§ 5. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбуждения
Для создания в генераторах магнитного поля служат электромагниты, которые возбуждаются током постороннего источника или током той же машины. В первом случае машина называется генератором с независимым возбуждением, а во втором — с самовозбуждением. В зависимости от способа включения обмотки возбуждения генери юры с самовозбуждением делятся на генераторы с параллельным и смешанным возбуждением. Э. д. с. генератора постоянного тока
Е = kФn,
где k постоянный для данной машины коэффициент;
Ф магнитный поток полюсов;
U частота вращения якоря первичного двигателя.
При работе генератора частоту вращения первичного двигателя оставляют постоянной, а э.д.с. генератора регулируют изменением магнитного потока.
Генератор с независимым возбуждением (рис. 11, а).
Обмотку возбуждения ОВ генератора постоянного тока с независимым возбуждением, регулировочный реостат РР и амперметр А подключают к аккумуляторной батарее Б или другому постороннему источнику постоянного тока.
К обмотке якоря Я подключены приемники энергии г, амперметр А и вольтметр V для контроля за током и напряжением. Каждый генератор предназначен для работы в режиме, который характеризуется величинами, обозначенными на щитке машины и называемыми номинальными. К ним относятся напряжение Uн, ток Iн, мощность Рн =UнJн, частота вращения пн.
Перед пуском генератора отключают приемники энергии и полностью включают сопротивление регулировочного реостата РР. Запустив первичный двигатель, устанавливают номинальную частоту вращения и медленно уменьшают сопротивление регулировочного реостата до тех пор, пока вольтметр V не покажет номинальное напряжение. После этого постепенно включают нагрузку, одновременно уменьшая сопротивление реостата РР, чтобы сохранить номинальное напряжение, так как по мере загрузки генератора оно несколько падает. Во время работы генератора нужно следить за тем, чтобы ток нагрузки не превышал номинального значения.
Выключение генератора производится в последовательности, обратной его пуску. Во время работы генератора величины U, Iв, Р и п зависят одна от другой. Например, напряжение генератора зависит от тока возбуждения, тока нагрузки, частоты вращения якоря. Эта зависимость обычно дается кривыми, носящими название характеристик.
Характеристика холостого хода (рис. 11,б) выражает зависимость э. д. с. генератора £ от тока в обмотке возбуждения Iв при постоянной частоте вращения генератора и выключенной нагрузке, т. е.
при п = const и I — 0.
При разомкнутой цепи возбуждения (Iв — 0) в обмотке якоря индуктируется небольшая э.д.с. (10—15 В), обусловленная остаточным магнетизмом сердечников полюсов машины. С увеличением тока возбуждения будут возрастать магнитное поле и э.д.с. генератора. Затем произойдет перегиб кривой вследствие насыщения сердечников полюсов машины. С уменьшением тока возбуждения магнитное поле и э.д.с. генератора будут уменьшаться по кривой, лежащей несколько выше восходящей, за счет гистерезиса. Характеристика холостого хода определяется магнитными качествами машины. Обычно точка A, соответствующая номинальной э.д.с., берется на перегибе кривой. Если бы она лежала на прямолинейном участке характеристики, напряжение генератора сильно изменялось бы с изменением нагрузки, а работа за перегибом, где э.д.с. мало зависит от тока возбуждения, ограничивала бы возможность регулирования напряжения.
Внешняя характеристика (рис. 11, в) выражает зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки I при постоянной частоте вращения якоря и неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е.
при п const и rв=const. Для снятия внешней характеристики нужно установить номинальную частоту вращения первичного двигателя и номинальное напряжение при номинальном токе в цепи якоря. После этого следует постепенно уменьшать ток нагрузки до нуля, оставляя постоянными частоту вращения и сопротивление цепи возбуждения. Характеристику строят по показаниям приборов. С уменьшением нагрузки генератора снижается падение напряжения в якоре
и соответственно растет напряжение генератора U = F — 
до значения U0. По внешней характеристике определяют напряжение генератора при различных нагрузках.
Изменение напряжения
100 % для генераторов с независимым возбуждением составляет 5—10 %.
Регулировочную характеристику Iв = f (I) при п const и U — const (рис. 11, г) снимают так же, как и внешнюю, но при этом напряжение генератора поддерживают постоянным.
