Alalisvoolu elektriahelad ja nende omadused

Omadused DC generaator määratakse peamiselt ergutuspooli sisselülitamise viisi järgi. On olemas sõltumatud, paralleelsed, jada- ja segaergutusgeneraatorid:

• sõltumatult ergastatud: välja mähis saab toite välisest alalisvooluallikast (aku, väike abigeneraator, mida nimetatakse ergutiks või alaldiks),

• paralleelne ergutus: väljamähis on ühendatud paralleelselt armatuuri mähise ja koormusega,

• jadaergutus: väljamähis on ühendatud järjestikku armatuuri mähise ja koormusega,

• segaergutusega: väljamähiseid on kaks - paralleelne ja järjestikku, esimene on ühendatud paralleelselt armatuurimähisega ja teine ​​on ühendatud sellega ja koormusega järjestikku.

Paralleel-, jada- ja segaergutusgeneraatorid on iseergastuvad masinad, kuna nende väljamähised saavad pinget generaatori enda poolt.

Alalisvoolugeneraatorite ergastus: a — sõltumatu, b — paralleelne, c — jada, d — segatud.

Kõigil loetletud generaatoritel on sama seade ja need erinevad ainult ergutuspoolide ehituse poolest. Sõltumatu ja paralleelse ergastuse poolid on väikese ristlõikega traadist, neil on suur keerdude arv, jadaergastuse mähis on valmistatud suure ristlõikega traadist, pöördeid on vähe.

Alalisvoolugeneraatorite omadusi hinnatakse nende omaduste järgi: tühikäik, väline ja juhtimine. Allpool vaatleme neid eri tüüpi generaatorite omadusi.

Sõltumatult põnevil generaator

Sõltumatu ergastusega generaatori (joonis 1) iseloomulik tunnus on see, et selle ergutusvool Iv ei sõltu armatuuri voolust Ii, vaid selle määrab ainult ergutuspoolile antud pinge Uv ja ergutusahela takistus Rv .

Riis. 1. Sõltumatult ergastava generaatori skemaatiline diagramm

Tavaliselt on väljavool madal ja moodustab 2-5% armatuuri nimivoolust. Generaatori pinge reguleerimiseks on ergutusmähise vooluringis sageli kaasas Rpv reguleerimise reostaat. Veduritel reguleeritakse voolu Iv pinge Uv muutmisega.

Generaatori tühikäigukarakteristik (joon. 2, a) — pinge Uo sõltuvus tühikäigul ergutusvoolust Ib koormuse Rn puudumisel, st In = Iya = 0 juures ja konstantsel pöörlemiskiirusel n. Koormuseta, kui koormusahel on avatud, on generaatori pinge Uo võrdne e-ga. jne. v. Eo = cEFn.

Kuna tühikäigu karakteristiku eemaldamisel jäetakse pöörete arv n muutumatuks, siis sõltub pinge Uo ainult magnetvoost F.Seetõttu on tühikäigu karakteristik sarnane voo F sõltuvusega ergutusvoolust Ia (generaatori magnetahela magnetiline karakteristik).

Koormatuse karakteristikut saab hõlpsasti eksperimentaalselt kõrvaldada, suurendades järk-järgult ergutusvoolu nullist väärtuseni, kus U0 = 1,25 Unom, ja seejärel vähendades ergutusvoolu nullini. Sel juhul saadakse tunnuse 1 tõusev ja 2 kahanevat haru. Nende harude lahknemine on tingitud hüstereesi olemasolust masina magnetahelas. Kui armatuuri mähises on Iw = 0, indutseerib jääkmagnetismi voog jääkväärtuse d jne. Eostiga, mis on tavaliselt 2-4% nimipingest Unom.

Väikeste ergutusvoolude korral on masina magnetvoog väike, seetõttu muutuvad selles piirkonnas voog ja pinge Uo ergutusvooluga otseselt proportsionaalselt ning selle karakteristiku algosa on sirgjoon. Ergastusvoolu suurenedes generaatori magnetahel küllastub ja pinge Uo tõus aeglustub. Mida suurem on ergutusvool, seda tugevam on masina magnetahela küllastus ja seda aeglasemalt kasvab pinge U0. Väga suurte ergutusvoolude korral pinge Uo tõusu praktiliselt lakkab.

Tühjakoormuse karakteristik võimaldab hinnata masina võimalike pinge- ja magnetomaduste väärtust. Üldotstarbeliste masinate nimipinge (näidatud passis) vastab karakteristiku küllastunud osale (selle kõvera "põlvele").Vedurigeneraatorites, mis nõuavad laiaulatuslikku pingereguleerimist, kasutatakse karakteristiku nii kõverjoonelisi kui ka sirgjoonelisi küllastumata osi.

