4.2. Условия самовозбуждения генераторов с параллельным и смешанным возбуждением

В генераторах параллельного возбуждения обмотка возбуждения питается от обмотки якоря (см. рис. 4.1, б), поэтому при вращении ротора ЭДС в обмотке якоря наводиться не будет. Для появления ЭДС необходимо наличие остаточного магнитного потока в машине, для чего она хотя бы один раз должна быть намагничена путем пропускания тока через обмотку возбуждения от постороннего источника.

Процесс самовозбуждения генератора протекает следующим образом. Остаточный магнитный поток наводит в обмотке вращающегося якоря остаточную ЭДС , которая составляет 1...3% номинального напряжения машины. Так как обмотка возбуждения подключена к обмотке якоря, то создает в ней небольшой ток возбуждения, который, в свою очередь, создает начальный поток возбуждения. В зависимости от направления этого потока возможны два варианта развития процесса самовозбуждения.

Поток возбуждения направлен встречно остаточному потоку; результирующий поток уменьшается, и машина не возбуждается. В этом случае надо поменять местами выводы обмотки параллельного возбуждения.

Поток возбуждения направлен согласно с остаточным потоком. При этом результирующий поток увеличивается, что приводит к увеличению ЭДС. Увеличение ЭДС вызывает увеличение тока возбуждения, результирующего потока и т.д.

Процесс нарастания тока возбуждения при холостом ходе машины описывается дифференциальным уравнением

(4.6)

где — индуктивность обмотки возбуждения.

Падение напряжения в цепи якоря от тока весьма мало, поэтому в уравнении (4.6) напряжение возбуждения принято равным ЭДС обмотки якоря. Процесс самовозбуждения завершится, когда ток в обмотке возбуждения достигнет установившегося значения. Тогда

.

(4.7)

На рис. 4.2 показаны зависимости и при . Первая зависимость является характеристикой холостого хода (кривая 1), а вторая – характеристикой цепи возбуждения (прямые 2–4).

Если принять, что , то характеристика цепи возбуждения будет представлять собой прямую линию 2, идущую под углом к оси абцисспричем

.

Точка пересечения характеристик 1 и 2 отвечает равенствам (4.7), а соответствующая этой точке ЭДС обмотки якоря устанавливается при данном сопротивлении цепи возбуждения. . При изменении сопротивления цепи возбуждения будет изменяться ЭДС обмотки якоря. Если увеличивать сопротивление , то угол наклона характеристики цепи возбуждения будет возрастать, а точка будет перемещаться влево.

При некотором критическом сопротивлении цепи возбуждения прямая 3, определяемая произведением,, совпадает с прямолинейной частью характеристики холостого хода. Критическое сопротивление является максимальным сопротивлением цепи обмотки возбуждения, при котором возможно самовозбуждение машины. При дальнейшем увеличении сопротивления самовозбуждение происходить не будет, так как прямая 4, соответствующая этом случае не пересекает характеристику холостого хода.

Если генератор работает с переменной частотой вращения, то каждому значению будет соответствовать своя характеристика холостого хода 1–3 на рис. 4.3, так как ЭДС пропорциональна п. Следовательно, для каждой частоты вращения будет свое значение критического сопротивления , а для каждого сопротивления - своя критическая частота вращения , ниже которой невозможно самовозбуждение генератора (кривая 2).

Таким образом, для самовозбуждения генератора необходимо выполнение следующих условий:

в машине должен существовать остаточный магнитный поток;

поток возбуждения должен быть направлен согласно с остаточным потоком;

сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть меньше критического или частота вращения якоря должна быть больше критической.