Elektriske kredsløb af jævnstrøm og deres egenskaber

Ejendomme DC generator bestemmes hovedsageligt af den måde, hvorpå excitationsspolen er tændt. Der er uafhængige, parallelle, serier og blandede excitationsgeneratorer:

• uafhængigt exciteret: feltspolen drives af en ekstern jævnstrømskilde (et batteri, en lille hjælpegenerator kaldet en exciter eller ensretter),

• parallel excitation: feltviklingen er forbundet parallelt med ankerviklingen og belastningen,

• serie excitation: feltviklingen er forbundet i serie med ankerviklingen og belastningen,

• med blandet excitation: der er to feltviklinger - parallel og serie, den første er forbundet parallelt med ankerviklingen, og den anden er forbundet i serie med den og belastningen.

Parallel-, serie- og mixed-excitationsgeneratorer er selv-exciterede maskiner, fordi deres feltviklinger strømforsynes af generatoren selv.

Excitation af DC-generatorer: a — uafhængig, b — parallel, c — serie, d — blandet.

Alle de anførte generatorer har den samme enhed og adskiller sig kun i konstruktionen af ​​excitationsspolerne. Spolerne af uafhængig og parallel excitation er lavet af ledning med et lille tværsnit, de har et stort antal drejninger, spolen af ​​serie excitation er lavet af ledning med et stort tværsnit, der er et lille antal drejninger.

Egenskaberne ved DC-generatorer vurderes ud fra deres egenskaber: tomgang, ekstern og kontrol. Nedenfor vil vi se på disse egenskaber for forskellige typer generatorer.

Uafhængigt ophidset generator

Et karakteristisk træk ved en generator med uafhængig excitation (fig. 1) er, at dens excitationsstrøm Iv ikke afhænger af ankerstrømmen Ii, men kun bestemmes af spændingen Uv tilført til excitationsspolen og resistansen Rv i excitationskredsløbet .

Ris. 1. Skematisk diagram af en uafhængigt exciteret generator

Normalt er feltstrømmen lav og udgør 2-5 % af den nominelle ankerstrøm. For at regulere generatorens spænding er der ofte inkluderet en reostat til regulering af Rpv i excitationsviklingens kredsløb. På lokomotiver reguleres strømmen Iv ved at ændre spændingen Uv.

Tomgangskarakteristik af generatoren (fig. 2, a) — afhængigheden af ​​spændingen Uo ved tomgang af excitationsstrømmen Ib i fravær af belastning Rn, det vil sige ved In = Iya = 0 og ved en konstant rotationshastighed n. Ved tomgang, når belastningskredsløbet er åbent, er generatorspændingen Uo lig med e. etc. v. Eo = cEFn.

Da ved fjernelse af karakteristikken for tomgangshastighed holdes hastigheden n uændret, så afhænger spændingen Uo kun af den magnetiske flux F.Derfor vil tomgangskarakteristikken svare til afhængigheden af ​​fluxen F af excitationsstrømmen Ia (den magnetiske karakteristik af generatorens magnetiske kredsløb).

No-load karakteristikken kan let elimineres eksperimentelt ved gradvist at øge excitationsstrømmen fra nul til værdien hvor U0 = 1,25Unom og derefter reducere excitationsstrømmen til nul. I dette tilfælde opnås stigende 1 og faldende 2 grene af karakteristikken. Divergensen af ​​disse grene skyldes tilstedeværelsen af ​​hysterese i maskinens magnetiske kredsløb. Når Iw = 0 i armaturviklingen, inducerer fluxen af ​​remanent magnetisme en remanent d osv. med Eost, som normalt er 2-4 % af den nominelle spænding Unom.

Ved lave excitationsstrømme er maskinens magnetiske flux lille, derfor i dette område ændres fluxen og spændingen Uo i direkte proportion til excitationsstrømmen, og den indledende del af denne karakteristik er en lige linje. Når excitationsstrømmen stiger, mættes generatorens magnetiske kredsløb, og stigningen i spændingen Uo bremses. Jo større excitationsstrømmen er, jo stærkere er mætningen af ​​maskinens magnetiske kredsløb, og jo langsommere stiger spændingen U0. Ved meget høje excitationsstrømme holder spændingen Uo praktisk talt op med at stige.

No-load karakteristikken giver dig mulighed for at estimere værdien af ​​maskinens mulige spænding og magnetiske egenskaber. Den nominelle spænding (angivet i passet) for maskiner til generelle formål svarer til den mættede del af karakteristikken ("knæet" af denne kurve).I lokomotivgeneratorer, der kræver bred spændingsregulering, bruges både krumlinede og ligelinede umættede dele af karakteristikken.

