3. Генераторы с параллельным и смешанным возбуждением

Принципиальная электрическая схема генератора с параллель­ным возбуждением приведена на рисунке 4.1, б. В генераторе ис­пользуют принцип самовозбуждения, при котором обмотку воз­буждения (Ш1Ш2) генератора присоединяют непосредственно к пи подам цепи якоря (Д1, Д2). В режиме нагрузки в обмотке якоря протекает ток нагрузки и возбуждения I=I_н+I_в при этом ток побуждения составляет 1_В = (0,02...0,3)I_ном и не оказывает существенного влияния на работу генератора.

Самовозбуждение генераторов постоянного тока возможно только при выполнении следующих условий.

I. Наличие в машине магнитного потока остаточного магнетиз­ма, который в начальный момент процесса самовозбуждения ин­дуктирует в обмотке вращающегося якоря остаточную ЭДС Е_0СТ. Под действием этой ЭДС в цепи обмотки возбуждения будет про­текать незначительный ток возбуждения. Наличие потока оста­точного магнетизма и остаточной ЭДС может быть определено по показанию вольтметра на выводах генератора при вращающемся и коре и отсоединенной обмотке возбуждения. Остаточная ЭДС Е_ост= (0,02. ..0,04)U_H0M. Если остаточный поток отсутствует (Е_ост=0), то генератор необходимо подмагнитить. Для этого отсо­единенную от якоря обмотку возбуждения присоединяют кратковременно на 1 ...2 с к постороннему источнику постоянного тока, например аккумулятору.

2. Правильное подключение обмотки возбуждения к якорю, при котором ток в обмотке возбуждения создает магнитный по­ток, совпадающий по направлению с магнитным потоком оста­точного магнетизма. Если измеренная остаточная ЭДС Е_ост после подключения обмотки возбуждения к якорю уменьшается, то это означает, что упомянутые магнитные потоки направлены навстре­чу друг другу. В этом случае необходимо изменить присоединение обмотки возбуждения к якорю, поменяв местами выводы Ш1 и Ш2.

3.Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть мень­ше определенного значения, называемого критическим сопротив­лением. Это условие вытекает из анализа процесса самовозбужде­ния, описываемого уравнением

Значения членов уравнения (4.9) во время переходного процес­са самовозбуждения могут быть определены из рисунка 4.3, на ко­тором напряжение и_в представляется характеристикой холостого хода E=(I_B), а падение напряжения i_BR_B — вольт-амперной харак­теристикой цепи возбуждения U_B =f(I_В). Последняя в координатах U_B, 1_В представлена прямой линией под углом а к оси абсцисс (tga = U_B/I_B = R_B).

Таким образом, при выполне­нии перечисленных трех условий процесс самовозбуждения проте­кает следующим образом. Под действием ЭДСЕ_ост в цепи воз­буждения протекает незначитель­ный ток i_в, который увеличивает магнитный поток в машине, а сле­довательно, и увеличивает ЭДС Е. Последняя обусловливает даль­нейшее увеличение тока возбужде­ния и т. д. Процесс самовозбужде­ния протекает лавинообразно и за­канчивается в точке пересечения характеристик (точка. А на рис. 4.3). Действительно, как следует из рисунка, в этой точке увеличения тока воз­буждения не происходит. Генератор будет работать с некоторым установившимся током возбуждения 1_В и напряжением U₀~Е, при этом обеспечивается устойчивость этого режима.

Характеристика холостого хода практически аналогична харак­теристике холостого хода генератора независимого возбуждения, так как ток возбуждения 1_В невелик и не оказывает заметного вли­яния на падение напряжения в якоре и реакцию якоря. В отличие от генератора независимого возбуждения прямолинейный участок характеристики холостого хода генератора с параллельным воз­буждением при малых токах возбуждения получен быть не может, так как при R_B > R_Kp генератор развозбуждается. Обычно можно уменьшать напряжение генератора, увеличивая сопротивление ре­гулировочного реостата RR_B, лишь до значения U = (0,6...0,7)U_HOM.

Внешняя характеристика генератора с параллельным возбужде­нием существенно отличается от характеристики генератора с не­зависимым возбуждением.

Внешняя характеристика генератора для возрастающей нагруз­ки показана на рисунке 4.4. С увеличением тока нагрузки напря­жение генератора U =Е—IR_a уменьшается по трем причинам: из-за увеличения падения напряжения в цепи якоря IR_a; из-за раз­магничивающего действия реакции якоря, приводящего к умень­шению ЭДС Е; из-за уменьшения тока возбуждения вследствие уменьшения напряжения I_B = U/R_B, которое также ведет к сниже­нию ЭДС Е. Следовательно, внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением будет располагаться ниже соответ­ствующей характеристики генератора с независимым возбуждени­ем. Номинальное изменение напряжения генератора ΔU%=10...30.

Генератор может быть нагружен до определенного критическо­го значения тока, который в несколько раз больше номинального. При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки ток на­грузки уменьшается. Объясняется это тем, что ток нагрузки зависит не только от сопротивления на­грузки, но и от значения ЭДС генератора. При уменьшении тока возбуждения генератора из-за снижения напряжения при увели­чении нагрузки уменьшаются магнитный поток и ЭДС. При токах I=I_кр машина становится ненасыщенной и дальнейшее незначи­тельное уменьшение тока возбуждения приводит к резкому сни­жению ЭДС и напряжения на выводах генератора. Напряжение начинает убывать быстрее, чем уменьшается сопротивление на­грузки, и поэтому ток нагрузки I_H= U/R_H начинает уменьшаться. Работа генератора на участке ab характеристики неустойчива и может сопровождаться самопроизвольным изменением тока до значения I_К. Установившееся значение тока короткого замыкания (к. з.) сравнительно мало и составляет I_K=E_0CT/R_a = (0,4...0,8)I_НОМ. Напротив, внезапное короткое замыкание на выводах генератора весьма опасно, так как ток короткого замыкания достигает значе­ний I_к= (5... 15)I_ном.

Регулировочные и нагрузочные характеристики генератора практически такие же, как у генератора с независимым возбужде­нием.

Принципиальная электрическая схема генератора со смешан­ным возбуждением приведена на рисунке 4.1,г. Генератор имеет две обмотки возбуждения, размещенные на главных полюсах: ос­новную параллельную (Ш1 Ш2) и вспомогательную последова­тельную (С1, С2). При холостом ходе магнитный поток в генера­торе создается параллельной обмоткой, обеспечивая на выводах генератора номинальное напряжение. В режиме нагрузки магнит­ный поток создается совместно обеими обмотками. Поскольку об­мотки возбуждения включены согласно, то создаваемые ими маг­нитные потоки складываются и индук­тируют в обмотке якоря большее значе­ние ЭДС. Чем больше ток нагрузки, тем большее значение имеет ЭДС.

При этом автоматически обеспечивается стабили­зация напряжения на выводах генерато­ра. Следовательно, последовательная обмотка возбуждения выполняет функ­цию элемента, компенсирующего изме­нение напряжения генератора из-за раз­магничивающего действия реакции якоря и падения напряжения в его цепи. Внешняя характеристика генератора приведена на рисунке 4.5. изменение напряжения генератора ΔU% = 2...3.