Tasavirran sähköpiirit ja niiden ominaisuudet

Ominaisuudet DC generaattori määräytyy pääasiassa sen mukaan, miten virityskela on kytketty päälle. On olemassa itsenäisiä, rinnakkaisia, sarja- ja sekoitettuja herätegeneraattoreita:

• itsenäisesti viritetty: kenttäkela saa virtansa ulkoisesta tasavirtalähteestä (akku, pieni apugeneraattori, jota kutsutaan virittimeksi tai tasasuuntaajaksi),

• rinnakkainen heräte: kenttäkäämi on kytketty rinnan ankkurikäämin ja kuorman kanssa,

• sarjaherätys: kenttäkäämi on kytketty sarjaan ankkurikäämin ja kuorman kanssa,

• sekoitettu heräte: kenttäkäämityksiä on kaksi - rinnakkain ja sarjaan, ensimmäinen on kytketty rinnan ankkurikäämin kanssa ja toinen on kytketty sarjaan sen ja kuorman kanssa.

Rinnakkais-, sarja- ja sekaviritysgeneraattorit ovat itsevirittyviä koneita, koska niiden kenttäkäämitykset saavat jännitteen generaattorista itsestään.

Tasavirtageneraattoreiden viritys: a — riippumaton, b — rinnakkainen, c — sarja, d — sekoitettu.

Kaikilla luetelluilla generaattoreilla on sama laite ja ne eroavat vain virityskäämien rakenteesta. Itsenäisen ja rinnakkaisen herätteen käämit on valmistettu poikkileikkaukseltaan pienen langasta, niissä on suuri määrä kierroksia, sarjaherätyksen kela on valmistettu suuren poikkileikkauksen omaavasta langasta, kierroksia on vähän.

Tasavirtageneraattoreiden ominaisuuksia arvioidaan niiden ominaisuuksien perusteella: tyhjäkäynti, ulkoinen ja ohjaus. Alla tarkastellaan näitä ominaisuuksia eri generaattoreille.

Itsenäisesti jännittynyt generaattori

Itsenäisen herätteen (kuva 1) generaattorille on ominaista, että sen viritysvirta Iv ei riipu ankkurivirrasta Ii, vaan sen määrää vain virityskäämiin syötetty jännite Uv ja herätepiirin resistanssi Rv .

Riisi. 1. Kaaviokaavio itsenäisesti herätetystä generaattorista

Yleensä kenttävirta on alhainen ja on 2-5 % ankkurin nimellisvirrasta. Generaattorin jännitteen säätämiseksi virityskäämin piiriin sisällytetään usein Rpv-säätöreostaatti. Vetureissa virtaa Iv säädetään muuttamalla jännitettä Uv.

Generaattorin tyhjäkäyntiominaisuus (Kuva 2, a) — tyhjäkäynnillä olevan jännitteen Uo riippuvuus herätevirrasta Ib kuorman Rn puuttuessa, eli kun In = Iya = 0 ja vakiokierrosnopeudella n. Tyhjänä, kun kuormapiiri on auki, generaattorin jännite Uo on yhtä suuri kuin e. jne. v. Eo = cEFn.

Koska joutokäyntinopeuden ominaisuutta poistettaessa nopeus n pidetään muuttumattomana, niin jännite Uo riippuu vain magneettivuosta F.Siksi joutokäyntiominaisuus on samanlainen kuin vuon F riippuvuus herätevirrasta Ia (generaattorin magneettipiirin magneettinen ominaisuus).

Tyhjäkäyrä voidaan helposti poistaa kokeellisesti lisäämällä viritysvirtaa vähitellen nollasta arvoon, jossa U0 = 1,25 Unom ja pienentämällä sitten viritysvirtaa nollaan. Tässä tapauksessa saadaan ominaisuuden nouseva 1 ja laskeva 2 haaraa. Näiden haarojen erot johtuvat hystereesin läsnäolosta koneen magneettipiirissä. Kun Iw = 0 ankkurikäämityksessä, remanenttimagnetismin vuo indusoi remanentin d jne. Eostilla, joka on yleensä 2-4 % nimellisjännitteestä Unom.

