Способы возбуждения генераторов постоянного тока

Электромагнитный момент машины

где — угловая скорость якоря.

Так как

то  электромагнитный  момент  машины  определится  следующим выражением:

Величины а, р  и N постоянны для данной машины, поэтому  выражение  представляет  собой  некоторый  постоянный для  данной  машины  коэффициент  и  электромагнитный  момент равен:

т. е. электромагнитный момент машины пропорционален произведению тока в якоре на магнитный поток полюсов.

§ 111. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генераторы постоянного тока могут быть выполнены с магнит­ным и электромагнитным возбуждением. Для создания магнитногопотока в генераторах первого типа используют постоянные магниты,

а в генераторах второго типа — электромагниты. Постоянные, магниты применяют лишь в машинах очень малых мощностей. Таким образом, электромагнитное возбуждение является наиболее широко используемым способом для создания магнитного потока. При этом способе возбуждения магнитный поток создается током, протекающим по обмотке возбуждения.

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока  могут быть  с независимым  возбужде­нием и с самовозбуждением.

При независимом возбуждении (рис. 143, а) обмотка возбуж­дения включается в сеть вспомогательного источника энергии по­стоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки включено сопротивление rр. При таком возбуждении ток Iв не зависит от тока в якоре Iя.

Недостатком генераторов независимого возбуждения является потребность в дополнительном источнике энергии. Несмотря на то что этот источник обычно имеет малую мощность (несколько процентов мощности генераторов), необходимость в нем является большим неудобством, поэтому генераторы независимого возбуж­дения находят очень ограниченное применение только в машинах высоких напряжений, у которых питание обмотки возбуждения от цепи якоря недопустимо по конструктивным соображениям.

Генераторы с самовозбуждением в зависимости от включения обмотки возбуждения могут быть параллельного (рис. 143, б), по­следовательного (рис. 143, в) и смешанного (рис. 143, г) возбуж­дения.

У генераторов параллельного возбуждения ток мал (несколько процентов номинального тока якоря), и обмотка возбуждения имеет большое число витков. При последовательном возбуждении ток возбуждения равен току якоря и обмотка возбуждения имеет малое число витков.

При смешанном возбуждении на полюсах генератора помеща­ются две обмотки возбуждения — параллельная и последователь­ная.

Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока про­текает одинаково при любой схеме возбуждения. Так, например, в генераторах параллельного возбуждения, получивших наиболее широкое применение, процесс самовозбуждения протекает следую­щим образом.

Какой-либо первичный двигатель вращает якорь генератора, магнитная цепь (ярмо и сердечники полюсов) которого имеет не­большой остаточный магнитный поток Ф0. Этим магнитным пото­ком в обмотке вращающегося якоря индуктируется э. д. с. Е0, со­ставляющая несколько процентов номинального напряжения ма­шины.

Под действием э. д. с. Е0 в замкнутой цепи, состоящей из якоря и обмотки возбуждения, протекает ток Iв. Намагничивающая сила обмотки возбуждения Iвw (w— число витков) направлена согласно с потоком остаточного магнетизма, увеличивая магнитный поток машины Ф, что вызывает увеличение как э. д. с. в обмотке якоря Е, так и тока в обмотке возбуждения Iв. Увеличение последнего вызывает дальнейшее увеличение Ф, что в свою очередь увели­чивает Е и Iв.

Из-за насыщения стали магнитной цепи машины самовозбуж­дение происходит не беспредельно, а до какого-то определенного напряжения, зависящего от скорости вращения якоря машины и сопротивления в цепи обмотки возбуждения. При насыщении стали Магнитной цепи увеличение магнитного потока замедляется и про­цесс самовозбуждения заканчивается. Увеличение сопротивления в цепи обмотки возбуждения уменьшает как ток в ней, так и маг­нитный поток, возбуждаемый этим током. Поэтому уменьшается э. д. с.  и напряжение, до которого возбуждается генератор.

Изменение скорости вращения якоря генератора вызывает из­менение э. д. с, которая пропорциональна скорости, вследствие чего Изменяется и напряжение, до которого возбуждается генератор.

Самовозбуждение генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим:

1.  >Наличие потока остаточного магнетизма. При отсутствия этого потока не будет создаваться э. д. с. Е0, под действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток, так что возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.

2.  Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма.

При встречном включении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать остаточный магнитный поток и при длительной работе может полностью размагнитить машину. Если обмотка возбуждения оказалась включенной встречно, то необходимо изменить направление тока в ней, т. е. поменять ме­стами провода, подходящие к зажимам этой обмотки.

3.  Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении цепи воз­буждения самовозбуждение генератора невозможно.

4.  Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико, так как при малом сопротивлении ток возбуждения будет также мал и самовозбуждения не произойдет.

§ 112. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и представляют зависимость между основными величинами, которы­ми являются э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажи­мах и, ток в якоре Iя, ток возбуждения Iв и скорость вращения якоря п.

Характеристики представляют собой зависимости между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов.

Снятие всех характеристик машины производится при постоянной скорости вращения якоря, так как при изменении скорости зна­чительно изменяются все характеристики генератора.

Характеристика холостого хода генератора представляет собой зависимость между э. д. с. в якоре и током возбуждения, снятую при отсутствии нагрузки и постоянном числе оборотов.

Для генераторов независимого возбуждения при отсутствий; нагрузки (холостой ход) ток в якоре равен нулю. Так как э. д.с, индуктированная в обмотке якоря, равна Е = СпФ, то при постоян­ной скорости вращения э. д. с. окажется прямо пропорциональной магнитному потоку. Поэтому в измененном масштабе характери­стика холостого хода представляет магнитную характеристику машины.

При Iв=0 магнитная цепь машины (главным образом ярмо) имеет некоторый остаточный магнитный поток Ф0, который индукти­рует в обмотке якоря э. д. с. Е0 (рис. 144, а). Эта э. д.с. составляет несколько процентов (2—5%) номинального напряжения машины. С увеличением тока в обмотке возбуждения увеличивается как магнитный поток, так и э. д. с, индуктированная в обмотке якоря. Таким образом, при постоянном постепенном увеличении Iв увели­чивается и э. д.с. (кривая 1). Если после снятия восходящей ветви зависимости от точки А начать постепенно уменьшать ток возбуж­дения Iв, то э. д. с. также начнет уменьшаться, но за счет намагни­чивания стали нисходящая ветвь (кривая 2) пойдет несколько выше