Egyenáramú elektromos áramkörök és jellemzőik

Tulajdonságok DC generátor főként a gerjesztőtekercs bekapcsolásának módja határozza meg. Léteznek független, párhuzamos, soros és vegyes gerjesztésű generátorok:

• függetlenül gerjesztett: a terepi tekercset külső egyenáramú forrás (akkumulátor, kis segédgenerátor, úgynevezett gerjesztő vagy egyenirányító) táplálja,

• párhuzamos gerjesztés: a terepi tekercs az armatúra tekercselésével és a terheléssel párhuzamosan van kötve,

• soros gerjesztés: a mező tekercselés sorba van kötve az armatúra tekercseléssel és a terheléssel,

• vegyes gerjesztéssel: két terepi tekercs van - párhuzamos és soros, az első az armatúra tekercselésével párhuzamosan, a második pedig sorba van kötve vele és a terheléssel.

A párhuzamos, soros és vegyes gerjesztésű generátorok öngerjesztő gépek, mert tértekercseiket maga a generátor táplálja.

Egyenáramú generátorok gerjesztése: a — független, b — párhuzamos, c — soros, d — vegyes.

Az összes felsorolt ​​generátornak ugyanaz az eszköze, és csak a gerjesztőtekercsek felépítésében különböznek. A független és párhuzamos gerjesztésű tekercsek kis keresztmetszetű huzalból készülnek, nagy menetszámúak, a soros gerjesztésű tekercsek nagy keresztmetszetű huzalból készülnek, kevés a menetszám.

Az egyenáramú generátorok tulajdonságait jellemzőik alapján értékelik: üresjárat, külső és vezérlés. Az alábbiakban megvizsgáljuk ezeket a jellemzőket a különböző típusú generátorokhoz.

Önállóan gerjesztett generátor

A független gerjesztésű generátor jellemzője (1. ábra), hogy Iv gerjesztési árama nem függ az armatúra Ii áramától, hanem csak a gerjesztőtekercsre adott Uv feszültség és a gerjesztőkör Rv ellenállása határozza meg. .

Rizs. 1. Egy független gerjesztésű generátor sematikus diagramja

A mezőáram általában alacsony, és az armatúra névleges áramának 2-5%-a. A generátor feszültségének szabályozására a gerjesztő tekercs áramkörébe gyakran beépítenek egy Rpv szabályozási reosztátot. A mozdonyokon az Iv áramot az Uv feszültség változtatásával szabályozzák.

A generátor üresjárati karakterisztikája (2. ábra, a) - az üresjárati Uo feszültség függése az Ib gerjesztőáramtól Rn terhelés hiányában, azaz In = Iya = 0 és n állandó forgási sebesség mellett. Üres állapotban, amikor a terhelő áramkör nyitva van, a generátor Uo feszültsége egyenlő e-vel. stb. v. Eo = cEFn.

Mivel az alapjárati fordulatszám karakterisztikája eltávolításakor az n fordulatszám változatlan marad, így az Uo feszültség csak az F mágneses fluxustól függ.Ezért az üresjárati karakterisztika hasonló lesz az F fluxus Ia gerjesztőáramtól való függéséhez (a generátor mágneses áramkörének mágneses karakterisztikája).

Az üresjárati jelleggörbe könnyen kiküszöbölhető kísérletileg, ha a gerjesztőáramot nulláról fokozatosan addig növeljük, ahol U0 = 1,25Unom, majd a gerjesztőáramot nullára csökkentjük. Ebben az esetben a jellemző növekvő 1 és csökkenő 2 ágát kapjuk. Ezen ágak eltérése a gép mágneses áramkörében lévő hiszterézis jelenlétének köszönhető. Ha Iw = 0 az armatúra tekercsben, a remanens mágnesesség fluxusa d maradványt stb. Eost-tal, ami általában az Unom névleges feszültség 2-4%-a.

Alacsony gerjesztési áramoknál a gép mágneses fluxusa kicsi, ezért ebben a tartományban az Uo fluxus és feszültség a gerjesztőárammal egyenes arányban változik, és ennek a karakterisztikának a kezdeti része egy egyenes. A gerjesztőáram növekedésével a generátor mágneses áramköre telítődik, és az Uo feszültség emelkedése lelassul. Minél nagyobb a gerjesztőáram, annál erősebb a gép mágneses áramkörének telítettsége, és annál lassabban növekszik az U0 feszültség. Nagyon nagy gerjesztőáramok esetén az Uo feszültség gyakorlatilag megáll.

Az üresjárati karakterisztika lehetővé teszi a gép lehetséges feszültség- és mágneses tulajdonságainak értékének becslését. Az általános célú gépek névleges feszültsége (az útlevélben feltüntetve) megfelel a karakterisztika telített részének (e görbe "térdének").A széles tartományú feszültségszabályozást igénylő mozdonygenerátorokban a karakterisztika görbe és egyenes vonalú telítetlen részeit egyaránt használják.

