Električna vezja enosmernega toka in njihove značilnosti

Lastnosti DC generator določajo predvsem način vklopa vzbujalne tuljave. Obstajajo neodvisni, vzporedni, zaporedni in mešani generatorji vzbujanja:

• neodvisno vzbujanje: vzbujevalno tuljavo napaja zunanji vir enosmernega toka (baterija, majhen pomožni generator, imenovan vzbujevalnik ali usmernik),

• vzporedno vzbujanje: vzbujevalno navitje je povezano vzporedno z navitjem armature in obremenitvijo,

• serijsko vzbujanje: vzbujevalno navitje je zaporedno povezano z navitjem armature in obremenitvijo,

• z mešanim vzbujanjem: obstajata dve vzbujevalni navitji - vzporedni in zaporedni, prvi je povezan vzporedno z navitjem armature, drugi pa zaporedno z njim in obremenitvijo.

Generatorji z vzporednim, zaporednim in mešanim vzbujanjem so stroji s samim vzbujanjem, ker njihova navitja polja napaja sam generator.

Vzbujanje generatorjev enosmernega toka: a — neodvisno, b — vzporedno, c — zaporedno, d — mešano.

Vsi našteti generatorji imajo enako napravo in se razlikujejo le po konstrukciji vzbujalnih tuljav. Tuljave neodvisnega in vzporednega vzbujanja so izdelane iz žice z majhnim prečnim prerezom, imajo veliko število ovojev, tuljava serijskega vzbujanja je izdelana iz žice z velikim prečnim prerezom, je majhno število ovojev.

Lastnosti generatorjev enosmernega toka se ocenjujejo po njihovih značilnostih: v prostem teku, zunanjem in krmiljenju. Spodaj si bomo ogledali te značilnosti za različne vrste generatorjev.

Neodvisno vzbujen generator

Značilnost generatorja z neodvisnim vzbujanjem (slika 1) je, da njegov vzbujevalni tok Iv ni odvisen od armaturnega toka Ii, temveč ga določa le napetost Uv, ki se napaja v vzbujalno tuljavo, in upor Rv vzbujalnega vezja .

riž. 1. Shema neodvisno vzbujenega generatorja

Običajno je tok polja nizek in znaša 2-5% nazivnega toka armature. Za regulacijo napetosti generatorja je v tokokrog vzbujalnega navitja pogosto vključen reostat za regulacijo Rpv. Na lokomotivah se tok Iv regulira s spreminjanjem napetosti Uv.

Karakteristika prostega teka generatorja (slika 2, a) - odvisnost napetosti Uo v prostem teku od vzbujalnega toka Ib v odsotnosti obremenitve Rn, to je pri In = Iya = 0 in pri konstantni hitrosti vrtenja n. V prostem teku, ko je tokokrog bremena odprt, je napetost generatorja Uo enaka e. itd. v. Eo = cEFn.

Ker pri odstranitvi značilnosti prostega teka hitrost n ostane nespremenjena, je napetost Uo odvisna samo od magnetnega pretoka F.Zato bo karakteristika prostega teka podobna odvisnosti pretoka F od vzbujalnega toka Ia (magnetna karakteristika magnetnega vezja generatorja).

Karakteristiko brez obremenitve je mogoče preprosto eksperimentalno odpraviti s postopnim povečevanjem vzbujalnega toka od nič do vrednosti, kjer je U0 = 1,25Unom in nato zmanjšanjem vzbujalnega toka na nič. V tem primeru dobimo naraščajočo 1 in padajočo 2 vejo karakteristike. Divergenca teh vej je posledica prisotnosti histereze v magnetnem krogu stroja. Ko je Iw = 0 v navitju armature, tok ostanka magnetizma povzroči ostanek d itd. z Eost, ki je običajno 2-4% nazivne napetosti Unom.

Pri nizkih vzbujevalnih tokovih je magnetni pretok stroja majhen, zato se v tem območju pretok in napetost Uo spreminjata premosorazmerno z vzbujalnim tokom, začetni del te karakteristike pa je ravna črta. Z naraščanjem vzbujalnega toka pride do nasičenja magnetnega kroga generatorja in naraščanje napetosti Uo se upočasni. Večji kot je vzbujalni tok, močnejša je nasičenost magnetnega kroga stroja in počasneje narašča napetost U0. Pri zelo visokih vzbujevalnih tokovih napetost Uo praktično preneha naraščati.

Karakteristika brez obremenitve vam omogoča, da ocenite vrednost možne napetosti in magnetnih lastnosti stroja. Nazivna napetost (navedena v potnem listu) za stroje splošnega namena ustreza nasičenemu delu karakteristike ("koleno" te krivulje).V lokomotivskih generatorjih, ki zahtevajo širokopasovno regulacijo napetosti, se uporabljajo tako krivuljne kot ravne nenasičene dele karakteristike.

