Генераторы независимого возбуждения

Электрическая схема генератора независимого возбуждения представлена на рис.27.

1.Характеристика холостого хода. Она определяет зависимостьЭДС обмотки якоря от тока возбуждения в режиме холостого хода, т.е. , при , рис.28. В режиме холостого хода, когда отсутствует ток якоря, (поскольку потребители не подключены и цепь обмотки якоря разомкнута), напряжение на ее зажимах  числено равно ЭДС : . Эта ЭДС определяется величиной магнитного потока, созданного обмоткой возбуждения  и скоро­стью вращения якоря : , где  – постоянный коэффициент для данного генератора, зависящий от его конструкции, и  Следовательно, ЭДС пропорциональна величине магнитного потока. Таким образом, характеристика холостого хода представляет собой в определенном масштабе магнитную характеристику  машины. По ней можно определить коэффициент насыщения машины .

Первую точку характеристики снимают при отсутствии тока в обмотки возбуждения . Так как в машине всегда имеется остаточный магнитный поток, то вольтметр покажет некоторое на пряжение, равное остаточной ЭДС , вызванной этим потоком, которое составляет обычно около 5% от номинального напряжения.

2. Внешняя характеристика. Она характеризует работу генератора под нагрузкой и связывает два основных параметра машины: напряжение на зажимах генератора и ток якоря или ток нагрузки генератора, т.е. . Эта характеристика снимается в естественных условиях, когда работу гене­ратора не регулируют, т.е. , рис.29.

Нагрузкой генератора постоянного тока является ток  протекающий по обмотки якоря. Он появляется в цепи обмотки якоря, когда к ней под­ключают потребителей электрической энергии и его величина определяется их активным сопротивлением. Поскольку потребителей подключают парал­лельно  с обмоткой якоря и параллельно относительно друг друга, то с уве­личением их количества общее (суммарное) их сопротивление уменьшается и ток обмотки якоря (ток нагрузки) увеличивается.

Влияние тока нагрузки на работу генератора можно проанализировать с помощью его основного уравнения

,

которое, с учетом выражения для ЭДС обмотки якоря , можно записать в виде .

В режиме холостого хода, когда отсутствует ток якоря, напряжение на ее зажимах  числено равно ЭДС : . Эта ЭДС определяется величиной магнитного потока, созданного обмоткой возбуждения  и скоро­стью вращения якоря : , где  – постоянный коэффициент для данного генератора, зависящий от его конструкции.

При подключении потребителей появляется ток в обмотки якоря . С увеличением их количества ток якоря возрастает. При его увеличении на­пряжение на зажимах генератора уменьшается. Это уменьшение вызвано по двум причинам: вследствие падения напряжение в цепи обмотки якоря  и уменьшения ЭДС  ввиду уменьшения магнитного потока , под воздействием поперечной реакции якоря (т.е. появившегося магнитного потока, созданного током обмотки якоря).

Согласно этой характеристики, при переходе от холостого хода  к номинальной нагрузке , напряжение на зажимах генератора падает на величину , по двум указанным причинам. Обычно, величина падения напряжения  составляет от 5 до 15% от величины номинального напря­жения.

3. Регулировочная характери­стика. Это зависимость тока возбужде­ния от тока якоря при постоянном на­пряжении на зажимах генератора , рис.30.

Основным назначением генератора является не только снабжение потребителей электрической энергией, но и электрической энергией необходимого качества. В естественных условиях (без регулирования) напряжение у потребителей будет уменьшаться при увеличении их числа. Следовательно, чтобы напряжение не изменяло своей величины в зависимости от нагрузки, генератор необходимо регулировать. Как необходимо регулировать генератор, при изменении нагрузки, показывает регулировочная характеристика генератора. Так как регулировать работу генератора возможно только путем изменения тока возбуждения, то регулировочная характеристика показывает, как необходимо изменять ток возбуждения  при изменении тока нагрузки , чтобы напряжение на его зажимах оставалось постоянным. С увеличением тока  ток возбуждения  необходимо увеличивать, чтобы компенсировать влияния падения напряжения  и реакции якоря. С увеличением тока возбуждения увеличивается магнитный поток в генераторе , что приводит к увеличению ЭДС  и напряжения на зажимах генератора. Это следует из рассмотрения основного уравнения генератора: .

4. Нагрузочная характеристика. Это зависимость  при , рис.31, по виду схожая с характеристикой холостого хода (кривая , на рис.31). Она проходит несколько ниже характеристики холостого хода вследствие падения напряжения в цепи обмотки якоря и влияния реакции якоря. Характеристика холостого хода представляет собой предельный случай нагрузочной характеристики, когда ток якоря равен нулю. С помощью характеристик холостого хода и нагрузочной можно построить характеристический треугольник генератора для номинальной нагрузки. Катет  (в масштабе напряжения) опреде­ляет величину падения напряжения в цепи обмотки якоря, а катет  - МДС обмотки возбуждения (в масштабе тока возбуждения), которая необходима для компенсации влияния МДС реакции якоря на величину напряжения при номинальной нагрузки. Отрезок  характеризует полное падение напряжения в генераторе при переходе от холостого хода к номинальной нагрузки.

5. Характеристика короткого замыкания, рис.32.

Это зависимость при , т.е. при замкнутых выходных зажимах цепи якоря генератора накоротко. Так как , то согласно основному уравнению генератора  и поскольку мало, то и ЭДС генератора в режиме короткого замыкания также должна быть мала, чтобы ток якоря генератора не принял недопустимо большого значения. Так как ЭДС генератора мала, то ток возбуждения и магнитный поток малы, магнитная цепь машины не насыщена и характеристика короткого замыкания является линейной. При  из-за наличия остаточного магнитного потока ток якоря отличен от нуля.