Nuolatinės srovės elektros grandinės ir jų charakteristikos

Savybės DC generatorius daugiausia lemia sužadinimo ritės įjungimo būdas. Yra nepriklausomi, lygiagrečiai, serijiniai ir mišrūs sužadinimo generatoriai:

• nepriklausomai sužadinamas: lauko ritė maitinama išoriniu nuolatinės srovės šaltiniu (baterija, nedideliu pagalbiniu generatoriumi, vadinamu žadintuvu arba lygintuvu),

• lygiagretus sužadinimas: lauko apvija sujungta lygiagrečiai su armatūros apvija ir apkrova,

• nuoseklus sužadinimas: lauko apvija nuosekliai sujungta su armatūros apvija ir apkrova,

• su mišriu sužadinimu: yra dvi lauko apvijos - lygiagrečios ir nuoseklios, pirmoji yra sujungta lygiagrečiai su armatūros apvija, o antroji yra sujungta nuosekliai su ja ir apkrova.

Lygiagretieji, serijiniai ir mišraus sužadinimo generatoriai yra savaime sužadinami mašinos, nes jų lauko apvijas maitina pats generatorius.

Nuolatinės srovės generatorių žadinimas: a — nepriklausomas, b — lygiagretus, c — nuoseklus, d — mišrus.

Visi išvardyti generatoriai turi tą patį įrenginį ir skiriasi tik žadinimo ritių konstrukcija. Nepriklausomo ir lygiagretaus žadinimo ritės yra pagamintos iš mažo skerspjūvio vielos, turi daug vijų, nuoseklaus žadinimo ritė pagaminta iš didelio skerspjūvio vielos, vijų yra nedaug.

Nuolatinės srovės generatorių savybės vertinamos pagal jų charakteristikas: tuščiosios eigos, išorinės ir valdymo. Žemiau apžvelgsime šias skirtingų tipų generatorių charakteristikas.

Nepriklausomai sužadintas generatorius

Generatoriaus su nepriklausomu žadinimu charakteristika (1 pav.) yra ta, kad jo žadinimo srovė Iv nepriklauso nuo armatūros srovės Ii, o yra nulemta tik į žadinimo ritę tiekiamos įtampos Uv ir žadinimo grandinės varžos Rv. .

Ryžiai. 1. Savarankiškai sužadinamo generatoriaus schema

Paprastai lauko srovė yra maža ir sudaro 2–5% vardinės armatūros srovės. Generatoriaus įtampai reguliuoti dažnai į žadinimo apvijos grandinę įtraukiamas Rpv reguliavimo reostatas. Lokomotyvuose srovė Iv reguliuojama keičiant įtampą Uv.

Generatoriaus tuščiosios eigos charakteristika (2 pav., a) - tuščiosios eigos įtampos Uo priklausomybė nuo žadinimo srovės Ib, kai nėra apkrovos Rn, tai yra esant In = Iya = 0 ir esant pastoviam sukimosi greičiui n. Esant tuščiai apkrovai, kai apkrovos grandinė yra atvira, generatoriaus įtampa Uo lygi e. ir tt v. Eo = cEFn.

Kadangi pašalinant tuščiosios eigos charakteristikas, greitis n išlieka nepakitęs, tai įtampa Uo priklauso tik nuo magnetinio srauto F.Todėl tuščiosios eigos charakteristika bus panaši į srauto F priklausomybę nuo žadinimo srovės Ia (generatoriaus magnetinės grandinės magnetinės charakteristikos).

Tuščiosios apkrovos charakteristikas galima lengvai pašalinti eksperimentiškai, palaipsniui didinant žadinimo srovę nuo nulio iki vertės, kurioje U0 = 1,25 Unom, o po to sumažinant žadinimo srovę iki nulio. Tokiu atveju gaunamos 1 didėjančios ir 2 mažėjančios charakteristikos šakos. Šių šakų skirtumai atsiranda dėl histerezės buvimo mašinos magnetinėje grandinėje. Kai armatūros apvijoje Iw = 0, liekamojo magnetizmo srautas sukelia liekaną d ir kt. su Eost, kuris paprastai yra 2-4% vardinės įtampos Unom.

Esant mažoms žadinimo srovėms, mašinos magnetinis srautas yra mažas, todėl šioje srityje srautas ir įtampa Uo kinta tiesiogiai proporcingai žadinimo srovei, o pradinė šios charakteristikos dalis yra tiesė. Didėjant žadinimo srovei, generatoriaus magnetinė grandinė prisisotina, o įtampos kilimas Uo sulėtėja. Kuo didesnė žadinimo srovė, tuo stipresnis mašinos magnetinės grandinės prisotinimas ir lėčiau didėja įtampa U0. Esant labai didelėms žadinimo srovėms, įtampa Uo praktiškai nustoja didėti.

Tuščiosios eigos charakteristika leidžia įvertinti galimos mašinos įtampos ir magnetinių savybių vertę. Nominali įtampa (nurodyta pase) bendrosios paskirties mašinoms atitinka charakteristikos prisotintą dalį (šios kreivės „kelį“).Lokomotyvų generatoriuose, kuriems reikalingas platus įtampos reguliavimo diapazonas, naudojamos ir kreivinės, ir tiesios nesočiosios charakteristikos dalys.

D. d. C. mašina keičiasi proporcingai greičiui n, todėl, kai n2 < n1, tuščiosios eigos charakteristika yra žemiau n1 kreivės. Keičiantis generatoriaus sukimosi krypčiai, pasikeičia e kryptis. ir tt c) Sukeliamas armatūros apvijoje, taigi ir šepečių poliškumas.