D. d. C. stroj se spreminja sorazmerno s hitrostjo n, zato je za n2 < n1 karakteristika prostega teka pod krivuljo za n1. Ko se spremeni smer vrtenja generatorja, se spremeni smer e. itd. c) Inducira se v navitju armature in s tem polarnost ščetk.

Zunanja značilnost generatorja (slika 2, b) je odvisnost napetosti U od obremenitvenega toka In = Ia pri konstantni hitrosti n in vzbujalnega toka Iv. Napetost generatorja U je vedno manjša od njegove e. itd. c E z vrednostjo padca napetosti v vseh zaporedno povezanih navitjih v armaturnem vezju.

Ko se obremenitev generatorja poveča (tok navitja armature IAZ САМ — азЗ), se napetost generatorja zmanjša iz dveh razlogov:

1) zaradi povečanja padca napetosti v vezju navitja armature,

2) zaradi zmanjšanja e. itd. kot posledica razmagnetnega delovanja armaturnega toka. Magnetni pretok armature nekoliko oslabi glavni magnetni pretok Ф generatorja, kar vodi do rahlega zmanjšanja njegovega e. itd. v. E pri obremenitvi proti e. itd. z Eo v prostem teku.

Sprememba napetosti med prehodom iz stanja mirovanja v nazivno obremenitev v obravnavanem generatorju je 3 - 8℅ nazivne.

Če zaprete zunanji tokokrog pri zelo nizkem uporu, to je kratek stik generatorja, potem njegova napetost pade na nič.Tok v navitju armature Ik med kratkim stikom bo dosegel nesprejemljivo vrednost, pri kateri lahko navitje armature izgori. Pri strojih z nizko močjo je lahko tok kratkega stika 10-15-krat večji od nazivnega toka, pri strojih z veliko močjo pa lahko to razmerje doseže 20-25.

riž. 2. Značilnosti generatorja z neodvisnim vzbujanjem: a - prosti tek, b - zunanji, c - regulacijski

Regulacijska karakteristika generatorja (slika 2, c) je odvisnost vzbujalnega toka Iv od obremenitvenega toka In pri konstantni napetosti U in frekvenci vrtenja n. Prikazuje, kako prilagoditi vzbujalni tok, da ostane napetost generatorja konstantna, ko se obremenitev spremeni. Očitno je v tem primeru, ko se obremenitev poveča, potrebno povečati vzbujalni tok.

Prednosti neodvisno vzbujenega generatorja so možnost prilagajanja napetosti v širokem območju od 0 do Umax s spreminjanjem vzbujalnega toka in majhna sprememba napetosti generatorja pod obremenitvijo. Vendar pa za napajanje tuljave polja potrebuje zunanji vir enosmernega toka.

Generator z vzporednim vzbujanjem.

V tem generatorju (slika 3, a) se tok navitja armature Iya razveja v zunanje obremenitveno vezje RH (tok In) in v navitje vzbujanja (tok Iv), tok Iv za stroje srednje in velike moči je 2- 5 % nazivne vrednosti toka v armaturnem navitju Stroj uporablja princip samovzbujanja, pri katerem se vzbujalno navitje napaja direktno iz armaturnega navitja generatorja. Vendar pa je samovzbujanje generatorja možno le, če so izpolnjeni številni pogoji.

1.Za začetek procesa samovzbujanja generatorja je potreben preostali magnetni tok v magnetnem krogu stroja, ki inducira e v navitju armature. itd. vas Eost. Ta e itd. v. zagotavlja pretok skozi vezje "armaturno navitje - vzbujalno navitje" nekega zagonskega toka.

2. Magnetni tok, ki ga ustvari poljska tuljava, mora biti usmerjen v skladu z magnetnim tokom preostalega magnetizma. V tem primeru se bo v procesu samovzbujanja povečal vzbujevalni tok Iv in s tem magnetni pretok Ф stroja e. itd. v. E. To se bo nadaljevalo, dokler se zaradi nasičenosti magnetnega vezja stroja nadaljnje povečevanje F in s tem E in Ib ne ustavi. Sovpadanje v smeri navedenih tokov je zagotovljeno s pravilno povezavo vzbujalnega navitja z navitjem armature. Če je priključen nepravilno, se stroj razmagneti (preostali magnetizem izgine) in e. itd. c) E se zmanjša na nič.

