Генераторы с самовозбуждением

Наиболее широко в настоящее время применяют генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением. Схема включения такого генератора представлена на рис. 7.

Рис. 7. Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением.

Цепь обмотки возбуждения генератора подключается параллельно с нагрузочным сопротивлением R_н, поэтому он и называется генератором с параллельным возбуждением.

Как видно из схемы рис.7, ток якоря I_а разветвляется по двум параллельным ветвям. В соответствии с первым законом Кирхгофа для узла («+») имеем

I_а = I_в + I_н

Обмотку возбуждения генераторов с параллельным возбуждением выполняют из тонкого провода c большим количеством витков. Это позволяет получить необходимые для создания требуемого магнитного потока ампервитки при относительно небольшом токе возбуждения.

Источником питания обмотки возбуждения является сам генератор. Процесс создания магнитного поля машины в этом случае называется самовозбуждением. Он происходит при разомкнутой цепи нагрузки, т.е. в режиме холостого хода. Небольшой остаточный магнитный поток Ф_ост при вращении якоря индуцирует в нем остаточную ЭДС Е_ост, которая создает ток как в обмотке якоря, так и в обмотке возбуждения I_в.ост:

I_в.ост = Е_ост/ (R_а + R_в + R_р.в)

Под действием этого тока возбуждения происходит некоторое увеличение магнитного потока полюсов ∆Ф, а, следовательно, и ЭДС Е. Возрастание ЭДС приводит к возрастанию тока возбуждения и т. д. Этот ток через некоторое время становится достаточным для возбуждения номинального магнитного потока и, следовательно, номинальной ЭДС.

Условия самовозбуждения:

- необходим остаточный поток в статоре Ф_ост;

- необходимо совпадение по направлению остаточного потока Ф_ост с дополнительным потоком ∆Ф, создаваемым машиной;

- сопротивление цепи возбуждения (R_в + R_р.в) должно быть меньше критического.

Генераторы параллельного возбуждения имеют много общего с генераторами независимого возбуждения благодаря тому, что ток I_в в незначительной степени влияет на ток якоря I_а и реакцию якоря

Характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения не отличается от соответствующей характеристики генератора независимого возбуждения (см. рис. 3).

Внешняя характеристика генератора с параллельным возбуждением более мягкая, чем генератора независимого возбуждения (рис.8).

Рис.8. Внешние характеристики генераторов с параллельным (1) и независимым (2) возбуждением.

Уравнение характеристики

U = E – ∑R_а I_н

В генераторе с параллельным возбуждением E ≠ const из-за размагничивающего действия реакции якоря, так как с увеличением тока якоря I_а результирующий поток Ф, а следовательно, и ЭДС якоря E уменьшаются, и при этом уменьшается ток возбуждения I_в. Эти процессы приводят к снижению напряжения под нагрузкой ∆U,более значительному, чем в генераторах независимого возбуждения.

Значительное уменьшение напряжения приводит к падению тока возбуждения. После критического тока нагрузки I_кр (точка а на рис.8) наступает саморазмагничивание генератора, и он переходит в режим короткого замыкания (точка в на рис.8). Ток короткого замыкания создается только остаточной ЭДС E_ост, и составляет (0,4-0,8) I_ном

Регулировочная характеристика генератора параллельного возбуждения представлена на рис. 9 кривой 1

Рис.9. Регулировочные характеристики генераторов параллельного (1) и независимого возбуждения (2)