Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

Глава 2. ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА. 
2.1. Основные понятия. 
В зависимости от схемы включения обмотки возбуждения генераторы постоянного тока 
(ГПТ) с электромагнитным возбуждением подразделяют на генераторы независимого 
возбуждения и генераторы с самовозбуждением. В первом случае независимая (от самого 
генератора) обмотка возбуждения (НОВ) получает питание от постороннего источника 
постоянного тока (рис. 2.1, а), во втором – питание обмотки возбуждения осуществляется от 
самого генератора. Генераторы с самовозбуждением, в свою очередь, подразделяют на 
генераторы: 
• параллельного возбуждения (шунтовые), у которых обмотка возбуждения (ШОВ) 
подключена параллельно обмотке якоря (рис. 2.1, б); 
• последовательного возбуждения (сериесные), у которых обмотка возбуждения (СОВ) 
включена последовательно с обмоткой якоря (рис. 2.1, в); 
• смешанного возбуждения (компаундные), имеющие две обмотки возбуждения, одна из 
которых соединена с обмоткой якоря параллельно (ШОВ), а другая – последовательно (СОВ) 
(рис. 2.1, г). 
Рис. 2.1. Упрощенные электрические схемы генераторов постоянного тока. 
независимого (а), параллельного (б), последовательного (в) и смешанного (г) возбуждения: 
G – генератор; НОВ, ШОВ и СОВ – независимая, шунтовая и сериесная обмотки 
возбуждения соответственно; Е
г
– ЭДС генератора; U
в
– напряжение обмотки возбуждения 
Генераторы с возбуждением постоянными магнитами не имеют обмотки возбуждения, так 
как их главные полюсы изготовляются в виде постоянных магнитов. При работе ГПТ в его 
якорной обмотке индуцируется ЭДС Е
я
. При подключении к генератору нагрузки в цепи 
якоря возникает ток, а на выводах генератора устанавливается напряжение: 
U
г
= Е
я 
- I
я
R
я
(2.1) 
где R
я
, – сумма сопротивлений всех участков электрической цепи якоря, Ом. В общем виде 

---

35 / 203 
это сопротивление можно представить как: R
я
= r
оя
+ r
дп
+ r
ко
+ r
сов
+ r
щ
т.е. оно состоит из 
сопротивлений обмотки якоря r
оя
, обмотки добавочных полюсов r
дп
, компенсационной 
обмотки r
ко
, последовательной обмотки возбуждения r
сов
и переходного щеточного контакта 
r
щ
. При отсутствии в машине какой-либо из указанных обмоток соответствующие слагаемые 
из формулы (2.2) нужно исключить. Якорь генератора приводится во вращение первичным 
двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент М
1
. Если генератор 
работает в режиме холостого хода (I
я
= 0), то для вращения его якоря нужен сравнительно 
небольшой момент, называемый моментом холостого хода М
0
. Этот момент затрачивается 
на преодоление трения в подшипниках, трения щеток о коллектор, трения вращающихся 
частей о воздух. При работе нагруженного генератора в проводниках обмотки якоря 
появляется ток i
a
= I
я
/ 2а. В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем 
главных полюсов машины на каждый проводник обмотки якоря действует сила: 
F
эм
= В
ср
lia (2.3) 
где В
ср
– среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре, Тл; l – активная длина 
якоря, м. Определив по правилу левой руки направление этой силы, видим, что создаваемый 
ею электромагнитный момент М
эм
направлен против вращающего момента первичного 
двигателя М
1
. Величина электромагнитного момента 
М
эм
= F
эм
ND/2 = B
cp
li
a
ND/2 (2.4) 
где N – число активных проводников в обмотке якоря; D – наружный диаметр якоря, м. Имея 
в виду, что i
a
= I
я
/2а, πD = 2рτ, а полезный магнитный поток возбуждения Ф = B
cp
lτ (см. рис. 
1.15, а), получим: М
эм
= В
ср
lN (I
я
/ 2а) × (2pτ / 2π) = ФI
я
(pN / 2aπ) (2.5) 
или где с
м
= pN / 2aπ величина, постоянная для данной машины. При неизменной частоте 
вращения (n = const) вращающий момент первичного двигателя М
1
уравновешивается 
суммой противодействующих моментов: моментом холостого хода М
хх
и электромагнитным 
моментом М
эм
: М
1 
= М
xx
+ М
эм
(2.7)
Полученное выражение представляет собой уравнение моментов для генератора при n = 
const. Режим работы электрической машины, в котором она должна нормально 
функционировать в течение всего срока службы, называется номинальным режимом работы. 
Этот режим характеризуется номинальными величинами: номинальной мощностью Р
ном
, 
номинальным напряжением U
ном
, номинальным током I
ном
и номинальной частотой 
вращения n
ном
. Номинальная мощность генератора постоянного тока представляет собой 
полезную электрическую мощность на выводах машины, выраженную в ваттах, киловаттах 
или мегаваттах. Помимо указанных величин, номинальными называются и другие величины, 
если они соответствуют номинальному режиму работы машины. Генераторы обычно 
работают при неизменной частоте вращения n, поэтому все характеристики строятся при 
условии n = const. Основными характеристиками генераторов являются: 
• характеристика холостого хода – зависимость ЭДС на выходе генератора Е
г
от тока 
возбуждения I
в
в режиме холостого хода: Е
г
= f (I
в
) при I
н
= 0 и n = const; 
• нагрузочная характеристика – зависимость напряжения на выходе генератора U
г
от тока 
возбуждения I
в 
при работе с нагрузкой: U
r
= f (I
в
) при I
н
≠ 0 и n = const; 
• внешняя характеристика – зависимость напряжения на выходе генератора U
v
от тока 
нагрузки I
н
: U
г
= f (I
н
) при R
рг
= const и n = const; 
• регулировочная характеристика – зависимость тока возбуждения I
в
от тока нагрузки I
н
при 
неизменном напряжении на выходе генератора: I
в
= f (I
н
) при U
г
= const и n = const.