4.5. Рабочая точка нагруженного генератора

Генераторы постоянного тока могут работать как на пассивную нагрузку, которую на схемах можно представить резистором, так и на активную нагрузку (режим заряда аккумуляторов). В любом случае для определения рабочей точки, т. е. напряжения и тока нагрузки, необходимо иметь внешнюю характеристику генератора и вольт-ампер­ную характеристику нагрузки .

Если генератор нагружен резистором, вольт-амперная характеристика которого представлена прямой, то рабочая точка определяется точкой пересечения этой прямой с внешней характеристикой генератора. Напряжение на зажимах генератора тогда будет равно и ток нагрузки (рис. 4.11).

Рис. 4.11

Если генератор используется для зарядки аккумуляторов, то рабочая точка находится с учетом характеристики аккумулятора, работающего в режиме потребления. Это характеристика выражается уравнением

,

где   напряжение на зажимах приемника (аккумулятора);

  ЭДС приемника или напряжение на его зажимах при токе, равном нулю;

  внутреннее сопротивление приемника (аккумулятора).

Рис. 4.12

На рис. 4.12 эта характеристика пред­ставлена прямой .

Рабочей точкой генератора является точка пересечения внешней характеристики с данной прямой (см. рис. 4.12). Эта точ­ка определяет напряжение и ток нагрузки.

4.6. Характеристики генератора с параллельным возбуждением

Генераторы с параллельным возбуждением достаточно распространены, так как не требуют специального источника для питания цепи возбуждения. В этом случае на обмотку возбуждения подается напряжение непосредственно с зажимов генератора. Однако напряжение на зажимах генератора не будет равным нулю тогда, когда магнитный поток машины не равен нулю. Но магнитный поток машины создается током возбуждения. Ток возбуждения создается напряжением на зажимах генератора. Для того, чтобы работал генератор, какая-то из этих величин не должна быть равной нулю для функционирования генератора. Это противоречие может быть разрешено за счет использования остаточного магнитного потока машины.

4.6.1. Условия самовозбуждения генераторов

Самовозбуждением генераторов постоянного тока называют способ получения достаточного по интенсивности магнитного поля машины за счет электрической энергии самого генератора без применения посторонних источников электрической энергии.

Основным условием самовозбуждения генератора является наличие у машины остаточного магнитного потока . Электротехническая сталь имеет кривую намагничивания в форме петли гистерезиса, поэтому при нулевом значении намагничивающей силы индукция магнитного поля воздушного зазора не равняется нулю. Ради справедливости следует отметить то, что это имеет место только тогда, когда магнитопровод был когда-либо намагничен, и если магнитная система машины не была специально размагничена. Таким образом, остаточный магнитный поток определенного направления у работавших машин обычно имеется.

Рис. 4.13

Если теперь обмотку возбуждения подключить к зажимам якорной цепи (рис. 4.13) и заставить вращаться якорь генератора с номинальной частотой, то на его зажимах появится слабое напряжение, обусловленное остаточным магнитным потоком. Так как обмотка возбуждения подключена к зажимам якорной цепи, в ней появится ток, создавая небольшую намагничивающую силу. Последняя создает свою составляющую магнитного потока.

Поток обмотки возбуждения при этом может совпадать, а может и не совпадать с остаточным магнитным потоком. Если магнитный поток обмотки возбуждения не совпадает по направлению с остаточным магнитным потоком, то он будет ослаблять остаточный магнитный поток машины.

Самовозбуждение генератора может иметь место тогда, когда магнитный поток обмотки возбуждения совпадает с остаточным магнитным потоком по направлению. Одним словом, поток об­мот­ки возбуждения должен усиливать остаточный магнитный поток. В ре­зультате увеличившийся поток приведет к увеличению электродвижущей силы машины (ЭДС), что в свою очередь вызовет увеличение тока возбуждения. Процесс самовозбуждения машины будет проходить лавинообразно.

Рис. 4.14

Рассмотрим характеристику холостого хода, на которой представлена вольт-амперная характеристика цепи возбуждения. Вольт-амперной характе­ристикой цепи возбуждения называют зависимость напряжения на зажимах цепи от тока возбуждения. Сопротивление цепи воз­буждения равно сумме сопротивления обмотки и сопротивления реостата. В зависимости от величины сопротивления регулировочного реостата характеристики имеют различный угол наклона к оси токов возбуждения (пря­мые 1, 2, 3 рис. 4.14).

Рассмотрим процесс самовозбуждения генератора, когда вольт-амперная характеристика цепи возбуждения представлена прямой 1 на рис. 4.14.

На рис. 4.14 напряжение является напряжением на зажимах генератора, обусловленного остаточным магнитным потоком. Это напряжение обеспечивает прохождение тока обмотки возбуждения, определяемой формулой . Сопротивление равно сумме сопротивления обмотки возбуждения и сопротивления регулировочного резистора . Ток возбуждения создает дополнительный магнитный поток. В результате появления этого магнитного потока на зажимах генератора получим напряжение в соответствии с характеристикой холостого хода (см. рис. 4.14), но напряжению соответствует ток возбуждения . В свою очередь этот ток создает такой магнитный поток, который обеспечивает напряжение на зажимах генератора. Процесс самовозбуждения в действительности происходит лавинообразно до точки , которая является точкой устойчивого равновесия. В результате процесса самовозбуждения на зажимах генератора получим величину ЭДС .

Если увеличить регулировочное сопротивление цепи , то вольт-амперная характеристика цепи изменится (прямая 2). Для другого значения сопротивления регулировочного реостата цепи возбуждения точка устойчивого равновесия сместится вниз по характеристике холостого хода (точка ). Дальнейшее увеличение сопротивления цепи возбуждения может привести к такому положению прямой, когда она будет касаться характеристики холостого хода (прямая 3). Как следует из рисунка, при таком значении сопротивления цепи возбуждения генератора не произойдет. Сопротивление цепи возбуждения, при котором невозможно самовозбуждение генератора, называется критическим.

ЭДС генератора, следовательно, и характеристика холостого хода зависят от частоты вращения якоря. Таким образом, величина критического сопротивления зависит от частоты вращения якоря.

Можно сделать вывод о том, что самовозбуждение генератора возможно в том случае, если а) имеется остаточный магнитный поток; б) обмотка возбуждения подключена таким образом, что магнитный поток совпадает с остаточным магнитным потоком; в) сопротивление цепи возбуждения меньше критического.