Основной режим работы генератора, как правило, соответствует средней степени насыщения магнитной цепи.

Это объясняется тем, что при работе с малым насыщением, то есть на прямолинейном участке, не обеспечивается устойчивое напряжение генератора, а при сильном насыщении ограничивается возможность регулирования напряжения.

Одним из показателей характеристики холостого хода является ЭДС, условно названная остаточной ЭДС (Еост) [12], которая обусловлена остаточным магнитным потоком Фост, практически всегда существующим в машине постоянного тока [1, 12].

Характеристика холостого хода является по существу и магнитной характеристикой генератора в масштабе Ф = f (Iв).

Нагрузочные характеристики, рис.14.3 ( кривые 2 и 3 ), отражают зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения при постоянном номинальном токе нагрузки ( токе якоря ) и номинальной частоте вращения якоря, то есть

U = f(Iв) при Iя = const и n =const (12)

Характеристики этого вида снимаются обычно для двух значений тока- для Iя = 0,5 Iн и Iя = Iн,

где Iн - номинальное значение тока генератора.

В соответствии с выражением (3)

или

(13)

при постоянном падении напряжения в обмотке якоря, то есть при Iя•Rя = const, увеличение тока возбуждения, а соответственно и магнитного потока Ф, приводит к увеличению напряжения на зажимах генератора.

При U = 0 необходима ЭДС для покрытия падения напряжения в якорной цепи Iя • Rя , поэтому магнитный поток и ток возбуждения не должны быть равными нулю.

При нагрузке генератора током Iя напряжение на его выходе в соответствии с выражением (13) будет уменьшаться за счет потери напряжения в обмотке якоря, поэтому нагрузочная характеристика проходит ниже характеристики холостого хода и тем ниже, чем больше ток якоря (соответственно кривые 3 и 2).

На основании нагрузочной характеристики и характеристики холостого хода может быть построен характеристический треугольник, с помощью которого строятся другие рабочие характеристики, и определяется реакция якоря, влияющая на изменение основного магнитного потока генератора.

Внешняя характеристика генератора, рис.14.4 , показывает зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянном сопротивлении цепи обмотки возбуждения и при постоянной частоте вращения, то есть

U = f(Iя) при Rcв = const и n = const, (14)

где Rcв = Roв + Rв - суммарное сопротивление цепи обмотки возбуждения, равное сумме сопротивления обмотки возбуждения и дополнительного сопротивления, включенного последовательно с ней.

Внешняя характеристика позволяет определить номинальное относительное изменение напряжения, представляющее собой изменение напряжения генератора при изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения при постоянном суммарном сопротивлении цепи обмотки возбуждения и при постоянной частоте вращения [3]:

(15)

где ∆Uн - номинальное относительное изменение напря­жения генератора при изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения;

Uн- номинальное напряжение генератора;

Uxx - напряжение генератора при холостом ходе.

Это изменение для генераторов параллельного возбуждения может составлять (10...30)% от номинального напряжения [4, 6], а для генераторов с независимым возбуждением - (5...10)% [ 6 ].

На основании внешней характеристики можно установить, как будет меняться напряжение на выходе генератора при изменении тока его нагрузки (тока якоря ).

В общем случае внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения имеет наклон к оси абсцисс, отражающий уменьшение напряжения генератора при увеличении его нагрузки ( при увеличении тока якоря ). Это объясняется следующими факторами:

увеличением потери напряжения в цепи обмотки якоря при возрастании тока нагрузки;

уменьшением основного магнитного потока за счет реакции якоря ;

уменьшением тока возбуждения, пропорциональным уменьшению напряжения на выводах генератора. Данное обстоятельство связано с тем, что цепь обмотки возбуждения питается напряжением, снимаемым с генератора, и его уменьшение (уже первыми двумя факторами), естественно, приводит к уменьшению тока в этой обмотке.

Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения отражает два режима его работы - устойчивый с незначительным уменьшением напряжения при увеличении нагрузки (верхняя часть характеристики, сплошная линия, рис. 14.4) и неустойчивый, характеризующийся уменьшением напряжения на выходе генератора до нуля (прерывистая нижняя линия, рис.14. 4).

При увеличении нагрузки до номинального значения (1я=1н) магнитная цепь генератора за счет основного магнитного потока остается в насыщенном состоянии. При этом генератор будет работать на пологой, насыщенной части характеристики холостого хода. В этом случае наблюдается незначительное уменьшение напряжения, определяемое в основном падением напряжения в цепи обмотки якоря и небольшим уменьшением магнитного потока за счет реакции якоря. В данном случае имеет место непропорциональность, состоящая в том, что нагрузка на генератор (уменьшение сопротивления внешней цепи, подключенной к генератору ) растет быстрее, чем уменьшается его напряжение.

