Elektriske kretser med likestrøm og deres egenskaper

Egenskaper DC generator bestemmes hovedsakelig av måten eksitasjonsspolen er slått på. Det er uavhengige, parallelle, serier og blandede eksitasjonsgeneratorer:

• uavhengig begeistret: feltspolen drives av en ekstern DC-kilde (et batteri, en liten hjelpegenerator kalt en magnetisering eller likeretter),

• parallell eksitasjon: feltviklingen er koblet parallelt med armaturviklingen og lasten,

• serieeksitasjon: feltviklingen er koblet i serie med armaturviklingen og lasten,

• med blandet eksitasjon: det er to feltviklinger - parallell og serie, den første er koblet parallelt med armaturviklingen, og den andre er koblet i serie med den og lasten.

Parallell-, serie- og blandet-eksitasjonsgeneratorer er selveksiterte maskiner fordi feltviklingene deres blir energisert av generatoren selv.

Eksitering av DC-generatorer: a — uavhengig, b — parallell, c — serie, d — blandet.

Alle de listede generatorene har samme enhet og skiller seg bare i konstruksjonen av eksitasjonsspolene. Spolene med uavhengig og parallell eksitasjon er laget av ledning med et lite tverrsnitt, de har et stort antall svinger, spolen av serieeksitasjon er laget av ledning med et stort tverrsnitt, det er et lite antall svinger.

Egenskapene til DC-generatorer blir evaluert av deres egenskaper: tomgang, ekstern og kontroll. Nedenfor skal vi se på disse egenskapene for ulike typer generatorer.

Uavhengig begeistret generator

Et karakteristisk trekk ved en generator med uavhengig eksitasjon (fig. 1) er at dens eksitasjonsstrøm Iv ikke er avhengig av ankerstrømmen Ii, men kun bestemmes av spenningen Uv som tilføres eksitasjonsspolen og resistansen Rv til eksitasjonskretsen. .

Ris. 1. Skjematisk diagram av en uavhengig begeistret generator

Vanligvis er feltstrømmen lav og utgjør 2-5 % av den nominelle ankerstrømmen. For å regulere spenningen til generatoren er en reostat for regulering av Rpv ofte inkludert i kretsen til eksitasjonsviklingen. På lokomotiver reguleres strømmen Iv ved å endre spenningen Uv.

Tomgangskarakteristikk for generatoren (fig. 2, a) - avhengigheten av spenningen Uo ved tomgang på eksitasjonsstrømmen Ib i fravær av belastning Rn, det vil si ved In = Iya = 0 og ved en konstant rotasjonshastighet n. Ved tomgang, når lastkretsen er åpen, er generatorspenningen Uo lik e. etc. v. Eo = cEFn.

Siden når du fjerner karakteristikken for tomgangshastighet, holdes hastigheten n uendret, så avhenger spenningen Uo bare av den magnetiske fluksen F.Derfor vil tomgangskarakteristikken være lik avhengigheten av fluksen F av eksitasjonsstrømmen Ia (den magnetiske karakteristikken til den magnetiske kretsen til generatoren).

Tomgangskarakteristikken kan enkelt elimineres eksperimentelt ved gradvis å øke eksitasjonsstrømmen fra null til verdien hvor U0 = 1,25Unom og deretter redusere eksitasjonsstrømmen til null. I dette tilfellet oppnås stigende 1 og synkende 2 grener av karakteristikken. Divergensen til disse grenene skyldes tilstedeværelsen av hysterese i maskinens magnetiske krets. Når Iw = 0 i armaturviklingen, induserer fluksen av remanent magnetisme en remanent d osv. med Eost, som vanligvis er 2-4 % av den nominelle spenningen Unom.

Ved lave eksitasjonsstrømmer er den magnetiske fluksen til maskinen liten, derfor endres fluksen og spenningen Uo i denne regionen i direkte proporsjon med eksitasjonsstrømmen, og den første delen av denne karakteristikken er en rett linje. Når eksitasjonsstrømmen øker, mettes den magnetiske kretsen til generatoren og økningen i spenningen Uo bremses ned. Jo større eksitasjonsstrømmen er, desto sterkere er metningen av maskinens magnetiske krets og jo langsommere øker spenningen U0. Ved svært høye eksitasjonsstrømmer slutter spenningen Uo praktisk talt å øke.

Tomgangskarakteristikken lar deg estimere verdien av maskinens mulige spenning og magnetiske egenskaper. Den nominelle spenningen (angitt i passet) for generelle maskiner tilsvarer den mettede delen av karakteristikken ("kneet" til denne kurven).I lokomotivgeneratorer som krever bredspenningsregulering, brukes både krumlinjede og rettlinjede umettede deler av karakteristikken.