D. d. C. maskinen ændrer sig proportionalt med hastigheden n, derfor ligger tomgangskarakteristikken for n2 < n1 under kurven for n1. Når generatorens rotationsretning ændres, ændres retningen af ​​e. etc. c. Induceres i ankerviklingen, og dermed børsternes polaritet.

En ekstern karakteristik af generatoren (fig. 2, b) er afhængigheden af ​​spændingen U af belastningsstrømmen In = Ia ved konstant hastighed n og excitationsstrømmen Iv. Generatorspændingen U er altid mindre end dens e. etc. c. E ved værdien af ​​spændingsfaldet i alle viklinger forbundet i serie i ankerkredsløbet.

Når generatorbelastningen stiger (armaturviklingsstrøm IАЗ САМ — азЗ), falder generatorspændingen af ​​to årsager:

1) på grund af en stigning i spændingsfaldet i ankerviklingskredsløbet,

2) på grund af et fald i f.eks. etc. som et resultat af ankerfluxens afmagnetiserende virkning. Den magnetiske flux af ankeret svækker noget den vigtigste magnetiske flux Ф af generatoren, hvilket fører til et lille fald i dets e. etc. v. E ved læsning mod e. etc. med Eo i tomgang.

Ændringen i spænding under overgangen fra tomgangstilstand til nominel belastning i den betragtede generator er 3 - 8℅ af nominel.

Hvis du lukker det eksterne kredsløb ved en meget lav modstand, det vil sige kortslutter generatoren, falder dens spænding til nul.Strømmen i armaturviklingen Ik vil under en kortslutning nå en uacceptabel værdi, hvorved armaturviklingen kan brænde ud. I laveffektmaskiner kan kortslutningsstrømmen være 10-15 gange den nominelle strøm, i højeffektmaskiner kan dette forhold nå 20-25.

Ris. 2. Karakteristika for en generator med uafhængig excitation: a — tomgang, b — ekstern, c — regulerende

Generatorens reguleringskarakteristik (fig. 2, c) er excitationsstrømmens Ivs afhængighed af belastningsstrømmen In ved konstant spænding U og rotationsfrekvens n. Den viser, hvordan man justerer excitationsstrømmen for at holde generatorspændingen konstant, når belastningen ændres. Det er klart, i dette tilfælde, når belastningen stiger, er det nødvendigt at øge excitationsstrømmen.

Fordelene ved en uafhængig exciteret generator er evnen til at justere spændingen over et bredt område fra 0 til Umax ved at ændre excitationsstrømmen og en lille ændring i generatorspændingen under belastning. Det kræver dog en ekstern jævnstrømskilde til at drive feltspolen.

Generator med parallel excitation.

I denne generator (fig. 3, a) forgrener ankerviklingsstrømmen Iya sig ind i det eksterne belastningskredsløb RH (strøm In) og ind i excitationsviklingen (strøm Iv), strømmen Iv for maskiner med middel og høj effekt er 2- 5 % af mærkeværdien af ​​strømmen i ankerviklingen Maskinen anvender princippet om selvmagnetisering, hvor excitationsviklingen tilføres direkte fra generatorens ankervikling. Selv-excitering af generatoren er dog kun mulig, hvis en række betingelser er opfyldt.

1.For at starte generatorens selvexciteringsprocessen er det nødvendigt at have en resterende magnetismeflux i maskinens magnetiske kredsløb, hvilket inducerer e i armaturviklingen. etc. landsbyen Eost. Dette e. osv. v. giver et flow gennem kredsløbet "armaturvikling - excitationsvikling" af en eller anden startstrøm.

2. Den magnetiske flux skabt af feltspolen skal rettes i overensstemmelse med restmagnetismens magnetiske flux. I dette tilfælde vil excitationsstrømmen Iv og derfor den magnetiske flux Ф af maskinen e stige under selvexciteringsprocessen. etc. v. E. Dette vil fortsætte indtil, på grund af mætning af maskinens magnetiske kredsløb, den yderligere stigning i F og derfor E og Ib stopper. Sammenfaldet i retningen af ​​de angivne flux er sikret ved den korrekte forbindelse af excitationsviklingen til ankerviklingen. Hvis den tilsluttes forkert, afmagnetiserer maskinen (resterende magnetisme forsvinder) og f.eks. etc. c. E falder til nul.