Pienillä herätevirroilla koneen magneettivuo on pieni, joten tällä alueella vuo ja jännite Uo muuttuvat suoraan suhteessa viritysvirtaan ja tämän ominaisuuden alkuosa on suora. Herätysvirran kasvaessa generaattorin magneettipiiri kyllästyy ja jännitteen Uo nousu hidastuu. Mitä suurempi viritysvirta on, sitä voimakkaampi on koneen magneettipiirin kylläisyys ja sitä hitaammin jännite U0 kasvaa. Erittäin suurilla herätevirroilla jännite Uo käytännössä lakkaa kasvamasta.

Tyhjäkäyrän avulla voit arvioida koneen mahdollisten jännitteiden ja magneettisten ominaisuuksien arvon. Yleiskäyttöisten koneiden nimellisjännite (ilmoitettu passissa) vastaa ominaiskäyrän kylläistä osaa (tämän käyrän "polvi".Veturigeneraattoreissa, jotka vaativat laajaa jännitteensäätöä, käytetään ominaisuuden sekä kaarevia että suoraviivaisia ​​tyydyttymättömiä osia.

D. d. C. kone muuttuu suhteessa nopeuteen n, joten kun n2 < n1, joutokäyntikäyrä on n1:n käyrän alapuolella. Kun generaattorin pyörimissuunta muuttuu, muuttuu e:n suunta. jne. c. Indusoituu ankkurikäämitykseen ja siten harjojen napaisuuteen.

Generaattorin ulkoinen ominaisuus (kuva 2, b) on jännitteen U riippuvuus kuormitusvirrasta In = Ia vakionopeudella n ja herätevirrasta Iv. Generaattorin jännite U on aina pienempi kuin sen e. jne. c. E kaikkien ankkuripiiriin sarjaan kytkettyjen käämien jännitehäviön arvolla.

Kun generaattorin kuormitus kasvaa (ankkurin käämivirta IАЗ САМ — азЗ), generaattorin jännite laskee kahdesta syystä:

1) ankkurin käämipiirin jännitehäviön lisääntymisen vuoksi,

2) johtuen e. jne. ankkurivuon demagnetoivan vaikutuksen seurauksena. Ankkurin magneettivuo heikentää jonkin verran generaattorin päämagneettivuoa Ф, mikä johtaa sen e:n lievään laskuun. jne. v. E kuormitettaessa e:tä vastaan. jne. Eo:lla tyhjäkäynnillä.

Jännitteen muutos siirryttäessä lepotilasta nimelliskuormaan kyseisessä generaattorissa on 3–8℅ nimellisarvosta.

Jos suljet ulkoisen piirin erittäin alhaisella resistanssilla, eli oikosuljet generaattorin, sen jännite putoaa nollaan.Virta ankkurikäämissä Ik saavuttaa oikosulun aikana ei-hyväksyttävän arvon, jossa ankkurikäämi voi palaa. Pienitehoisissa koneissa oikosulkuvirta voi olla 10-15 kertaa nimellisvirta, suuritehoisissa koneissa tämä suhde voi olla 20-25.

Riisi. 2. Itsenäisen herätteen omaavan generaattorin ominaisuudet: a — tyhjäkäynti, b — ulkoinen, c — säätö

Generaattorin säätöominaisuus (kuva 2, c) on viritysvirran Iv riippuvuus kuormitusvirrasta In vakiojännitteellä U ja pyörimistaajuudella n. Se näyttää, kuinka viritysvirtaa säädetään niin, että generaattorin jännite pysyy vakiona kuorman muuttuessa. Ilmeisesti tässä tapauksessa kuorman kasvaessa on tarpeen lisätä herätevirtaa.

Itsenäisesti viritetyn generaattorin etuja ovat kyky säätää jännitettä laajalla alueella 0:sta Umax:iin muuttamalla viritysvirtaa ja pieni muutos generaattorin jännitteessä kuormituksen alaisena. Se vaatii kuitenkin ulkoisen tasavirtalähteen kenttäkäämin syöttämiseen.

