Рисунок 2.1 – Схемы генераторов независимого (а), параллельного (б),

Последовательного (в), смешанного (г) возбуждения

Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, параллельную, включенную параллельно обмотке якоря и последовательную, включенную последовательно с обмоткой якоря. Если эти обмотки включены так, что создаваемые ими МДС совпадают по направлению, т.е. складываются, то такое включение называется согласным. Если МДС не совпадают по направлению, т.е. вычитаются, то включение называется встречным. Обычно применяют согласное включение обмоток. У генераторов смешанного возбуждения основная МДС создается параллельной обмоткой.

В цепях обмоток параллельного и независимого возбуждения для регулирования тока возбуждения включают регулировочные реостаты. В судовых электроэнергетических системах применяют генераторы независимого, параллельного и смешанного возбуждения.

2.2. Уравнения электрического и механического равновесия

генераторов постоянного тока

При работе генератора постоянного тока в его якорной обмотке индуктируется ЭДС Е_а. При подключении к генератору нагрузки r_н (рисунок 2.1) в цепи якоря появляется ток I_a и на зажимах устанавливается напряжение U.

Уравнение равновесия ЭДС по второму закону Кирхгофа для цепи якоря генератора записывается в виде

(2.1)

где I_a – ток в обмотке якоря; - сумма сопротивлений участков цепи якоря.

В общем случае

,

где r_a, r_д, r_с, r_к - сопротивления обмоток якоря, добавочных полюсов, последовательной обмотки возбуждения и компенсационной обмотки.

Поскольку E_a=c_enФ, то уравнение электрического равновесия генератора записывается в виде

Умножив обе части выражения (2.2) на ток I_a, получим уравнение мощности генератора

, (2.2)

где UI_a = P₂ – полезная мощность, отдаваемая генератором подключенным потребителям; E_aI_a=P_эм – электромагнитная мощность генератора; - потери в цепи якоря.

Из выражения (2.1) следует, что ЭДС генератора E_а имеет две составляющие: одна U выводится на зажимы генератора и действует на подключенную нагрузку, а другая преодолевает омическое сопротивление цепи якоря и называется падением напряжения в якоре генератора. Если все члены уравнения (2.2) разделить на угловую скорость вращения Ω, то получим уравнение вращающих моментов для установившегося режима работы

, (2.3)

где - вращающий момент первичного двигателя; - электромагнитный момент генератора; - момент холостого

хода, соответствующий потерям на трение, потерям в стали и добавочным потерям.

В неустановившихся режимах, когда частота вращения изменяется, возникает также динамический (вращающий) момент

(2.4)

где ℐ - момент инерции вращающихся частей генератора.

Динамический момент соответствует кинетической энергии вращающихся масс. При изменении частоты вращения генераторного агрегата от установившихся значений в сторону увеличения динамический момент оказывает тормозящее действие, т.е. действует согласно с , а при изменении частоты вращения в сторону уменьшения, момент оказывает ускоряющее действие, т.е. совпадает с первичного двигателя. Следовательно, в общем случае при n¹const урав­нение моментов будет иметь вид

(2.5)

Уравнение электрического равновесия генератора (2.1) дает возможность установить зависимость между любыми электрическими величинами в генераторе, т.е. определить характеристики машины. Основными величинами, определяющими режимы работы гене­раторов, являются: U, I_а, I_в, n. Генераторы чаще всего работают с постоянной частотой вращения, поэтому основные характеристики снимаются при n=const.