Основні показники роботи генератора

Величина е.р.с., що індукується генератором, прямо пропорційна магніт­ному потоку Ф, що створюється головними полюсами, і частоті обертання якоря п:

,

де С ‑ постійний коефіцієнт, що враховує число витків обмотки якоря, число пар полюсів і інші постійні величини, що характеризують цей генератор.

Напруга на виводах генератора менше його е.р.с. на величину падіння напруги в колі якоря, отже:

.

Загальний опір кола якоря складається з опорів обмотки якоря, послідовної обмотки збудження, обмотки додаткових полюсів, щіток і переходів між колектором і щітками.

Падіння напруги в колі якоря невелике, оскільки опір обмотки якоря малий. Тому напруга генератора буває лише трохи менше його е.р.с. З цих двох формул також виходить, що величину е.р.с. генератора і напруги на його затискачах можна змінювати двома способами: зміною магнітного потоку полюсів або частоти обертання якоря.

Потужність генератора, що віддається в зовнішнє коло в кіловатах:

,

де І _Г ‑ струм в зовнішньому колі, А; U _Г ‑ напруга на затискачах генератора, В.

Якщо тяговий генератор тепловоза працює з повним навантаженням, його к.к.д. досягає 94-95%, тбто втрати в ньому відносно малі.

Для збудження генератора по обмотці його головних полюсів пропус­кають струм, що називають струмом збудження. За способом збудження генератори розділяються на два типи: генератори з незалежним збудженням і генератори з самозбудженням.

У генераторах з незалежним збудженням обмотка збудження отримує живлення від стороннього джерела електричної енергії. У гене­раторах з самозбудженням живлен­ня обмотки збудження здійснюється від самого генератора, тобто струмом, що виробляється в його якорі. При цьому використовується явище залишкового магнетизму, яке має, наприклад, м'яка сталь. Полюсні сердечники з м'якої сталі є постійними магнітами, хоча і дуже слабкими.

Характеристики генератора, а значить, сфери його застосування залежать від схеми збудження. Про властивості генератора передусім дозволяє судити його зовнішня характеристика. Зовнішньою характеристикою генератора називають залежність напруги на його затисках від струму навантаження при незмінній частоті обертання якоря і заданих умовах збудження.

Характеристика тягового генератора значною мірою визначає тягові якості локомотиву. Якою ж вона має бути, щоб забезпечити реалізацію номінальної потужності дизеля і, значить, тепловоза?

Потужність, що виробляється генератором, як вказувалося вище, дорівнює добутку струму навантаження на напругу на його виводах. Тепловоз з поїздом рухається по різному профілю шляху. В процесі руху на підйомі швидкість потягу зазвичай зменшується, на ухилі або ділянці після підйому ‑ збільшується. При цьому швидкість може змінюватись у декілька разів. Зміна швидкості руху призводить до зміни струму тягових двигунів. Отже, струм І _г генератора при роботі дизеля на номінальній потужності буде значно змінінюватись залежно від швидкості руху локомотиву.

Розглядаючи наведену вище формулу для визначення потужності генератора, очевидно, що для підтримки постійності потужності тягового генератора у разі зміни струму необхідно обернено пропорціонально змінювати напругу U _r генератора. (Наприклад, якщо швидкість тепловоза зменшилася і струм в тягових двигунах і генераторі збільшився вдвічі, то напруга генератора повинна знизитися також в два рази. Добуток струму генератора на його напругу залишиться тим самим, отже, потужність, що виробляється тяговим генератором, також залишиться постійною.)

Проте струм і напруга тягового генератора можуть мінятися лише в певних межах. Максимальна напруга генератора не може бути перевищена за умовами магнітного насичення системи збудження, міцністю ізоляції елек­тричної машини, напругою між колекторними пластинами, що допускається. Струм генератора також обмежений певним граничним значенням. У разі подальшого збільшення струму станеться перегрівання обмотки якоря, колектора, почнеться іскріння під щітками, генератор може вийти з ладу.

Необхідна зовнішня характеристика тягового генератора може бути представ­лена кривою АБВГ. Основною робочою частиною характеристики є ділянка БВ, на якій напруга тягового генератора змінюється обернено пропорційно до струму генератора і його потужність зберігається постійною. Ця крива носить назву гіперболи.

Ділянка кривої АБ характеризує обмеження потужності генератора по напрузі. Ділянка характеристики ВГ є обмеженням за величиною максимального струму генератора.

Розглянута зовнішня характеристика тягового генератора є теоретич­ною. У реальних умовах з метою спрощення систем регулювання генераторів допускають деякі відхилення фактичних характеристик від теоретичної. Проте зближення реальної і теоретичної характеристик є необхідним і служить критерієм оцінки систем регулювання.

Зовнішня характеристика тягового генератора тепловоза 2ТЭ10Л (рисунок) наближається до гіперболи при струмі генератора 2600-5800 А. У гіперболічній частині зовнішньої характеристики потужність генератора практично підтримується постійною.

Чи можна отримати таку зовнішню характеристику у генератора з самозбудженням? Напруга генератора паралельного збудження (крива 2, рисунок) дещо падає із збільшенням струму навантаження. Це відбувається за рахунок зростання внутрішнього падіння напруги (у колі якоря) і посилення реакції якоря. Крім того, викликане цими причинами падіння напруги призводить до зменшення струму збудження і додаткового пониження напруги генератора. У генератора послідовного збудження (крива 3, рисунок) в аналогічних умовах напруга росте, оскільки увесь струм якоря проходить по обмоткам його головних полюсів.

Генератор із змішаним збудженням (крива 4, рисунок) у випадку, якщо магнітні потоки обох обмоток його збудження мають однакові напрями, може підтримувати на своїх виводах напругу близьку до постійної. При зустрічному напрямі магнітних потоків обмоток збудження напруга генератора із збільшенням струму навантаження різко знижується за рахунок розмагнічування послідовною обмоткою. Але його зовнішня характеристика є опуклою кривою (крива 5, рисунок), що відрізняється від гіперболи.

Якщо напруга на виводах обмотки збудження генератора незалежного збудження зберігається постійною, то його зовнішня характеристика зображається майже горизонтальною лінією (крива 1, рисунок).

Отже, генератори з самозбудженням і розглянутий генератор незалежного збуджен­ня не задовольняють за своїми характеристика­ми вимогам, що пред'являються до тягового генератора тепловоза. Тому генератори потужних тепловозів виконуються з незалежним збудженням і спеціальною системою регулювання струму збудження, що забезпечує реалізацію необхідної зовнішньої характеристики.

Як вже відзначалося, тягові генератори тепловозів зазвичай використовуються для пуску дизеля. Тому на головних полюсах генератора, окрім обмотки незалежного збудження, розташовується ще пускова обмотка. Пускова обмотка забезпечує збудження генератора лише при його роботі в режимі електродвигуна. На генераторному режимі вона відключена.