Generaattori rinnakkaisvirityksellä.

Tässä generaattorissa (kuva 3, a) ankkurikäämin virta Iya haarautuu ulkoiseen kuormituspiiriin RH (virta In) ja virityskäämiin (virta Iv), virta Iv keski- ja suuritehoisilla koneilla on 2-5 % ankkurikäämin virran nimellisarvosta Kone käyttää itseherätyksen periaatetta, jossa virityskäämi syötetään suoraan generaattorin ankkurikäämistä. Generaattorin itseherätys on kuitenkin mahdollista vain, jos tietyt ehdot täyttyvät.

1.Generaattorin itseherätysprosessin käynnistämiseksi koneen magneettipiirissä on oltava jäännösmagnetismivuo, joka indusoi e:n ankkurikäämitykseen. jne. Eostin kylä. Tämä e. jne. v. tarjoaa jonkin käynnistysvirran virtauksen piirin "ankkurikäämitys - herätekäämi" läpi.

2. Kenttäkäämin synnyttämä magneettivuo on suunnattava jäännösmagnetismin magneettivuon mukaisesti. Tässä tapauksessa itseherätysprosessissa herätevirta Iv ja siten koneen e magneettivuo Ф kasvavat. jne. v. E. Tämä jatkuu, kunnes koneen magneettipiirin kyllästymisestä johtuen F:n ja siten E:n ja Ib:n lisäkasvu pysähtyy. Ilmoitettujen vuotojen yhteensopivuus varmistetaan kytkemällä virityskäämi oikein ankkurikäämiin. Jos liitetään väärin, laite demagnetoituu (jäännösmagnetismi katoaa) ja esim. jne. c. E pienenee nollaan.

3. RB-virityspiirin resistanssin on oltava pienempi kuin tietty raja-arvo, jota kutsutaan kriittiseksi resistanssiksi. Siksi generaattorin nopeimman virityksen saamiseksi on suositeltavaa generaattorin ollessa päällä antaa kokonaan ulos virityskelan kanssa sarjaan kytketty säätöreostaatti Rpv (katso kuva 3, a). Tämä ehto rajoittaa myös kenttävirran mahdollista säätöaluetta ja siten rinnakkaisviritetyn generaattorin jännitettä. Generaattorin jännitettä voidaan yleensä pienentää nostamalla kenttäkäämin piiriresistanssi vain arvoon (0,64-0,7) Unom.

Riisi. 3.Kaaviokaavio rinnakkaisherätteestä (a) ja itsenäisen ja rinnakkaisen herätteen generaattoreiden ulkoisista ominaisuuksista (b)

On huomattava, että generaattorin itseherätys vaatii prosessin, jolla sen e. jne. kanssa E ja herätevirta Ib tapahtui koneen ollessa joutokäynnillä. Muuten Eost:n alhaisen arvon ja ankkurikäämipiirin suuren sisäisen jännitehäviön vuoksi virityskäämiin syötetty jännite voi laskea lähes nollaan eikä viritysvirta voi kasvaa. Siksi kuorma tulisi kytkeä generaattoriin vasta sen jälkeen, kun jännite sen liittimissä on lähellä nimellisjännitettä.

Kun ankkurin pyörimissuunta muuttuu, harjojen napaisuus muuttuu ja siten virran suunta kenttäkäämissä, tässä tapauksessa generaattori demagnetoituu.

Tämän välttämiseksi pyörimissuuntaa muutettaessa on tarpeen vaihtaa johdot, jotka yhdistävät kenttäkäämin ankkurikäämiin.

Generaattorin ulkoinen ominaisuus (käyrä 1 kuvassa 3, b) edustaa jännitteen U riippuvuutta kuormitusvirrasta In nopeuden n ja käyttöpiirin RB resistanssin vakioarvoilla. Se on itsenäisesti viritetyn generaattorin ulkoisen ominaiskäyrän alapuolella (käyrä 2).

