Схема с двумя возбудителями.

В рассмотренных выше системах возбуждения генератора снижение магнитного потока с увеличением тока нагрузки осуществляется вычитанием н. с., пропорциональной току, из основной положительной н. с. возбуждения генератора. При этом магнитный поток изменяется по магнитной характеристике, которая всегда обращена выпуклостью вверх и только при полностью ненасыщенной цепи представляет собой прямую линию. Вследствие этого и характеристики генератора Ф_г(I_г) и Е_г(I_г) выпуклые или прямолинейные. Получить характеристики гиперболического вида посредством комбинации различных н. с. в машине не представляется возможным.

Однако нелинейность магнитной характеристики может быть использована для создания характеристики, близкой к гиперболе, если складывать алгебраически не н. с., а ЭДС или магнитные потоки. Например, характеристику, близкую по форме к кривой BCD (см. рис. 1.58), можно получить, если последовательно с генератором, имеющим постоянное напряжение, соответствующее линии CD, включить второй генератор, ЭДС которого направлена навстречу э. д. с. первого генератора и возрастает с увеличением тока нагрузки, начиная с тока I_гмин (точка С). В этом случае можно так рассчитать насыщение магнитной цепи, чтобы разность ЭДС обоих генераторов была близка к линии ВС. Такое решение однако неприемлемо вследствие необходимости добавления второго мощного генератора.

Решение становится технически приемлемым, если сложение ЭДС осуществить в цепи возбуждения генератора, как это показано на рис. 5.14. Генератор имеет лишь одну обмотку L1 независимого возбуждения, в цепь которой включены два возбудителя G3 и G2, приводимые от теплового двигателя. Ток возбуждения возбудителя В1 поддерживается постоянным. Возбудитель G2 имеет две обмотки возбуждения: независимую L2, включенную на напряжение G3, и дифференциальную L3, включенную в цепь тока нагрузки тягового генератора. Потоки независимой L2 и дифференциальной L3 обмоток возбудителя G2 действуют навстречу друг другу.

Ток возбуждения генератора

где Е₁ Е₂ – ЭДС. возбудителей G3 и G2 соответственно; R – сопротивление цепи возбуждения генератора.

Результирующая н. с. возбуждения возбудителя G2

F₂=F_нез-w_дифI_г-F_ря2 (5.5)

где F_нез – н. с. независимой обмотки L2; w_диф – количество витков дифференциальной обмотки L3; F_pя2 –н. с., эквивалентная реакции якоря G2.

Когда ток генератора равен нулю, н. с. возбудителя G2 и его ЭДС имеют наибольшие положительные значения (точка а на рис. 5.15а). При увеличении тока генератора результирующая н. с. и э. д. с. возбудителя уменьшаются. При некотором значении тока I_г0 н. с. и ЭДС возбудителя становятся равными нулю. При дальнейшем увеличении тока генератора результирующая н. с. становится отрицательной и направление ЭДС изменяется, причем абсолютная величина ЭДС увеличивается при возрастании тока в соответствии с магнитной характеристикой возбудителя.

Для того чтобы магнитный поток генератора уменьшался при увеличении тока нагрузки, очевидно, целесообразно при малых токах суммировать ЭДС обоих возбудителей, т. е. чтобы положительное направление ЭДС Е₂ совпадало с направлением ЭДС Е₁. На рис. 5.15б представлены зависимости ЭДС возбудителей от тока генератора при различных частотах вращения вала генератора n_д1,..., n_дном. ЭДС Е₁, если пренебречь влиянием реакции якоря, не зависит от тока и изображается горизонтальной линией. Форма кривой Е₂(I_г) зависит от формы магнитной характеристики возбудителя G2 (см. рис. 5.15а) и соотношения н. с. его обмоток. Сумма ординат обеих кривых дает зависимость результирующей ЭДС в цепи возбуждения и в некотором масштабе изображает зависимость тока возбуждения генератора от тока нагрузки.

Внутренняя характеристика Е_г(I_г) генератора (рис. 5.15в) повторяет эту кривую в измененном масштабе при ненасыщенной магнитной цепи генератора с некоторым искажением формы при больших напряжениях вследствие магнитного насыщения. Путем подбора формы магнитной характеристики возбудителя G2 можно добиться, чтобы при токах генератора более I_гмин мощность теплового двигателя поддерживалась приблизительно постоянной. Так как потери в генераторе, как правило, растут с увеличением тока нагрузки, кривая мощности генератора Р_г(I_г) (см. рис. 5.15в) должна при этом несколько снижаться.

Э. д. с. обоих возбудителей, а, следовательно, и ток возбуждения генератора, изменяются пропорционально угловой скорости двигатель-генератора. Поэтому магнитный поток генератора также изменяется приблизительно пропорционально угловой скорости при ненасыщенной магнитной цепи и в меньшей степени при больших напряжениях, где становится заметным влияние магнитного насыщения. Мощность генератора при малых угловых скоростях снижается с увеличением тока в большей степени, чем при номинальной скорости, вследствие относительно большего влияния реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря.

Преимуществами рассмотренной схемы являются возможность поддержания постоянной мощности теплового двигателя при изменении тока нагрузки и выполнение генератора с одной обмоткой возбуждения низкого напряжения. К недостаткам относится отсутствие ограничения максимального тока и неблагоприятные пусковые характеристики. Приближение характеристики генератора к гиперболической неизбежно связано с тем, что в зоне больших токов она становится пологой. Вторым недостатком является установка двух возбудителей, из которых один (G2) является специальной машиной с двумя обмотками и магнитной характеристикой, рассчитанной применительно к заданному генератору. Суммарная мощность возбудителей определяется мощностью возбуждения при максимальном рабочем напряжении генератора, как и в случае одного возбудителя. Однако наличие двух машин с коллекторами и щетками усложняет монтаж и уход.

Практическое применение нашли схемы, в которых оба возбудителя G2 и G3 (рис. 5.14) объединены в одну машину, получившую название возбудителя с расщепленными полюсами. Ниже рассмотрены принцип устройства и схема включения применяемых вариантов таких возбудителей.