Генератор с параллельным самовозбуждением
Преимуществом такой схемы является то что не требуется дополнительно посторонний источник питания, обмотка питается непосредственно от самого генератора.
Для начального возбуждения необходимо чтобы главные полюса имели остаточный магнитный поток и правильно включенную обмотку возбуждения, так чтобы ее магнитный поток совпадал по направлению с остаточным потоком полюсов.
Внешняя характеристика такого генератора похожа на характеристику генератора с независимым возбуждением. Но снижение напряжения при росте тока нагрузки происходит более быстро так как с уменьшением напряжения генератора уменьшается и ток возбуждения, а следовательно магнитный поток и ЭДС генератора.
Генератор не боится режима КЗ, так как в этом режиме обмотка возбуждения вообще обесточивается и генератор работает в режиме «КЗ» но остаточном магнетизме главных полюсов, который не превышает 2-4% от полного магнитного потока.
Генератор с последовательным возбуждением.
Может работать только при наличии остаточного магнетизма главных полюсов и правильной полярности подключения обмотки возбуждения, как и у генератора с параллельным самовозбуждением.
Внешняя характеристика
Генераторы смешанного возбуждения
Генератор имеет две обмотки возбуждения параллельную и последовательную.
Магнитный поток главных полюсов в зависимости от полярности подключения последовательной обмотки может определяться как сумма потоков обеих обмоток при их согласованном включении, а может быть как разность потоков, если последовательная обмотка включена встречно.
Согласованное включение применяется, если необходимо получить постоянное напряжение на зажимах генератора при изменяющемся токе нагрузки, не применяя сложных систем регулирования тока возбуждения генератора.
Встречное включение применяется для сварочных генераторов, работающих в режиме КЗ.
Двигатели постоянного тока.
По способу возбуждения двигатели подразделяются на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Характеристики обоих двигателей практически одинаковы и имеют жесткий почти прямолинейный вид. Изменение нагрузки на двигатель и соответственно потребляемого двигателем тока якорной обмоткой не изменяет магнитный поток главных полюсов в диапазоне малых и средних токов, но с увеличением и приближением тока якоря к максимальным значениям начинает сказываться размагничивающее действие реакции якоря и снижается магнитный поток главных полюсов. Этим объясняется незначительное искривление характеристик в зоне большого тока и вращающего момента.
Двигатель с последовательным возбуждением
имеет более мягкие характеристики это обусловлено тем, что с изменение нагрузки на двигатель и соответственно силы тока вращающий момент и обороты двигателя меняются в зависимости близкой к квадратичной так как с изменением тока якоря меняется и ток в обмотке возбуждения, а значит меняется и магнитный поток.
; 
Сравнение двигателей по их пригодности в целях тяги:
| · Двигатели с параллельным или независимым возбуждением | Основные показатели сравнения | Двигатель с последовательным возбуждением | ||
| · ─ | ·  · Увеличение при пуске только тока якорной обмотки обеспечивает только однократное увеличение пускового вращающего момента | Пуск двигателей в момент приведения поезда в движение  Пусковой ток ограничивают до значения 1,5÷1,7 номинального тока |  Соответствующее увеличение тока якоря и магнитного потока главных полюсов обеспечивают двойное увеличение пускового вращающего момента | + |
| · ─ | · При изменении профиля двигатель незначительно меняет скорость, но требует значительного изменения потребляемой электрической мощности | Реакция двигателя на изменение профиля пути Изменение силы сопротивления движению поезда приводит к изменению скорости движения:  | При изменении профиля двигатель значительно меняет скорость и требует незначительного изменения потребляемой электрической мощности | + |
·  | ||||
| · ─ | · Двигатель имеет скорость холостого хода  · Для повышения скорости движения по спуску необходимо повышать напряжение подаваемое на двигатель. | Поведение двигателя на спусках  С ростом скорости Е повышается до U и ток нагрузки уменьшается почти до «0» |  Двигатель не имеет режима холостого хода, позволяет на спуске набирать высокую скорость, накапливать кинетическую энергию | + |
| · ─ | · Сильное изменение вращающего момента двигателя в момент скачка напряжения. | Реакция двигателя на скачки напряжения | Значительно меньшее изменение вращающего момента двигателя в момент скачка напряжения. | + |
| · + | · Если скорость по спуску будет больше скорости холостого хода двигатель самостоятельно переходит в генераторный режим и начнет торможение поезда. | Возможность перехода в генераторный режим | Двигатель не может перейти в режим генератора, но позволяет на легком профиле набрать высокую скорость и накопить кинетическую энергию движущегося поезда. | ─ |
| · + | · В режиме боксования скорость вращения может возрасти только до скорости холостого хода | Склонность к боксованию | В режиме боксования колесных пар двигатель может уйти в разнос, требует резкого снижения напряжения, для выхода из режима боксования. | ─ |
| · ─ | · Слабая, катушки имеют много витков из провода малого сечения. Работают на полном напряжении, требуют хорошей изоляции | Механическая прочность | Высокая Катушки изготавливаются из шинной меди большого сечения, малое количество витков, работают на низком напряжении. | + |
| · ─ | Электрическая прочность | + |
Из таблицы сравнения видно, что наиболее пригодным для тяги поезда является двигатель с последовательным возбуждением.
