РОЗДІЛ 2
Теоретичні відомості про електричні машини постійного струму

2.6 Процес самозбудження генератора з паралельним збудженням

Самозбудження генератора з паралельним збудженням відбувається за дотримання таких умов:

1) наявності залишкового магнітного потоку полюсів;

2) правильного підключення кінців обмотки збудження або правильного напряму обертання.

Крім того, опір кола збудження R_з при даній швидкості обертання n повинен бути меншим за деяке критичне значення або швидкість обертання при даному R_з повинна бути вищою деякої критичної величини [2].

Для самозбудження достатньо, щоб залишковий потік складав 2-3% від номінального. Залишковий потік такої величини практично завжди є у машини, яка вже працювала. Машину, яку щойно виготовили, або машину, яка за якимись причинами розмагнітилася, необхідно намагнітити, пропускаючи через обмотку збудження струм від стороннього джерела живлення.

При дотриманні необхідних умов процес самозбудження протікає в такий спосіб. Невелика ЕРС, яка індукується в якорі залишковим магнітним потоком, викликає в обмотці збудження малий струм І_з. Цей струм викликає збільшення потоку полюсів, як наслідок, збільшення ЕРС, що обумовлює подальше збільшення струму збудження І_з і т.д. Такий лавиноподібний процес самозбудження продовжується доти, поки напруга генератора не досягне сталого значення.

Якщо підключення кінців обмотки збудження або напрям обертання неправильні, то виникає струм І_з зворотного напряму, що викликає послаблення залишкового потоку і зменшення ЕРС, внаслідок чого самозбудження неможливе. В такому випадку необхідно переключити кінці обмотки збудження або змінити напрям обертання. Щодо дотримання цих умов можна переконатися, стежачи за допомогою вольтметра з малими межами вимірювання за напругою якоря при замиканні і розмиканні кола збудження.

Полярність затискачів генератора при самозбудженні визначається полярністю залишкового потоку. Якщо при заданому напряму обертання полярність генератора необхідно змінити, то потрібно перемагнітити машину шляхом подачі струму в обмотку збудження від стороннього джерела.

Розглянемо докладніше процес самозбудження на холостому ході.

На рис. 2.14, а крива 1 є характеристикою холостого ходу (ХХ), а пряма 2 – так званою характеристикою кола збудження або залежністю U_з = R_зІ_з, де R_з = const – опір кола збудження, включаючи опір регулювального реостата.

Рисунок 2.14 – Самозбудження генератора з паралельним збудженням при різних опорах кола збудження (а) і при різних швидкостях обертання (б)

У процесі самозбудження І_з ≠ const, напруга на кінцях кола збудження

                                        ,                                      (2.26)

де L_з – індуктивність кола збудження.

Напруга якоря на холостому ході (І = 0)

                                                                                        (2.27)

зображається на рис. 2.14, а кривою 1. Оскільки струм І_з малий, то практично U = E. Але в генератора паралельного збудження U = U_з. Тому різниця ординат кривої 1 і прямої 2 на рис. 2.14, а складає   і характеризує швидкість і напрям зміни І_з. Якщо пряма 2 проходить нижче кривої 1, то  струм І_з зростає і машина самозбуджується до напруги, що відповідає на рис. 2.14, а точці перетину кривої 1 і прямої 2, у якій    і тому зростання І_з припиниться.

З розгляду рис. 2.14, а випливає, що зростання І_з і, як наслідок, U_a спочатку відбувається повільно, потім прискорюється і до кінця процесу знову сповільнюється. Процес самозбудження припиняється або обмежується в точці а' внаслідок криволінійності характеристики ХХ. При відсутності насичення напруга U теоретично зросла б до U = ∞.

Якщо R_з збільшити, то замість прямої 2 отримаємо пряму 3 (рис. 2.14, а). Процес самозбудження при цьому сповільнюється і напруга машини, обумовлена точкою а", буде меншою. При подальшому збільшенні R_з отримаємо пряму 4, дотичну до кривої 1. При цьому машина буде знаходитися на межі самозбудження: при невеликих змінах n або R_з (наприклад, внаслідок нагрівання) машина може розвивати невелику напругу або втрачати її. Значення R_з, що відповідає прямій 4, називається критичним (R_з.кр). При R_з > R_з.кр (пряма 5) самозбудження неможливе і напруга машини визначається залишковим потоком.

Зі сказаного випливає, що генератор паралельного збудження може працювати тільки за наявності визначеного насичення магнітного кола. За допомогою зміни R_з можна регулювати U до значення U = U_мін, що відповідає початкові коліна кривої характеристики ХХ. У машинах звичайного виконання U_мін = (0,65÷0,75)U_ном.

ЕРС Е пропорційна n і для різних значень n₁ > n₂ > n₃ отримаємо характеристики ХХ, зображені на рис. 2.14, б кривими 1, 2, 3. З цього рисунка видно, що при деякому значенні R_з у випадку кривої 1 маємо стійке самозбудження, при кривій 2 машина знаходиться на межі самозбудження і при кривій 3 самозбудження неможливе. Тому для кожного даного значення R_з є таке значення швидкості обертання n =n_кр (крива 2 на рис. 2.14, б), нижче якого самозбудження неможливе. Таке значення  n = n_кр називається критичною швидкістю обертання.