D. d. C. masin muutub proportsionaalselt kiirusega n, seetõttu on n2 < n1 puhul tühikäigukarakteristikud n1 korral kõverast allpool. Generaatori pöörlemissuuna muutumisel muutub e suund. jne. c) indutseeritakse armatuuri mähises ja seega ka harjade polaarsuses.

Generaatori väliskarakteristikuks (joonis 2, b) on pinge U sõltuvus koormusvoolust In = Ia konstantsel kiirusel n ja ergutusvoolust Iv. Generaatori pinge U on alati väiksem kui tema e. jne. c) E pingelanguse väärtusega kõigis armatuuriahelas järjestikku ühendatud mähistes.

Generaatori koormuse suurenedes (armatuuri mähise vool IАЗ САМ — азЗ) väheneb generaatori pinge kahel põhjusel:

1) pingelanguse suurenemise tõttu armatuuri mähisahelas,

2) vähenemise tõttu e. jne. armatuurivoo demagnetiseeriva toime tulemusena. Armatuuri magnetvoog nõrgendab mõnevõrra generaatori peamist magnetvoogu Ф, mis toob kaasa selle e mõningase vähenemise. jne. v. E laadimisel vastu e. jne. Eo-ga tühikäigul.

Pinge muutus üleminekul tühikäigurežiimilt nimikoormusele vaadeldavas generaatoris on 3–8℅ nimiväärtusest.

Kui sulgete välise vooluringi väga madala takistusega, st lühistage generaator, siis langeb selle pinge nullini.Armatuurimähises Ik olev vool lühise ajal jõuab vastuvõetamatu väärtuseni, mille juures armatuurimähis võib läbi põleda. Väikese võimsusega masinates võib lühisvool olla 10-15 korda suurem nimivoolust, suure võimsusega masinates võib see suhe ulatuda 20-25-ni.

Riis. 2. Sõltumatu ergastusega generaatori omadused: a — tühikäik, b — väline, c — reguleeriv

Generaatori reguleerkarakteristikuks (joon. 2, c) on ergutusvoolu Iv sõltuvus koormusvoolust In konstantse pinge U ja pöörlemissageduse n korral. See näitab, kuidas reguleerida ergutusvoolu, et hoida generaatori pinge koormuse muutumisel konstantsena. Ilmselgelt on sel juhul koormuse kasvades vaja ergutusvoolu suurendada.

Sõltumatult ergastava generaatori eelisteks on võimalus reguleerida pinget laias vahemikus 0 kuni Umax muutes ergutusvoolu ja generaatori pinge väike muutus koormuse all. Kuid see nõuab välimähise toiteks välist alalisvooluallikat.

Paralleelergutusega generaator.

Selles generaatoris (joonis 3, a) hargneb armatuuri mähise vool Iya välisesse koormusahelasse RH (vool In) ja ergutusmähisesse (vool Iv), keskmise ja suure võimsusega masinate vool Iv on 2-5 % voolu nimiväärtusest armatuurimähises.Masin kasutab iseergastuse põhimõtet, mille puhul ergutusmähis toidetakse otse generaatori armatuurimähisest. Kuid generaatori iseergastamine on võimalik ainult siis, kui on täidetud mitmed tingimused.

1.Generaatori iseergutusprotsessi käivitamiseks on vajalik, et masina magnetahelas oleks magnetismi jääkvoog, mis indutseerib armatuuri mähises e. jne. küla Eost. See e jne. v annab voolu läbi ahela "armatuurimähis - ergutusmähis" mõne käivitusvoolu.

2. Väljapooli tekitatav magnetvoog peab olema suunatud jääkmagnetismi magnetvoo järgi. Sel juhul suureneb iseergastuse käigus ergutusvool Iv ja seega ka masina e magnetvoog Ф. jne. v. E. See jätkub seni, kuni masina magnetahela küllastumise tõttu F ja seetõttu E ja Ib edasine suurenemine peatub. Näidatud voogude suuna kokkulangevuse tagab ergutusmähise õige ühendamine armatuurimähisega. Vale ühendamise korral masin demagnetiseerub (jääkmagnetism kaob) ja e. jne. c. E väheneb nullini.

