Рисунок 47 Генератор с независимым возбуждением

Обозначения токов:

I – ток нагрузки;

I_{a –} ток якоря;

I_в – ток возбуждения.

Для ГПТ независимого возбуждения I = I_а, I_в =U/R_в.

Реостат r_рг, включенный в цепь возбуждения, дает возможность регулировать ток в обмотке возбуждения, а следовательно, основной магнитный поток генератора.

Обмотка возбуждения питается от источника постоянного тока: аккумулятора, выпрямителя или другого ГПТ – возбудителя.

а) Характеристика холостого хода

При снятии характеристики U₀ = f(I_в) генератор работает в режиме х.х. и тока в якоре нет (I_а=0) и n=const. Затем постепенно увеличивают ток возбуждения до значения, при котором напряжение на выводах генератора становится на 15% больше номинального напряжения. По полученным данным строят график U₀ = f(I_в).

Рисунок 48 Характеристика холостого хода

Из графика видно, что при I_в=0 напряжение U₀≠0, что объясняется наличием небольшого потока остаточного магнетизма, сохранившегося от предыдущего намагничивания машины. При увеличении тока возбуждения, напряжение сначала растет прямо пропорционально току возбуждения, а затем начинает расти медленнее из-за насыщения стали машины и график приобретает криволинейный вид.

Зависимость U₀=f(I_в) повторяет в другом масштабе магнитную характеристику машины и дает возможность судить о её магнитных свойствах.

б) Нагрузочная характеристика

Это зависимость U=f(I_в) при неизменной нагрузке и постоянной частоте вращения. В нагрузочном режиме напряжение на выводах генератора ниже, чем в режиме х.х., что объясняется появлением тока в обмотке якоря.

На холостом ходу напряжение ГПТ U₀=Е_а, а при работе под нагрузкой U=Е_а-I_а·R_а, так как появилось падение напряжения на активном сопротивлении цепи якоря.

Следовательно, нагрузочная характеристика будет располагаться на графике ниже характеристики х.х. 

При насыщенной магнитной системе характеристики U=f(I_в) и U0=f(I_в) не будут параллельны друг другу, так как уменьшится ЭДС Е_а из-за размагничивающего влияния реакции якоря.

Рисунок 49 Нагрузочная характеристика ГПТ

в) Внешняя характеристика

Это зависимость U=f(I) при I=const и n=const.

Рисунок 50 Внешняя характеристика ГПТ независимого возбуждения

Из графика видно, что при увеличении тока нагрузки I напряжение на выводах генератора уменьшается, что объясняется следующими причинами:

1) с ростом тока нагрузки I увеличивается падение напряжения в цепи якоря (I_а·R_а);

2) растет размагничивающее влияние реакции якоря, следовательно, уменьшается магнитный поток Ф и уменьшается ЭДС обмотки якоря Е_а.

↓U=↓Е_а -↑I_а·R_а

Жесткость характеристики – это наклон характеристики к оси абсцисс.

Жесткость внешней характеристики оценивается номинальным изменением напряжения генератора при сбросе нагрузки:

.

Обычно для ГПТ независимого возбуждения ΔU_ном=5÷10%.

Характеристика I_в=f(I) при U=const и n=const показывает, как следует менять ток возбуждения I_в, чтобы напряжение на выводах генератора оставалось неизменным и равным номинальному.

Рисунок 51 Регулировочная характеристика ГПТ независимого возбуждения

Так как при увеличении нагрузки на генератор напряжение на его выводах уменьшается, то для компенсации падения напряжения в цепи якоря (I_а·R_а) и размагничивающего влияния реакции якоря следует увеличивать ток возбуждения

т.е.↑I_в  ⇒ ↑Ф  ⇒ ↑Е_а

Основной недостаток ГПТ независимого возбуждения – это необходимость в источнике постоянного тока – возбудителе. Однако возможность регулирования напряжения в широких пределах и сравнительно жесткая внешняя характеристика являются его достоинствами. Эти генераторы широко применяют на тепловозах в качестве тяговых.