Какие характеристики определяют свойства генераторов постоянного тока
Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими основными величинами являются:
1) напряжение на зажимах U;
2) ток возбуждения IВ;
3) ток якоря IЯ или ток нагрузки I;
4) частота вращения n.
Обычно генераторы работают при n=const. Поэтому основные характеристики определяются при n=nн=const/
Существует пять основных характеристик генераторов:
1) холостого хода;
2) короткого замыкания;
3) внешняя;
4) регулировочная;
5) нагрузочная.
Наиболее важными являются характеристики холостого хода, внешняя и регулировочная.
Характеристика холостого хода представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения:
при I=0 и n=const.
и определяет зависимость U или ЭДС якоря от тока возбуждения при холостом ходе (I=0, P2=0).
Регулируя ток возбуждения IВ от 0 до IВ НОМ и от IВ НОМ до 0 при отключенной нагрузке, получают восходящую и нисходящую кривые (рис.8.9). Характеристика снимается экспериментально при отключенном рубильнике.
Несовпадение кривых объясняется явлением гистерезиса в магнитной цепи индуктора. За расчетную характеристику принимают среднюю кривую. Для всех типов генераторов характеристика холостого хода практически одинакова. Она позволяет оценить магнитные свойства машины.
Рис. 8.9 Характеристика холостого хода генератора независимого возбуждения.
Эта кривая состоит из следующих характерных участков:
0Е0 – ЭДС, индуцируемая в якоре остаточным магнитным потоком, сохранившимся от предыдущего намагничивания машины;
Е0а – прямолинейный участок, соответствующий ненасыщенному состоянию машины;
“ав” – средненасыщенный участок или «колено» кривой;
“вс” – участок магнитного насыщения машины.
При нормальных условиях эксплуатации магнитная цепь генератора должна быть в состоянии среднего насыщения, т.е. номинальное значение напряжения UНОМ находится на колене характеристики “ав”. Это условие обеспечивает устойчивую работу генератора.
Характеристика холостого хода позволяет судить о насыщении магнитной цепи машины при номинальном напряжении, проверять соответствие расчетных данных экспериментально и составляет основу исследования эксплутационных свойств машины.
Внешняя характеристика генератора является зависимостью напряжения генератора U от тока нагрузки:
U = f(I) при IВ = const и n = const
U=Е–IЯRЯ
и определяет зависимость напряжения генератора от его нагрузки в естественных условиях, когда ток возбуждения не регулируется.
В генераторах с параллельным возбуждением снижение напряжения при увеличении нагрузки обусловлено тремя причинами: падением напряжения в обмотке якоря, реакцией якоря и уменьшением тока возбуждения от первых двух причин (IВ=U/RВ).
Поэтому внешняя характеристика генераторов с параллельным возбуждением более крутая по сравнению с характеристиками генераторов независимого и смешанного возбуждения (рис.8.10, кривая 2).
Рис. 8.10. Внешние характеристики генераторов: 1 – с независимым возбуждением; 2 – с параллельным; 3 – с последовательным; 4 – со смешанным включением при согласном включении обмоток; 5 – то же при встречном включении обмоток.
В генераторах со смешанным возбуждением основной является параллельная обмотка, а вспомогательной — последовательная. Соединение последовательной обмотки может быть: согласным, что позволяет получить увеличение магнитного потока при росте тока нагрузки, а, следовательно, стабилизировать напряжение (рис.8.10, кривая 4); встречным, когда магнитные потоки параллельной и последовательной катушек на каждом полюсе направлены навстречу друг другу. При встречном включении обмоток напряжение генератора при нагрузке резко падает (рис.8.10, кривая 5) и одновременно обеспечивается постоянство тока. Поэтому такие генераторы, используются для выполнения высококачественной, электродуговой сварки, т. е. когда необходимо получить крутопадающую внешнюю характеристику.
Наклон внешней характеристики к оси абсцисс (жесткость внешней характеристики) оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки:
(обычно для генератора независимого возбуждения ΔUном=5-10%, а для генератора параллельного возбуждения ΔUном=10-30%).
Регулировочная характеристика показывает, каким следует поддерживать ток возбуждения Iв при различных нагрузках генератора, чтобы его напряжение было постоянным, т.е.
IB=f(IH) при U=const и n=const
Регулировочные характеристики (рис.8.11.) обратны кривым внешних характеристик генераторов постоянного тока.
С увеличением I ток IВнеобходимо несколько увеличивать, чтобы компенсировать влияние падения напряжения IЯRЯ и реакции якоря.
Рис. 8.11. Регулировочные характеристики, генераторов постоянного тока: I — независимого возбуждения; 2 — параллельного; 3 — смешанного
Режим двигателя.
Благодаря обратимости электрических машин генераторный режим машины может быть изменен на .двигательный. Особенно просто такое изменение режима осуществляется в генераторе с параллельным возбуждением, работающем на сеть постоянного тока. Для этого достаточно уменьшить ток возбуждения настолько, чтобы ЭДС якоря стала меньше напряжения сети. Преобладание напряжения сети вызовет изменение направления тока в обмотке якоря IЯ, который в таких условиях будет создаваться разностью напряжения сети и ЭДС якоря, т.е.
