На рис. 7.1 представлена принципова схема генератора постійного струму незалежного збудження. Обмотка збудження його живиться постійним струмом від стороннього джерела. Цей спосіб збудження застосовується в генераторах високої напруги (при U 500 В); низької напруги для електрохімічних цілей (при U = 4 ÷ 6 В); з широкими межами регулювання напруги на затискачах.
Характеристика холостого ходу генератора.
Характеристика холостого ходу генератора являє собою графічно зображену залежність е.р.с. Е якоря від струму ІВ збудження при постійній швидкості обертання п =const і струмі якоря І2=0:
для ординати:
Практично характеристика холостого ходу цього генератора знімається дослідним шляхом — вимірюванням вольтметром напруги на затискачах розімкнутого якоря при поступовій зміні струму збудження. Внаслідок наявності залишкового магнетизму в полюсах і станині машини дослідна крива зазвичай починається трохи вище (на Ео) початку координат (див. рис. 7.2).
Навантажувальна характеристика генератора.
Якщо в коло якоря генератора при певному значенні напруги на його затискачах включити навантаження у вигляді омічного опору, то в цьому колі потече струм І2 і напруга генератора при даному струмі збудження трохи зменшиться.
Зменшення напруги при навантаженні в цьому випадку відбудеться під впливом розмагнічуючої дії м.р.с. якоря на поле полюсів FR і падіння напруги в омічному опорі обмотки якоря і щіткових контактів від струму якоря І2r2, де FR = FВ + Fq ; r2 = r2 + rщ, при цьому FB — поздовжня складова м.р.с. якоря на пару полюсів при зсуві щіток з геометричної нейтралі, яка визначається рівнянням ,
На рис. 7.3 крива 1 зображує характеристику холостого ходу генератора, зняту дослідним шляхом при струмі якоря І2 = 0. Нехай при струмі збудження Ів = ОА напруга на затискачах розімкнутого якоря визначається ординатою Uo = Аа. При навантаженні струмом якоря І2 напруга генератора складе величину U = Ad. Для визначення точки d потрібно відкласти в масштабі струму збудження відрізок розмагнічуючої м.р.с. якоря АВ = FR/(2wn) уліво від вертикальної лінії Аа, при цьому wп — число витків обмотки збудження на полюс. Тоді ордината Вb буде виражати е.р.с. якоря при навантаженні Е = Вb = Ас. Напруга на затискачах якоря менше цієї е.р.с. на величину падіння напруги в якорі І2r2 = cd. Отже, U = Е - І2r2, або U = Ad = Ас — cd. Трикутник bcd, катети якого виражають вплив м.р.с. якоря й падіння напруги в ньому на напругу генератора, називають характеристичним трикутником. При побудові характеристик генераторів постійного струму катети цього трикутника для простоти зазвичай приймають пропорційними струму якоря. У дійсності ж катет bс, що виражає вплив м.р.с. якоря на поле полюсів, залежить від стану насичення магнітної системи машини й у загальному випадку не цілком пропорційний струму якоря. На рис. 7.3 показано досліджену навантажувальну характеристику (криву 2').
При розгляді навантажувальної характеристики генератора U = f(І2) при І2 = const сторони характеристичного трикутника bcd при різних струмах збудження приймаються незмінними. Отже, для побудови названої характеристики досить переміщати цей трикутник паралельно самому собі, торкаючись точкою b характеристики холостого ходу. Тоді точка d трикутника опише навантажувальну характеристику (крива 2). Оскільки при дослідженні можна підтримувати постійними різні по величині струми якоря, то можна побудувати сімейство навантажувальних характеристик, подібних кривій 2.
Так, наприклад, характеристика холостого ходу машини (крива 1 на рис. 7.3) являє собою окремий випадок навантажувальної характеристики її при струмі якоря І2 = 0.
Зовнішня характеристика генератора. Зовнішня характеристика генератора незалежного збудження являє собою графічно зображену залежність напруги на його затискачах від струму навантаження при постійних значеннях швидкості обертання і струми збудження (п = const; Ів = const) U=f(I2). Цю характеристику можна зняти дослідним шляхом або ж побудувати графічно по характеристиці холостого ходу. На рис. 7.4 показана побудова зовнішньої характеристики цього генератора при постійному струмі збудження Ів = ОА.
Для побудови зовнішньої характеристики потрібно визначити ще одну точку, наприклад при струмі якоря OD = І2/2. При цьому струмі сторони характеристичного трикутника bсd зменшаться вдвічі. Новий трикутник b'с'd' займе на рис. 7.4 інше положення між кривою 1 і ординатою Аа. Точка d' його, перенесена вправо, визначить точку зовнішньої характеристики е' при струмі якоря OD = І2/2. Тоді зовнішня характеристика даного генератора пройде через точки f, е' і е (крива 2). Відносна зміна напруги генератора при переході від холостого ходу до номінального навантаження
Для наближеного визначення кратності струму встановленого короткого замикання І2у/І2 потрібно із точки А (див. рис. 7.4) провести лінію bкdк паралельно гіпотенузі bd характеристичного трикутника bсd. Тоді ця кратність (див. рис. 7.4)
