Условия самовозбуждения генераторов

Самовозбуждением генераторов постоянного тока называют способ получения достаточного по интенсивности магнитного поля машины за счет электрической энергии самого генератора без применения посторонних источников электрической энергии.

Основным условием самовозбуждения генератора является наличие у машины остаточного магнитного потока . Электротехническая сталь имеет кривую намагничивания в форме петли гистерезиса, поэтому при нулевом значении намагничивающей силы индукция магнитного поля воздушного зазора не равняется нулю. Ради справедливости следует отметить то, что это имеет место только тогда, когда магнитопровод был когда-либо намагничен, и если магнитная система машины не была специально размагничена. Таким образом, остаточный магнитный поток определенного направления у работавших машин обычно имеется.

Рис. 4.13

Если теперь обмотку возбуждения подключить к зажимам якорной цепи (рис. 4.13) и заставить вращаться якорь генератора с номинальной частотой, то на его зажимах появится слабое напряжение, обусловленное остаточным магнитным потоком. Так как обмотка возбуждения подключена к зажимам якорной цепи, в ней появится ток, создавая небольшую намагничивающую силу. Последняя создает свою составляющую магнитного потока.

Поток обмотки возбуждения при этом может совпадать, а может и не совпадать с остаточным магнитным потоком. Если магнитный поток обмотки возбуждения не совпадает по направлению с остаточным магнитным потоком, то он будет ослаблять остаточный магнитный поток машины.

Самовозбуждение генератора может иметь место тогда, когда магнитный поток обмотки возбуждения совпадает с остаточным магнитным потоком по направлению. Одним словом, поток об­мот­ки возбуждения должен усиливать остаточный магнитный поток.
В ре­зультате увеличившийся поток приведет к увеличению электродвижущей силы машины (ЭДС), что в свою очередь вызовет увеличение тока возбуждения. Процесс самовозбуждения машины будет проходить лавинообразно.

Рис. 4.14

Рассмотрим характеристику холостого хода, на которой представлена вольт-амперная характеристика цепи возбуждения. Вольт-амперной характе­ристикой цепи возбуждения называют зависимость напряжения на зажимах цепи от тока возбуждения. Сопротивление цепи воз­буждения равно сумме сопротивления обмотки и сопротивления реостата. В зависимости от величины сопротивления регулировочного реостата характеристики имеют различный угол наклона к оси токов возбуждения (пря­мые 1, 2, 3 рис. 4.14).

Рассмотрим процесс самовозбуждения генератора, когда вольт-амперная характеристика цепи возбуждения представлена прямой 1 на рис. 4.14.

На рис. 4.14 напряжение является напряжением на зажимах генератора, обусловленного остаточным магнитным потоком. Это напряжение обеспечивает прохождение тока обмотки возбуждения, определяемой формулой . Сопротивление равно сумме сопротивления обмотки возбуждения и сопротивления регулировочного резистора . Ток возбуждения создает дополнительный магнитный поток. В результате появления этого магнитного потока на зажимах генератора получим напряжение в соответствии с характеристикой холостого хода (см. рис. 4.14), но напряжению соответствует ток возбуждения . В свою очередь этот ток создает такой магнитный поток, который обеспечивает напряжение на зажимах генератора. Процесс самовозбуждения в действительности происходит лавинообразно до точки , которая является точкой устойчивого равновесия. В результате процесса самовозбуждения на зажимах генератора получим величину ЭДС .

Если увеличить регулировочное сопротивление цепи , то вольт-амперная характеристика цепи изменится (прямая 2). Для другого значения сопротивления регулировочного реостата цепи возбуждения точка устойчивого равновесия сместится вниз по характеристике холостого хода (точка ). Дальнейшее увеличение сопротивления цепи возбуждения может привести к такому положению прямой, когда она будет касаться характеристики холостого хода (прямая 3). Как следует из рисунка, при таком значении сопротивления цепи возбуждения генератора не произойдет. Сопротивление цепи возбуждения, при котором невозможно самовозбуждение генератора, называется критическим.

ЭДС генератора, следовательно, и характеристика холостого хода зависят от частоты вращения якоря. Таким образом, величина критического сопротивления зависит от частоты вращения якоря.

Можно сделать вывод о том, что самовозбуждение генератора возможно в том случае, если а) имеется остаточный магнитный поток; б) обмотка возбуждения подключена таким образом, что магнитный поток совпадает с остаточным магнитным потоком; в) сопротивление цепи возбуждения меньше критического.