2015-02-14
737
Генератор независимого возбуждения – один из самых распространенных типов генераторов постоянного тока. Например, в часто применяемых на практике электроприводах по системе генератор-двигатель в качестве источника регулируемого напряжения используется генератор именно этого типа. Поэтому изучение его свойств, кроме знакомства с методами экспериментального исследования машин и закрепления теоретических знаний, представляет большой практический интерес.
Работу генератора характеризуют четыре параметра: напряжение 
, ток якоря 
, ток возбуждения 
, скорость вращения 
. Поскольку исследование одного из них в функции остальных трех затруднительно, обычно фиксируют все параметры, за исключением каких-либо двух, которые и рассматриваются во взаимосвязи. Так получают различные характеристики машины, представляющие зависимость одной величины в функции другой при фиксированных остальных.
Обычно генератор в эксплуатации приводится во вращение со скоростью, которую можно считать постоянной, равной его номинальной скорости. Поэтому существует три типа характеристик по числу сочетаний из трех параметров по два (при фиксированной третьей):
а) внешняя характеристика – зависимость напряжения генератора оттока нагрузки 
(для генератора с паралельным возбуждения - также тока якоря ) при неизменных значенияхскорости вращения и сопротивления цепи возбуждения (тока возбуждения 
):
при 
.
Обычно сопротивление регулировочного реостата возбуждения RP принимается равным нулю.
Известно, что ток нагрузки генератора с параллельным соединением обмотки возбуждения (и ток якоря соответственно) при уменьшении сопротивления приёмника возрастает, а затем уменьшается в связи с сильным ослаблением магнитного потока и индуктированной ЭДС.
На рис. 10.1 изображены зависимости тока якоря и уровня напряжения на зажимах генератора от проводимости нагрузки gн.При этом условно показан ток 
, соответствующий бесконечно большой проводимости нагрузки 
= 0, т.е. короткому замыканию на зажимах якоря генератора.
Рисунок 10.1– Зависимости тока якоря и уровня напряжения
на зажимах генератора от проводимости нагрузки gн
На рис. 10.1 б изображена в качестве примера внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения, соответствующая зависимостям, построенным на рис. 10.1 а. Часть внешней характеристики,от режима холостого хода до номинального режима (
), соответствует допустимым длительным нагрузочным режимам генератора.
б) нагрузочная характеристика – этозависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения при неизменных значенияхскорости вращения и токанагрузки (токаякоря ) (не равном нулю)
при 
.
в) регулировочная характеристика – это зависимость тока возбуждения от тока якоря при неизменных значенияхскорости вращения инапряжения генератора:
при 
.
Важнейшими частными случаями этих характеристик являютсяхарактеристика холостого хода (ХХХ) и характеристика короткого замыкания (ХКЗ).
Характеристика холостого хода – это зависимость ЭДС, индуктируемой в якоре генератора,от тока возбуждения 
при постоянной частоте вращения якоря и отсутствии тока нагрузки.
Характеристика холостого хода имеет восходящую и нисходящую ветви, обусловленные гистерезисом в магнитной цепи. На рис. 10.1 приведена расчётная характеристика холостого хода для одного из генераторов, проведённая посередине между восходящей и нисходящей ветвями. При выключенном возбуждении (
имеется небольшая ЭДС, индуктируемая магнитным полем машины, и небольшой уровень напряжения на зажимах якоря машины.
Рисунок 10.1 – Расчётная характеристика холостого хода
Характеристика короткого замыкания (ХКЗ) – это зависимость тока закороченного якоря при изменении возбуждения.
Последние две характеристики позволяют получить характеристический треугольник генератора, на базе которого можно косвенным путем построить с помощью ХХХ все характеристики генератора.
Это обстоятельство особенно важно при проектировании машины, так как ХХХ можно рассчитать с достаточной точностью так же, как и характеристический треугольник. Кроме того, для мощных машин снять ХХХ и ХКЗ несложно, тогда как снять все характеристики зачастую нельзя. Это дает возможность инженеру с наименьшими затратами определить свойства уже реализованной машины.
В генераторе параллельного возбуждения, не имеющем остаточного намагничивания магнитной системы, ЭДС в якоре не наводиться, на зажимах якоря нет напряжения, ток возбуждения в обмотке возбуждения не появляется.
В генераторе, находящимся в эксплуатации, имеется остаточная намагниченность магнитной цепи. В процессе вращения якоря в нём возникает небольшая ЭДС 
, а в цепи возбуждения – небольшой ток возбуждения 
.
Если обмотка возбуждения включена правильно по отношению к зажимам обмотки якоря, то её ток увеличивает магнитное поле машины, ЭДС якоря и напряжение на зажимах машины возрастают, что является причиной дальнейшего возрастания тока возбуждения, ЭДС и напряжения генератора.
Процесс увеличения ЭДС и напряжения на зажимах генератора – самовозбуждение генератора – продолжается до тех пор, пока индуктированная в якоре ЭДС превосходит потерю напряжения, вызванную током возбуждения и регулируемого реостатаRр. При этом, как ЭДС, так и потери напряжения в указанных сопротивлениях являются функциями тока возбуждения:
,
.
Зависимость ЭДС от тока возбуждения определяется расчётной характеристикой холостого хода, опреджеляемой в п. 1 и изображенной на рис. 10.1.
Процесс самовозбуждения заканчивается установившимся режимом, которому соответствуют определённые значения ЭДС и напряжения на зажимах генератора, вытекающие из условия:
При этом уровень напряжения на зажимах генератора равен
.
Установившиеся значения ЭДС 
и тока возбуждения могут быть найдены графическим решением уравнений, определяющих установившийся режим генератора. Для этого необходимо в одних и тех же осях построить расчётную характеристику холостого хода и прямую
.
К номинальным параметрам электрических машин относятся электрические и механические показатели, установленные заводом-изготовителем: номинальная мощность 
, номинальный уровень напряжения 
, номинальный ток 
, КПД и др.