IЯ=(Е–ЕЯ)/RЯ
Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем машины, будет создавать не тормозной, а вращающий электромагнитный момент.
Уравнение напряжений для цепи якоря генераторов постоянного тока имеет вид
, (6.17)
где – суммарное сопротивление цепи якоря, включающее сопротивления самой обмотки якоря, обмоток добавочных полюсов и компенсационной и др.; – падение напряжения на щеточном контакте на пару щеток.
В генераторе электромагнитный момент направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя. Электрическая мощность на выходе генератора меньше механической мощности приводного двигателя на величину потерь мощности . Кпд генератора равен
. (6.18)
Одной из характеристик генераторов постоянного тока является номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки
, (6.19)
где – напряжение на выходе генератора в режиме холостого хода.
Величина зависит от способа возбуждения генератора. Для генератора независимого возбуждения ; генератора параллельного возбуждения . У генератора смешанного возбуждения в зависимости от способа включения обмоток возбуждения величина зависит от соотношения витков в этих обмотках. Она может равняться нулю или иметь отрицательное значение. При этом напряжение на выходе такого генератора возрастает и компенсирует падение напряжения в проводах, соединяющих генератор и нагрузку [2].
Эксплуатационные свойства генераторов постоянного тока анализируются с помощью характеристик. Характеристики устанавливают зависимости между основными параметрами и величинами, определяющими работу машин. Они могут быть получены экспериментальным и расчетным путем. Для расчета необходимо знать значения конструктивных параметров и электромагнитных нагрузок.
Основная группа характеристик генераторов постоянного тока строится при постоянной частоте вращения якоря, т.е. . В эту группу входят следующие характеристики:
— характеристика холостого хода при ;
— внешняя характеристика при ;
— регулировочная характеристика при ;
— характеристика короткого замыкания при ;
— нагрузочная характеристика при .
Вид характеристики генератора определяется способом его возбуждения [1].
6.8.1. Генератор независимого возбуждения. Характеристика холостого хода показана на рис. 6.29. Она имеет форму кривой намагничивания. Кривизна характеристики определяется насыщением магнитной системы машины. Неоднозначность при увеличении и уменьшении тока возбуждения объясняется явлением гистерезиса. Генератор обычно проектируют так, чтобы точка N, соответствующая его номинальному напряжению, находилась на изломе кривой намагничивания. Ниже точки N эдс генератора неустойчива, а выше – снижается эффективность его регулирования. Эдс составляет номинального напряжения. Она является следствием остаточной намагниченности магнитопровода. Характеристика холостого хода позволяет определить соответствие расчетных и опытных данных. Она является основной при исследовании эксплуатационных свойств машины.
Внешняя характеристика снимается при постоянном токе возбуждения . Рост тока нагрузки приводит к снижению напряжения на зажимах якоря генератора (рис. 6.30). Это происходит под действием размагничивающей поперечной реакции якоря и падения напряжения на внутреннем сопротивлении машины . Чем больше величина , тем более круто падающей будет внешняя характеристика и больше значение .
Регулировочная характеристика (рис.6.31) показывает, как надо изменять ток возбуждения, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным. С увеличением тока нагрузки растет размагничивающее действие реакции якоря и падение напряжения на . Для компенсации их влияния ток возбуждения увеличивают. Чем больше величина , тем больше величина изменения этого тока. Она составляет 15 – 25% его номинального значения. Величина . Разница объясняется насыщением магнитной цепи машины [19].
Для получения характеристики короткого замыкания обмотку якоря закорачивают. Ток в ней доводят до значения . Ток в обмотке возбуждения при этом относительно мал. Магнитная цепь машины не насыщена. Характеристика практически прямолинейна. Она аналогична по виду характеристике короткого замыкания синхронной машины (рис. 5.15) и не проходит через начало координат вследствие остаточного намагничивания стали магнитопровода генератора при [1].
Нагрузочная характеристика 1 (рис. 6.32) проходит ниже характеристики холостого хода 2. Разность ординат этих кривых объясняется действием размагничивающей поперечной реакции якоря и падения напряжения на внутреннем сопротивлении машины . Влияние этих факторов можно оценить с помощью характеристического треугольника АВС.
Внутренняя характеристика машины (кривая 3) при . Отрезок OD соответствует току возбуждения, который обеспечивает номинальный режим работы.Отрезок BD – эдс в этом режиме. Отрезок CD характеризует падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора . Эдс в режиме холостого хода (отрезок АF) обеспечивается меньшим током возбуждения (отрезок 0F). Избыток тока возбуждения (отрезок FD) необходим для компенсации размагничивающего действия реакции якоря. С помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника можно построить внешнюю и регулировочную характеристики [8].
