Б) Генератор с независимым возбуждением.

Схема генератора с независимым возбуждением приведена на рис. 5-42. Здесь R_p — регулировочный реостат в цепи возбуждения; R_н –нагрузочный реостат.

Рис. 5-42. Генератор с независимым возбуждением.

При холостом ходе генератора, когда отключена внешняя цепь, напряжение на его зажимах, измеряемое вольтметром, можно считать равным э.д.с. якоря. Таким образом, опытным путем легко может быть найдена характеристика холостого хода; E₀ =f(I_в) при n = const. Она представлена на рис. 5-43. При ее снятии ток возбуждения I_в изменяют от 0 до некоторого максимума, соответствующего E₀»1,25 U_н, и затем его уменьшают до нуля. При этом получаются восходящая и нисходящая ветви характеристики холостого хода. Расхождение этих ветвей объясняется наличием гистерезиса в полюсах и ярме статора. При i_в=0 э.д.с. в обмотке якоря индуктируется потоком остаточного магнетизма. Она обычно составляет 2-4% от U_н.

Рис. 5-43. Характеристика холостого хода.

Регулировочный реостат R_p имеет холостой контакт, соединенный с противоположным зажимом обмотки возбуждения. Такое соединение делается для того, чтобы при переводе ручки реостата на холостой контакт обмотка возбуждения была замкнута, так как при ее размыкании образовывались бы (из-за ее большой индуктивности) электрические дуги, приводящие к подгоранию контактов.

Для определения н.с. реакции якоря снимают также нагрузочные характеристики: U=f(I_в) при I_a=const и n=const. Одна из них при I_а=I_н представлена на рис. 5-44.

Рис. 5-44. Характеристики — нагрузочная (U), внутренняя нагрузочная (Е_а) и холостого хода (E₀) (к определению реакции якоря).

Если к ординатам нагрузочной характеристики прибавить внутреннее падение напряжения в цепи якоря I_aSr_x+2DU_щ [см. § 5-6, уравнение (5-22) и далее], то получим внутреннюю нагрузочную характеристику E_a=f(I_в). Она показана на рис. 5-44 пунктиром. Здесь же приведена характеристика холостого хода.

Мы видим, что для создания э.д.с. Е_а при холостом ходе потребовался бы ток возбуждения I'_в, тогда как для создания той же э.д.с. Е_а при нагрузке требуется ток возбуждения I_в.н; следовательно, I_в(р.я)=I_в.н-I_в'= идет на компенсацию реакции якоря. Для определения н.с. реакции якоря F_р.я надо ток I_в(р.я) умножить на число витков 2w_в пары полюсов: F_р.я = 2w_вI_в(р.я). Для уточнения результатов следует, брать нисходящую ветвь характеристики холостого хода и снимать нагрузочную характеристику, начиная с наибольшего значения U и уменьшая I_в. Тогда будет исключено влияние гистерезиса.

Треугольник ABC, у которого один катет равен внутреннему падению напряжения в цепи якоря, а другой катет равен току I_в(р.я) (соответствующему реакции якоря), называется реактивным (или характеристическим) треугольником.

Если снять несколько нагрузочных характеристик для различных значений тока якоря I_а, то можно найти зависимость I_в(р.я) (или F_p.я) не только от насыщения, но и от тока I_а.

Большое практическое значение имеет внешняя характеристика: U=f(I) при n=const и I_в=const (рис. 5-45). Она снимается при включенном рубильнике (рис. 5-42); ток нагрузки I изменяют при помощи реостата R_н.

Рис. 5-45. Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением.

Внешняя характеристика показывает, что напряжение на зажимах генератора при увеличении тока нагрузки понижается. Понижение напряжения вызвано уменьшением потока Ф, а следовательно, и э.д.с. Е_а из-за реакции якоря, а также внутренним падением напряжения.

При дальнейшем уменьшении внешнего сопротивления R_н ток будет увеличиваться и при R_н=0 достигнет наибольшего значения I_к. Ток I_к — ток короткого замыкания. Он опасен для машины, так как в несколько раз превышает ее номинальный ток. Для предохранения машины от короткого замыкания во внешней цепи ставят предохранители, отключающие цепь при токе, превышающем допустимый для машины.

Изменение напряжения генератора характеризуется повышением напряжения при переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода, отнесенным к номинальному напряжению (рис. 5-45):

. (5-50)

Для генераторов с независимым возбуждением, работающих при

I_в=const, DU%=5÷10%.

Напряжение на зажимах генератора можно поддерживать постоянным при изменении нагрузки путем регулирования тока возбуждения. Как при этом нужно регулировать ток возбуждения, показывает регулировочная характеристика: I_в = f(I) при n=const и U=const (рис. 5-46).

Рис. 5-46. Регулировочная характеристика.

Генераторы с независимым возбуждением применяются в тех случаях, где необходимо регулирование напряжения в широких пределах: например, для питания электролитических ванн, в схеме генератор-двигатель (§ 5-10,в). Они на практике встречаются сравнительно редко. Гораздо чаще применяются генераторы, работающие с самовозбуждением.