Tämä selittyy sillä, että samojen kahden syyn lisäksi, jotka aiheuttavat jännitteen alenemisen kuormituksen lisääntyessä itsenäisesti viritetyssä generaattorissa (jännitehäviö ankkuripiirissä ja ankkurireaktion demagnetoiva vaikutus), on kolmas syy. katsottu generaattori - herätevirran vähentäminen.

Koska viritysvirta IB = U / Rv, eli riippuu koneen jännitteestä U, jännitteen pienentyessä näistä kahdesta syystä magneettivuo F ja e pienenevät. jne. v. generaattori E, mikä johtaa edelleen jännitteen laskuun. Pistettä a vastaavaa maksimivirtaa Icr kutsutaan kriittiseksi.

Kun ankkurikäämitys on oikosulussa, rinnakkaisherätetyn generaattorin virta Ic on pieni (piste b), koska tässä tilassa jännite ja herätevirta ovat nolla. Tästä syystä oikosulkuvirran muodostaa vain e. jne. jäännösmagnetismista ja on (0,4 ... 0,8) Inom .. Ulkoinen ominaisuus on jaettu pisteestä a kahteen osaan: ylempi — toimiva ja alempi — ei-toimiva.

Yleensä ei käytetä koko työosaa, vaan vain tiettyä osaa siitä. Ulkoisen ominaiskäyrän osan ab toiminta on epävakaa, tällöin kone menee kohtaa b vastaavaan tilaan, ts. oikosulkutilassa.

Rinnakkaisen herätteen generaattorin tyhjäkäyntiominaisuus otetaan itsenäisellä herätyksellä (kun virta ankkurissa Iya = 0), joten se ei poikkea millään tavalla vastaavasta generaattorin ominaisuudesta riippumattomalla herätyksellä (ks. 2, a). Rinnakkaisherätteen generaattorin ohjauskäyrä on saman muotoinen kuin itsenäisen herätteen generaattorin ominaisuus (ks. kuva 2, c).

Rinnakkaisherätettyjä generaattoreita käytetään sähkönkuluttajien sähkönlähteenä henkilöautoissa, autoissa ja lentokoneissa, kuten generaattoreita sähkövetureiden, dieselvetureiden ja kiskovaunujen ajamiseen sekä akkujen lataamiseen.

Sarjan viritysgeneraattori

Tässä generaattorissa (kuva.4, a) viritysvirta Iw on yhtä suuri kuin kuormitusvirta In = Ia, ja jännite vaihtelee merkittävästi kuormitusvirran muuttuessa. Tyhjäkäynnillä generaattorissa indusoituu pieni päästö. jne. v. Eri, jäännösmagnetismin virtauksen luoma (kuva 4, b).

Kun kuormitusvirta kasvaa Ii = Iv = Iya, magneettivuo kasvaa, esim. jne. p. ja generaattorin jännite, tämä lisäys, kuten muissakin itseherätetyissä koneissa (rinnakkaisherätetty generaattori), jatkuu tiettyyn rajaan asti koneen magneettisesta kyllästymisestä johtuen.

Kuormitusvirran noustessa Icr:n yläpuolelle generaattorin jännite alkaa laskea, koska kyllästymisestä johtuva viritysmagneettivuo lakkaa kasvamasta melkein ja ankkurireaktion demagnetoiva vaikutus ja jännitehäviö ankkurikäämipiirissä IяΣRя kasvavat edelleen . Yleensä virta Icr on paljon suurempi kuin nimellisvirta. Generaattori voi toimia vakaasti vain ulkoisen ominaiskäyrän osassa a, ts. nimellisarvoa suuremmilla kuormitusvirroilla.

Koska sarjaviritetyissä generaattoreissa jännite vaihtelee suuresti kuormituksen muutosten mukaan ja on tyhjäkäynnillä lähellä nollaa, ne eivät sovellu useimpien sähkönkuluttajien syöttämiseen. Niitä käytetään vain sarjaherätysmoottoreiden sähköisessä (reostaattisessa) jarrutuksessa, jotka sitten siirretään generaattoritilaan.

Riisi. 4. Kaavio sarjaherätysgeneraattorista (a) ja sen ulkoisesta ominaispiirteestä (b)

Sekaviritysgeneraattori.