6.8.2. Генератор параллельного возбуждения. В магнитной цепи существует остаточный магнитный поток . Если якорь вращать в остаточном магнитном поле, то в его обмотках наводится эдс . Под действием этой эдс в замкнутом контуре возникает ток возбуждения, который образует добавочный магнитный поток. Если этот поток действует согласно с остаточным потоком, то результирующий магнитный поток возрастает и происходит самовозбуждение. Процесс самовозбуждения может развиваться только в одном направлении. Поэтому характеристика холостого хода генератора параллельного возбуждения может быть построена только в одном квадранте (рис. 6.33). Расчетные характеристики холостого хода у генераторов независимого и параллельного возбуждения практически одинаковые. Ток возбуждения составляет всего несколько процентов от тока нагрузки и не оказывает существенного влияния на действие реакции якоря и падение напряжения .
Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения показана на рис. 6.34. Снижение напряжения на выводах якорной обмотки происходит не только из-за влияния падения напряжения внутри машины и размагничивающего действия реакции якоря, но и из-за снижения тока возбуждения . После значения тока нагрузки напряжение уменьшается. Магнитная цепь машины становится менее насыщенной. В результате незначительное уменьшение тока возбуждения вызывает ещё большее уменьшение магнитного потока, эдс якоря и тока . Величина больше, чем при независимом возбуждении. Значение тока называется установившимся током короткого замыкания. Характеристики регулировочная, нагрузочная и короткого замыкания снимаются аналогично указанным характеристикам генератора независимого возбуждения.
6.8.3. Генераторы последовательного возбуждения и смешанного возбуждения. Генератор последовательного возбуждения практически не используется для выработки электроэнергии, поскольку у него . В процессе самовозбуждения наступает насыщение магнитной цепи. Действие реакции якоря и падение напряжения приводят к снижению напряжения . Генераторный режим машин последовательного возбуждения используется на электрифицированном транспорте. Обмотку возбуждения подключают к независимому источнику [19].
В генераторе смешанного возбуждения основную роль играет параллельная обмотка возбуждения. Она создает 60 – 85% магнитодвижущей силы, необходимой для возбуждения. Последовательная обмотка возбуждения предназначена для формирования желаемых внешних характеристик и чаще всего включается согласно с обмоткой якоря машины. В режиме холостого хода последовательная обмотка возбуждения не задействована. При этом характеристика холостого хода аналогична характеристике генератора параллельного возбуждения. Внешние и регулировочные характеристики генераторов с различными схемами возбуждения показаны на рис. 6.35. Генератор смешанного согласного возбуждения имеет наиболее благоприятную внешнюю характеристику [9].
Íà ãëàâíóþ
§ 112. Õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà ïîñòîÿííîãî òîêà
Õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà ïîêàçûâàþò åãî ðàáî÷èå ñâîéñòâà. Îíè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé çàâèñèìîñòè ìåæäó îñíîâíûìè âåëè÷èíàìè ý. ä. ñ. â îáìîòêå ÿêîðÿ Å, íàïðÿæåíèå íà åãî çàæèìàõ U, òîê â ÿêîðå Iÿ, òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ è ÷èñëî îáîðîòîâ ÿêîðÿ n.
Êàæäàÿ èç õàðàêòåðèñòèê ïîêàçûâàåò çàâèñèìîñòü ìåæäó äâóìÿ èç óêàçàííûõ îñíîâíûõ âåëè÷èí ïðè íåèçìåííûõ îñòàëüíûõ. Ýòè çàâèñèìîñòè èìåþò ðàçëè÷íûé âèä äëÿ ãåíåðàòîðîâ ðàçíûõ òèïîâ.
Ñíÿòèå âñåõ õàðàêòåðèñòèê ìàøèíû ïðîèçâîäèòñÿ ïðè ïîñòîÿííîì ÷èñëå îáîðîòîâ ÿêîðÿ, òàê êàê ïðè èçìåíåíèè ñêîðîñòè âðàùåíèÿ çíà÷èòåëüíî èçìåíÿþòñÿ âñå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðà, à íîðìàëüíî áîëüøèíñòâî ãåíåðàòîðîâ ðàáîòàåò ïðè ïîñòîÿííîé ñêîðîñòè.
Õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ãåíåðàòîðà ïîêàçûâàåò çàâèñèìîñòü ìåæäó ý. ä. ñ. â ÿêîðå è òîêîì âîçáóæäåíèÿ Å = f (Iâ), ñíÿòóþ ïðè îòñóòñòâèè íàãðóçêè (Ií = 0) è ïîñòîÿííîì ÷èñëå îáîðîòîâ (n = ñîïst).
Äëÿ ãåíåðàòîðîâ íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè îòñóòñòâèè íàãðóçêè (õîëîñòîé õîä) òîê â ÿêîðå ðàâåí íóëþ (Iÿ = 0). Òàê êàê ý. ä. ñ., èíäóêòèðîâàííàÿ â îáìîòêå ÿêîðÿ, ðàâíà Å = Ñ nΦ, òî ïðè ïîñòîÿííîé ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ý. ä. ñ. îêàæåòñÿ ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíîé ìàãíèòíîìó ïîòîêó. Ïîýòîìó â èçìåíåííîì ìàñøòàáå õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìàãíèòíóþ õàðàêòåðèñòèêó ìàøèíû.
