Генераторы постоянного тока и их основные характеристики

Основные понятия

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС Е_а. При подключении к генератору нагрузки в цепи яко­ря возникает ток, а на выводах генератора устанав­ливается напряжение, определяемое уравнением на­пряжений для цепи якоря генератора:

(28.1)

Здесь

(28.2)

– сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря r_а, обмотки добавочных полюсов r_д, компенсационной обмотки r_к.о, последовательной обмотки возбуждения r_с и переходного щеточного контакта r_щ.

Якорь генератора приводится во вращение при­водным двигателем, который создает на валу гене­ратора вращающий момент М₁. Если генератор ра­ботает в режиме х.х. (I_a = 0), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холо­стого хода M₀. Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодей­ствуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М. В генераторе этот момент направлен встречно вра­щающему моменту приводного двигателя ПД (рис. 12), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).

При неизменной частоте вращения (n=const) вра­щающий момент приводного двигателя М₁ уравнове­шивается суммой противодействующих моментов: мо­ментом х.х. М₀ и электромагнитным моментом М, т. е.

M₁ = M₀ + M.(28.3)

Выражение (28.3) – уравнение моментов для генератора при n = const. Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря w, получим уравнение мощностей:

Р₁=Р₀ + Р_эм, (28.4)

где Р₁ = М₁w – подводимая от приводного двигателя к генератору мощность (меха­ническая); Р₀ = М₀w – мощ­ность х.х., т.е. мощность, подводимая к генератору в режиме х.х. (при отключен­ной нагрузке); Р_эм = Мw – электромагнитная мощность генератора.

Рис. 12. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока.

Согласно (25.27), получим

Р_эм = Е_а I_а

или с учетом (28.1)

(28.5)

где P₂ – полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощ­ность, отдаваемая генератором нагрузке; Р_эа – мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря.

Учитывая потери на возбуждение генератора Р_э.в,получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

P₁ = P₂ + P₀ + P_эа + P_э.в (28.6)

Следовательно, механическая мощность, развиваемая при­водным двигателем Р₁, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность Р₂, передаваемую нагрузке, и мощ­ность, затрачиваемую на покрытие потерь (Р₀+Р_эа+ Р_э.в).

Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии n = const. Рассмотрим основные характеристики генераторов посто­янного тока.

Характеристика холостого хода – зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U₀ от тока возбуждения I_в:

U₀ = ¦ (I_в) при I = 0 и n = const.

Нагрузочная характеристика – зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу­ждения I_в:

U = ¦ (I_в) при I = 0 и n = const.

Внешняя характеристика – зависимость напряжения на вы­ходе генератора U от тока нагрузки I:

U = ¦(I_в) при r_рг = const и n = const,

где r_рг – регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж­дения.

Регулировочная характеристика – зависимость тока возбуж­дения I_в от тока нагрузки I при неизменном напряжении на выходе генератора:

I_в = ¦(I) при U= const и n = const.

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов постоянного тока.