3. Modstanden af ​​RB-magnetiseringskredsløbet skal være mindre end en vis grænseværdi kaldet den kritiske modstand. For den hurtigste excitation af generatoren anbefales det derfor, når generatoren er tændt, at udlæse den regulerende rheostat Rpv i serie med excitationsspolen (se fig. 3, a). Denne betingelse begrænser også det mulige område for regulering af feltstrømmen og dermed spændingen af ​​den parallel-exciterede generator. Det er normalt muligt at reducere generatorspændingen ved kun at øge feltviklingens kredsløbsmodstand til (0,64-0,7) Unom.

Ris. 3.Skematisk diagram af en generator med parallel excitation (a) og eksterne karakteristika for generatorer med uafhængig og parallel excitation (b)

Det skal bemærkes, at selv-excitering af generatoren kræver processen med at øge dens e. etc. med E og excitationsstrøm Ib opstod, når maskinen gik i tomgang. Ellers, på grund af den lave værdi af Eost og det store interne spændingsfald i ankerviklingskredsløbet, kan spændingen påført til excitationsviklingen falde til næsten nul, og excitationsstrømmen kan ikke stige. Derfor bør belastningen kun tilsluttes generatoren, efter at spændingen ved dens terminaler er tæt på den nominelle.

Når ankerets rotationsretning ændres, ændres børsternes polaritet og derfor retningen af ​​strømmen i feltviklingen, i dette tilfælde afmagnetiseres generatoren.

For at undgå dette, når du ændrer rotationsretningen, er det nødvendigt at skifte ledningerne, der forbinder feltspolen med ankerspolen.

Ekstern karakteristik af generatoren (kurve 1 i fig. 3, b) repræsenterer afhængigheden af ​​spændingen U af belastningsstrømmen In ved konstante værdier af hastigheden n og modstanden af ​​drivkredsløbet RB. Den ligger under den ydre karakteristik af den uafhængigt exciterede generator (kurve 2).

Dette forklares ved, at ud over de samme to årsager, der får spændingen til at falde med stigende belastning i en uafhængigt exciteret generator (spændingsfald i ankerkredsløbet og den afmagnetiserende effekt af ankerreaktionen), er der en tredje årsag i betragtes som generator — reduktion af excitationsstrømmen.

Da excitationsstrømmen IB = U / Rv, det vil sige afhænger af maskinens spænding U, falder den magnetiske flux F og e med et fald i spændingen af ​​disse to grunde. etc. v. generator E, hvilket fører til et yderligere fald i spændingen. Den maksimale strøm Icr svarende til punkt a kaldes kritisk.

Når ankerviklingen er kortsluttet, er strømmen Ic af den parallel-exciterede generator lille (punkt b), fordi i denne tilstand er spændingen og excitationsstrømmen nul. Derfor skabes kortslutningsstrømmen kun af f. etc. fra restmagnetisme og er (0,4 ... 0,8) Inom .. Den ydre karakteristik er opdelt fra punkt a i to dele: øvre — arbejdende og nedre — ikke-virkende.

Normalt bruges ikke hele arbejdsdelen, men kun et bestemt segment af det. Driften af ​​sektionen ab af den ydre karakteristik er ustabil, i dette tilfælde går maskinen i den tilstand, der svarer til punkt b, dvs. i kortslutningstilstand.

Generatorens tomgangskarakteristik med parallel excitation tages med uafhængig excitation (når strømmen i armaturet Iya = 0), derfor adskiller den sig ikke på nogen måde fra den tilsvarende karakteristik for generatoren med uafhængig excitation (se fig. 2, a). Styrekarakteristikken for generatoren med parallel excitation har samme form som karakteristikken for generatoren med uafhængig excitation (se fig. 2, c).

Parallel-exciterede generatorer bruges til at forsyne elektriske forbrugere i personbiler, biler og fly, såsom generatorer til at køre elektriske lokomotiver, diesellokomotiver og jernbanevogne og til at oplade batterier.

Serie excitation Generator

I denne generator (fig.4, a) excitationsstrømmen Iw er lig med belastningsstrømmen In = Ia, og spændingen varierer betydeligt, når belastningsstrømmen ændres. Ved tomgang induceres en lille emission i generatoren. etc. v. Eri, skabt af strømmen af ​​resterende magnetisme (fig. 4, b).

Når belastningsstrømmen stiger Ii = Iv = Iya, øges den magnetiske flux, f.eks. etc. p. og generatorspænding, fortsætter denne stigning, som i andre selv-exciterede maskiner (parallel-exciteret generator), op til en vis grænse på grund af maskinens magnetiske mætning.