D. d. C. maskinen endres proporsjonalt med hastigheten n, derfor, for n2 < n1, ligger tomgangskarakteristikken under kurven for n1. Når rotasjonsretningen til generatoren endres, endres retningen til e. etc. c. Induseres i armaturviklingen, og derav polariteten til børstene.

En ytre karakteristikk av generatoren (fig. 2, b) er avhengigheten av spenningen U av laststrømmen In = Ia ved konstant hastighet n og eksitasjonsstrømmen Iv. Generatorspenningen U er alltid mindre enn dens e. etc. c. E ved verdien av spenningsfallet i alle viklinger koblet i serie i ankerkretsen.

Når generatorbelastningen øker (armaturviklingsstrøm IАЗ САМ — азЗ), synker generatorspenningen av to grunner:

1) på grunn av en økning i spenningsfallet i ankerviklingskretsen,

2) på grunn av en nedgang i f.eks. etc. som et resultat av avmagnetiseringsvirkningen til armaturfluksen. Den magnetiske fluksen til ankeret svekker noe den viktigste magnetiske fluksen Ф til generatoren, noe som fører til en liten reduksjon i dens e. etc. v. E ved lasting mot e. etc. med Eo på tomgang.

Endringen i spenning under overgangen fra tomgangsmodus til nominell belastning i den betraktede generatoren er 3 - 8℅ av nominell.

Hvis du lukker den eksterne kretsen med en veldig lav motstand, det vil si kortslutter generatoren, faller spenningen til null.Strømmen i armaturviklingen Ik under en kortslutning vil nå en uakseptabel verdi der armaturviklingen kan brenne ut. I maskiner med lav effekt kan kortslutningsstrømmen være 10-15 ganger nominell strøm, i maskiner med høy effekt kan dette forholdet nå 20-25.

Ris. 2. Egenskaper til en generator med uavhengig magnetisering: a — tomgang, b — ekstern, c — regulerende

Generatorens reguleringskarakteristikk (fig. 2, c) er avhengigheten av eksitasjonsstrømmen Iv av laststrømmen In ved konstant spenning U og rotasjonsfrekvens n. Den viser hvordan man justerer eksitasjonsstrømmen for å holde generatorspenningen konstant når belastningen endres. Åpenbart, i dette tilfellet, når belastningen øker, er det nødvendig å øke eksitasjonsstrømmen.

Fordelene med en uavhengig eksitert generator er muligheten til å justere spenningen over et bredt område fra 0 til Umax ved å endre eksitasjonsstrømmen og en liten endring i generatorspenningen under belastning. Det krever imidlertid en ekstern likestrømskilde for å drive feltspolen.

Generator med parallell eksitasjon.

I denne generatoren (fig. 3, a) forgrener ankerviklingsstrømmen Iya seg inn i den eksterne lastkretsen RH (strøm In) og inn i eksitasjonsviklingen (strøm Iv), strømmen Iv for maskiner med middels og høy effekt er 2- 5 % av nominell verdi av strømmen i armaturviklingen Maskinen bruker prinsippet om selveksitasjon, der eksitasjonsviklingen mates direkte fra ankerviklingen til generatoren. Imidlertid er selveksitering av generatoren bare mulig hvis en rekke betingelser er oppfylt.

1.For å starte selveksiteringsprosessen til generatoren, er det nødvendig å ha en restflux av magnetisme i maskinens magnetiske krets, som induserer e i armaturviklingen. etc. landsbyen Eost. Dette e. etc. v. gir en strømning gjennom kretsen "armaturvikling - eksitasjonsvikling" av noe startstrøm.

2. Den magnetiske fluksen som skapes av feltspolen må rettes i samsvar med den magnetiske fluksen til restmagnetismen. I dette tilfellet, i prosessen med selveksitasjon, vil eksitasjonsstrømmen Iv og derfor den magnetiske fluksen Ф til maskinen e øke. etc. v. E. Dette vil fortsette til, på grunn av metningen av den magnetiske kretsen til maskinen, den ytterligere økningen i F og derfor E og Ib stopper. Sammenfallen i retningen av de indikerte fluksene er sikret ved riktig tilkobling av eksitasjonsviklingen til armaturviklingen. Ved feil tilkopling avmagnetiserer maskinen (restmagnetisme forsvinner) og f.eks. etc. c. E synker til null.

