Общие сведения о генераторах постоянного тока
Генераторы постоянного тока в зависимости от способа возбуждения в них основного магнитного потока делятся на генераторы с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Последние в свою очередь могут быть параллельного (шунтового), последовательного (сериесного) и смешанного(компаундного) возбуждения.
Потребляемая мощность обмоткой возбуждения (мощность, необходимая для возбуждения генератора) весьма незначительна. Для генераторов большой мощности она составляет до одного процента его номинальной мощности и около пяти процентов - для генераторов малой мощности. Столь небольшие потери мощности являются важным фактором экономичного регулирования напряжением генератора путем изменения тока в его обмотке возбуждения.
Ток в обмотке возбуждения (для генераторов параллельного возбуждения) составляет (1...5)%от номинального значения тока генератора [1,5].
При вращении якоря генератора в его обмотке наводится ЭДС, определяемая выражением
( 1 )
где Е - ЭДС , индуктируемая в обмотке якоря;
Ф - основной магнитный поток одного полюса;
n - частота вращения ротора;
Се- постоянная генератора, зависящая от его конструктивных особенностей.
Если частоту вращения ротора выразить в мин-1, то коэффициент Се определится выражением [1,4,5,7]:
(2)
где р - число пар полюсов ;
а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря ;
N - количество активных проводников обмотки якоря.
ЭДС, индуктируемая в обмотке якоря, уравновешивается двумя составляющими:
( 3 )
Первая из них U представляет собой напряжение генератора и расходуется во внешней его цепи. Вторая составляющая Iя ∙ Rя является потерей напряжения в обмотке якоря.
На практике наиболее широкое распространение получили генераторы с параллельным и независимым возбуждением, обладая специфическими достоинствами.
Первое из них состоит в том, что при изменении нагрузки генератора напряжение на его выходе изменяется незначительно.
Второе достоинство заключается в возможности широкого регулирования напряжения генератора путем изменения тока в обмотке возбуждения, который в свою очередь меняет основной магнитный поток, а значит и напряжение в соответствии с выражением (1).
Вместе с тем следует отметить, что применение генераторов независимого возбуждения затруднено из-за необходимости иметь дополнительный источник для питания обмотки возбуждения.
Генераторы с параллельным возбуждениемимеют те же достоинства, что и генераторы с независимым возбуждением. Эти генераторы не требуют дополнительного источника для питания обмотки возбуждения. Она подсоединяется параллельно якорной обмотке и питается напряжением этого же генератора.
Генераторы с последовательным возбуждением используются значительно реже из-за существенного колебания их напряжения в зависимости от изменения нагрузки. В режиме холостого хода напряжения этих генераторов вообще равно нулю.
Генераторы смешанного возбуждения, как правило, используются в тех случаях, где желательно иметь незначительные колебания напряжения при достаточно больших изменениях нагрузки. В этих генераторах основной обмоткой возбуждения преимущественно служит шунтовая обмотка. Сериесная обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря таким образом, что создаваемый ею магнитный поток суммируется с потоком параллельной обмотки возбуждения. Это приводит к тому, что при возрастании нагрузки увеличивается основной магнитный поток, а напряжение генератора стремится остаться постоянным.
Из всех перечисленных видов генераторов наиболее распространенным является генератор параллельного возбуждения, который, обладая рядом указанных важных преимуществ, не требует дополнительного источника питания для создания тока возбуждения. Этот тип генератора, как уже отмечалось, выдает напряжение мало меняющееся по величине даже при значительных колебаниях нагрузки и изменении ее в широких пределах.