В генераторе постоянного тока с независимым возбуждением обмотка возбуждения не связана электрически с якорной обмоткой. Она питается постоянным током от внешнего источника электрической энергии, например от аккумуляторной батареи; мощные генераторы имеют на общем валу небольшой генератор-возбудитель. Ток возбуждения не зависит от тока якоря , который равен току нагрузки . Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1…3 % от номинального тока якоря. Последовательно с обмоткой возбуждения подключен регулировочный реостат (реостат возбуждения). Он изменяет величину тока возбуждения , тем самым регулируется электродвижущая сила .
Характеристика холостого хода генератора постоянного тока с независимым возбуждением
Характеристика холостого хода показывает зависимость электрического напряжения от тока возбуждения при постоянном числе оборотов . Генератор отсоединён от внешней цепи (нагрузка отсутствует). При токе возбуждения ЭДС генератора не равна нулю, а составляет 2…4 % от . Эта электродвижущая сила называется начальной или остаточной ЭДС, обусловлена наличием остаточного магнетизма в магнитной цепи генератора. Затем по мере увеличения тока возбуждения ЭДС растёт, изменяясь согласно кривой, напоминающей кривую намагничивания ферромагнитных материалов.
|
|
ЭДС генератора вначале растёт быстро (участок характеристики), изменяясь по линейному закону. Это объясняется тем, что при малых величинах тока возбуждения сталь генератора слабо намагничена, её магнитное сопротивление мало из-за относительно большой магнитной проницаемости стали.
При дальнейшем увеличении тока возбуждения линейная зависимость между ним и ЭДС генератора нарушается (участок характеристики). Это объясняется тем, что по мере возрастания тока возбуждения начинает сказываться явление магнитного насыщения стали.
При дальнейшем увеличении тока возбуждения (участок характеристики) в стали генератора возникает сильное магнитное насыщение. Магнитная проницаемость стали становится небольшой, а магнитное сопротивление стали, наоборот, возрастает. Расхождение входящей и нисходящей ветвей характеристики объясняется наличием магнитного гистерезиса в магнитопроводе машины.
Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением
Внешней характеристикой называется зависимость Невозможно разобрать выражение(Преобразование в PNG прошло с ошибкой — проверьте правильность установки latex и dvips (или dvips + gs + convert)): U=f(I_{{\text{н}}})
при и . Под нагрузкой напряжение генератора ,
где — сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки).
|
|
Когда генератор нормально возбуждён, то есть при нормальном числе оборотов якоря в минуту имеет номинальную ЭДС, его можно нагрузить током, подключив к нему потребители электрической энергии.
Нагруженный генератор создаёт в цепи ток , где
— нагрузка генератора в амперах;
— электродвижущая сила генератора в вольтах;
— сопротивление якорной обмотки в омах;
— эквивалентное сопротивление внешнего участка цепи (потребители электроэнергии).
Напряжение на зажимах генератора , то есть он равно электродвижущей силе генератора без падения напряжения в якорной обмотке генератора.
При токе (режим холостого хода) напряжение на зажимах генератора равно его электродвижущей силе: , где — напряжение холостого хода генератора.
С увеличением нагрузки напряжение на его зажимах уменьшается по двум причинам:
· из-за падения напряжения во внутреннем сопротивлении машины;
· из-за уменьшения ЭДС в результате размагничивающего действия реакции якоря.
Регулировочная характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением
Регулировочная характеристика генератора постоянного тока — зависимость тока возбуждения от нагрузки (силы тока) при постоянном напряжении и постоянном числе оборотов .
При холостом ходе генератор имеет минимальный ток возбуждения . Затем по мере роста нагрузки ток возбуждения тоже растёт. Для поддержания постоянства напряжения на зажимах генератора необходимо увеличивать его электродвижущую силу , что и достигается увеличением тока возбуждения .
Чем больше магнитное насыщение стали генератора, тем при прочих одинаковых условиях круче поднимается график регулировочной характеристики. Это объясняется тем, что с ростом тока в якорной обмотке усиливается размагничивающее действие реакции якоря и для компенсации его необходимо увеличивать ток возбуждения.
Достоинство генераторов постоянного тока с независимым возбуждением заключается в их хорошей внешней характеристике, так как ток возбуждения независим от напряжения на зажимах генератора.
Недостаток таких генераторов — необходимость иметь посторонний источник электрической энергии, питающий постоянным током обмотку возбуждения.
Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением применяются главным образом в мощных сильноточных установках.