Генераторы постоянного тока с самовозбуждением

Схемы ГПТ с параллель­ным (а), последовательным (б) и со смешанным (в) возбуждением

Генераторы с самовозбуждением делят на три типа:
а) с параллельным возбуждением; б) с последовательным возбуждением; в) со смешанным возбуждением.

Генератор с параллельным возбуждением имеет такую же конструкцию обмотки возбуждения, как и генератор с независимым возбуждением. Поскольку I _я = I _н + I _в, то ток возбуждения является частью тока якоря и составляет 1¸5% I _я.ном. Характеристика хо­лостого хода E = f (I _в) в относительных единицах практически одинакова у всех типов генераторов.

Рассмотрим процесс самовозбуждения машины при наличии остаточной намагниченности Ф_ост основных полюсов в режиме холостого хода. При вращении якоря с частотой n _ном в слабом остаточном магнитном поле Ф_ост в якоре наводится небольшая ЭДС Е _ост. Так как обмотка возбуждения и якорь образуют замкнутый контур, то под действием Е _ост в ОВ появится небольшой ток I _в, который создаст небольшой поток возбуждения Ф_в.

При правильной полярности включения ОВ произойдет суммирование потоков Ф_ост + Ф_в = Ф. Усиленный поток Ф увеличивает ЭДС Е, которая увеличивает I _в и т. д. Процесс самовозбуждения нарастает. Ограничение роста Ф, Е, I _в происходит из-за насыщения магнитной цепи.

Процесс самовозбуждения можно проиллюстрировать, добавив к характеристике холостого хода прямую 2, построенную по уравнению E = (R _я + R _р + R _в) I _в»(R _р + R _в) I _в. Ее угол наклона можно регулировать изменением сопротивления R _ррегулировочного реостата. При пуске R _р выведено, т. е. R _р = 0. Тогда прямая 2 имеет минимальный угол наклона, определяемый сопротивлением R _в обмотки возбуждения. Процесс самовозбуждения показан стрелками: вначале из точки Е _ост – горизонтальный ход до прямой 2, далее вертикальный ход до характеристики 1, затем опять горизонтальный ход до прямой 2 и т. д. Процесс оканчивается в точке пересечения кривой 1 и прямой 2 при Е = Е _mах. Это устойчивое возбуждение. Для снижения Е _mах до Е _ном вводят реостат R _р. При этом угол a увеличивается и прямая 2 занимает положение 3. Увеличение R _р, при котором прямая 3 занимает положение 4, сделает работу генератора неустойчивой и Е может упасть до Е _ост. Сопротивление цепи возбуждения R _р.кр + R _в, определяющее угол a_кр, называют критическим. Самовозбуждение при таком и большем сопротивлении невозможно.

Итак, для самовозбуждения генератора требуются три условия: наличие остаточного потока намагничивания Ф_ост; согласованность потоков Ф_виФ_ост; сопротивление цепи возбуждения меньше критического, а п = п _ном.

Обычно в магнитной системе машины имеется остаточная намагниченность из-за явления гистерезиса. Однако возможны случаи полного размагничивания полюсов. Тогда начальное намагничивание создают, пропуская через обмотку возбуждения ток от внешнего источника. Внешняя характеристика генератора имеет вид кривой 1.

Внешние ха­рактеристики ГПТ с па­раллельным (1), незави­ симым (2) возбуждением

У нее падение напряжения с ростом тока I _н» I _я больше, чем у характеристики ГПТ с независимым возбуждением (кривая 2). Это объясняется тем, что кроме падения напряжения в якоре и реакции якоря имеется третий фактор: по мере падения U падает ток возбуждения I _в. Генератор допускает увеличение тока нагрузки при уменьшении R _н до критического I _н.кр»(2,5¸3) I _н.ном. Дальнейшее сни­жение R _н вызывает переход генератора в неустойчивый режим (пунктирная линия), ток I _н падает, и процесс заканчивается снижением напряжения до нуля (режим короткого замыкания).

Для генератора с последовательным возбуждением I _я = I _в = I _н. Внешняя характеристика ГПТ показана на рисунке. Сильная зависимость напряжения от нагрузки делает эти генераторы малопригодными для большинства потребителей.

Генератор смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения: параллельную ОВ₁ и последовательную ОВ₂. Через ОВ₂ течет большой ток, поэтому она имеет небольшое число витков из провода большого сечения. Обмотки ОВ₁ и ОВ₂ можно включить согласно

(потоки Ф₁ и Ф₂ сонаправлены и Ф_в = Ф₁ + Ф₂) или встречно (Ф₁ и Ф₂ встречны и Ф_в = Ф₁ – Ф₂). Характеристика холостого хода генератора совпадает с характеристикой на рис. 3.66 (обмотка ОВ₂ не задействована). При согласном включении обмоток число витков ОВ₂ можно подобрать так, что даваемое ОВ₂ подмагничивание будет компенсировать падение напряжения. В этом случае внешняя характеристика идет почти горизонтально (1 на рис.). При увеличении витков ОВ₂ получим характеристику 2. Это позволяет компенсировать потерю напряжения не только внутри генератора, но и в передающей линии. При встречном включении обмотка ОВ₂ размагничивает генератор тем сильнее, чем больше ток нагрузки. Поэтому внешняя характеристика имеет крутопадающий участок (кривая 3 на рис.). Такие генераторы используют в сварочных установках, для питания печей, прожекторов. Среди ГПТ генераторы смешанного возбуждения получили наибольшее распространение.