3. RB ergutusahela takistus peab olema väiksem kui teatud piirväärtus, mida nimetatakse kriitiliseks takistuseks. Seetõttu on generaatori kiireimaks ergastamiseks soovitatav generaatori sisselülitamisel täielikult väljastada ergutusmähisega järjestikku ühendatud reguleeriv reostaat Rpv (vt joonis 3, a). See tingimus piirab ka väljavoolu võimalikku reguleerimisvahemikku ja seega paralleelselt ergastava generaatori pinget. Tavaliselt on võimalik generaatori pinget alandada, suurendades väljamähise vooluahela takistust ainult (0,64-0,7) Unom-ni.

Riis. 3.Paralleelergutusega generaatori (a) ja sõltumatu ja paralleelse ergastusega generaatorite väliskarakteristikute (b) skemaatiline diagramm

Tuleb märkida, et generaatori iseergastamiseks on vaja selle e suurendamise protsessi. jne. E-ga ja ergutusvool Ib tekkis masina tühikäigul. Vastasel juhul võib Eosti väikese väärtuse ja armatuurimähise ahela suure sisemise pingelanguse tõttu ergutusmähisele rakendatav pinge langeda peaaegu nullini ja ergutusvool suureneda ei saa. Seetõttu tuleks koormus generaatoriga ühendada alles pärast seda, kui selle klemmide pinge on nimiväärtusele lähedane.

Armatuuri pöörlemissuuna muutumisel muutub harjade polaarsus ja seega ka voolu suund väljamähises, sel juhul demagnetiseeritakse generaator.

Selle vältimiseks on pöörlemissuuna muutmisel vaja väljalülitust ühendavad juhtmed armatuurimähisega ümber lülitada.

Generaatori väliskarakteristik (kõver 1 joonisel 3, b) tähistab pinge U sõltuvust koormusvoolust In kiiruse n ja ajamiahela RB takistuse konstantsetel väärtustel. See asub sõltumatult ergastava generaatori väliskarakteristikust allpool (kõver 2).

See on seletatav asjaoluga, et lisaks samadele kahele põhjusele, mis põhjustavad pinge vähenemist koormuse suurenemisega sõltumatult ergastavas generaatoris (pingelang armatuuriahelas ja armatuurireaktsiooni demagnetiseeriv toime), on ka kolmas põhjus. peetakse generaatoriks - ergutusvoolu vähendamine.

Kuna ergastusvool IB = U / Rv, see tähendab, sõltub masina pingest U, siis pinge vähenemisel nendel kahel põhjusel magnetvoog F ja e vähenevad. jne. v. generaator E, mis toob kaasa pinge edasise languse. Punktile a vastavat maksimaalset voolu Icr nimetatakse kriitiliseks.

Kui armatuurimähis on lühises, on paralleelergastusega generaatori vool Ic väike (punkt b), kuna selles režiimis on pinge ja ergutusvool null. Seetõttu tekitab lühisevoolu ainult e. jne. jääkmagnetismist ja on (0,4 ... 0,8) Inom .. Väliskarakteristik jaguneb punktist a kaheks osaks: ülemine — töötav ja alumine — mittetöötav.

Tavaliselt ei kasutata kogu tööosa, vaid ainult teatud osa sellest. Väliskarakteristiku sektsiooni ab töö on ebastabiilne, sel juhul läheb masin punktile b vastavasse režiimi, s.o. lühise režiimis.

Paralleelergutusega generaatori tühikäigukarakteristikud võetakse sõltumatu ergastusega (kui vool ankrus Iya = 0), seetõttu ei erine see kuidagi sõltumatu ergutusega generaatori vastavast karakteristikust (vt joonis 1). 2, a). Paralleelergutusega generaatori juhtimiskarakteristikul on sama kuju kui sõltumatu ergutusega generaatoril (vt joonis 2, c).

Paralleelergutusgeneraatoreid kasutatakse elektritarbijate toiteks sõiduautodes, autodes ja lennukites, näiteks generaatoreid elektrivedurite, diiselvedurite ja mootorvagunite juhtimiseks ning akupatareide laadimiseks.

Seeria ergutusgeneraator

Selles generaatoris (joon.4, a) ergutusvool Iw on võrdne koormusvooluga In = Ia ja pinge muutub oluliselt koormusvoolu muutumisel. Tühikäigul indutseeritakse generaatoris väike emissioon. jne. v Eri, mis on tekkinud jääkmagnetismi voolust (joon. 4, b).

Koormusvoolu suurenedes Ii = Iv = Iya suureneb magnetvoog, nt. jne. p ja generaatori pinge, see tõus, nagu ka teistel iseergastavatel masinatel (paralleelergastusega generaator), jätkub masina magnetilise küllastuse tõttu teatud piirini.