Двигатели со смешанным возбуждением.
Имеют две обмотки возбуждения на главных полюсах.
  |
Результирующий магнитный поток 
Обеспечивает то, что такие двигатели вобрали в себя все положительные стороны рассмотренных ранее двигателей. Их электромеханические и механические характеристики такие же мягкие, как и у двигателей последовательного возбуждения, не боятся режима боксования, так как магнитный поток параллельной обмотки обеспечивает наличие режима холостого хода.
Но из-за необходимости увеличения сложности дополнительного оборудования для реверсирования (изменения направления вращения якоря) связанного с необходимостью изменения направления тока либо в обоих обмотках возбуждения одновременно, либо в обмотке якоря (на полном напряжении питания двигателей) на локомотивах не применяется.
Пуск и регулирование скорости вращения двигателей.
Наиболее ответственный момент для двигателей, особенно большой мощности, является их пуск в работу. В начальный момент пуска якорь еще неподвижен n=0 и соответственно противо ЭДС Е=0.
Пусковой ток двигателя определяется по формуле 
при очень малом r сопротивлении обмоток двигателя ограничение пускового тока возможно только за счет снижения напряжения подаваемого на двигатель в момент пуска.
На электровозах переменного тока это осуществляется путем включения регулируемой части обмотки тягового трансформатора встречно нерегулируемой обмотки и получением на выходе тягового трансформатора минимального напряжения.
На электровозах постоянного тока в момент пуска все 8 ТЭД включаются последовательно и в их цепь дополнительно включаются пусковые сопротивления.
На тепловозах на 1-й позиции КМ в цепи задающей обмотки включено сопротивление плавного пуска с двухступенчатым его выводом, частично контактом РУ-8 со 2-й позиции и полностью контактом РУ-10 с 4-й позиции КМ, кроме того до 4-й позиции не работает 2-я намагничивающая РО регулировочная обмотка амплистата, и с самого начала включается в работу УО управляющая обмотка амплистата, размагничивающая получающая в момент пуски и разгона сигнал от одного из 4-х ТПТ (имеющего наиболее сильный сигнал по току ТЭД).
Разгон, увеличение скорости движения поезда.
Осуществляется за счет повышения напряжения подаваемого на ТЭД при наборе позиций КМ.
На электровозах переменного тока по мере набора позиций КМ происходит замыкание контактов ЭКГ с последовательным замыканием контактов, шунтирующих секции встречно включенной регулируемой части вторичной обмотки тягового трансформатора, а с 17 позиции происходит переключение регулируемой части вторичной обмотки в согласованное направление с ее нерегулируемой части и при дальнейшем наборе позиций КМ идет процесс размыкания контактов ЭКГ с увеличением числа работающих витков вторичной обмотки тягового трансформатора, а следовательно и повышения напряжения подаваемого на ТЭД.
