В случае независимого возбуждения цепь возбуждения и цепь якоря генератора являются электрически разделенными, поэтому ток возбуждения и напряжение генератора (а следовательно, и нагрузка) независимы.
Это позволяет регулировать магнитный поток вместе с напряжением генератора в достаточно широких пределах. Регулировку осуществляют введением в цепь возбуждения регулировочного реостата Rш.
Схему включения и конструкцию реостата выбирают исходя из того, чтобы ток возбуждения не прерывался, так как обмотка возбуждения, обладающая большой индуктивностью, при размыкании ее цепи тока может индуктировать большую э. д. с. самоиндукции, которая опасна для целости изоляции обмотки возбуждения и может вызвать значительное искрообразование между размыкаемыми контактами.
Мощность, которая необходима для цепи возбуждения, составляет 1—3% от номинальной мощности генератора. Это позволяет экономично осуществлять регулирование работы генератора. В результате изменения силы тока возбуждения изменяется главный магнитный поток и пропорциональная ему э. д. с.: Eя = СEФn.
Зависимость э. д. с. от силы тока возбуждения при условии разомкнутой цепи якоря (Iя = 0) и постоянства частоты вращения n = const является характеристикой холостого хода (Ея = Fя(Iя)). При переведении ее в другой масштаб может получить магнитную характеристику.
Если цепь возбуждения разомкнута (Iв = 0) и якорь продолжает вращение, то Eя ? 0 вследствие того, что в массивной станине генератора от имеющейся ранее работы сохранилась определенная остаточная индукция. Когда якорь вращается в поле остаточной индукции, его обмотка индуктирует небольшую э. д. с. Ея0а.
Для снятия характеристики холостого хода необходимо подать напряжение на обмотку возбуждения, после чего постепенно увеличивать силу тока возбуждения до максимально допустимых значений, замеряя получившиеся значения э. д. с. Таким образом, получим восходящую ветвь характеристики.
После этого постепенным понижением силы тока возбуждения получаем нисходящую ветвь характеристики. Ее расположение немного выше расположения восходящей ветви, так как проявляется возросшее влияние гистерезиса.
При выключении возбуждения остаточный магнетизм и э. д. с., соответствующая ей (Ея0а), будут намного больше, чем в предыдущих условиях. Однако данный остаточный магнетизм является неустойчивым, и спустя определенное время после отключения возбуждения индуктируемые им поток и э. д. с. уменьшаются до величин, которые имели место при начальных условиях (Ея0а).
Таким образом, характеристика холостого хода имеет форму петли, что вызвано наличием стали в магнитной цепи машины. В верхней части характеристика холостого хода значительно загибается в сторону оси абсцисс. Данный участок характеризует насыщение стали машины. Чаще всего генераторы постоянного тока работают в условиях, которые соответствуют насыщенной части данной характеристики. Из-за возникающего насыщения напряжение генератора меньше реагирует на изменения нагрузки вследствие ослабления влияния реакции якоря на основной поток и э. д. с. машины.
Еще одной важной характеристикой генератора служит зависимость напряжения U от силы тока якоря Iя при условии, что сопротивление цепи возбуждения Rв и частота вращения n не изменяются. Данная зависимость имеет название внешней характеристики.
Для получения данной характеристики необходимо нагрузить генератор до номинального тока Iном в условии номинального напряжения на зажимах генератора. Для установления напряжения при- меняют регулирование силы тока возбуждения Iв. После этого постепенно уменьшают ток якоря до нуля без изменения сопротивление цепи возбуждения. У генератора независимого возбуждения при этом ток возбуждения изменяться не будет.
Напряжение на зажимах цепи якоря генератора не превышает его э. д. с., так как присутствуют потери напряжения в сопротивлении обмотки якоря Rя и переходном контакте щеток и коллектора:
U = Eя – IяRя.
Зависимость U = F (Iя) была бы прямой при постоянстве э. д. с. Ея.
Однако полезный поток машины при увеличении нагрузки уменьшается под действием реакции якоря, при этом пропорционально уменьшается и э. д. с. Ея. Результатом является то, что внешняя характеристика изгибается в сторону оси абсцисс. По внешней характеристике можно определить номинальное изменение напряжения в генераторе, которое характеризует изменение напряжения на его зажимах, вызываемое изменением нагрузки от номинальной до нуля при неизменном токе возбуждения и неизменной скорости. Если генератор не обладает компенсационной обмоткой, эта величина составляет примерно 5—15%.
Если сила тока якоря больше, чем номинальное значение, и при этом уменьшается сопротивление нагрузки, то напряжение генератора будет дальше понижаться, но машина будет работать в условиях перегрузки, которая будет выражаться в нагревании обмоток якоря, щеток и коллектора, в результате под щетками может возникнуть искрение.
Для того чтобы приемники электроэнергии работали нормально, нужно поддерживать постоянным напряжение на их зажимах при изменении общей нагрузки генератора. Для этой цели применяется регулирование тока возбуждения. Регулировочная характеристика генератора — это зависимость силы тока возбуждения Iв от силы тока якоря Iя при условии, что напряжение U и частота вращения n остаются постоянными. По такой характеристике можно определить, как надо изменять силу тока возбуждения для обеспечения постоянства напряжения при изменении нагрузки. Данная кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх от оси абсцисс в результате того, что на нее влияет насыщение магнитопровода машины.