Kui koormusvool tõuseb üle Icr, hakkab generaatori pinge langema, kuna küllastumisest tingitud ergastuse magnetvoog lakkab peaaegu kasvamast ning armatuuri reaktsiooni demagnetiseeriv toime ja pingelang armatuuri mähisahelas IяΣRя jätkavad suurenemist . Tavaliselt on vool Icr palju suurem kui nimivool. Generaator saab stabiilselt töötada ainult väliskarakteristiku ab osas, st. nimiväärtusest suuremate koormusvoolude korral.

Kuna jadaergastusega generaatorites varieerub pinge koormuse muutumisel suuresti ja on tühikäigul nullilähedane, ei sobi need enamiku elektritarbijate varustamiseks. Neid kasutatakse ainult jadaergutusmootorite elektrilise (reostaatilise) pidurdamisel, mis seejärel viiakse üle generaatorirežiimile.

Riis. 4. Jadaergastusgeneraatori (a) ja selle väliskarakteristiku (b) skemaatiline diagramm

Segaergutusgeneraator.

Selles generaatoris (joonis 5, a) on kõige sagedamini paralleelne ergutusmähis peamine ja seeria üks on abipool.Mõlemad mähised on sama polaarsusega ja ühendatud nii, et nende tekitatud magnetvood liidavad (konkordantne lülitus) või lahutavad (vastandlülitus).

Segaergastusega generaator, kui selle väljamähised on kokkuleppeliselt ühendatud, võimaldab koormuse muutumisel saada ligikaudu konstantse pinge. Generaatori väliskarakteristikut (joonis 5, b) saab esimeses lähenduses esitada iga ergutusmähise poolt loodud karakteristikute summana.

Riis. 5. Segaergastusega generaatori (a) ja selle väliskarakteristikute (b) skemaatiline diagramm

Kui on sisse lülitatud ainult üks paralleelmähis, mida läbib ergutusvool Iв1, väheneb generaatori pinge U järk-järgult koormusvoolu In suurenemisega (kõver 1) Ühe jadamähise sisselülitamisel, mille kaudu ergutusvool Iw2 = In pinge U kasvab voolu In suurenedes (kõver 2).

Kui valime jadamähise keerdude arvu nii, et nimikoormusel kompenseeriks selle tekitatud pinge ΔUPOSOL kogu pingelangu ΔU, kui masin töötab ainult ühe paralleelmähisega, siis on võimalik saavutada, et pinge U jääb peaaegu muutumatuks, kui koormusvool muutub nullist nimiväärtuseks (kõver 3). Praktikas varieerub see 2-3% piires.

Jadamähise keerdude arvu suurendamisega on võimalik saada karakteristik, kus pingel UHOM on tühikäigul rohkem pinget Uo (kõver 4), see karakteristik kompenseerib pingelangust mitte ainult sisetakistuses. generaatori armatuuriahelas, aga ka seda koormusega ühendavas liinis. Kui jadamähis on sisse lülitatud nii, et selle tekitatud magnetvoog on suunatud paralleelmähise voo vastu (vastukommutatsioon), siis suure arvu jadamähise keerdude arvuga generaatori väliskarakteristikud langevad järsult. (kõver 5).

Jada- ja paralleelväljamähiste tagurpidiühendust kasutatakse sagedaste lühiste tingimustes töötavates keevitusgeneraatorites. Sellistes generaatorites demagnetiseerib jadamähis lühise korral masina peaaegu täielikult ja vähendab lühisvoolu. väärtuseni, mis on generaatori jaoks ohutu.

Vastupidise ühendusega väljamähistega generaatoreid kasutatakse osadel diiselveduritel veogeneraatorite ergutajatena, need tagavad generaatori poolt antava võimsuse püsivuse.

Selliseid patogeene kasutatakse ka elektrilistel alalisvooluveduritel. Need toidavad regeneratiivpidurduse ajal regeneratiivrežiimil töötavate veomootorite väljamähiseid ja tagavad järsult langevad välised omadused.

Generaatori segaergutus on tüüpiline näide häirete reguleerimisest.

Alalisvoolugeneraatorid on sageli ühendatud paralleelselt, et töötada ühises võrgus.Nimivõimsusega proportsionaalse koormuse jaotusega generaatorite paralleelse töö eelduseks on nende väliste omaduste identsus. Segaergastusega generaatorite kasutamisel tuleb nende jadamähised voolude ühtlustamiseks ühendada ühtsusjuhtmega ühisesse plokki.