Ïðè Iâ = Î ìàãíèòíàÿ öåïü ìàøèíû (ãëàâíûì îáðàçîì ÿðìî) èìååò íåêîòîðûé îñòàòî÷íûé ìàãíèòíûé ïîòîê Φîñò, êîòîðûé èíäóêòèðóåò â îáìîòêå ÿêîðÿ ý. ä. ñ. Âîñò (ðèñ. 155, à). Ýòà ý. ä. ñ. ñîñòàâëÿåò íåñêîëüêî ïðîöåíòîâ (2 5%) îò íîìèíàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ìàøèíû. Ñ óâåëè÷åíèåì òîêà â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ âîçðàñòàåò êàê ìàãíèòíûé ïîòîê, òàê è ý. ä. ñ., èíäóêòèðîâàííàÿ â îáìîòêå ÿêîðÿ. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïîñòîÿííîì ïîñòåïåííîì óâåëè÷åíèè Iâ óâåëè÷èâàåòñÿ è ý. ä. ñ. (êðèâàÿ 1). Åñëè ïîñëå ñíÿòèÿ âîñõîäÿùåé âåòâè ýòîé çàâèñèìîñòè äî òî÷êè À íà÷àòü ïîñòåïåííî óìåíüøàòü òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ, òî ý. ä. ñ. òàêæå óìåíüøèòñÿ, íî ïîä äåéñòâèåì îñòàòî÷íîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ ñòàëè íèñõîäÿùàÿ âåòâü (êðèâàÿ 2) ïîéäåò íåñêîëüêî âûøå âîñõîäÿùåé âåòâè ýòîé õàðàêòåðèñòèêè. Èçìåíÿÿ Iâ íå òîëüêî ïî âåëè÷èíå, íî è ïî íàïðàâëåíèþ, ìîæíî îïðåäåëèòü âåñü öèêë ïåðåìàãíè÷èâàíèÿ ñòàëè ìàøèíû.
Ïðàêòè÷åñêè âîñõîäÿùàÿ è íèñõîäÿùàÿ âåòâè ìàãíèòíîé õàðàêòåðèñòèêè èìåþò ÷àñòî íåçíà÷èòåëüíîå ðàñõîæäåíèå è çà îñíîâíóþ õàðàêòåðèñòèêó ìîæíî ïðèíÿòü ñðåäíþþ çàâèñèìîñòü (êðèâàÿ 3).
Íà ðèñ. 155, á ïîêàçàíû õàðàêòåðèñòèêè õîëîñòîãî õîäà, ñíÿòûå ïðè ðàçëè÷íûõ ñêîðîñòÿõ âðàùåíèÿ ÿêîðÿ ãåíåðàòîðà.
Êðèâàÿ 1 ñîîòâåòñòâóåò âðàùåíèþ ÿêîðÿ ìàøèíû ñ íîìèíàëüíîé ñêîðîñòüþ nÿ, óêàçàííîé â ïàñïîðòå ãåíåðàòîðà. Äëÿ âñåõ ìàøèí íîðìàëüíîãî òèïà òî÷êà íîìèíàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ (òî÷êà À) íàõîäèòñÿ íà ïåðåãèáå ìàãíèòíîé õàðàêòåðèñòèêè, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò íàèáîëåå óäà÷íûì ðàáî÷èì è ðåãóëèðîâî÷íûì ñâîéñòâàì ãåíåðàòîðà.
Âûáîð òî÷êè íîìèíàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ íà ëèíåéíîì íåíàñûùåííîì ó÷àñòêå ìàãíèòíîé õàðàêòåðèñòèêè ïðèâîäèò ê ðåçêèì êîëåáàíèÿì íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà ïðè èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè, òàê êàê íåçíà÷èòåëüíûå ïðèðàùåíèÿ íàìàãíè÷èâàþùåé ñèëû âûçûâàþò ðåçêèå èçìåíåíèÿ ý. ä. ñ. Âûáîð ýòîé òî÷êè íà íàñûùåííîì ïîëîãîì ó÷àñòêå ìàãíèòíîé õàðàêòåðèñòèêè ïðèâîäèò ê îãðàíè÷åíèþ ðåãóëèðîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà, òàê êàê äëÿ èçìåíåíèÿ ý. ä. ñ. òðåáóþòñÿ î÷åíü áîëüøèå èçìåíåíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ.
Ïðè èçìåíåíèè ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ÿêîðÿ ãåíåðàòîðà èçìåíèò ñâîå ïîëîæåíèå õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà, òàê êàê ý. ä. ñ. ïðîïîðöèîíàëüíà ñêîðîñòè. Ïðè n′ > ní õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ïîéäåò âûøå (êðèâàÿ 2), à ïðè n″ < ní íèæå (êðèâàÿ 3), ÷åì ïðè íîìèíàëüíîé ñêîðîñòè.
Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè èçìåíåíèè ñêîðîñòè âðàùåíèÿ ÿêîðÿ òî÷êà íîìèíàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ îêàæåòñÿ ëèáî íà ëèíåéíîì (òî÷êà Â), ëèáî íà ïîëîãîì (òî÷êà Ñ) ó÷àñòêå ìàãíèòíîé õàðàêòåðèñòèêè, ÷òî âûçîâåò èçìåíåíèå âñåõ õàðàêòåðèñòèê ãåíåðàòîðà. Ïîýòîìó ñêîðîñòü ïåðâè÷íîãî äâèãàòåëÿ äëÿ âðàùåíèÿ ÿêîðÿ ãåíåðàòîðà íàäî âûáðàòü òàê, ÷òîáû îíà áûëà áëèçêîé ê íîìèíàëüíîé ñêîðîñòè ãåíåðàòîðà.
Äëÿ ãåíåðàòîðîâ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè õîëîñòîì õîäå òîê â ÿêîðå ðàâåí òîêó âîçáóæäåíèÿ (Iÿ = Iâ). Òàê êàê ýòîò òîê ñîñòàâëÿåò ìàëóþ âåëè÷èíó (íåñêîëüêî ïðîöåíòîâ íîìèíàëüíîãî òîêà ãåíåðàòîðà), òî íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ìàøèí ïðè õîëîñòîì õîäå áóäåò ïðèìåðíî ðàâíûì ý. ä. ñ. è õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ýòîãî ãåíåðàòîðà ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäåò ñ õàðàêòåðèñòèêîé ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ. Îäíàêî âåñü öèêë ïåðåìàãíè÷èâàíèÿ â ãåíåðàòîðàõ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ñíÿòü íåëüçÿ, òàê êàê ïðè èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ òîêà â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ ìàãíèòíûé ïîòîê åå áóäåò íàïðàâëåí âñòðå÷íî ïîòîêó îñòàòî÷íîãî ìàãíåòèçìà è ñàìîâîçáóæäåíèå ãåíåðàòîðà îêàæåòñÿ íåâîçìîæíûì.
Äëÿ ãåíåðàòîðà ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ñìûñëà íå èìååò, òàê êàê ïðè õîëîñòîì õîäå â ÿêîðå è îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ òîê ðàâåí íóëþ è õàðàêòåðèñòèêà ìîæåò áûòü ñíÿòà òîëüêî ïî ñõåìå íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ. Äëÿ ýòîãî îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ ãåíåðàòîð à äîëæíà áûòü âêëþ÷åíà â ñåòü êàêîãî-ëèáî íåçàâèñèìîãî èñòî÷íèêà òîêà.
Äëÿ ãåíåðàòîðîâ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ õàðàêòåðèñòèêà õîëîñòîãî õîäà ñîâïàäàåò ñ õàðàêòåðèñòèêîé ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ.
Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàâèñèìîñòü íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà îòòîêà íàãðóçêè:
U = f (I).
Ýòà õàðàêòåðèñòèêà ñîîòâåòñòâóåò åñòåñòâåííûì óñëîâèÿì ðàáîòû ìàøèíû, ò. å. ìàøèíà íåðåãóëèðóåìà (ñîïðîòèâëåíèå öåïè âîçáóæäåíèÿ râ ïîñòîÿííî), è ñíèìàåòñÿ ïðè íåèçìåííîì ÷èñëå îáîðîòîâ.
Äëÿ ãåíåðàòîðîâ íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè ïîñòîÿííîì râ íåèçìåíåí òàêæå è òîê âîçáóæäåíèÿ Iâ. Âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè òàêîãî ãåíåðàòîðà ïîêàçàíû íà ðèñ. 156.
Êðèâàÿ 1 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âíåøíþþ õàðàêòåðèñòèêó, ñíÿòóþ íà ïîíèæåíèå íàïðÿæåíèÿ. Äëÿ ñíÿòèÿ ýòîé õàðàêòåðèñòèêè óñòàíàâëèâàåòñÿ òàêîé òîê â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ (Iâ), ÷òîáû ïðè õîëîñòîì õîäå ãåíåðàòîðà (I = 0) íàïðÿæåíèå íà åãî çàæèìàõ áûëî ðàâíî íîìèíàëüíîìó (Uâ). Çàòåì íàãðóçêà ãåíåðàòîðà óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè íåèçìåííîì òîêå â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè (òîêà â ÿêîðå ãåíåðàòîðà Iÿ) óâåëè÷èâàåòñÿ êàê ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ñîïðîòèâëåíèè åãî îáìîòêè, òàê è ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå ðåàêöèè ÿêîðÿ, ÷òî âûçûâàåò ïîíèæåíèå íàïðÿæåíèÿ. Ïðè èçìåíåíèè íàãðóçêè îò íóëÿ äî íîìèíàëüíîé íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà óìåíüøèòñÿ íà âåëè÷èíó ΔUïí.
