34. Сравнительная оценка свойств и областей применения генераторов постоянного тока различных способов возбуждения. Свойства и характеристики генераторов независимого возбуждения

Свойства электрических машин постоянного и переменного тока, представляющие интерес с точки зрения практического использования машин, в значительной мере определяются их характеристиками, каждая из которых представляет собой график зависимости между двумя важнейшими величинами.

Основными характеристиками генераторов постоянного тока являются характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная характеристики.

9.7.1. Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хода E(Iв) генератора независимого возбуждения (рис. 9.12) представляет собой зависимость ЭДС якоря от тока обмотки возбуждения при работе генератора вхолостую (приемник отключен, I = 0) и n = const. Она дает представление о том, как необходимо изменять ток возбуждения, чтобы получать те или иные значения ЭДС генератора.

Согласно выражению (9.7) Е = kеФn. При холостом ходе генератора независимого возбуждения Ф = f2 (Iвwв) = f1(Iв), поэтому

E = kеnf1(Iв).

Изменяя с помощью реостата rр ток Iв , можно изменять магнитный поток Ф и, следовательно, ЭДС Е генератора.

Если магнитная цепь машины была полностью размагничена, то при увеличении тока возбуждения зависимость Ф(Iв) представляется кривой 1 (рис. 9.13), подобной кривой намагничивания. Поскольку при n = const ЭДС прямо пропорциональна магнитному потоку, график Ф(Iв) представляет собой в другом масштабе по оси ординат характеристику холостого хода E(Iв).

Каждому значению тока Iв при его уменьшении (кривая 2) соответствуют несколько большие значения потока Ф и ЭДС Е, чем при увеличении тока; при Iв = 0 генератор имеет небольшой поток остаточного намагничивания Ф0 и соответствующую ему ЭДС Е0. Обычно Ф0 = (0,02÷0,06)Фном и E0 = (0,02÷0,06)Eном , где Фном и Eном - магнитный поток и ЭДС, соответствующие номинальным данным генератора.

Рис. 9.13. Характеристики холостого хода генератора независимого возбуждения

Рис. 9.14. Внешние характеристики генератора независимого возбуждения

За расчетную принимают обычно характеристику 3, расположенную между характеристиками 1 и 2. Точку А, соответствующую номинальным данным генератора, выбирают при расчете на «колене» (в зоне наибольшей кривизны) характеристики холостого хода. Выбирать точку А в области значительного насыщения ферромагнитных материалов нецелесообразно, так как это приводит к значительному увеличению тока, мощности и габаритных размеров обмотки возбуждения при незначительном увеличении ЭДС.

9.7.2. Внешняя характеристика. Внешняя характеристика U(I) генератора постоянного тока независимого возбуждения представляет собой зависимость напряжения на выводах генератора от тока нагрузки при Iв = const и n = const.

Зависимость U(I) может быть получена на основании уравнения, составленного по второму закону Кирхгофа для цепи якоря генератора, согласно которому

(9.11)

U = Е - Iяrя = Е - Irя ,

где Iя— ток якоря, равный току I приемника; rя — сопротивление якоря, включающее в себя сопротивление обмотки якоря, щеточного контакта, обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки (если она имеется).

Так как у генератора независимого возбуждения по условию Iв = const, то пренебрегая реакцией якоря, следует считать Ф = const, а значит, и Е = const. При этих условиях внешняя характеристика U(I) представляет собой прямую линию (характеристика 1 на рис. 9.14).

Если в уравнении (9.11) заменить напряжение согласно закону Ома выражением U = Irп, а затем решить его относительно тока, то получим

(9.12)

I =	Е	.
	rя + rп

Как видно из (9.12) и (9.11), при работе генератора вхолостую (rп = ∞) I = 0 и U = Ux = Е (рис. 9.14). С увеличением числа подключенных приемников эквивалентное сопротивление rп уменьшается, что вызывает увеличение тока нагрузки I, падения напряжения Irя в сопротивлении rя и снижение напряжения U.

Рис. 9.15 Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

Вследствие реакции якоря магнитный поток и ЭДС несколько уменьшаются при увеличении нагрузки, что приводит к дополнительному снижению напряжения. Внешняя характеристика при этом получается непрямолинейной (характеристика 2 на рис. 9.14). Для получения в этом случае номинального напряжения при токе Iном необходимо устанавливать при холостом ходе несколько большую ЭДС, Ux1 = E1 > Ux = E.

Относительное изменение напряжения генератора

ΔIном =	Ux - Uном	100
	Uном

сравнительно невелико и равно примерно 5—10%.

Если при холостом ходе устанавливать различные значения ЭДС, а затем увеличить нагрузку генератора, то можно получить семейство внешних характеристик, подобных характеристике 2, например характеристики 3 и 4 на рис. 9.14.

9.7.3. Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика Iв(I) представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при n = const и U = const. Она показывает, как необходимо изменять ток возбуждения при изменении   тока   нагрузки,   чтобы  поддерживать   напряжение.

Возможность поддержания напряжения путем изменения тока Iв вытекает из уравнения (9.11). Как видно, для этого необходимо соответствующим образом изменять ЭДС, что и можно сделать путем изменения тока Iв.

Регулировочная характеристика генератора (рис. 9.15) нелинейна, что объясняется нелинейностью внешней характеристики и характеристики холостого хода.

Недостатком генератора независимого возбуждения является то, что он требует постороннего источника электрической энергии для питания обмотки возбуждения. От указанного недостатка свободны генераторы параллельного и смешанного возбуждения.