3. Resistansen til RB-eksitasjonskretsen må være mindre enn en viss grenseverdi kalt kritisk motstand. Derfor, for den raskeste eksiteringen av generatoren, anbefales det, når generatoren er slått på, å fullføre den regulerende reostat Rpv koblet i serie med eksitasjonsspolen (se fig. 3, a). Denne tilstanden begrenser også det mulige området for regulering av feltstrømmen, og dermed spenningen til den parallelt eksiterte generatoren. Det er vanligvis mulig å redusere generatorspenningen ved å øke kretsmotstanden til feltviklingen kun til (0,64-0,7) Unom.

Ris. 3.Skjematisk diagram av en generator med parallell eksitasjon (a) og eksterne egenskaper til generatorer med uavhengig og parallell eksitasjon (b)

Det skal bemerkes at selveksitering av generatoren krever prosessen med å øke dens e. etc. med E og eksitasjonsstrøm Ib oppsto når maskinen gikk på tomgang. Ellers, på grunn av den lave verdien av Eost og det store interne spenningsfallet i ankerviklingskretsen, kan spenningen som påføres eksitasjonsviklingen reduseres til nesten null og eksitasjonsstrømmen kan ikke øke. Derfor bør belastningen kobles til generatoren først etter at spenningen på terminalene er nær den nominelle.

Når rotasjonsretningen til ankeret endres, endres polariteten til børstene og derfor retningen til strømmen i feltviklingen, i dette tilfellet avmagnetiseres generatoren.

For å unngå dette, når du endrer rotasjonsretningen, er det nødvendig å bytte ledningene som kobler feltspolen til armaturspolen.

Ekstern karakteristikk av generatoren (kurve 1 i fig. 3, b) representerer avhengigheten av spenningen U på belastningsstrømmen In ved konstante verdier av hastigheten n og motstanden til drivkretsen RB. Den ligger under den ytre karakteristikken til den uavhengig eksiterte generatoren (kurve 2).

Dette forklares med det faktum at i tillegg til de samme to årsakene som får spenningen til å avta med økende belastning i en uavhengig eksitert generator (spenningsfall i ankerkretsen og den demagnetiserende effekten av ankerreaksjonen), er det en tredje årsak i betraktet generator — reduksjon av eksitasjonsstrømmen.

Siden eksitasjonsstrømmen IB = U / Rv, det vil si avhenger av spenningen U til maskinen, avtar den magnetiske fluksen F og e med en reduksjon i spenningen av disse to grunnene. etc. v. generator E, noe som fører til en ytterligere reduksjon i spenning. Den maksimale strømmen Icr som tilsvarer punkt a kalles kritisk.

Når ankerviklingen er kortsluttet, er strømmen Ic til den parallelleksiterte generatoren liten (punkt b), fordi i denne modusen er spenningen og eksitasjonsstrømmen null. Derfor skapes kortslutningsstrømmen bare av f.eks. etc. fra restmagnetisme og er (0,4 ... 0,8) Inom .. Den ytre karakteristikken er delt fra punkt a i to deler: øvre — arbeider og nedre — ikke-fungerende.

Vanligvis brukes ikke hele arbeidsdelen, men bare et visst segment av det. Driften av seksjonen ab av den ytre karakteristikken er ustabil, i dette tilfellet går maskinen inn i modusen som tilsvarer punkt b, dvs. i kortslutningsmodus.

Tomgangskarakteristikken til generatoren med parallell eksitasjon tas med uavhengig eksitasjon (når strømmen i ankeret Iya = 0), derfor skiller den seg ikke på noen måte fra den tilsvarende karakteristikken for generatoren med uavhengig eksitasjon (se fig. 2, a). Styrekarakteristikken til generatoren med parallell magnetisering har samme form som karakteristikken til generatoren med uavhengig magnetisering (se fig. 2, c).

Parallelt begeistrede generatorer brukes til å drive elektriske forbrukere i personbiler, biler og fly, for eksempel generatorer for kjøring av elektriske lokomotiver, diesellokomotiver og jernbanevogner, og for lading av lagringsbatterier.

Seriens eksitasjonsgenerator

I denne generatoren (fig.4, a) eksitasjonsstrømmen Iw er lik laststrømmen In = Ia, og spenningen varierer betydelig når laststrømmen endres. Ved tomgang induseres et lite utslipp i generatoren. etc. v. Eri, skapt av flyten av restmagnetisme (fig. 4, b).

