1.2.3. Характеристики генераторов переменного тока

Внешняя характеристика, т. е. зависимость напряжения генера­тора от тока U_г (I_г) при п = const, может определяться при самовоз­буждении и независимом возбуждении. Аналитическое выражение зависимости напряжения от тока для фазных величин имеет сле­дующий вид:

где z₀ - полное сопротивление генератора.

Снижение напряжения при увеличении нагрузки происходит из-за падения напряжения в активном и индуктивном сопро­тивлениях обмоток статора, размагничивающего действия реакции якоря, уменьшающей магнитный поток в воздушном зазоре, из-за падения напряжения в цепи выпрямителя, а в случае самовозбуждения прибавляется падение напряжения на обмотке возбуждения. На рис. 1.5. представлена внешняя характеристика генератора переменного тока: а - с самовозбуждением; б- с независимым возбуждением Из семейства внешних характеристик определяется максимальный ток, который обеспечивается при заданном или регулируемом значении напряжения.

Рис. 1.5.

Рис. 1.6.

Скоростная регулировочная характеристика I_в(n) (рис. 1.6,а). Ми­нимальное значение тока возбуждения определяется при токе на­грузки генератора, равном нулю, и максимальной частоте враще­ния. Скоростные регулировочные характеристики позволяют опре­делить диапазон изменения тока возбуждения с изменением на­грузки при постоянном напряжении.

Токоскоростная характеристика I_г(n) (рис. 1.6,б) имеет важное значение при разработке и выборе генератора.

При замыкании внешней цепи на сопротивление нагрузки индуцированная в обмотке статора электродвижущая сила вызывает ток

где R_а, и X_L – соответственно активное и индуктивное сопротивление обмотки статора.

Выразив индуктивное сопротивление обмотки статора через частоту и индуктивность, а затем через частоту вращения и индук­тивность:

где L - индуктивность обмотки статора; С_х – постоянный коэффициент; , и учитывая зависимость (1.2), получим следующее выражение для тока генератора:

При малой частоте вращения индуктивная составляющая сопро­тивления мала по сравнению с активной составляющей (R_а + R_н )² и ею можно пренебречь. При этом ток будет возрастать пропорционально частоте вращения (начальная часть характери­стики на рис. 1.6,б):

С увеличением частоты вращения индуктивная составляющая возрастает и становится значительно больше активной состав­ляющей, следовательно, последней можно пренебречь. При этом ток будет постоянным, не зависящим от частоты вращения, а опре­деляемым параметрами обмоток генератора и магнитным потоком:

Электрическая схема генератора 37.3701 показана на рис. 1.11.

Рис 1.11.

Показатели использования материалов генератора 37.3701 улучшены по сравнению с генераторами Г221 (14 В, 590 Вт) и Г222 (14 В, 660 Вт) за счет совершенствования электромагнитной систе­мы и увеличения тока возбуждения, что позволило получить тре­буемое повышение мощности практически без увеличения массы и основных размеров генератора.

Для оценки использования материалов генераторов применяют коэффициент использования (максимальный)

где Р_{г max} - максимальная мощность генератора, Вт; G_г - масса ге­нератора (без шкива), кг.

Максимальная мощность генератора переменного тока

где U_н - номинальное выпрям­ленное напряжение (14 или 28 В);

I_{г max} - максимальный ток на­грузки генератора.

Учитывая, что масса элек­трических машин зависит не от их мощности, а от момента (т.е. мощности, деленной на частоту вращения), пользо­ваться коэффициентом К_max можно только для сравнения технического уровня генераторов с одинаковой или близкой частотой вращения. Для более объектив­ной оценки технического уровня генератора с точки зрения исполь­зования материалов применяется удельный коэффициент исполь­зования, учитывающий различную частоту вращения,

где I_рас - расчетный ток, соответствующий 70... 75 % I_{г max}; n_рас – частота вращения, соответствующая I_рас. Параметры I_рас и n_рас можно определить, проводя из начала координат касательную к токоскоростной характеристике (см. рис. 1.6,б). Точка касания определяет расчетные значения I_рас и n_рас.

На практике в случаях, когда токоскоростная характеристика не­известна и определить значения I_рас и n_рас невозможно, пользуются удельным коэффициентом использования по холостому ходу

где п_x - начальная частота вращения при холостом ходе.