В генераторах с независимым возбуждением обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника электрической энергии, обычно от другого генератора постоянного тока или реже от аккумуляторной батареи.
В генераторе с независимым возбуждением ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iа, который равен току нагрузки Iн. Ток Iв определяется только положением регулировочного реостата Rp.в, включенного в цепь обмотки возбуждения:
Iв = Uв /(Rв + Rp.в),
где Uв — напряжение источника питания; Rв — сопротивление обмотки возбуждения; Rp.в — сопротивление регулировочного реостата
Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1 - 3 % от номинального тока якоря. Основными характеристиками, определяющими свойства генераторов постоянного тока, являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.
Характеристика холостого хода - зависимость U0 = f(Iв) при Iн = 0 и n = const. При холостом ходе машины, когда цепь нагрузки разомкнута, напряжение U0 на зажимах обмотки якоря равно ЭДС Е0 = се∙Ф∙n. Частота вращения якоря n поддерживается неизменной, и напряжение при холостом ходе зависит только от магнитного потока Ф, т. е. тока возбуждения Iв. Поэтому характеристика U0 = f(Iв) подобна магнитной характеристике Ф = f(Iв). Характеристику холостого хода легко получить экспериментально. Для этого сначала устанавливают ток возбуждения таким, чтобы U0 ≈ l,25Uном, затем уменьшают ток возбуждения до нуля и снова увеличивают его до прежнего значения.
При этом получаются восходящая и нисходящая ветви характеристики, которые выходят из одной точки. Расхождение ветвей объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. При Iв = 0 в обмотке якоря потоком остаточного магнетизма индуцируется остаточная ЭДС Еост, которая составляет 2—4 % от Uном.
Внешняя характеристика - зависимость U = f(Iн) при n = const и Iв = const. В режиме нагрузки напряжение генератора
U = Е -Iа ΣRa,
где ΣRa — сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (обмоток якоря, добавочных полюсов и компенсационной).
С увеличением нагрузки на уменьшение напряжения U влияют:
1) падение напряжения во внутреннем сопротивлении ΣRa машины;
2) уменьшение ЭДС Е в результате размагничивающего действия реакции якоря.
Изменение напряжения при переходе от режима номинальной нагрузки к режиму холостого хода
Δu = (U0 - Uном)/Uном.
Для генераторов с независимым возбуждением оно составляет 5-15%.
Регулировочная характеристика - зависимость Iв = f(Iн) при U = const и n = const. Она показывает, каким образом следует регулировать ток возбуждения, чтобы поддерживать постоянным напряжение генератора при изменении нагрузки.
Очевидно, что в этом случае по мере роста нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.
Нагрузочная характеристика зависимость U = f(Iв) при n = const и Iн = const.
Нагрузочная характеристика при Iн = Iном (кривая 2) проходит ниже характеристики холостого хода (кривая 1), которую можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при Iн = 0. Разность ординат кривых 1 и 2 обусловлена размагничивающим действием реакции якоря и падением напряжения во внутреннем сопротивлении ΣRa машины.
Достоинством генераторов с независимым возбуждением являются возможность регулирования напряжения в широких пределах от нуля до Uмах путем изменения тока возбуждения и сравнительно малое изменение напряжения под нагрузкой. Однако для питания обмотки возбуждения таких генераторов требуются внешние источники постоянного тока.
Генераторы с независимым возбуждением используют только при большой мощности, а также при малой мощности, но низком напряжении.
