Генератор со встречной обмоткой (противокомпаундный)

Наличие отдельного возбудителя обеспечивает зависимость магнитного потока от угловой скорости, и параллельная обмотка генератора не является в этом случае обязательной. Поэтому нередко применяют генератор с двумя обмотками: независимого возбуждения, питающейся от возбудителя, и последовательной, действующей навстречу первой (рис. 5.10). Такой генератор иногда называют противокомпаундным. Результирующая н. с. обмоток генератора

F_г=F_нез-w_послI_г-F_{р я}.

Практически характеристики генератора – Е_г/n_д =f(I_г) рассчитываются по нагрузочным характеристикам (см. рис. 5.11), причем аа₁=w_послI_г1, аа₂=w_послI_г2 и т.д.

Параметры обмоток определяются однозначно уравнениями:

F_гмакс=F_нез-w_послI_гмин

F_гмин=F_нез-w_cI_гмакс

Однако, как указывалось, число витков последовательной обмотки должно быть округлено с соответствующей корректировкой F_нез.

В сравнении с трехобмоточным генератором конструкция противокомпаундного генератора упрощается вследствие исключения высоковольтной параллельной обмотки, требующей усиленной изоляции и имеющей в результате относительно низкий коэффициент заполнения обмоточного пространства. С другой стороны, число витков последовательной обмотки, необходимое для ограничения пускового тока, в противокомпаундном генераторе должно быть больше, чем в трехобмоточном. При максимальном напряжении н. с. независимой обмотки противокомпаундного генератора примерно одинакова с суммой н. с. независимой и параллельной обмоток трехобмоточного генератора, но в трехобмоточном генераторе н. с. параллельной обмотки при пуске мала, и соответственно требуется меньшая размагничивающая н. с. В противокомпаундном генераторе н. с. последовательной обмотки близка по величине к полной н. с. независимой обмотки. В свою очередь повышение w_посл требует увеличения F_нез для получения максимальной ЭДС. Мощность возбудителя для противокомпаундного генератора больше, чем для трехобмоточного.

Кроме того, как указывалось, добавление параллельной обмотки увеличивает изменение магнитного потока при отклонении угловой скорости. Степень влияния всех указанных факторов зависит от диапазона регулирования напряжения и тока, насыщения магнитной цепи и т. д. Поэтому при проектировании конкретных видов подвижного состава следует проводить сопоставление вариантов.

Генератор с самовозбуждением

Вторым частным случаем трехобмоточного генератора можно считать генератор, у которого исключена обмотка независимого возбуждения (см. рис 5.12). При этом, как известно из теории электрических машин, генератор может возбудиться только в том случае, если при отсутствии возбуждения в магнитной цепи имеется остаточный магнитный поток.

Результирующая н. с. генератора равняется

,

где (5.4)

В этом случае можно получить характеристики Е_Г/n_Д=f(I_Г) (рис. 5.13), близкие к характеристикам предыдущих вариантов систем. Число витков последовательной обмотки должно быть больше второго члена правой части равенства (5.4) и вместе с тем достаточно малым, чтобы ее н. с. не полностью компенсировала размагничивающее действие реакции якоря, так как требуемое снижение напряжения при увеличении тока является следствием реакции якоря. Параметры обмоток определяют из равенств:

Если при токе I_гмакс нагрузочная характеристика, например, проходящая через точку в₃, пересекается с соответствующей прямой а₃в₃ дважды, то это означает, что ток при напряжениях, близких к нулю, меньше максимального, что нежелательно. Это условие накладывает дополнительное ограничение на выбор числа витков последовательной обмотки. Так как размагничивающее влияние реакции якоря, от которого в основном зависит форма характеристики генератора, трудно рассчитать предварительно с достаточной точностью, целесообразно при проектировании генератора предусмотреть возможность поворота щеток с тем, чтобы при настройке характеристики генератора было возможно изменять влияние реакции якоря на магнитный поток путем поворота щеток в пределах, допустимых по коммутации

Основные преимущества генератора с самовозбуждением заключаются в устранении необходимости внешнего источника энергии для питания цепи возбуждения и в отсутствии размагничивающей обмотки, что позволяет уменьшить размеры катушек полюсов.

К недостаткам системы следует отнести ограниченные возможности подбора оптимальной характеристики. Число витков последовательной обмотки мало и посредством его изменения выбрать оптимальную (по условиям использования мощности, пуска, экономичности работы теплового двигателя) характеристику трудно. Сравнительно легко можно лишь изменить сопротивление в цепи параллельной обмотки. Степень компаундирования при настройке двигатель-генератора можно осуществлять практически сдвигом щёток. Однако это может привести к ухудшению коммутации. Целесообразно комбинировать применение последовательной обмотки со сдвигом щетки. В этом случае угол сдвига уменьшается и опасность ухудшения коммутации снижается.

Генератор с самовозбуждением может возбудиться лишь при наличии остаточного магнитного потока. Если остаточный магнитный поток в результате тряски, нагревания или переходных процессов при переключениях в схеме исчезнет или станет очень малым, генератор может не возбудиться или время самовозбуждения будет очень велико. Поэтому рекомендуется либо применять в магнитной цепи материалы с большой коэрцитивной силой, либо предусматривать кратковременное независимое возбуждение при пуске (подвозбуждение).

Саморегулирование генератора по току нагрузки в рассмотренных выше системах осуществлялось за счет размещения на его полюсах нескольких обмоток и алгебраического сложения их н. с. Недостатком такого метода является увеличение размеров катушек полюсов генератора, что повышает размеры и вес генератора. Этот недостаток можно устранить путем использования аналогичных обмоток возбуждения не на тяговом генераторе, а на его возбудителе.

Преимуществом такой схемы является выполнение генератора с одной независимой обмоткой возбуждения, которая может быть рассчитана на малое напряжение возбудителя, что упрощает конструкцию, уменьшает размеры и несколько повышает надежность работы генератора. Однако при этом в качестве возбудителя нельзя использовать стандартную машину постоянного тока, а требуется специально спроектированный для этой цели возбудитель.

Подобные схемы не нашли широкого применения в связи с тем, что при использовании специальных возбудителей можно получить характеристики, более близкие к линии постоянной мощности, как показано ниже