Внешняя характеристика. 
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА- Лунин В.П.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки U (I) при п = const. Аналитически эта характеристика описывается уравнением электрического состояния (2.3.1). Вид внешних характеристик генераторов зависит от схемы их возбуждения.

Схема генератора независимого возбуждения приведена на рис. 2.7.3. Реостат возбуждения в этом случае включают по схеме потенциометра с выводом средней точки, чтобы можно было изменять не только значение, но и направление тока возбуждения и тем самым менять направление ЭДС якоря и полярность напряжения на его зажимах.

Рис. 2.73. Схема генератора независимого возбуждения.

Внешнюю характеристику этого генератора снимают при /_вном = const. Она представляет собой (рис. 2.7.4) слегка наклонную прямую. Из уравнения для цени якоря U=E — RJследует, что напряжение нерегулируемого генератора (Е = const) с увеличением тока нагрузки снижается из-за падения напряжения в обмотке якоря. Снижение напряжения от XX U_x = Ело номинального U_HOU составляет 6—12% U_x. При коротком замыкании во внешней цепи якоря ток превышает номинальный в десятки раз: U= О, /_к = E/R_B = (1(Н20)/_|1Ш1. Такой ток опасен для коллектора, щеток и обмотки. Электрическую машину защищают от токов КЗ быстродействующими реле и контакторами.

Перегрузка током I = (2², 5)/_110 М допускается лишь кратковременно (несколько секунд), когда нагрев машины не успевает достичь опасного состояния, а искрение неинтенсивно.

Рис. 2.7.4. Выевшие характеристики генератора независимого возбуждения.

Если устанавливать различные постоянные значения /_в, например /' < /_в ном, то и значения ЭДС Е будут разные. При этом получают семейство внешних характеристик для разных токов возбуждения. Из рис. 2.7.4 очевидно, что в генераторе независимого возбуждения можно плавно регулировать током возбуждения напряжение от нуля до номинального. Постоянство напряжения генератора постоянного тока можно поддерживать также регулированием тока возбуждения. Это делается с помощью автоматических регуляторов.

Генератор параллельного возбуждения имеет схему на рис. 2.7.5.

Рис,. 2.7.5. Схема генератора параллельного возбуждения Внешнюю характеристику этого генератора снимают при постоянном сопротивлении (R_K = const) реостата возбуждения (РВ). Кривая 2 на рис. 2.7.6 проходит ниже, чем при независимом возбуждении (прямая 1). С увеличением тока нагрузки / уменьшается напряжение U на зажимах генератора за счет падения напряжения в обмотке якоря. Поскольку обмотка возбуждения подключена к зажимам генератора (см. рис. 2.7.5), то ток возбуждения /_в = U/R_K также уменьшается и, следовательно, уменьшается магнитный поток полюсов Ф_м и ЭДС Е. Из уравнения для цепи якоря U = Е — RJ_a следует, что напряжение генератора параллельного возбуждения с увеличением тока нагрузки снижается не только из-за падения напряжения в обмотке якоря (как в генераторе независимого возбуждения), но также из-за уменьшения ЭДС Е. Снижение напряжения при номинальной нагрузке составляет 10−20% U_x.

У генератора параллельного возбуждения при уменьшении сопротивления нагрузки ток / будет увеличиваться до определенного значения, называемого критическим / = (1,5−5-2,5)/_1|0М. При дальнейшем уменьшении сопротивления нагрузки ток / начинает уменьшаться, так как уменьшение тока возбуждения приводит к размагничиванию генератора. При коротком замыкании (КЗ) во внешней цепи машина практически будет размагничена и установивший;

Рис. 2.7.6. Внешние характеристики генераторов:

1 — независимого возбуждения; 2 — параллельного возбуждения ся ток КЗ /_ку определяется лишь действием ЭДС якоря, создаваемой потоком остаточного намагничивания. Вследствие того, что эта ЭДС небольшая, ток /_ку в большинстве случаев невелик и не превышает номинального значения. Однако в переходном режиме при внезапном КЗ вследствие медленного изменения магнитного потока и ЭДС ток КЗ может превысить номинальное значение в несколько раз, что может вызвать сильное искрение в щеточно-коллекторном узле. Поэтому эти генераторы снабжают реле, которое отключает цепь якоря, как только ток якоря достигнет больших значений.

В генераторе смешанного возбуждения (рис. 2.7.7) путем соответствующего подбора числа витков последовательной обмотки удается получить практически постоянное напряжение при изменениях тока нагрузки (кривая 1 на рис. 2.7.8). С этой целью последовательную и параллельную обмотки возбуждения включают согласно, при этом их магнитные потоки складываются. В этом случае ЭДС от магнитного потока последовательной обмотки компенсирует падение напряжения в обмотке якоря и уменьшение ЭДС от снижения тока возбуждения. При встречном включении обмоток напряжение генератора при нагрузке резко надает (кривая 2 на рис. 2.7.8). Такая внешняя характеристика необходима, например, при электродуговой сварке для постоянства тока при колебаниях сопротивления цени вследствие изменения длины дуги.

Рис. 2.7.7. Схема генератора смешанного возбуждения

Рис. 2.7.8. Внешние характеристики генератора смешанного возбуждения:

• 1 — согласное включение обмоток;
• 2 — встречное включение обмоток

Генераторы последовательного возбуждения имеют внешнюю характеристику, сходную с характеристикой XX. Они не нашли широкого применения из-за непостоянства выходного напряжения, поэтому их характеристики не рассматриваются.