генератора с независимым возбуждением. Эта кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх, вследствие влияния насыщения магнитопровода машины. Однако при одинаковой нагрузке ток в якорной обмотке генератора с параллельным возбуждением больше, чем ток в якорной обмотке генератора с независимым возбуждением, на величину тока возбуждения {\displaystyle E_{ost}}. Поэтому в генераторе с параллельным возбуждением при всех прочих одинаковых условиях падение напряжения в якорной обмотке генератора и реакция якоря больше, что требует большего тока возбуждения. Регулировочная характеристика поднимается круче, чем у генератора с независимым возбуждением.

Генераторы с параллельным возбуждением не боятся коротких замыканий. При коротком замыкании ток во внешней цепи резко увеличивается, следовательно, возрастает ток в якорной обмотке генератора. В результате резко увеличивается падение напряжения в якорной обмотке, в свою очередь снижается напряжение на зажимах генератора, снижается ток возбуждения, снижается ЭДС генератора и ток в якорной обмотке. Все эти процессы протекают настолько быстро, что кратковременный ток короткого замыкания не успевает прогреть провода якорной обмотки.

Посторонний источник электрической энергии, питающий постоянным током обмотку возбуждения генераторам с параллельным возбуждением не нужен.

Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением применяются в технике связи для питания радиоустановок, для питания зарядных агрегатов, в передвижных сварочных аппаратах.