4.8. Генераторы постоянного тока со смешанным возбуждением

Генераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, расположенные на главных полюсах, при этом одна из них включается последовательно с якорной обмоткой, а другая предназначена для параллельного включения. Параллельная обмотка может быть включена двояко в соответствии со схемой, изображенной на рис. 4.20.

Первое соединение, когда параллельная или шунтовая обмотка включена непосредственно на щетки, называется коротким включением (см. рис. 4.20, а), а соединение, представленное на рис. 4.20, б, когда параллельная обмотка подключена к выходным зажимам, носит название длинного включения.

Рис. 4.20

Эти два способа подключения шунтовой обмотки почти эквивалентны с учетом того, что во втором случае ток параллельной обмотки протекает по виткам последовательной обмотки возбуждения, создавая дополнительную составляющую магнитного потока последовательной обмотки возбуждения.

Обе обмотки возбуждения расположены на главных полюсах, однако результирующая намагничивающая сила может быть равной сумме намагничивающих сил обмоток или их разности в зависимости от способа включения обмоток. Генератор, у которого магнитные потоки обмоток усиливают друг друга (магнитодвижущие силы обмоток складываются) называется генератором смешанного возбуждения с согласным включением обмоток возбуждения. Генератор, у которого магнитные потоки обмоток ослабляют друг друга, называется генератором со встречным включением обмоток.

Как будет показано ниже, генераторы с согласным включением обмоток используются тогда, когда требуется стабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки.

Генераторы со встречным включением обмоток имеют так называемую круто падающую внешнюю характеристику, когда при определенной величине тока нагрузки небольшое его увеличение приводит к значительному снижению напряжения на зажимах генератора. Генераторы с подобными внешними характеристиками используются обычно в сварочных установках.

Характеристика холостого хода генератора со смешанным возбуждением ничем не отличается от аналогичной характеристики генератора с параллельным возбуждением, так как в этом случае при коротком включении ток последовательной обмотки равен нулю.

Нагрузочная характеристика такого генератора имеет такую же форму, как и аналогичная характеристика генератора с параллельным возбуждением, но в зависимости от величины намагничивающей силы последовательной обмотки и способа ее включения по отношению к параллельной обмотке, эта характеристика может быть расположена выше или значительно ниже характеристики холостого хода.

Рис. 4.21

Необходимо сказать, что сторона (рис. 4.21) соответствует алгебраической сум­ме намагничивающей силы последовательной обмотки и эквивалентной намагничивающей силы реакции якоря в масштабе тока возбуждения. Если влияние последовательной обмотки возбуждения сильное, характеристический треугольник может быть построен так, как показано на рис. 4.21 положение треуголь­ника . При слабом влиянии последовательной обмотки и при встречном включении обмоток возбуждения характеристический треугольник будет расположен правее характеристики холостого хода .

Измеряя стороны треугольника пропорционально току и заставив скользить точку по характеристике холостого хода при параллельном перемещении треугольника, мы получим серию нагрузочных характеристик генератора.

Для поддержания напряжения на зажимах потребителя при изменении тока нагрузки, необходимо компенсировать падение напряжения на сопротивлении якорной цепи, сопротивлении последовательной обмотки возбуждения и сопротивлении линейных проводов. Кроме этого, необходимо компенсировать уменьшение напряжения, обусловленное реакцией якоря. Так как падение напряжения почти прямопропорционально току нагрузки, то для такой компенсации используют последовательную обмотку, обтекаемую током якоря и включенную так, что ее магнитный поток усиливает магнитный поток параллельной обмотки возбуждения.

По характеристике холостого хода с помощью характеристического треугольника можно построить внешнюю характеристику.

Для определения параметров сторон характеристического треугольника необходимо провести следующие испытания. С помощью омметра или путем использования метода амперметра – вольтметра измеряют сопротивление цепи якоря с учетом сопротивления последовательной обмотки возбуждения. Умножив полученное сопротивление на номинальное значение тока нагрузки, получают падение напряжения, отражающее в масштабе сторону .

Собирают цепь в соответствии со схемой, изображенной на рис. 4.20, б. При номинальной скорости вращения якоря генератора устанавливают такой ток параллельной обмотки возбуждения , чтобы при отсутствии тока нагрузки напряжение на зажимах генератора было бы равным номинальному напряжению. Записывают полученное значение тока параллельной обмотки возбуждения. Нагружают генератор таким образом, чтобы ток нагрузки был равен номинальному току генератора. При этом напряжение на выходе генератора может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от включения и степени влияния последовательной обмотки возбуждения. В любом случае ток возбуждения изменяют таким образом, чтобы получить номинальное напряжение при номинальном токе нагрузки. Необходимо записать полученное значение тока возбуждения . Разность записанных значений тока возбуждения даст величину, пропорциональную отрезку . При отрицательном значении треугольник должен быть расположен так, как он изображен на рис. 4.21. Указанное положение треугольника характерно для генератора со смешанным возбуждением с согласным включением обмоток. При положительном значении приращения характеристический треугольник располагается так, как и у генератора с параллельным возбуждением.

Рис. 4.22

На рис. 4.22 в одной системе координат представлены четыре внешних характеристики генератора, имеющего последовательную и параллельную обмотки возбуждения. Четыре внешние характеристики соответствуют четырем режимам работы генератора в зависимости от способа создания магнитного потока. Характеристика 1 является внешней характеристикой генератора с независимым возбуждением. Характеристика 2 является характеристикой генератора с параллельным возбуждением. Третья характеристика является внешней характеристикой того же генератора со смешанным возбуждением с согласным включением обмотки. Характеристика показывает, что намагничивающая сила последовательной обмотки компенсирует реакцию якоря и падение напряжения на сопротивлении якорной обмотки. При изменении тока генератора от нуля до номинального значения напряжение на зажимах генератора даже несколько возрастает. При меньшем сопротивлении цепи якоря и при большем влиянии последовательной обмотки внешняя характеристика генератора со смешанным возбуждением с согласным включением обмоток будет расположена выше.

При встречном включении обмоток возбуждения генератора он будет иметь внешнюю характеристику, представленную кривой 4. Снижение напряжения на зажимах генератора при увеличении тока нагрузки является результатом воздействия следующих факторов.

• падение напряжения на сопротивлении цепи якоря;

• размагничивающее действие реакции якоря;

• размагничивающее действие последовательной обмотки при увеличении тока нагрузки;

• уменьшение тока параллельной обмотки возбуждения из-за уменьшения напряжения на ее зажимах, обусловленного предыдущими факторами.