Tässä generaattorissa (kuva 5, a) rinnakkainen herätekela on useimmiten pääkela ja sarja yksi apukäämi.Molemmat kelat ovat saman napaisia ​​ja kytketty niin, että niiden tuottamat magneettivuot lisäävät (yhtenäinen kytkentä) tai vähentävät (vastakkainen kytkentä).

Sekaviritysgeneraattori, kun sen kenttäkäämit on kytketty yhteen, mahdollistaa suunnilleen vakiojännitteen saamisen kuormituksen muuttuessa. Generaattorin ulkoinen ominaisuus (kuva 5, b) voidaan ensimmäisessä approksimaatiossa esittää kunkin virityskelan luomien ominaisuuksien summana.

Riisi. 5. Kaavio generaattorista, jossa on sekoitettu heräte (a) ja sen ulkoiset ominaisuudet (b)

Kun vain yksi rinnakkaiskäämi kytketään päälle, jonka läpi viritysvirta Iв1 kulkee, generaattorin jännite U laskee vähitellen kuormitusvirran In kasvaessa (käyrä 1). Kun yksi sarjakäämi kytketään päälle, jonka läpi herätevirta Iw2 = In , jännite U kasvaa virran In kasvaessa (käyrä 2).

Jos valitaan sarjakäämin kierrosten lukumäärä siten, että nimelliskuormalla sen synnyttämä jännite ΔUPOSOL kompensoi kokonaisjännitehäviön ΔU, kun kone toimii vain yhdellä rinnakkaiskäämityksellä, niin voidaan saavuttaa, että jännite U pysyy lähes ennallaan, kun kuormitusvirta muuttuu nollasta nimellisarvoon (käyrä 3). Käytännössä se vaihtelee 2-3 prosentin sisällä.

Lisäämällä sarjakäämin kierrosten määrää voidaan saada ominaisuus, jossa jännitteellä UHOM on enemmän jännitettä Uo tyhjäkäynnillä (käyrä 4), tämä ominaisuus kompensoi jännitehäviötä ei vain jännitteen sisäisessä resistanssissa. generaattorin ankkuripiirissä, mutta myös sen kuormaan yhdistävässä johdossa. Jos sarjakäämi kytketään päälle niin, että sen synnyttämä magneettivuo on suunnattu rinnakkaiskäämin vuota vastaan ​​(vastakommutaatio), silloin generaattorin ulkoinen ominaisuus, jossa on suuri määrä sarjakäämin kierroksia, laskee jyrkästi (käyrä 5).

Kenttäkäämien sarja- ja rinnakkaiskytkentää käytetään hitsausgeneraattoreissa, jotka toimivat toistuvien oikosulkujen olosuhteissa. Tällaisissa generaattoreissa oikosulun sattuessa sarjakäämitys demagnetisoi koneen lähes kokonaan ja vähentää oikosulkuvirtaa. arvoon, joka on turvallinen generaattorille.

Kenttäkäämityksellä varustettuja generaattoreita, joissa on vastakkaiset kytkennät, käytetään joissakin dieselvetureissa vetogeneraattoreiden virittiminä, ne varmistavat generaattorin toimittaman tehon pysyvyyden.

Tällaisia ​​taudinaiheuttajia käytetään myös sähköisissä tasavirtavetureissa. Ne syöttävät ajomoottoreiden kenttäkäämityksiä, jotka toimivat regeneratiivisessa tilassa regeneratiivisen jarrutuksen aikana ja tarjoavat jyrkästi laskevia ulkoisia ominaisuuksia.

Generaattorin sekoitettu heräte on tyypillinen esimerkki häiriösäädöstä.

DC-generaattorit kytketään usein rinnan toimiakseen yhteisessä verkossa.Edellytyksenä nimellistehoon suhteutetun kuormituksen jakautumisen generaattoreiden rinnakkaistoiminnalle on niiden ulkoisten ominaisuuksien identiteetti. Käytettäessä generaattoreita, joissa on sekaheräte, niiden sarjakäämit virtojen tasaamiseksi on kytkettävä yhteiseen lohkoon tasauslangalla.