Для этого следует уменьшать ток возбуждения Iв с уменьшением нагрузки и увеличивать его с увеличением последней. Регулировочная характеристика показывает, каким должен быть ток возбуждения при различных нагрузках генератора, чтобы его напряжение осталось неизменным.
Генератор с параллельным возбуждением.
Схема генератора с параллельным возбуждением (рис. 12, а) отличается от схемы генератора с независимым возбуждением тем, что цепь возбуждения подключена не к батарее аккумуляторов, а к зажимам якоря. В обмотку возбуждения ОВ, имеющую значительное сопротивление, ответвляется небольшая часть общего тока (1—3% номинального значения) При пуске генератора витки обмотки якоря сначала пересекают магнитные силовые линии остаточного магнетизма полюсов машины. Вследствие этого в обмотке якоря возбуждается небольшая э.д.с. (10—15 В), образующая слабый ток в обмотке возбуждения. Этот ток в свою очередь усиливает магнитное поле полюсов, т. е. число пересекаемых силовых линий. Таким образом, до определенного предела возрастает э.д.с. машины, а вслед за ней ток возбуждения.
Самовозбуждение машины может происходить в случае, если магнитный поток, созданный током возбуждения, совпадает с потоком остаточного магнетизма. Если генератор не самовозбуждается, следует остановить первичный двигатель и, переключив проводники, изменить направление тока в обмотке возбуждения. При утере остаточного магнетизма обмотку возбуждения следует кратковременно подключить к постороннему источнику постоянного тока.
Характеристики генератора с параллельным возбуждением снимаются так же, как и генератора с независимым возбуждением. На рис. 12, б для сравнения представлены внешние характеристики генераторов с параллельным возбуждением (кривая f) и независимым возбуждением (кривая 2).
С увеличением тока нагрузки I напряжение U генератора с параллельным возбуждением снижается больше, чем генератора с независимым возбуждением. Это объясняется тем, что ток возбуждения генератора с параллельным возбуждением Iн=U/rв уменьшается с увеличением нагрузки пропорционально напряжению U, тогда как у генератора с независимым возбуждением IВ = const.
Если увеличивать нагрузку на генератор с независимым возбуждением, то его ток будет непрерывно расти и при коротком замыкании (r= 0; U = 0) достигнет недопустимо большого значения.
Рис. 12. Схема и внешние характеристики генераторов независимого и параллельного возбуждения
Рис. 13. Схема и внешняя характеристика генератора смешанного возбуждения
В генераторе с параллельным возбуждением ток нагрузки I = U/r будет увеличиваться только до критического значения Iкр = (2-2,5)Iн. Когда машина выйдет из режима магнитного насыщения, ее напряжение будет снижаться быстрее, чем сопротивление нагрузки r, и ток I начнет падать.
При коротком замыкании напряжение U и ток возбуждения Iв = 
будут равны нулю. Поэтому в обмотке якоря наведется незначительная э. д. с. Eост только за счет остаточного магнетизма, и ток короткого замыкания
будет меньше номинального тока.
Генераторы с параллельным возбуждением получили широкое распространение, так как они не требуют специального источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения.
Генератор со смешанным возбуждением.
Генератор со смешанным возбуждением (рис. 13, а) имеет две обмотки возбуждения: главную параллельную ОВШ и дополнительную последовательную ОВС. Для правильного действия генератора токи в обмотках должны иметь одинаковое направление. Чтобы снизить потерю напряжения в последовательной обмотке возбуждения, ее изготовляют из провода большого сечения.
В отличие от других генераторов постоянного тока напряжение генератора со смешанным возбуждением с увеличением тока нагрузки от нуля до номинального значения остается почти без изменения (рис. 13, б). Это объясняется тем, что с увеличением тока нагрузки возрастает магнитный поток последовательной обмотки возбуждения и э. д. с. генератора Е=ΚΦη. В результате этого автоматически будет скомпенсировано влияние внутреннего падения напряжения на внешнее напряжение генератора.
Если машина имеет усиленную последовательную обмотку возбуждения, то напряжение на ее зажимах становится выше номинального на величину падения напряжения в токораспределительной сети. В результате этого на зажимах приемника энергии поддерживается постоянное напряжение.