Генераторы постоянного тока с самовозбуждением

Рис.25.4. Схемы ГПТ с параллель­ным (а), последовательным (б) и со смешанным (в) 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 (рис.25.5.) 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 (рис.25.5): 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.

Рис.25.5. Характеристика генератора с самовозбуждением

Это устойчивое возбуждение. Для снижения Е_mах до Е_ном вводят реостат R_р. При этом угол a увеличивается и прямая 2 занимает положение 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(рис.25.6).

Рис.25.6.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(рис.25.4,б) I_я = I_в = I_н. Внешняя характеристика ГПТ показана на рис. рис.25.6. Сильная зависимость напряжения от нагрузки делает эти генераторы малопригодными для большинства потребителей.

Рис.25.6. Внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением

Генератор смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения: параллельную ОВ₁ и последовательную ОВ₂ (рис.25.4). 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. 25.4. (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.25.7).

Рис.25.7.Внешние характеристики генератора с параллельным возбуждением

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.