Ïðè ñíÿòèè õàðàêòåðèñòèêè íà ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ (êðèâàÿ 2) óñòàíàâëèâàåòñÿ òàêîé òîê âîçáóæäåíèÿ, ÷òîáû ïðè íîìèíàëüíîé íàãðóçêå ãåíåðàòîðà (I = Ií) íàïðÿæåíèå íà åãî çàæèìàõ áûëî ðàâíî íîìèíàëüíîìó (Uí), ïîñëå ÷åãî íàãðóçêà ãåíåðàòîðà óìåíüøàåòñÿ.
Ïðè óìåíüøåíèè íàãðóçêè (òîêà â ÿêîðå) òàêæå óìåíüøàåòñÿ êàê ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ñîïðîòèâëåíèè îáìîòêè ÿêîðÿ è ùåòî÷íûõ êîíòàêòàõ, òàê è ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå ðåàêöèè ÿêîðÿ, ÷òî âûçûâàåò ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ. Ïðè èçìåíåíèè íàãðóçêè îò Ií äî 0 íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà óâåëè÷èòñÿ íà âåëè÷èíó ΔUnâ. Çà ñ÷åò íàñûùåíèÿ ñòàëè ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ áóäåò ìåíüøå, ÷åì ïîíèæåíèå (ΔUnâ < ΔUní), òàê êàê ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå ðåàêöèè ÿêîðÿ áóäåò ñêàçûâàòüñÿ òåì ñèëüíåå, ÷åì ìåíüøå ñòåïåíü íàñûùåíèÿ ñòàëè ìàøèíû.
 ãåíåðàòîðàõ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè ïîñòîÿííîì ñîïðîòèâëåíèè öåïè âîçáóæäåíèÿ râ òîê âîçáóæäåíèÿ íå îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì, òàê êàê îí çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà, êîòîðîå ïðè èçìåíåíèè íàãðóçêè ìåíÿåòñÿ. Åñëè â ãåíåðàòîðàõ íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ óâåëè÷åíèå íàãðóçêè âûçûâàåò ïîíèæåíèå íàïðÿæåíèÿ çà ñ÷åò ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â ñîïðîòèâëåíèè ìàøèíû è ðåàêöèè ÿêîðÿ (êðèâàÿ 1 íà ðèñ. 157), òî â ãåíåðàòîðàõ ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ïðè óìåíüøåíèè íàïðÿæåíèÿ òàêæå óìåíüøàåòñÿ òîê âîçáóæäåíèÿ, ÷òî âûçûâàåò óìåíüøåíèå ìàãíèòíîãî ïîòîêà è ïîíèæåíèå íàïðÿæåíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè óâåëè÷åíèè íàãðóçêè íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà ýòîãî òèïà óìåíüøàåòñÿ â áîëüøåé ìåðå (êðèâàÿ 2), ÷åì â ãåíåðàòîðàõ íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ.
Óìåíüøåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè âûçûâàåò óâåëè÷åíèå òîêà äî íåêîòîðîãî çíà÷åíèÿ Iìàêñ, íå ïðåâûøàþùåãî íîìèíàëüíûé òîê áîëåå ÷åì â 2 2,5 ðàçà. Ïðè äàëüíåéøåì óìåíüøåíèè âíåøíåãî ñîïðîòèâëåíèÿ òîê óìåíüøàåòñÿ è ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè áóäåò çíà÷èòåëüíî ìåíüøå íîìèíàëüíîãî (Iê < Ií)- Óìåíüøåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè âûçûâàåò óìåíüøåíèå òîêà âîçáóæäåíèÿ, òàê êàê íàïðÿæåíèå ãåíåðàòîðà ïîíèæàåòñÿ. Åñëè òîê âîçáóæäåíèÿ óìåíüøèëñÿ íàñòîëüêî, ÷òî ìàøèíà îêàçàëàñü ðàçìàãíè÷åííîé, òî ý. ä. ñ. óìåíüøàåòñÿ â áîëüøåé ñòåïåíè, ÷åì ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè, ÷òî âûçûâàåò óìåíüøåíèå òîêà â ÿêîðå.
Ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ òîê Iâ ðàâåí íóëþ è îáìîòêà âîçáóæäåíèÿ íå ñîçäàåò ìàãíèòíîãî ïîòîêà. Ïîýòîìó â îáìîòêå ÿêîðÿ áóäåò ý. ä. ñ. òîëüêî îò îñòàòî÷íîãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà Åîñò, èìåþùàÿ ìàëîå çíà÷åíèå, è, ñëåäîâàòåëüíî, òîê êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ Iê áóäåò òàêæå ìàë.
Íåñìîòðÿ íà ìàëîå çíà÷åíèå óñòàíîâèâøåãîñÿ òîêà êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, íåëüçÿ ñêàçàòü, ÷òî äëÿ ãåíåðàòîðà ýòîãî òèïà ðåæèì êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ íå ïðåäñòàâëÿåò îïàñíîñòè.
