Что такое самовозбуждающиеся генераторы постоянного тока?

Что такое самовозбуждающиеся генераторы постоянного тока?

Самовозбуждающийся генератор постоянного тока

Современный генератор постоянного тока с возбуждающей обмоткой является самовозбуждающимся генератором, который начинает работу с начального тока в возбуждающей обмотке. Когда генератор выключен, небольшая магнитная сила генерируется в роторе, что индуцирует электродвижущую силу в якоре и, следовательно, создает ток в полевых обмотках. Начально слабое магнитное поле создает небольшой ток в обмотке, но для поддержания самовозбуждения дополнительный магнитный поток увеличивает электродвижущую силу в роторе, поэтому напряжение постоянно увеличивается до тех пор, пока машина не будет полностью загружена.

Механизм работы

Небольшое количество магнетизма сохраняется в железе ротора. Это остаточное магнитное поле в главном полюсе индуцирует электродвижущую силу в статорной обмотке, которая генерирует начальный ток в полевой обмотке.

Небольшой ток, протекающий через обмотку, усиливает магнитное поле. В результате увеличиваются выходное напряжение и ток поля. Этот цикл продолжается до тех пор, пока электродвижущая сила в якоре не превзойдет падение напряжения на обоих концах возбуждающей обмотки. Однако, достигнув определенного уровня, полюс поля становится насыщенным, при этом достигается электрическое равновесие, электродвижущая сила якоря больше не увеличивается, и ток не растет. Сопротивление обмотки возбуждения имеет определенное фиксированное значение, при котором может быть реализовано самовозбуждение. Это сопротивление может варьироваться в зависимости от электрических параметров генератора.

Типы генераторов постоянного тока

Генераторы постоянного тока в основном делятся на последовательные, параллельные и комбинированные, каждый тип имеет разное расположение обмоток и характеристики регулирования напряжения.

Последовательные генераторы

В последовательных генераторах обмотка поля и якорная обмотка соединены последовательно, что позволяет току протекать как по внешней цепи, так и по обмоткам. Обмотка поля имеет низкое сопротивление и состоит из нескольких витков толстого провода, что увеличивает ток, когда сопротивление нагрузки уменьшается.

В результате магнитное поле и выходное напряжение в цепи увеличиваются. В таких генераторах выходное напряжение прямо пропорционально току нагрузки, что не требуется в большинстве применений. По этой причине такие типы генераторов редко используются.

Параллельные генераторы постоянного тока

В параллельных генераторах обмотка поля соединена параллельно якорю, обеспечивая постоянное напряжение по всей цепи. Обмотка поля имеет много витков для достижения высокого сопротивления, ограничивая ток, проходящий через нее, и направляя оставшийся ток на нагрузку.

В параллельных генераторах, поскольку они соединены параллельно, токи в параллельных ветвях независимы друг от друга. Поэтому выходное напряжение почти постоянное, и если оно изменяется, то изменяется обратно пропорционально току нагрузки. Это связано с падением напряжения, вызванным увеличением сопротивления якоря. 

Комбинированные генераторы

Комбинированный генератор является развитием последовательного и параллельного генераторов. Принцип работы генератора объединяет два типа, чтобы преодолеть недостатки обоих. У него есть оба типа обмоток: последовательная и параллельная. В зависимости от их соединения, комбинированные генераторы делятся на два типа - короткозамкнутые и длиннозамкнутые.

 Длиннозамкнутый комбинированный генератор

Здесь параллельная обмотка поля соединена параллельно якорю, как показано на рисунке. Последовательная обмотка затем соединена последовательно.

 Короткозамкнутый комбинированный генератор

Здесь параллельная обмотка поля соединена параллельно якорю, как показано на рисунке. Последовательная обмотка затем соединена последовательно.

Преимущества комбинированного генератора постоянного тока

В комбинированном генераторе, когда ток нагрузки увеличивается, напряжение якоря автоматически уменьшается, что приводит к уменьшению магнитного поля, создаваемого параллельной обмоткой. Однако тот же рост тока нагрузки, протекающего через последовательную обмотку, вызывает увеличение магнитного поля. Таким образом, уменьшение магнитного поля в параллельной обмотке компенсируется увеличением магнитного поля в последовательной обмотке. В результате выходное напряжение остается постоянным, как показано на рисунке.

 Коммутирующие и дифференциальные комбинированные генераторы постоянного тока

Поскольку комбинированный генератор имеет оба поля - параллельное и последовательное, их сочетание делает большое различие. Когда последовательное поле усиливает параллельное, их воздействие больше, и говорят, что это коммутирующий комбинированный генератор. С другой стороны, если последовательное поле противодействует параллельному, их воздействие меньше, и говорят, что это дифференциальный комбинированный генератор.