Når belastningsstrømmen øker Ii = Iv = Iya, øker den magnetiske fluksen, f.eks. etc. p. og generatorspenning, fortsetter denne økningen, som i andre selveksiterte maskiner (parallelleksiterte generator), opp til en viss grense på grunn av maskinens magnetiske metning.

Når belastningsstrømmen øker over Icr, begynner generatorspenningen å avta, siden den magnetiske eksitasjonsfluksen på grunn av metning nesten slutter å øke, og demagnetiseringseffekten av ankerreaksjonen og spenningsfallet i ankerviklingskretsen IяΣRя fortsetter å øke . Vanligvis er strøm Icr mye høyere enn nominell strøm. Generatoren kan kun fungere stabilt på del ab av den ytre karakteristikken, dvs. ved belastningsstrømmer høyere enn nominell.

Siden i serie-eksiterte generatorer varierer spenningen mye med endringer i lasten og er nær null ved tomgangsdrift, er de uegnet til å forsyne de fleste elektriske forbrukere. De brukes bare med elektrisk (reostatisk) bremsing av serieeksitasjonsmotorer, som deretter overføres til generatormodus.

Ris. 4. Skjematisk diagram av en serieeksitasjonsgenerator (a) og dens ytre karakteristikk (b)

Blandet eksitasjonsgenerator.

I denne generatoren (fig. 5, a) er oftest den parallelle eksitasjonsspolen den viktigste, og serien en er hjelpespolen.Begge spolene har samme polaritet og er koblet slik at de magnetiske fluksene som produseres av dem adderes (konkordant svitsjing) eller subtraheres (motsatt svitsjing).

En blandet eksitasjonsgenerator, når feltviklingene er koblet i samsvar, gjør det mulig å oppnå en tilnærmet konstant spenning når lasten endres. Generatorens ytre karakteristikk (fig. 5, b) kan i den første tilnærmingen representeres som en sum av karakteristikker skapt av hver eksitasjonsspole.

Ris. 5. Skjematisk diagram av en generator med blandet eksitasjon (a) og dens ytre egenskaper (b)

Når bare én parallellvikling er slått på, som eksitasjonsstrømmen Iв1 går gjennom, synker generatorspenningen U gradvis med økende laststrøm In (kurve 1). Når én serievikling slås på, gjennom hvilken eksitasjonsstrømmen Iw2 = In , spenningen U øker med økende strøm In (kurve 2).

Hvis vi velger antall omdreininger av serieviklingen slik at ved nominell belastning, spenningen som skapes av den ΔUPOSOL kompensert for det totale spenningsfallet ΔU, når maskinen opererer med bare en parallell vikling, er det mulig å oppnå at spenningen U forblir nesten uendret når laststrømmen endres fra null til nominell verdi (kurve 3). I praksis varierer det innenfor 2-3 %.

Ved å øke antall omdreininger i serieviklingen, er det mulig å oppnå en karakteristikk der spenningen UHOM vil ha mer spenning Uo ved tomgang (kurve 4), denne karakteristikken gir kompensasjon for spenningsfallet ikke bare i den interne motstanden til ankerkretsen til generatoren, men også i linjen som kobler den til lasten. Hvis serieviklingen er slått på slik at den magnetiske fluksen som skapes av den rettes mot fluksen til parallellviklingen (mot kommutering), vil den ytre karakteristikken til generatoren med et stort antall omdreininger av serieviklingen falle bratt. (kurve 5).

Omvendt tilkobling av serie- og parallellfeltviklinger brukes i sveisegeneratorer som opererer under forhold med hyppige kortslutninger. I slike generatorer, i tilfelle en kortslutning, avmagnetiserer serieviklingen nesten fullstendig maskinen og reduserer kortslutningsstrømmen. til en verdi som er trygg for generatoren.

Generatorer med feltviklinger med motsatte koblinger brukes på noen diesellokomotiver som eksitatorer av trekkraftgeneratorer, de sikrer konstansen til kraften som leveres av generatoren.

Slike patogener brukes også på elektriske likestrømslokomotiver. De mater feltviklingene til trekkmotorer som opererer i regenerativ modus under regenerativ bremsing og gir bratt fallende ytre egenskaper.

Generatorblandet eksitasjon er et typisk eksempel på forstyrrelsesregulering.

DC-generatorer kobles ofte parallelt for å fungere i et felles nettverk.En forutsetning for parallell drift av generatorer med lastfordeling proporsjonal med den nominelle effekten er identiteten til deres ytre egenskaper. Ved bruk av generatorer med blandet eksitasjon, må serieviklingene deres for utjevning av strømmer kobles i en felles blokk med en utjevningsledning.