8.7. Генератор с независимым возбуждением

При независимом возбуждении цепь возбуждения и цепь якоря генератора электрически разделены (рис. 8.17), благодаря чему ток возбуждения не зависит от напряжения генератора, а следовательно, от нагрузки.

Рис. 8.17

Рис. 8.18

Это дает возможность регулировать магнитный поток, а вместе с ним и напряжение генератора в очень широких пределах. Для такой регулировки в цепь возбуждения вводится регулировочный реостат R_ш. Схема включения и конструкция реостата должны предупреждать возможность внезапного прерывания тока возбуждения, например, при отключении источника питания Е_в, так как обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, вследствие чего размыкание ее цепи может сопровождаться возникновением большой ЭДС самоиндукции, опасной для целости изоляции обмотки возбуждения и вызывающей сильное искрообразование между размыкаемыми контактами.

Мощность цепи возбуждения составляет 1 — 3 % номинальной мощности генератора, так что возможно весьма экономичное регулирование ЭДС генератора.

Регулируя ток возбуждения, изменяют главный магнитный поток и пропорционально ему ЭДС Е_я = с_ЕФп. Зависимость ЭДС от тока возбуждения при разомкнутой цепи якоря (1_я = 0) и постоянной частоте вращения п = const называется характеристикой холостого хода Е_я(1_в). Она же в другом масштабе может служить характеристикой намагничивания. Если цепь возбуждения разомкнута (1_в = 0), то в массивной станине генератора сохраняется некоторая остаточная индукция. При вращении якоря в поле остаточной индукции и отсутствии тока якоря в его обмотке индуктируется малая ЭДС холостого хода Е_я.х.

Чтобы снять характеристику холостого хода, нужно подать напряжение на обмотку возбуждения и, постепенно увеличивая ток возбуждения до максимально допустимого значения, измерять соответствующие значения ЭДС. Таким путем будет получена восходящая ветвь характеристики (рис. 8.18). Затем, постепенно уменьшая ток возбуждения, можно получить нисходящую ветвь характеристики. Она расположится несколько выше восходящей ветви вследствие влияния гистерезиса. После выключения возбуждения остаточное намагничивание, а следовательно, и соответствующая ЭДС будут больше, чем в исходных условиях. Но это остаточное намагничивание неустойчиво, и спустя некоторое время после выключения возбуждения под действием механических вибраций и других факторов поток и ЭДС, индуктируемая им при вращении якоря, уменьшаются до значений, соответствующих начальным условиям.

Таким образом, характеристика холостого хода имеет форму петли, что является естественным следствием гистерезиса (см. рис. 6.5, б) магнитной цепи машины, главным образом массивной станины. Наклон характеристики холостого хода в верхней ее части заметно уменьшается из-за насыщения магнитной цепи машины. В большинстве случаев генераторы постоянного тока работают в условиях, соответствующих насыщенной части характеристики. Благодаря насыщению напряжение генератора остается более постоянным при изменениях нагрузки, так как ослабляется влияние реакции якоря на ЭДС машины.

Второй важной характеристикой генератора является зависимость его напряжения U от тока якоря 1_я при неизменных токе возбуждения 1_в и частоте вращения п. Эта зависимость называется внешней характеристикой (рис. 8.19).

Рис. 8.20

Рис. 8.19

Напряжение между выводами цепи якоря генератора меньше его ЭДС вследствие падения напряжения на активном сопротивлении R_я обмотки якоря

U=Е_я- R_яI_я,

Зависимость U(1_я) была бы линейной (штриховая линия на рис. 8.19), если бы ЭДС Е_я оставалась постоянной. Но магнитный поток машины с ростом нагрузки уменьшается под воздействием реакции якоря, а вместе с ним пропорционально уменьшается и ЭДС Е_я. В результате внешняя характеристика изгибается в сторону оси абсцисс. Внешняя характеристика определяет изменение напряжения генератора между его выводами, вызываемое изменением нагрузки от номинальной до нулевой при неизменном токе возбуждения и постоянной частоте вращения

U = U_x — U_ном. У генераторов без компенсационной обмотки относительное изменение напряжения

(8.5)

достигает примерно 5 —10 %.

Если увеличивать ток якоря сверх номинального значения, то напряжение генератора станет дальше понижаться, а машина будет работать уже в условиях перегрузки. Ее обмотка якоря, щетки и коллектор значительно нагреваются, и под щетками начинается сильное искрение.

Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо для каждого из них поддерживать напряжение неизменным, несмотря на изменения общей нагрузки генератора. Это осуществляется регулированием тока возбуждения. Регулировочной характеристикой генератора называется зависимость тока возбуждения 1_в от тока якоря 1_я при постоянных напряжении U и частоте вращения п. Такая характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянным напряжение между выводами генератора. Характеристика сначала почти прямолинейная (рис. 8.20), но затем изгибается вверх от оси абсцисс вследствие влияния насыщения магнитопровода машины.

Лекция 17