D. d. C. a gép az n fordulatszámmal arányosan változik, ezért n2 < n1 esetén az üresjárati karakterisztika az n1 görbe alatt van. Amikor a generátor forgásiránya megváltozik, az e iránya megváltozik. stb. c) Az armatúra tekercsében indukálódik, és ezáltal a kefék polaritása.

A generátor külső jellemzője (2. ábra, b) az U feszültség függése az In = Ia terhelési áramtól n állandó fordulatszám mellett és az Iv gerjesztőáramtól. A generátor U feszültsége mindig kisebb, mint az e. stb. c) E az armatúrakörben sorba kapcsolt összes tekercs feszültségesésének értékével.

A generátor terhelésének növekedésével (az armatúra tekercselési árama IАЗ САМ — азЗ), a generátor feszültsége két okból csökken:

1) az armatúra tekercskörében a feszültségesés növekedése miatt,

2) az e. stb. az armatúra fluxusának demagnetizáló hatásának eredményeként. Az armatúra mágneses fluxusa némileg gyengíti a generátor fő mágneses fluxusát Ф, ami enyhe csökkenéséhez vezet az e. stb. v. E terheléskor e-vel szemben. stb. Eo-val alapjáraton.

A feszültség változása az üresjárati üzemmódból a névleges terhelésre való átmenet során a szóban forgó generátorban a névleges érték 3–8℅-a.

Ha a külső áramkört nagyon alacsony ellenálláson zárja le, azaz rövidre zárja a generátort, akkor annak feszültsége nullára csökken.Az Ik armatúra tekercsben lévő áram rövidzárlat során elfogadhatatlan értéket ér el, amelynél az armatúra tekercs kiéghet. Kis teljesítményű gépeknél a zárlati áram a névleges áram 10-15-szöröse lehet, a nagy teljesítményű gépeknél ez az arány elérheti a 20-25-öt.

Rizs. 2. Független gerjesztésű generátor jellemzői: a — üresjárati, b — külső, c — szabályozó

A generátor szabályozási jellemzője (2. ábra, c) az Iv gerjesztőáram függése az In terhelési áramtól állandó U feszültség és n forgási frekvencia mellett. Megmutatja, hogyan kell beállítani a gerjesztőáramot, hogy a generátor feszültsége a terhelés változásával állandó maradjon. Nyilvánvaló, hogy ebben az esetben a terhelés növekedésével növelni kell a gerjesztőáramot.

A független gerjesztésű generátor előnye, hogy a feszültséget széles tartományban állíthatja be 0-tól Umax-ig a gerjesztőáram változtatásával és a generátor feszültségének kismértékű változásával terhelés alatt. A terepi tekercs táplálásához azonban külső egyenáramú forrásra van szükség.

Párhuzamos gerjesztésű generátor.

Ebben a generátorban (3. ábra, a) az armatúra tekercselés Iya árama az RH külső terhelési áramkörbe (áram In) és a gerjesztő tekercsbe (áram Iv) ágazik, az Iv áram közepes és nagy teljesítményű gépeknél 2-5 Az armatúra tekercsben lévő áram névleges értékének %-a A gép az öngerjesztés elvét alkalmazza, melynél a gerjesztő tekercset közvetlenül a generátor armatúra tekercséből táplálják. A generátor öngerjesztése azonban csak akkor lehetséges, ha számos feltétel teljesül.

1.A generátor öngerjesztési folyamatának elindításához szükség van egy maradék mágneses fluxusra a gép mágneses áramkörében, amely e-t indukál az armatúra tekercsében. stb. Eost falu. Ez az e. stb. v. valamilyen indítóáram áramlását biztosítja az "armatúra tekercselés - gerjesztő tekercselés" áramkörön.

2. A terepi tekercs által keltett mágneses fluxust a maradék mágnesesség mágneses fluxusának megfelelően kell irányítani. Ebben az esetben az öngerjesztés folyamatában az Iv gerjesztőáram és ezáltal az e gép Ф mágneses fluxusa megnő. stb. v. E. Ez mindaddig folytatódik, amíg a gép mágneses áramkörének telítettsége miatt az F további növekedése, így az E és Ib meg nem áll. A jelzett fluxusok irányának egybeesését a gerjesztő tekercsnek az armatúra tekercshez való megfelelő csatlakoztatása biztosítja. Helytelen csatlakoztatás esetén a gép demagnetizálódik (a maradék mágnesesség eltűnik), és pl. stb. c) E nullára csökken.

