Генераторы постоянного тока

При холостом ходе генератора постоянного тока поток Ф и соответствующая ему эдс Е зависят только от тока возбуждения. Поэтому зависимость E(I_в), называемая характеристикой холостого хода генератора, аналогична характеристике магнитной цепи машины Ф(I_в). Эту характеристику получают либо в результате расчета магнитной цепи, либо из опыта холостого хода генератора.

Характеристика холостого хода, снятая при плавном изменении тока возбуждения от нуля до максимума и обратно, представляет собой петлю гистерезиса. В расчетах пользуются средней кривой, изображенной на рис. 156 прерывистой линией. При отсутствии тока возбуждения в якоре наводится эдс E_ост из-за остаточной намагниченности машины (2—3% от номинального напряжения).

В режиме нагрузки обмотка якоря включена на внешнее сопротивление. Ток в проводниках обмотки имеет направление, совпадающее с направлением эдс проводников. Ток обмотки якоря создает собственное поле, которое воздействует на основное поле возбуждения машины (рис. 157, а, б). Это явление называют реакцией якоря. Результирующее магнитное поле Ф_р генератора постоянного тока в режиме нагрузок Ф_р=Ф_в+Ф_я ослабляется под набегающими краями полюсов и усиливается под сбегающими (рис. 157, в). При этом среднее значение магнитного потока остается практически неизменным. Только при

больших значениях тока якоря вследствие насыщения части полюсов поток Ф_р несколько уменьшается. Такая реакция якоря называется поперечной.

Напряжение на зажимах (щетках) генератора постоянного тока при работе в режиме нагрузки равно эдс якоряE за вычетом падения напряжения на сопротивлении обмотки якоря

где R_н—сопротивление нагрузки; R_я — сопротивление обмотки якоря; Е — эдс якоря.

Электрическая схема замещения генератора представлена на рис. 158.

При работе на активную нагрузку генератор создает на валу первичного двигателя тормозной электромагнитный момент, среднее значение которого определяется как сумма электромагнитных

моментов, создаваемых взаимодействием поля возбуждения с полем якоря. Так как в поле одного полюса находится N/(2а) проводников с током I/(2а), aF_эм = В_срIl_я, то с учетом того, что В_срτl_я = Ф, D=2рτ/π, имеем

где_ D — диаметр якоря; I — ток нагрузки; с_м=рN/(2πа)— постоянная для данной машины.

Полная электромагнитная мощность

где Ω — угловая скорость вращения ротора.

Основной рабочей характеристикой генераторов является зависимость выходного напряжения от тока нагрузки U(I), называемая внешней характеристикой, которую снимают при постоянной частоте вращения ротора (якоря). Аналитически эти характеристики описываются уравнением электрического состояния цепи якоря. Характер этих зависимостей определяется способом возбуждения основного поля.

ЗАПОМНИТЕ

Различают независимое возбуждение (рис. 159, а) — питание обмотки возбуждения от независимого источника и самовозбуждение — питание обмотки возбуждения от генератора.

Самовозбуждение в генераторах постоянного тока может быть осуществлено при соединении обмоток возбуждения с обмоткой якоря: параллельном (рис. 159,б), последовательном (рис. 159, в) и смешанном — согласном или встречном (рис. 159, г).

Вид внешних характеристик генератора постоянного тока при различных способах возбуждения представлен на рис. 160.

В генераторах смешанного возбуждения на полюсах имеется две катушки: одна намотана проводом меньшего сечения — для параллельного подключения, другая намотана проводом большего сечения — для включения последовательно с нагрузкой и обмоткой якоря.

► Самовозбуждение генератора происходит при наличии трех условий: 1) остаточного магнитного потока, создающего Е_ост(рис. 161); 2) совпадения направления поля обмотки возбуждения с направлением остаточного магнитного потока; 3) сопротивления обмотки возбуждения (при параллельном возбуждении) меньше критического, т. е. когда ток возбуждения способен достигнуть значения, обеспечивающего на характеристике холостого хода заданное значение эдс Е_A. Последнее вытекает из равенства R_вI_в, = Е — R_вI_в, которое на рис. 161 соответствует точке А пересечения зависимостей E(I_в) и RI_в(I_в). При увеличении сопротивления R_в точка А будет перемещаться по кривой Е вниз и когда R_вдостигнет критического значения, т. е.R_в=R_кр, генератор практически не самовозбудится.