Ïðè âíåçàïíîì êîðîòêîì çàìûêàíèè òàêîãî ãåíåðàòîðà òîê â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ ìãíîâåííî óìåíüøèòüñÿ äî íóëÿ íå ìîæåò, òàê æå êàê è ìàãíèòíûé ïîòîê. Ïîýòîìó â îáìîòêå ÿêîðÿ â ìîìåíò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ èíäóêòèðóåòñÿ áîëüøàÿ ý. ä. ñ. è ïðîòåêàåò òîê âî ìíîãî ðàç áîëüøå íîìèíàëüíîãî, âñëåäñòâèå ÷åãî ñîçäàåòñÿ èíòåíñèâíîå èñêðåíèå ïîä ùåòêàìè, ïåðåõîäÿùåå â êðóãîâîé îãîíü, ðàçðóøàþùèé êîëëåêòîð, è ìàøèíà ìîæåò áûòü âûâåäåíà èç ñòðîÿ.
Âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà íà ïîâûøåíèå íàïðÿæåíèÿ ó ãåíåðàòîðà ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ (êðèâàÿ 3) èìååò òàêîé æå âèä, êàê ó ãåíåðàòîðà íåçàâèñèìîãî âîçáóæäåíèÿ.
Äëÿ ãåíåðàòîðà ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ âíåøíÿÿ õàðàêòåðèñòèêà ïîêàçàíà íà ðèñ. 158.  ãåíåðàòîðàõ ýòîãî òèïà òîê âîçáóæäåíèÿ ðàâåí òîêó ÿêîðÿ (Iâ = Iÿ) è ïðè õîëîñòîì õîäå (Iÿ = 0) â îáìîòêå ÿêîðÿ ñîçäàåòñÿ ý. ä. ñ. çà ñ÷åò îñòàòî÷íîãî ìàãíåòèçìà Eîñò. Ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè òàêæå óâåëè÷èòñÿ òîê â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ, ÷òî âûçûâàåò óâåëè÷åíèå ý. ä. ñ. (êðèâàÿ 1). Íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà ïðè íàãðóçêå ìåíüøå ý. ä. ñ. âñëåäñòâèå ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â ñîïðîòèâëåíèè ìàøèíû è ðåàêöèè ÿêîðÿ (êðèâàÿ 2).
Òàêèì îáðàçîì, ó ãåíåðàòîðîâ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ, íàïðÿæåíèå ðåçêî ìåíÿåòñÿ ñ èçìåíåíèåì íàãðóçêè ïîýòîìó îíè íå íàøëè øèðîêîãî ïðèìåíåíèÿ.
 ãåíåðàòîðàõ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ âîçìîæíî ñîãëàñíîå è âñòðå÷íîå âêëþ÷åíèå ïîñëåäîâàòåëüíîé è ïàðàëëåëüíîé îáìîòîê.
Ïðè ñîãëàñíîì âêëþ÷åíèè îáìîòîê âîçáóæäåíèÿ ðåçóëüòèðóþùàÿ íàìàãíè÷èâàþùàÿ ñèëà, ñîçäàþùàÿ ìàãíèòíûé ïîòîê, ðàâíà ñóììå íàìàãíè÷èâàþùèõ ñèë ïàðàëëåëüíîé è ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòîê, à ïðè âñòðå÷íîì âêëþ÷åíèè ðàçíîñòè ýòèõ íàìàãíè÷èâàþùèõ ñèë.
Íà ðèñ. 159 ïîêàçàíû âíåøíèå õàðàêòåðèñòèêè ãåíåðàòîðîâ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ.
Óâåëè÷åíèå íàãðóçêè òàêîãî ãåíåðàòîðà âûçûâàåò óìåíüøåíèå íàïðÿæåíèÿ íà åãî çàæèìàõ çà ñ÷åò ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â åãî ñîïðîòèâëåíèè è ðåàêöèè ÿêîðÿ. Îäíàêî ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè óâåëè÷èâàåòñÿ òàêæå òîê â ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ. Ïîýòîìó ïðè ñîãëàñíîì âêëþ÷åíèè îáìîòîê ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè óâåëè÷èâàåòñÿ ìàãíèòíûé ïîòîê è ý. ä. ñ. îáìîòêè ÿêîðÿ. Åñëè ý. ä. ñ. ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè âîçðàñòàåò íà âåëè÷èíó, ðàâíóþ ïîíèæåíèþ íàïðÿæåíèÿ ãåíåðàòîðà çà ñ÷åò ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â åãî ñîïðîòèâëåíèè è ðåàêöèè ÿêîðÿ, òî ðåçóëüòèðóþùåå íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà áóäåò ïðàêòè÷åñêè îñòàâàòüñÿ íåèçìåííûì ïðè èçìåíåíèè íàãðóçêè îò õîëîñòîãî õîäà äî íîìèíàëüíîé (êðèâîé 1). Òàêîé ãåíåðàòîð, íàçûâàåìûé íîðìàëüíî âîçáóæäåííûì, íå òðåáóåò èçìåíåíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ ïðè èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè. Ïðè óìåíüøåíèè ÷èñëà âèòêîâ ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè ý. ä. ñ. ñ âîçðàñòàíèåì íàãðóçêè áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ â ìåíüøåé ñòåïåíè è íå áóäåò êîìïåíñèðîâàòü ïîíèæåíèÿ íàïðÿæåíèÿ, òàê ÷òî íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà áóäåò óìåíüøàòüñÿ (êðèâàÿ 2), ò. å. ãåíåðàòîð íåäîâîçáóæäåí. Åñëè ÷èñëî âèòêîâ ïîñëåäîâàòåëüíîé îáìîòêè âîçáóæäåíèÿ áîëüøå, ÷åì òî, êîòîðîå ñîîòâåòñòâóåò íîðìàëüíîìó âîçáóæäåíèþ ìàøèíû, òî ãåíåðàòîð îêàæåòñÿ ïåðåâîçáóæäåííûì è íàïðÿæåíèå íà åãî çàæèìàõ ïîâûñèòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì íàãðóçêè (êðèâàÿ 3).