Такая непропорциональность приводит к увеличению тока якоря (тока нагрузки). Она будет сохраняться до появления в обмотке якоря тока критической величины Iкр . Этот ток, как правило, превышает номинальный ток генератора в 2...2,5 раза [2,12 ].

Далее с увеличением нагрузки ( с дальнейшим уменьшением сопротивления внешней цепи начинает преобладать третий фактор уменьшения напряжения генератора, то есть уменьшение тока возбуждения за счет снижения напряжения, подводимого к цепи обмотки возбуждения.

С достижением тока якоря критического значения и при дальнейшем уменьшении сопротивления внешней цепи генератор переходит работать на неустойчивую часть характеристики.

Снижение тока возбуждения (из-за уменьшения напряжения на выходе генератора) ослабляет основной магнитный поток. При этом магнитная цепь машины переходит к слабому насыщению, что характерно работе генератора на прямолинейном участке характеристики холостого хода.

В этом режиме, когда ток якоря остается еще большим, а насы­щение уже слабым, более заметно происходит уменьшение основного магнитного потока за счет реакции якоря. Это уменьшение приводит к еще большему снижению напряжения генератора , выражение (13).

Снижение же напряжения на выходе генератора вызывает уменьшение тока возбуждения, что в свою очередь действует на последующее ослабление основного магнитного потока и на уменьшение напряжения т.д.

Такое взаимное уменьшение напряжения, тока возбуждения и магнитного потока приводит к размагничиванию генератора. В итоге, при снижении сопротивления нагрузки до нуля, напряжение генератора станет тоже равным нулю, а в обмотке якоря будет протекать ток короткого замыкания, обусловленный остаточной ЭДС. Величина этого тока меньше номинального тока генератора.

Такой ток короткого замыкания имеет место при сравнительно медленном увеличении нагрузки. При резких увеличениях нагрузки и при внезапных коротких замыканиях на выводах генератора, ток короткого замыкания за счет невозможности мгновенного изменения напряжения генератора может достигать значительной величины. Он может в течение короткого времени ( 0,1—0,2 с. ) в 8... 12 раз превосходить номинальный ток генератора [6,12 ].

Внешняя характеристика может быть построена на основании характеристического треугольника и характеристики холостого хода.

Недостатком генераторов параллельного возбуждения, как следует из внешней характеристики, является неустойчивая их работа при малых напряжениях.

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость изменения тока возбуждения от тока, протекающего по обмотке якоря, при постоянных значениях частоты вращения якоря и напряжения на выходе генератора, то есть

Iв = f(Iя) при n =const и U = const

Эта характеристика показывает, как следует изменить ток воз­буждения, чтобы поддержать неизменным напряжение на выходе генератора при изменении нагрузки на его зажимах. Примерный вид регулировочной характеристики приведен на рис. 14.5 .

При малых и средних значениях тока возбуждения эта кривая практически прямолинейна, а затем загибается вверх от оси абсцисс из - за насыщения магнитной цепи генератора. Насыщение приводит к тому, что для поддержания неизменным напряжения генератора при увеличении тока якоря, требуется более значительное увеличение тока возбуждения, чем при ненасыщенном магнитопроводе. Так как в этом случае увеличение тока возбуждения не вызывает пропорционального увеличения магнитного потока, а соответственно и ЭДС генератора.

На основании регулировочной характеристики может быть определено изменение тока возбуждения при увеличении тока якоря от нуля до его номинального значения по выражению [ 3]:

где Iвхх – ток возбуждения при отсутствии тока нагрузки генератора и при номинальном напряжении на его выходе;

Iвн – ток возбуждения при номинальном токе нагрузки генератора и при номинальном напряжении на его выходе.

Регулировочная характеристика также как внешняя может быть построена на основании характеристического треугольника и характеристики холостого хода.

Задание и методика выполнения работы

В работе измерительные приборы выбираются с учетом возможных значений контролируемых величин.

В качестве первичного двигателя, приводящего во вращение якорь генератора постоянного тока, используется трехфазный асинхронный электродвигатель, вал которого соединен через муфту с валом генератора.

Перед выполнением работы необходимо подробно ознакомиться с приборами и оборудованием. Записать в таблицу 1 основные данные генератора.

Таблица 1.

Тип генератора	КПД, %	р, кВт	U, В	I, А	n, мин»1	Кл. изол.	ГОСТ