На электровозах постоянного тока по мере набора позиций КМ с 1-й по 17-ю происходит замыкание контактов и ступенчатый вывод пусковых сопротивлений в цепи ТЭД. При наборе 18 позиции происходит переключение в схеме соединения ТЭД с сериесного (С) на серисно-параллельное (СП) соединение, при котором силовая цепь разделяется на 2 параллельные цепи по 4 ТЭД включенных последовательно в каждой ( по кузовам) и как и на 1-й позиции в обоих цепях опять включаются пусковые сопротивления и при дальнейшем наборе позиций КМ они снова ступенчато выводятся до следующей ходовой позиции. С 28-ой позиции происходит переключение в схеме соединения ТЭД с серисно-параллельного (СП) на параллельное (П) соединение, при котором силовая цепь разделяется на 4 параллельные цепи по 2 ТЭД включенных последовательно в каждой цепи и как и на 1-й позиции в обоих цепях опять включаются пусковые сопротивления и при дальнейшем наборе позиций КМ они снова ступенчато выводятся до ходовой (37) позиции.
На тепловозах по мере набора позиций КМ происходит задание дизелю увеличения скорости на каждой следующей позиции.
| Перевод КМ на 1 позицию вверх |
| Включение МР 1÷4 ОРД |
| Увеличение подачи топлива ТНВД |
| ДИЗЕЛЬ увеличение оборотов |
СПВ В ГГ
n
| Увеличение скорости вращения якоря СПВ приводит к увеличению частоты переменного тока, вырабатываемого СПВ и поступающего на первичную обмотку БТ. Возрастает U на вторичной обмотке БТ, увеличивается ток ЗО и Ф намагничивания амплистата, индуктивное сопротивление РО ХL уменьшается и увеличивается ток проходящий через РО на независимую обмотку возбудителя | Увеличение скорости вращения якоря В и тока возбуждения повышает Е, U и ток возбуждения Г | Увеличение скорости вращения якоря ГГ Повышение Е и U главного генератора переводит его на следующую характеристику большей мощности. |
Потери нагрев и охлаждение машин постоянного тока.
В процессе работы электрических машин различают 4 вида потерь:
1. Механические потери- это потери на трение в подшипниковых узлах, трение щеток по коллектору, екак правило эти потери ощутимы у машин малой мощности. У машин большой мощности они не превышают 0,5÷1 %;
2. Электрические потери (потери в меди) – это затраты энергии на преодоление электрического сопротивления обмоток электрической машины ∆Pм= I2*r Так как эти потери пропорциональны квадрату тока, то они достигают наибольшей величины при трогании с места и в начальной стадии разгона. С увеличением скорости и уменьшением тока эти потери уменьшаются.
3. Магнитные потери (потери в стали) эти потери вызваны вихревыми токами, образующимися в сердечниках полюсов и сердечнике якоря.
Каждая отдельная точка на поверхности сердечника якоря при вращении перемещается из под одного главного полюса под другой, при этом изменятся направление магнитного потока (под северным полюсом он направлен во внутрь якоря, а под южным полюсом наоборот наружу). В результате в теле якоря наводится ЭДС и создаются вихревые токи.
По подошве главных полюсов в результате зубчатой конструкции сердечника якоря магнитный поток распределяется неравномерно, большая часть магнитно силовых линий проходит там где под полюсом располагается зубец и значительно меньше силовых линий проходит через пазовую часть. Так как якорь вращается эти зоны неравномерного магнитного потока перемещаются по подошве полюса, наводя в сердечнике полюса ЭДС, которая и образует в сердечнике вихревые токи.
4. Добавочные потери обусловлены вторичными явлениями, такими как неравномерность распределения тока по сечению проводников обмотки якоря, воздействие коммутационных токов и токов в уравнительных соединениях.
Все имеющиеся потери вызывают нагрев электрических машин.
Электрические машины переменного тока
Электрические машины переменного тока подразделяются на два основных вида : асинхронные и синхронные. Принцип действия этих машин основан на использовании вращающего магнитного поля.
Двухполюсное магнитное поле.
В двухполюсной машине переменного тока вращающееся поле создает при питании трехфазным током трех катушек (фаз)1,2,3, оси которых сдвинуты одна относительно другой в пространстве на 1200. Эти катушки расположены на неподвижной части машины – статоре; их соединяют «звездой» или «треугольником» и подключают к сети переменного тока.
ъ
