§ 34. Типы генераторов и их характеристики
Для создания в генераторах магнитного поля служат электромагниты, которые возбуждаются током постороннего источника или током той же машины. В первом случае машину называют генератором с независимым возбуждением, а во втором — с самовозбуждением.
В зависимости от способа включения обмотки возбуждения генераторы с самовозбуждением делят на генераторы параллельного и смешанного возбуждения.
Генератор независимого возбуждения (рис. 149). Обмотка возбуждения ОВ, регулировочный реостат R и амперметр РА подключают к аккумуляторной батарее GB или другому внешнему источнику постоянного тока. К обмотке якоря Я подсоединены приемник энергии г, а также амперметр РА1 и вольтметр PV, контролирующие ток и напряжение в цепи.
Рис 149. Схема генератора независимого возбуждения
Перед пуском генератора отключают приемники электроэнергии и полностью включают сопротивление регулировочного реостата R. Включив первичный двигатель, устанавливают номинальную частоту его вращения и медленно уменьшают сопротивление регулировочного реостата R до тех пор, пока вольтметр PV не покажет номинального напряжения. После этого постепенно включают нагрузку, одновременно уменьшая сопротивление регулировочного реостата R, чтобы сохранить номинальное напряжение, так как по мере загрузки генератора оно несколько уменьшается Во время работы генератора следует следить за тем, чтобы ток нагрузки не превышал номинального значения. Генератор выключают в последовательности, обратной его запуску.
При эксплуатации необходимо знать основные характеристики генератора.
Рис. 150. Характеристики генератора независимого возбуждения
Характеристика холостого хода (рис. 150, а) выражает зависимость э. д. с. генератора Е от тока в обмотке возбуждения при постоянной частоте вращения генератора и выключенной нагрузке, т. е. Е f при п const.
При разомкнутой цепи возбуждения в обмотке якоря индуцируется небольшая э. д. с. Еост порядка 10—15 В, обусловленная остаточным магнетизмом сердечников полюсов машины. С возрастанием тока возбуждения будут увеличиваться магнитное поле и э. д. с. генератора, пока не произойдет насыщения сердечников полюсов машины. При уменьшении тока возбуждения магнитное поле и э. д.с. генератора будут уменьшаться по кривой, лежащей несколько выше восходящей, за счет гистерезиса. Таким образом, характеристика холостого хода зависит от магнитных качеств машины. Обычно точка А, соответствующая номинальной э. д. с. Ен находится на перегибе кривой. Если бы она была на прямолинейном участке характеристики, напряжение генератора сильно изменялось бы с изменением нагрузки, а работа в области насыщения полюсов, где э. д. с мало зависит от тока возбуждения, ограничивала бы возможность регулирования напряжения.
Внешняя характеристика (рис. 150, б) выражает зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки при постоянной частоте вращения якоря и неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е. U (1) при п const и rH const. Для снятия внешней характеристики следует установить номинальную частоту вращения первичного двигателя и номинальное напряжение при номинальном токе в цени якоря. После этого уменьшают ток нагрузки до нуля, оставляя постоянными частоту вращения и сопротивление цени возбуждения. По внешней характеристике определяют напряжение генератора при различных нагрузках.
Регулировочную характеристику const и U const (рис. 150, в) снимают так же, как и внешнюю, но при этом напряжение генератора поддерживают постоянным. Для этого следует уменьшать ток возбуждения при уменьшении 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 параллельного возбуждения (рис. 151).
Схема генератора параллельного возбуждения отличается от схемы генератора независимого возбуждения 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 без нагрузки витки обмотки якоря сначала пересекают силовые линии остаточного магнитного поля полюсов машины. Вследствие этого в обмотке якоря возбуждается небольшая э. д. с. (10—15 В), образующая слабый ток в обмотке возбуждения. Этот ток усиливает магнитное поле полюсов, т. е. число пересекаемых силовых линий. Таким образом, до определенного значения увеличивается сначала э. д. с. машины, а затем и 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 выводы обмотки возбуждения генератора, изменить направление тока возбуждения. При потере остаточного магнетизма обмотку возбуждения следует кратковременно подключить к постороннему источнику постоянного тока.
Рис. 151. Схема генератора параллельного возбуждения
Рис. 152. Внешние характеристики генератора параллельного 1 и независимого 2 возбуждения
Характеристики генератора параллельного возбуждения снимают так же, как и генератора независимого возбуждения (рис. 152). С увеличением тока нагрузки I напряжение U генератора параллельного возбуждения снижается больше, чем генератора независимого возбуждения.
Рис. 153. Схема генератора смешанного возбуждения (а) и его внешняя
характеристика (б)
Это объясняется тем, что ток возбуждения генератора параллельного возбуждения уменьшается при увеличении нагрузки пропорционально напряжению U, тогда как у генератора независимого возбуждения const.
Если увеличивать нагрузку на генератор независимого возбуждения, то его ток будет непрерывно расти и при коротком замыкании достигнет очень большого значения.
В генераторе параллельного возбуждения ток нагрузки будет увеличиваться только до критического значения. Когда машина выйдет из режима магнитного насыщения, ее напряжение U будет снижаться быстрее, чем сопротивление нагрузки и ток начнет уменьшаться.
При коротком замыкании напряжение U и ток возбуждения U/rв будут равны нулю. Поэтому в обмотке якоря наведется незначительная э. д. с. Генераторы параллельного возбуждения получили широкое распространение, так как они не требуют специального источника постоянного тока для питания обмотки возбуждения.
Генератор смешанного возбуждения (рис. 153, а).
Для правильной работы генератора токи в главной параллельной ОВШ и дополнительной последовательной ОВС обмотках возбуждения должны иметь одинаковое направление. Чтобы снизить потерю напряжения в последовательной обмотке возбуждения, ее изготовляют из небольшого числа витков провода с большим поперечным сечением. В отличие от других генераторов постоянного тока напряжение генератора смешанного возбуждения при изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения остается почти без изменения (рис. 153, б). Это объясняется тем, что с увеличением нагрузки увеличиваются ток якоря, магнитный поток последовательной обмотки возбуждения и э. д. с. генератора Е=СФп. В результате автоматически будет скомпенсировано влияние внутреннего падения напряжения на значение внешнего напряжения генератора.