3. Upor vzbujalnega tokokroga RB mora biti manjši od določene mejne vrednosti, imenovane kritični upor. Zato je za najhitrejše vzbujanje generatorja priporočljivo, ko je generator vklopljen, v celoti izklopiti regulacijski reostat Rpv, ki je zaporedno povezan z vzbujevalno tuljavo (glej sliko 3, a). Ta pogoj tudi omejuje možno območje regulacije toka polja in s tem napetosti vzporedno vzbujenega generatorja. Običajno je mogoče zmanjšati napetost generatorja s povečanjem upora vezja navitja polja samo na (0,64-0,7) Unom.

riž. 3.Shema generatorja z vzporednim vzbujanjem (a) in zunanje značilnosti generatorjev z neodvisnim in vzporednim vzbujanjem (b)

Treba je opozoriti, da samovzbujanje generatorja zahteva postopek povečanja njegovega e. itd. z E in vzbujalnim tokom Ib je prišlo, ko je stroj deloval v prostem teku. V nasprotnem primeru se lahko zaradi nizke vrednosti Eost in velikega notranjega padca napetosti v tokokrogu armaturnega navitja napetost, ki se uporablja za vzbujevalno navitje, zmanjša skoraj na nič in vzbujevalni tok se ne more povečati. Zato je treba obremenitev priključiti na generator šele, ko je napetost na njegovih sponkah blizu nominalne.

Ko se spremeni smer vrtenja kotve, se spremeni polarnost ščetk in s tem smer toka v navitju polja, v tem primeru se generator razmagneti.

Da bi se temu izognili, je treba pri spreminjanju smeri vrtenja preklopiti žice, ki povezujejo poljsko tuljavo z armaturno tuljavo.

Zunanja karakteristika generatorja (krivulja 1 na sliki 3, b) predstavlja odvisnost napetosti U od obremenitvenega toka In pri konstantnih vrednostih hitrosti n in upora pogonskega vezja RB. Leži pod zunanjo karakteristiko neodvisno vzbujenega generatorja (krivulja 2).

To je razloženo z dejstvom, da poleg istih dveh razlogov, zaradi katerih se napetost zmanjša z naraščajočo obremenitvijo v neodvisno vzbujenem generatorju (padec napetosti v armaturnem krogu in razmagnetni učinek armaturne reakcije), obstaja še tretji razlog v obravnavani generator — zmanjšanje vzbujalnega toka.

Ker je vzbujevalni tok IB = U / Rv, to je odvisen od napetosti U stroja, se z zmanjšanjem napetosti zaradi teh dveh razlogov magnetni pretok F in e zmanjša. itd. v. generatorja E, kar povzroči nadaljnje znižanje napetosti. Največji tok Icr, ki ustreza točki a, se imenuje kritičen.

Pri kratkem stiku armaturnega navitja je tok Ic vzporedno vzbujenega generatorja majhen (točka b), ker sta v tem načinu napetost in vzbujalni tok enaka nič. Zato tok kratkega stika ustvari samo e. itd. od preostalega magnetizma in je (0,4 ... 0,8) Inom .. Zunanja značilnost je razdeljena od točke a na dva dela: zgornji - delovni in spodnji - nedelujoči.

Običajno se ne uporablja celoten delovni del, ampak le določen del. Delovanje odseka ab zunanje karakteristike je nestabilno, v tem primeru stroj preide v način, ki ustreza točki b, tj. v načinu kratkega stika.

Karakteristika prostega teka generatorja z vzporednim vzbujanjem je vzeta z neodvisnim vzbujanjem (ko je tok v armaturi Iya = 0), zato se v ničemer ne razlikuje od ustrezne karakteristike generatorja z neodvisnim vzbujanjem (glej sl. 2, a). Krmilna karakteristika generatorja z vzporednim vzbujanjem ima enako obliko kot karakteristika generatorja z neodvisnim vzbujanjem (glej sliko 2, c).

Vzporedno vzbujeni generatorji se uporabljajo za napajanje električnih porabnikov v osebnih avtomobilih, avtomobilih in letalih, kot so generatorji za pogon električnih lokomotiv, dizelskih lokomotiv in vagonov ter za polnjenje akumulatorskih baterij.

Serijski vzbujevalni generator

V tem generatorju (sl.4, a) vzbujevalni tok Iw je enak obremenitvenemu toku In = Ia, napetost pa se bistveno spreminja, ko se tok obremenitve spremeni. V prostem teku se v generatorju sproži majhna emisija. itd. v. Eri, ki ga ustvari tok preostalega magnetizma (slika 4, b).

Ko se bremenski tok poveča Ii = Iv = Iya, se poveča magnetni pretok, npr. itd. p. in generatorske napetosti se ta porast, tako kot pri drugih samovzbujenih strojih (vzporedno vzbujeni generator), nadaljuje do določene meje zaradi magnetne nasičenosti stroja.