3. Az RB gerjesztő áramkör ellenállásának kisebbnek kell lennie egy bizonyos határértéknél, amelyet kritikus ellenállásnak nevezünk. Ezért a generátor leggyorsabb gerjesztése érdekében javasolt a generátor bekapcsolt állapotában a gerjesztőtekerccsel sorba kapcsolt Rpv szabályozó reosztát teljes kimenete (lásd 3. ábra, a). Ez a feltétel korlátozza a téráram lehetséges szabályozási tartományát, és ezáltal a párhuzamos gerjesztésű generátor feszültségét is. A generátor feszültségét általában úgy lehet csökkenteni, hogy a terepi tekercs áramköri ellenállását csak (0,64-0,7) Unom-ra növeljük.

Rizs. 3.Párhuzamos gerjesztésű generátor sematikus diagramja (a) és független és párhuzamos gerjesztésű generátorok külső jellemzői (b)

Meg kell jegyezni, hogy a generátor öngerjesztése megköveteli az e. stb. E-vel és az Ib gerjesztőárammal a gép alapjárata közben keletkezett. Ellenkező esetben az Eost alacsony értéke és az armatúra tekercskör nagy belső feszültségesése miatt a gerjesztő tekercsre adott feszültség közel nullára csökkenhet, és a gerjesztőáram nem tud növekedni. Ezért a terhelést csak akkor szabad a generátorhoz csatlakoztatni, ha a kapcsai feszültsége közel van a névlegeshez.

Amikor az armatúra forgásiránya megváltozik, megváltozik a kefék polaritása, és ezért az áram iránya a terepi tekercsben, ebben az esetben a generátor lemágnesezett.

Ennek elkerülése érdekében a forgásirány megváltoztatásakor át kell kapcsolni a terepi tekercset az armatúra tekercsével összekötő vezetékeket.

A generátor külső karakterisztikája (1. görbe a 3. ábrán, b) az U feszültség függését az In terhelési áramtól az n fordulatszám és az RB meghajtó áramkör ellenállásának állandó értékei mellett. A független gerjesztésű generátor külső karakterisztikája alatt van (2. görbe).

Ez azzal magyarázható, hogy ugyanazon két ok mellett, amelyek miatt a feszültség csökken a növekvő terhelés mellett egy önállóan gerjesztett generátorban (az armatúrakör feszültségesése és az armatúra reakció lemágnesező hatása), van egy harmadik ok is. generátornak tekinthető - a gerjesztőáram csökkentése.

Mivel a gerjesztőáram IB = U / Rv, azaz a gép U feszültségétől függ, ezért a feszültség csökkenésével e két ok miatt az F és e mágneses fluxus csökken. stb. v. E generátor, ami a feszültség további csökkenéséhez vezet. Az a pontnak megfelelő maximális Icr áramot kritikusnak nevezzük.

Az armatúra tekercsének rövidre zárásakor a párhuzamos gerjesztésű generátor Ic árama kicsi (b pont), mert ebben az üzemmódban a feszültség és a gerjesztőáram nulla. Ezért a rövidzárlati áramot csak e. stb. a maradék mágnesességtől és (0,4 ... 0,8) Inom .. A külső jellemző az a ponttól két részre oszlik: felső - működő és alsó - nem működő.

Általában nem a teljes munkarészt használják, hanem csak egy bizonyos szegmensét. A külső karakterisztika ab szakaszának működése instabil, ilyenkor a gép a b pontnak megfelelő üzemmódba megy, azaz. rövidzárlatos üzemmódban.

A párhuzamos gerjesztésű generátor üresjárati karakterisztikáját független gerjesztéssel veszik fel (amikor az armatúrában lévő áram Iya = 0), ezért semmiben sem különbözik a független gerjesztésű generátor megfelelő karakterisztikától (lásd 1. ábra). 2, a). A párhuzamos gerjesztésű generátor szabályozási karakterisztikája megegyezik a független gerjesztésű generátor karakterisztikájával (lásd 2. ábra c).

A párhuzamos gerjesztésű generátorokat személygépkocsik, gépkocsik és repülőgépek elektromos fogyasztóinak táplálására használják, például elektromos mozdonyok, dízelmozdonyok és motorkocsik vezetésére szolgáló generátorok, valamint akkumulátorok töltésére szolgálnak.

Sorozatos gerjesztő generátor

Ebben a generátorban (ábra).4, a) az Iw gerjesztőáram egyenlő az In = Ia terhelési árammal, és a feszültség jelentősen változik a terhelési áram változásával. Alapjáraton kis emisszió indukálódik a generátorban. stb. v. Eri, amelyet a maradék mágnesesség áramlása hozott létre (4. ábra, b).

A terhelési áram növekedésével Ii = Iv = Iya a mágneses fluxus növekszik, pl. stb. p. és generátorfeszültség, ez a növekedés, mint más öngerjesztő gépeknél (párhuzamos gerjesztésű generátor), a gép mágneses telítettsége miatt egy bizonyos határig folytatódik.

