Системы возбуждения при гиперболических характеристиках генератора

В рассмотренных выше системах возбуждения генератора снижение магнитного потока с увеличением тока нагрузки осуществляется вычитанием н. с., пропорциональной току, из основной положительной н. с. возбуждения генератора. При этом магнитный поток изменяется по магнитной характеристике, которая всегда обращена выпуклостью вверх и только при полностью ненасыщенной цепи представляет собой прямую линию. Вследствие этого и характеристики генератора Фг(Iг) и Ег(Iг) выпуклые или прямолинейные. Получить характеристики гиперболического вида посредством комбинации различных н. с. в машине не представляется возможным.

Однако нелинейность магнитной характеристики может быть использована для создания характеристики, близкой к гиперболе, если складывать алгебраически не н. с., а ЭДС или магнитные потоки. Например, характеристику, близкую по форме к кривой BCD (см. рис. 1.58), можно получить, если последовательно с генератором, имеющим постоянное напряжение, соответствующее линии CD, включить второй генератор, ЭДС которого направлена навстречу э. д. с. первого генератора и возрастает с увеличением тока нагрузки, начиная с тока Iгмин (точка С). В этом случае можно так рассчитать насыщение магнитной цепи, чтобы разность ЭДС обоих генераторов была близка к линии ВС. Такое решение однако неприемлемо вследствие необходимости добавления второго мощного генератора.

Решение становится технически приемлемым, если сложение ЭДС осуществить в цепи возбуждения генератора, как это показано на рис. 5.14. Генератор имеет лишь одну обмотку L1 независимого возбуждения, в цепь которой включены два возбудителя G3 и G2, приводимые от теплового двигателя. Ток возбуждения возбудителя В1 поддерживается постоянным. Возбудитель G2 имеет две обмотки возбуждения: независимую L2, включенную на напряжение G3, и дифференциальную L3, включенную в цепь тока нагрузки тягового генератора. Потоки независимой L2 и дифференциальной L3 обмоток возбудителя G2 действуют навстречу друг другу.

Ток возбуждения генератора

где Е1 Е2 – ЭДС. возбудителей G3 и G2 соответственно; R – сопротивление цепи возбуждения генератора.

Результирующая н. с. возбуждения возбудителя G2

F2=Fнез-wдифIг-Fря2 (5.5)

где Fнез – н. с. независимой обмотки L2; wдиф – количество витков дифференциальной обмотки L3; Fpя2 –н. с., эквивалентная реакции якоря G2.

Когда ток генератора равен нулю, н. с. возбудителя G2 и его ЭДС имеют наибольшие положительные значения (точка а на рис. 5.15а). При увеличении тока генератора результирующая н. с. и э. д. с. возбудителя уменьшаются. При некотором значении тока Iг0 н. с. и ЭДС возбудителя становятся равными нулю. При дальнейшем увеличении тока генератора результирующая н. с. становится отрицательной и направление ЭДС изменяется, причем абсолютная величина ЭДС увеличивается при возрастании тока в соответствии с магнитной характеристикой возбудителя.

Для того чтобы магнитный поток генератора уменьшался при увеличении тока нагрузки, очевидно, целесообразно при малых токах суммировать ЭДС обоих возбудителей, т. е. чтобы положительное направление ЭДС Е2 совпадало с направлением ЭДС Е1. На рис. 5.15б представлены зависимости ЭДС возбудителей от тока генератора при различных частотах вращения вала генератора nд1, ., nдном. ЭДС Е1, если пренебречь влиянием реакции якоря, не зависит от тока и изображается горизонтальной линией. Форма кривой Е2(Iг) зависит от формы магнитной характеристики возбудителя G2 (см. рис. 5.15а) и соотношения н. с. его обмоток. Сумма ординат обеих кривых дает зависимость результирующей ЭДС в цепи возбуждения и в некотором масштабе изображает зависимость тока возбуждения генератора от тока нагрузки.

Внутренняя характеристика Ег(Iг) генератора (рис. 5.15в) повторяет эту кривую в измененном масштабе при ненасыщенной магнитной цепи генератора с некоторым искажением формы при больших напряжениях вследствие магнитного насыщения. Путем подбора формы магнитной характеристики возбудителя G2 можно добиться, чтобы при токах генератора более Iгмин мощность теплового двигателя поддерживалась приблизительно постоянной. Так как потери в генераторе, как правило, растут с увеличением тока нагрузки, кривая мощности генератора Рг(Iг) (см. рис. 5.15в) должна при этом несколько снижаться.