Ko se obremenitveni tok poveča nad Icr, se napetost generatorja začne zmanjševati, saj vzbujevalni magnetni tok zaradi nasičenja skoraj preneha naraščati, učinek razmagnetenja reakcije armature in padec napetosti v vezju navitja armature IяΣRя pa se še naprej povečujeta. Običajno je trenutni Icr veliko višji od nazivnega toka. Generator lahko stabilno deluje samo na delu ab zunanje karakteristike, tj. pri obremenitvenih tokovih, višjih od nazivne.

Ker se pri zaporedno vzbujenih generatorjih napetost močno spreminja s spremembo obremenitve in je v prostem teku blizu ničle, so neprimerni za napajanje večine električnih porabnikov. Uporabljajo se le pri električnem (reostatskem) zaviranju motorjev s serijskim vzbujanjem, ki se nato preklopijo v generatorski način.

riž. 4. Shematski diagram generatorja serijskega vzbujanja (a) in njegova zunanja karakteristika (b)

Generator mešanega vzbujanja.

V tem generatorju (slika 5, a) je najpogosteje vzporedna vzbujevalna tuljava glavna, serijska pa pomožna.Obe tuljavi sta enake polarnosti in sta povezani tako, da se magnetni tokovi, ki jih proizvajata, seštevata (konkordantno preklapljanje) ali odvzemata (nasprotno preklapljanje).

Generator z mešanim vzbujanjem, ko so njegova vzbujevalna navitja usklajeno povezana, omogoča pridobitev približno konstantne napetosti, ko se obremenitev spreminja. Zunanjo karakteristiko generatorja (sl. 5, b) lahko v prvem približku predstavimo kot vsoto karakteristik, ki jih ustvari vsaka vzbujevalna tuljava.

riž. 5. Shematski diagram generatorja z mešanim vzbujanjem (a) in njegove zunanje značilnosti (b)

Pri vklopu samo enega vzporednega navitja, skozi katerega teče vzbujevalni tok Iв1, se napetost generatorja U postopoma zmanjšuje z naraščanjem bremenskega toka In (krivulja 1).Pri vklopu enega serijskega navitja, skozi katerega teče vzbujevalni tok Iw2 = In , napetost U narašča z naraščanjem toka In (krivulja 2).

Če izberemo število ovojev serijskega navitja tako, da pri nazivni obremenitvi napetost, ki jo ustvari ΔUPOSOL, kompenzira skupni padec napetosti ΔU, ko stroj deluje samo z enim vzporednim navitjem, potem lahko dosežemo, da napetost U ostane skoraj nespremenjena, ko se bremenski tok spremeni od nič do nazivne vrednosti (krivulja 3). V praksi se giblje med 2-3%.

S povečanjem števila ovojev serijskega navitja je mogoče doseči karakteristiko, kjer bo imela napetost UHOM več napetosti Uo v prostem teku (krivulja 4), ta karakteristika zagotavlja kompenzacijo padca napetosti ne le v notranjem uporu armaturni tokokrog generatorja, temveč tudi v liniji, ki ga povezuje z obremenitvijo. Če je serijsko navitje vklopljeno tako, da je magnetni tok, ki ga ustvari, usmerjen proti toku vzporednega navitja (protikomutacija), bo zunanja karakteristika generatorja z velikim številom ovojev serijskega navitja strmo padala. (krivulja 5).

Povratna povezava serijskih in vzporednih navitij polja se uporablja v varilnih generatorjih, ki delujejo v pogojih pogostih kratkih stikov. V takšnih generatorjih v primeru kratkega stika serijsko navitje skoraj popolnoma razmagneti stroj in zmanjša tok kratkega stika. na vrednost, ki je varna za generator.

Generatorji z navitji polja z nasprotnimi povezavami se uporabljajo na nekaterih dizelskih lokomotivah kot vzbujalniki vlečnih generatorjev, zagotavljajo konstantnost moči, ki jo oddaja generator.

Takšni povzročitelji se uporabljajo tudi na električnih enosmernih lokomotivah. Napajajo navitja polja pogonskih motorjev, ki med regenerativnim zaviranjem delujejo v regenerativnem načinu in zagotavljajo strmo padajoče zunanje karakteristike.

Mešano vzbujanje generatorja je tipičen primer regulacije motenj.

Generatorji enosmernega toka so pogosto povezani vzporedno, da delujejo v skupnem omrežju.Predpogoj za vzporedno delovanje generatorjev s porazdelitvijo obremenitve sorazmerno z nazivno močjo je istovetnost njihovih zunanjih karakteristik. Pri uporabi generatorjev z mešanim vzbujanjem morajo biti njihova serijska navitja za izravnalne tokove povezana v skupni blok z izravnalno žico.