Ahogy a terhelési áram Icr fölé emelkedik, a generátor feszültsége csökkenni kezd, mivel a telítettség miatti gerjesztési mágneses fluxus szinte megáll, és az armatúra reakció demagnetizáló hatása és az armatúra tekercskör IяΣRя feszültségesése tovább növekszik. Általában az áram Icr sokkal nagyobb, mint a névleges áram. A generátor csak a külső karakterisztika ab részén tud stabilan működni, pl. névlegesnél nagyobb terhelési áramoknál.

Mivel a soros gerjesztésű generátorokban a feszültség nagymértékben változik a terhelés változásával, és üresjáratban a nullához közeli, ezért nem alkalmasak a legtöbb elektromos fogyasztó ellátására. Csak soros gerjesztésű motorok elektromos (reosztatikus) fékezésével használatosak, amelyek ezután generátor üzemmódba kapcsolnak.

Rizs. 4. Soros gerjesztő generátor (a) és külső karakterisztikája (b) sematikus diagramja

Vegyes gerjesztésű generátor.

Ebben a generátorban (5. ábra, a) leggyakrabban a párhuzamos gerjesztő tekercs a fő, a soros pedig a segédtekercs.Mindkét tekercs azonos polaritású, és úgy vannak csatlakoztatva, hogy az általuk generált mágneses fluxusok összeadódnak (konkordáns kapcsolás) vagy kivonják (ellentétes kapcsolás).

A vegyes gerjesztésű generátor, ha a tértekercsei megegyezően vannak csatlakoztatva, a terhelés változásával megközelítőleg állandó feszültség elérését teszi lehetővé. A generátor külső karakterisztikája (5. ábra, b) az első közelítésben az egyes gerjesztőtekercsek által létrehozott jellemzők összegeként ábrázolható.

Rizs. 5. Vegyes gerjesztésű generátor sematikus diagramja (a) és külső jellemzői (b)

Ha csak egy párhuzamos tekercs van bekapcsolva, amelyen az Iв1 gerjesztőáram halad át, a generátor U feszültsége fokozatosan csökken az In terhelőáram növekedésével (1. görbe) Egy soros tekercs bekapcsolásakor, amelyen keresztül a gerjesztőáram Iw2 = In , az U feszültség az In áram növekedésével nő (2. görbe).

Ha a soros tekercs menetszámát úgy választjuk meg, hogy a névleges terhelésnél az általa létrehozott feszültség ΔUPOSOL kompenzálja a teljes ΔU feszültségesést, amikor a gép csak egy párhuzamos tekercseléssel működik, akkor elérhető, hogy a Az U feszültség szinte változatlan marad, amikor a terhelési áram nulláról a névleges értékre változik (3. görbe). A gyakorlatban 2-3%-on belül változik.

A soros tekercs fordulatszámának növelésével olyan karakterisztikát kaphatunk, ahol az UHOM feszültségnek alapjáraton nagyobb Uo feszültsége lesz (4. görbe), ez a karakterisztika kompenzálja a feszültségesést nem csak a tekercs belső ellenállásában. a generátor armatúra áramköre, hanem a terheléshez csatlakozó vezetékben is. Ha a soros tekercselés úgy van bekapcsolva, hogy az általa létrehozott mágneses fluxus a párhuzamos tekercs fluxusa ellen irányul (ellenkommutáció), akkor a soros tekercselés nagyszámú fordulatszámával rendelkező generátor külső karakterisztikája meredeken csökken. (5. görbe).

A soros és párhuzamos mezőtekercsek fordított csatlakoztatását a gyakori rövidzárlatok körülményei között működő hegesztőgenerátorokban használják. Az ilyen generátorokban rövidzárlat esetén a soros tekercs szinte teljesen lemágnesezi a gépet és csökkenti a zárlati áramot. a generátor számára biztonságos értékre.

Az ellentétes csatlakozású terepi tekercselésű generátorokat egyes dízelmozdonyokon vontatási generátorok gerjesztőjeként alkalmazzák, biztosítják a generátor által leadott teljesítmény állandóságát.

Az ilyen kórokozókat elektromos egyenáramú mozdonyokon is alkalmazzák. A visszatápláló fékezés során visszatápláló üzemmódban működő vontatómotorok terepi tekercseit táplálják, és meredeken csökkenő külső karakterisztikát biztosítanak.

A generátor vegyes gerjesztése a zavarszabályozás tipikus példája.

Az egyenáramú generátorokat gyakran párhuzamosan csatlakoztatják, hogy közös hálózatban működjenek.A névleges teljesítménnyel arányos terheléseloszlású generátorok párhuzamos működésének előfeltétele a külső jellemzőik azonossága. Vegyes gerjesztésű generátorok alkalmazásakor az áramkiegyenlítő soros tekercseiket kiegyenlítő vezetékkel közös blokkba kell kötni.