§ 129. Генератор с независимым возбуждением

Схема генератора этого типа дана на рис. 303. Ток возбуждения, подаваемый от постороннего источника напряжения в обмотку возбуждения полюсов, не зависит от условий работы самого генератора. Реостат в цепи возбуждения позволяет менять величину тока возбуждения, что приводит к изменению магнитного потока машины, а это в свою очередь ведет к изменению э.д.с. и напряжения генератора. Этот реостат часто называют регулировочным. (Реостат имеет третий добавочный контакт, позволяющий при выключении обмотки возбуждения замыкать ее накоротко. Этим предохраняются последние контакты реостата от обгорания, так как при выключении цепи, содержащей большую индуктивность, быстро исчезающий ток вызывает э.д.с. самоиндукции, поддерживающую дугу между рычагом и последним контактом реостата.)

Рис. 303. Схема генератора с независимым возбуждением

Обмотка возбуждения состоит из большого числа витков медной изолированной проволоки. При постоянной скорости вращения якоря и отсутствии нагрузки генератора (холостом ходе) э.д.с. машины зависит только от тока возбуждения. Изменяя сопротивление цепи возбуждения регулировочным реостатом, замечая показания амперметра в цепи возбуждения и вольтметра, подключенного к щеткам генератора, устанавливаем зависимость между э.д.с. генератора при холостом ходе машины и током возбуждения. Эта зависимость представляется кривой, называемой характеристикой холостого хода (рис. 304).

Рис. 304. Характеристика холостого хода генератора с независимым возбуждением

При первом намагничивании генератора и при отсутствии тока возбуждения (I_в = 0) вольтметр машины покажет нуль при любой скорости вращения якоря. Увеличение тока возбуждения будет сопровождаться вначале пропорциональным увеличением э.д.с. генератора.

Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейной. Но дальнейшее увеличение тока возбуждения вызовет магнитное насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. Если теперь уменьшать ток возбуждения генератора, то можно заметить, что при тех же самых значениях тока возбуждения э.д.с. генератора будет иметь большие значения, чем при намагничивании, и кривая размагничивания пройдет несколько выше, чем кривая намагничивания. Это объясняется явлением гистерезиса. При уменьшении тока возбуждения до нуля генератор за счет остаточного магнетизма будет иметь некоторую э.д.с. Чем дальше за перегибом характеристики лежит точка, соответствующая э.д.с. генератора при нормальной работе, тем меньше, изменяется э.д.с. машины в зависимости от тока возбуждения. Возможность регулировки напряжения в случае работы машины за перегибом характеристики невелика. Наоборот, если генератор будет работать на прямолинейной части характеристики, то небольшие изменения тока возбуждения вызовут значительные изменения э.д.с. генератора.

Одним из основных требований, предъявляемых к генератору, является постоянство напряжения при различных нагрузках.

Напряжение генератора с независимым возбуждением изменяется с нагрузкой от двух причин:

1. Вследствие падения напряжения в обмотке якоря (и переходном контакте щеток).

Э.д.с. генератора (Е) отличается от напряжения на щетках (U) на величину падения напряжения в обмотке якоря I_яr_я:

Если, например, э.д.с. генератора равна 120 в, а сопротивление обмотки якоря равно 0,01 ом, то при токе генератора 50 а напряжение машины будет

при токе 100 а

при токе 200 а

Из этих примеров видно, что с увеличением нагрузки генератора напряжение его уменьшается. Чтобы уменьшить падение напряжения в сопротивлении r_я, обмотку якоря машин постоянного тока изготовляют из медной проволоки и стержней большого сечения. Сопротивление обмотки якоря получается в этом случае очень малым, порядка десятых, сотых и даже тысячных долей ома у более мощных генераторов.

При холостой работе генератора I_я = 0, поэтому

2. Второй причиной уменьшения напряжения у генератора с независимым возбуждением при увеличении его нагрузки является действие реакции якоря, приводящее к уменьшению магнитного потока и э.д.с. машины.

Если постепенно нагружать генератор, отмечая по показаниям амперметра, включенного в цепь якоря, величину тока нагрузки, оставляя неизменным скорость вращения генератора и ток возбуждения, то можно получить зависимость напряжения на зажимах машины от тока нагрузки. Эта зависимость называется внешней характеристикой. На рис. 305 показана внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением. По горизонтальной оси отложен ток нагрузки, по вертикальной оси - напряжение генератора. У генераторов с независимым возбуждением при номинальной нагрузке, постоянной скорости и постоянном токе возбуждения понижение напряжения может составлять 5-8% от номинального. Для поддержания напряжения генератора постоянным изменяют ток возбуждения при помощи регулировочного реостата.

Рис. 305. Внешняя характеристика генератора с независимым возбуждением

Как видно из рис. 303, в цепь якоря генератора включены плавкие предохранители, которые защищают обмотку якоря, если короткое замыкание происходит во внешней сети. Изменение направления вращения генератора с независимым возбуждением приводит к изменению полярности щеток.