Характеристики генераторов постоянного тока

В процессе эксплуатации могут изменяться или регулироваться: напряжение (ЭДС) генератора U (E), ток якоря I_я, ток возбуждения I_в и частота вращения ω.

Характеристика холостого хода (рис. 12,а) представляет собой зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при отсутствии нагрузки (I_н = 0) и неизменной скорости вращения n: E = f(I_в) I_н = 0 n = const. Как правило, характеристика снимается, начиная с наибольших значений ЭДС Е_max и тока возбуждения, вниз до I_в = 0 и обратно вверх до Е_max.

Вследствие гистерезиса обратная кривая 2 будет располагаться ниже кривой 1 (рис. 12,а).

На практике, как правило, используют среднюю характеристику 3. При достаточно узкой петле гистерезиса можно считать, что характеристика холостого хода проходит через начало координат (рис. 12,б).

Нагрузочная характеристика (рис. 12,а) представляет собой зависимость напряжения U генератора от тока возбуждения I_в при неизменном токе якоря и неизменной скорости вращения n: U = f(I_в) при I_я = const, n = const.

Рисунок 12

Для имеющейся характеристики холостого хода можно построить нагрузочную характеристику как линию, которую описывает вершина С реактивного треугольника при перемещении вершины А по характеристике холостого хода. Горизонтальный катет АВ треугольника равен в масштабе тока возбуждения МДС реакции якоря, деленной на число витков обмотки возбуждения, а вертикальный катет ВС равен падению напряжения при данном токе.

Самовозбуждение у генераторов параллельного возбуждения происходит, когда при определенном значении сопротивления цепи возбуждения прогрессирующе возрастает ток возбуждения и ЭДС генератора вплоть до установившихся значений. Для самовозбуждения необходимо, чтобы ток возбуждения, обусловленный остаточной ЭДС, намагничивал генератор и прямая, представляющая собой зависимость I_в(r_в + r_р) от тока I_в, располагалась ниже характеристики холостого хода (рис. 12,б). Если выполнены все условия, необходимые для самовозбуждения, то после включения обмотки возбуждения намагничивание током, обусловленным остаточной ЭДС, приведет к возрастанию ЭДС, а при дальнейшем увеличении ЭДС ток возбуждения увеличится еще больше и, как следствие, ЭДС достигнет значений Е₁ при или Е₂ при , которые определяются пересечением характеристики холостого хода с прямой I_в(r_в + r_р), когда ЭДС Е равна падению напряжения I_в(r_в + r_р).

В процессе возбуждения разность I_в(r_в + r_р), обуславливающая возрастание тока возбуждения, равна ЭДС самоиндукции, взятой с противоположным знаком, . При большом сопротивлении цепи возбуждения генератора, когда прямая I_в(r_в + r_р) располагается выше характеристики холостого хода, генератор возбуждаться не будет. Критическое сопротивление (r_в + r_р) цепи возбуждения определяется линией, совпадающей с начальной, линейной, частью характеристики холостого хода. при уменьшении сопротивления цепи возбуждения ниже критического возможно самовозбуждение.

Внешняя характеристика генераторов постоянного тока представляет собой зависимость напряжения генератора U от тока якоря Iя. Для генераторов независимого возбуждения характеристика снимается при неизменном токе возбуждения: U = f(I_я) при n = const, I_в = const (рис. 13,а; кривая 1).

У генераторов параллельного возбуждения обмотка возбуждения ОВ включена на напряжение U генератора. Характеристика U = f(I_я) снимается при неизменном сопротивлении цепи возбуждения (r_в + r_р): U = f(I_я) при n = const, (r_в + r_р) = const (рис. 13,а; кривая 2).

Рисунок 13

Уменьшение напряжения генератора с ростом нагрузки обусловлено не только реакцией якоря и падением напряжения в цепи якоря, но и уменьшением тока цепи возбуждения, включенной на напряжение генератора. Поэтому начиная с некоторого значения I_кр ток нагрузки уменьшается даже при уменьшении сопротивления нагрузки. Значение I_кр обычно составляет (1,5…2,5)I_ном, и ток при коротком замыкании , соответствующий остаточной ЭДС генератора, невелик – порядка десятков процентов от I_ном .

Уменьшение напряжения при номинальных U и I_я составляет единицы процентов для машин большой и средней мощности.

Регулировочная характеристика генератора (рис. 13,б) определяет зависимость тока возбуждения I_в от тока нагрузки I_я при неизменном напряжении: I_в = f(I_я) при U = const, n = const.

Характеристики генераторов смешанного возбуждения (рис. 13,в) определяются так же, как и для генераторов параллельного возбуждения. Можно рассчитать последовательную обмотку возбуждения так, чтобы напряжение было номинальным при номинальном токе нагрузки и изменялось относительно мало при изменениях нагрузки кривая 1). Обмотка последовательного возбуждения может быть рассчитана и так, чтобы при номинальном токе нагрузки напряжение было выше номинального, что может быть использовано для компенсации падения напряжения в линии (кривая 2). При включении последовательной обмотки возбуждения, когда ее МДС действует против МДС параллельной обмотки (в размагничивающем направлении), получим падающую характеристику с крутым падением в ненасыщенной области (кривая 3). Такая характеристика должна быть у сварочных генераторов, ток которых должен ограничиваться.

Для уменьшения ЭДС от остаточного намагничивания применяют схемы самогашения, когда обмотка возбуждения генератора переключается на напряжение генератора в размагничивающем направлении.