Распространены генераторы постоянного тока независимого, параллельного и смешанного возбуждения.
Генератор независимого возбуждения (рис 77) в качестве источника питания обмотки полюсов может иметь аккумулятор, выпрямитель или генератор постоянного тока, называемый в этом случае возбудителем.
Характеристика холостого хода (рис. 78, а) — зависимость напряжения генератора при холостом ходе от тока возбуждения при постоянной скорости вращения — имеет восходящую и нисходящую ветви. Восходящая получается при первом намагничивании и отсутствии остаточного магнетизма. Нисходящая получается приуменьшении тока возбуждения. При отсутствии тока возбуждения генератор будет иметь некоторое напряжение UOCT остаточного магнетизма.
Рис. 77. Схема генератора независимого возбуждения.
Внешняя характеристика генератора — зависимость напряжения от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения и скорости вращения — показана кривой 1 (рис. 78, б).
Понижение напряжения на зажимах генератора с ростом нагрузки вызвано двумя причинами:
усилением реакции якоря вследствие увеличения тока нагрузки, что ведет к размагничиванию машины и уменьшению э. д. с., увеличением падения напряжения в цепи якоря. Изменение напряжения на зажимах генератора независимого возбуждения бывает в пределах 5—10%.
Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при постоянном напряжении и скорости вращения — показана кривой 1 (рис. 78, е). Для поддержания напряжения постоянным с ростом нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения. Относительное изменение тока возбуждения при изменении нагрузки в пределах номинальной составляет 20—25%.
Основной недостаток генераторов независимого возбуждения — нужда в постороннем источнике постоянного тока. Основные достоинства — возможность регулировать напряжение в широких пределах и сравнительно жесткая внешняя характеристика.
Генератор параллельного возбуждения (рис. 79) возбуждается по принципу самовозбуждения. Этот принцип основан на том, что магнитная система машины, будучи намагниченной, сохраняет небольшой магнитный поток остаточного магнетизма в пределах 2—3% от полного потока. При вращении генератора в якорной обмотке от потока остаточного магнетизма наводится небольшая остаточная э. д. с., под действием которой в обмотке возбуждения возникает небольшой ток, он создает добавочный магнитный поток.
Рис. 79. Схема генератора параллельного возбуждения.
Рис. 78. Характеристика генераторов постоянного тока:
а — характеристика холостого хода; б — внешние характеристики; 1 — независимого; 2 — параллельного; 3 и 4 — смешанного возбуждения; в — регулировочные характеристики; 1 — независимого и параллельного возбуждения; 2 и 3 — смешанного возбуждения.
Если направление добавочного потока совпадает с остаточным, то результирующий поток увеличивается. Увеличенный поток наведет большую э. д. с., которая вызовет больший ток возбуждения и больший магнитный поток и т. д. до тех пор, пока напряжение холостого хода генератора не будет равно падению напряжения в цепи возбуждения.
Самовозбуждение генератора постоянного тока возможно при соблюдении следующих условий: магнитная система генератора имеет остаточный магнетизм;
обмотка возбуждения включена согласованно с обмоткой якоря, то есть направление добавочного потока совпадает с остаточным;
сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше определенной величины, называемым критическим сопротивлением.
Рис. 80. Схема генератора смешанного возбуждения.
Генераторы параллельного возбуждения имеют характеристику холостого хода и регулировочную характеристику такого же вида, как и генераторы независимого возбуждения.
Внешнюю характеристику генератора параллельного возбуждения снимают при постоянном сопротивлении цепь возбуждения, она менее жесткая, чем в генераторе независимого возбуждения (кривая 2, рис. 78. б). Это объясняется тем, что. кроме размагничивающего действия реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря в генераторах параллельного возбуждения действует еще третья причина — уменьшение тока возбуждения вследствие уменьшения напряжения от действия первых двух причин. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения имеет характерный перегиб, за которым уменьшение сопротивления нагрузки сопровождается уменьшением тока и сбросом напряжения.
Генераторы параллельного возбуждения широко используют при спокойной, медленно изменяющейся нагрузке и в тех случаях, когда допустимо изменение напряжения в известных пределах.
Генератор смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения: параллельную и последовательную, они уложены на одних и тех же сердечниках и включаются согласованно, то есть их потоки складываются (рис. 80).
При холостом ходе магнитный поток создается только параллельной обмоткой, так как в этом случае последовательная обмотка не обтекается током. Поэтому характеристика холостого хода такая же, как и генератора параллельного возбуждения.
Вид внешней характеристики генератора смешанного возбуждения зависит от соотношения намагничивающих сил параллельной и последовательной обмоток возбуждения. При нагрузке генератора магнитный поток последовательной обмотки частично или полностью компенсирует действие реакции якоря к падение напряжения в цепи якоря. При слабо выраженной последовательной обмотке внешняя характеристика генератора смешанного возбуждения чуть выше внешней характеристики генератора параллельного возбуждения (рис. 78, б, кривая 3). При более сильно выраженной последовательной обмотке возбуждения напряжение генератора при полной нагрузке сможет сохраниться на уровне напряжения холостого хода (кривая 4, рис. 78, б).
Вид регулировочных характеристик зависит и от соотношения намагничивающих сил обмоток возбуждения. На рисунке 78, в регулировочные характеристики 2 и 3 относятся к генератору с внешними характеристиками, изображенными соответственно кривыми 3 и 4, рис. 78, б.
Генераторы смешанного возбуждения применяют в установках с часто и резко изменяющейся нагрузкой и где требуется поддерживать постоянное напряжение.