Íàèáîëåå ÷àñòî ïðèìåíÿþò ãåíåðàòîðû íîðìàëüíî âîçáóæäåííûå, à òàêæå è ïåðåâîçáóæäåííûå, ïîçâîëÿþùèå êîìïåíñèðîâàòü ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ â ëèíèè, ñîåäèíèòåëüíûõ ïðîâîäàõ è ò. ä. ñ òåì, ÷òîáû íàïðÿæåíèå íà íàãðóçêå îñòàâàëîñü ïîñòîÿííûì ïðè èçìåíåíèè òîêà.
Ãåíåðàòîðû ñî âñòðå÷íûì âêëþ÷åíèåì îáìîòîê âîçáóæäåíèÿ íå îáåñïå÷èâàþò ïîñòîÿíñòâà íàïðÿæåíèÿ (êðèâàÿ 4) è øèðîêîãî ïðèìåíåíèÿ îíè íå íàøëè. Íî èõ ïðèìåíÿþò â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà íåîáõîäèìî îãðàíè÷èòü òîêè êîðîòêèõ çàìûêàíèé (íàïðèìåð, ïðè ýëåêòðîñâàðêå, òàê êàê ïðè ñîïðèêîñíîâåíèè ýëåêòðîäîâ âî âðåìÿ ñâàðêè âíåøíÿÿ öåïü ãåíåðàòîðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé î÷åíü ìàëîå ñîïðîòèâëåíèå, äëÿ ãåíåðàòîðà òàêîé ðåæèì ðàáîòû áóäåò áëèçîê ê êîðîòêîìó çàìûêàíèþ).
Ðåãóëèðîâî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåíåðàòîðà ïîêàçûâàåò, â êàêîé ìåðå ñëåäóåò èçìåíèòü òîê â îáìîòêå âîçáóæäåíèÿ äëÿ òîãî, ÷òîáû íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà îñòàâàëîñü ïîñòîÿííûì ïðè èçìåíåíèè òîêà íàãðóçêè.
Òàêèì îáðàçîì, ðåãóëèðîâî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà ãåíåðàòîðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàâèñèìîñòü òîêà âîçáóæäåíèÿ îò òîêà íàãðóçêè, ñíèìàåìóþ ïðè ïîñòîÿííîì íàïðÿæåíèè íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà.
 ãåíåðàòîðàõ íåçàâèñèìîãî è ïàðàëëåëüíîãî âîçáóæäåíèÿ ñ óâåëè÷åíèåì òîêà íàãðóçêè íåîáõîäèìî óâåëè÷èòü òîê âîçáóæäåíèÿ äëÿ òîãî, ÷òîáû ñêîìïåíñèðîâàòü ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè ìàøèíû è ðàçìàãíè÷èâàþùåå äåéñòâèå ïîòîêà ðåàêöèè ÿêîðÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïîñòîÿíñòâà íàïðÿæåíèÿ íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà.
 ãåíåðàòîðàõ ñìåøàííîãî âîçáóæäåíèÿ (íîðìàëüíî âîçáóæäåííûõ) íàïðÿæåíèå ïðè èçìåíåíèè íàãðóçêè íå ïðåòåðïåâàåò èçìåíåíèé è, ñëåäîâàòåëüíî, íåîáõîäèìîñòü ðåãóëèðîâàíèÿ òîêà âîçáóæäåíèÿ îòïàäàåò, ò. å. ðåãóëèðîâî÷íàÿ õàðàêòåðèñòèêà â òàêèõ ãåíåðàòîðàõ íå èìååò ñìûñëà, òàê êàê òîê âîçáóæäåíèÿ ïîñòîÿíåí ïðè èçìåíåíèÿõ òîêà íàãðóçêè.