Når belastningsstrømmen stiger over Icr, begynder generatorspændingen at falde, da den magnetiske excitationsflux på grund af mætning næsten holder op med at stige, og den demagnetiserende effekt af ankerreaktionen og spændingsfaldet i ankerviklingskredsløbet IяΣRя fortsætter med at stige . Normalt er den nuværende Icr meget højere end den nominelle strøm. Generatoren kan kun fungere stabilt på en del ab af den ydre karakteristik, dvs. ved belastningsstrømme højere end nominel.

Da spændingen i serie-exciterede generatorer varierer meget med ændringer i belastningen og er tæt på nul under tomgangsdrift, er de uegnede til at forsyne de fleste elektriske forbrugere. De bruges kun med elektrisk (reostatisk) bremsning af serie-excitationsmotorer, som derefter overføres til generatortilstand.

Ris. 4. Skematisk diagram af en serie excitationsgenerator (a) og dens eksterne karakteristika (b)

Blandet excitationsgenerator.

I denne generator (fig. 5, a) er den parallelle excitationsspole oftest den vigtigste, og serien en er den ekstra.Begge spoler har samme polaritet og er forbundet således, at de magnetiske flux, der produceres af dem, adderes (konkordant kobling) eller subtraheres (modsat kobling).

En mixed-excitationsgenerator muliggør, når dens feltviklinger er tilsluttet i overensstemmelse, en tilnærmelsesvis konstant spænding, når belastningen ændres. Generatorens ydre karakteristik (fig. 5, b) kan i den første tilnærmelse repræsenteres som en sum af karakteristika skabt af hver excitationsspole.

Ris. 5. Skematisk diagram af en generator med blandet excitation (a) og dens ydre karakteristika (b)

Når kun én parallelvikling er tændt, hvorigennem excitationsstrømmen Iв1 passerer, falder generatorspændingen U gradvist med stigende belastningsstrøm In (kurve 1). Når én serievikling tændes, hvorigennem excitationsstrømmen Iw2 = In , spændingen U stiger med stigende strøm In (kurve 2).

Hvis vi vælger antallet af omdrejninger af serieviklingen, så ved den nominelle belastning kompenserede spændingen skabt af den ΔUPOSOL for det samlede spændingsfald ΔU, når maskinen kun arbejder med en parallel vikling, så er det muligt at opnå, at spænding U forbliver næsten uændret, når belastningsstrømmen ændres fra nul til nominel værdi (kurve 3). I praksis varierer det inden for 2-3 %.

Ved at øge antallet af omdrejninger af serieviklingen er det muligt at opnå en karakteristik, hvor spændingen UHOM vil have mere spænding Uo ved tomgang (kurve 4), denne karakteristik giver kompensation for spændingsfaldet ikke kun i den interne modstand af generatorens ankerkredsløb, men også i ledningen, der forbinder den med belastningen. Hvis serieviklingen er tændt, så den magnetiske flux, der skabes af den, er rettet mod fluxen af ​​parallelviklingen (mod kommutering), så vil den eksterne karakteristik af generatoren med et stort antal omdrejninger af serieviklingen falde stejlt. (kurve 5).

Omvendt forbindelse af serie- og parallelle feltviklinger bruges i svejsegeneratorer, der arbejder under forhold med hyppige kortslutninger. I sådanne generatorer, i tilfælde af en kortslutning, afmagnetiserer serieviklingen næsten fuldstændig maskinen og reducerer kortslutningsstrømmen. til en værdi, der er sikker for generatoren.

Generatorer med feltviklinger med modsatte forbindelser bruges på nogle diesellokomotiver som excitere af trækgeneratorer, de sikrer konstanten af ​​den strøm, der leveres af generatoren.

Sådanne patogener bruges også på elektriske jævnstrømslokomotiver. De fodrer feltviklingerne af traktionsmotorer, der fungerer i regenerativ tilstand under regenerativ bremsning og giver stejlt faldende ydre egenskaber.

Generatorblandet excitation er et typisk eksempel på forstyrrelsesregulering.

DC-generatorer er ofte forbundet parallelt for at fungere i et fælles netværk.En forudsætning for parallel drift af generatorer med belastningsfordeling proportional med den nominelle effekt er identiteten af ​​deres ydre egenskaber. Ved brug af generatorer med blandet excitation skal deres serieviklinger til udligning af strømme forbindes i en fælles blok med en udligningstråd.