Išorinė generatoriaus charakteristika (2 pav., b) yra įtampos U priklausomybė nuo apkrovos srovės In = Ia esant pastoviam greičiui n ir žadinimo srovės Iv. Generatoriaus įtampa U visada yra mažesnė už jo e. ir tt c) E – įtampos kritimo visose apvijose, sujungtose nuosekliai armatūros grandinėje.

Didėjant generatoriaus apkrovai (armatūros apvijos srovė IАЗ САМ — азЗ), generatoriaus įtampa mažėja dėl dviejų priežasčių:

1) dėl padidėjusios įtampos kritimo armatūros apvijos grandinėje,

2) dėl sumažėjusio e. ir tt dėl armatūros srauto išmagnetinimo. Armatūros magnetinis srautas šiek tiek susilpnina pagrindinį generatoriaus magnetinį srautą Ф, dėl to šiek tiek sumažėja jo e. ir tt v. E kraunant prieš e. ir tt su Eo tuščiąja eiga.

Įtampos pokytis perėjus iš tuščiosios eigos režimo į vardinę apkrovą nagrinėjamame generatoriuje yra 3–8℅ vardinės.

Jei uždarote išorinę grandinę esant labai mažam pasipriešinimui, ty trumpai sujungiate generatorių, tada jo įtampa nukrenta iki nulio.Srovė armatūros apvijoje Ik trumpojo jungimo metu pasieks nepriimtiną vertę, kuriai esant inkaro apvija gali perdegti. Mažos galios mašinose trumpojo jungimo srovė gali būti 10-15 kartų didesnė už vardinę srovę, didelės galios mašinose šis santykis gali siekti 20-25.

Ryžiai. 2. Generatoriaus su nepriklausomu žadinimu charakteristikos: a — tuščioji eiga, b — išorinė, c — reguliuojanti

Generatoriaus reguliavimo charakteristika (2 pav., c) yra žadinimo srovės Iv priklausomybė nuo apkrovos srovės In esant pastoviai įtampai U ir sukimosi dažniui n. Jame parodyta, kaip reguliuoti žadinimo srovę, kad generatoriaus įtampa būtų pastovi, keičiantis apkrovai. Akivaizdu, kad šiuo atveju, didėjant apkrovai, reikia padidinti žadinimo srovę.

Nepriklausomo sužadinimo generatoriaus privalumai yra galimybė reguliuoti įtampą plačiame diapazone nuo 0 iki Umax keičiant žadinimo srovę ir nedidelis generatoriaus įtampos pokytis esant apkrovai. Tačiau lauko ritės maitinimui reikalingas išorinis nuolatinės srovės šaltinis.

Generatorius su lygiagrečiu sužadinimu.

Šiame generatoriuje (3 pav., a) armatūros apvijos srovė Iya atsišakoja į išorinę apkrovos grandinę RH (srovė In) ir į žadinimo apviją (srovė Iv), srovė Iv vidutinės ir didelės galios mašinoms yra 2-5 % vardinės srovės vertės armatūros apvijoje.Mašinoje naudojamas savaiminio sužadinimo principas, kai žadinimo apvija tiekiama tiesiai iš generatoriaus armatūros apvijos. Tačiau savaiminis generatoriaus sužadinimas įmanomas tik tuo atveju, jei tenkinamos kelios sąlygos.

1.Norint pradėti generatoriaus savaiminio sužadinimo procesą, reikia, kad mašinos magnetinėje grandinėje būtų liekamasis magnetizmo srautas, kuris indukuoja e armatūros apvijoje. ir tt Eosto kaimas. Šis el. v. suteikia tam tikros paleidimo srovės srautą per grandinę „armatūros apvija – sužadinimo apvija“.

2. Lauko ritės sukuriamas magnetinis srautas turi būti nukreiptas pagal liekamojo magnetizmo magnetinį srautą. Tokiu atveju savaiminio sužadinimo procese padidės žadinimo srovė Iv, taigi ir mašinos e magnetinis srautas Ф. ir tt v. E. Tai tęsis tol, kol dėl mašinos magnetinės grandinės prisotinimo toliau didės F ir todėl E ir Ib sustos. Nurodytų srautų krypties sutapimą užtikrina teisingas žadinimo apvijos sujungimas su armatūros apvija. Neteisingai prijungus, aparatas išsimagnetina (dingsta liekamasis magnetizmas) ir el. ir tt c. E sumažėja iki nulio.

3. RB žadinimo grandinės varža turi būti mažesnė už tam tikrą ribinę vertę, vadinamą kritine varža. Todėl norint greičiau sužadinti generatorių, įjungus generatorių, rekomenduojama pilnai išvesti reguliavimo reostatą Rpv, nuosekliai sujungtą su žadinimo rite (žr. 3 pav., a). Ši sąlyga taip pat riboja galimą lauko srovės reguliavimo diapazoną, taigi ir lygiagretaus sužadinimo generatoriaus įtampą. Paprastai generatoriaus įtampą galima sumažinti padidinus lauko apvijos grandinės varžą tik iki (0,64-0,7) Unom.

Ryžiai. 3.Lygiagretaus žadinimo generatoriaus (a) ir nepriklausomo ir lygiagretaus žadinimo generatorių išorinių charakteristikų schema (b)

Pažymėtina, kad savaiminis generatoriaus sužadinimas reikalauja jo e. ir tt su E ir žadinimo srove Ib atsirado mašinai dirbant tuščiąja eiga. Priešingu atveju dėl mažos Eost vertės ir didelio vidinės įtampos kritimo armatūros apvijos grandinėje žadinimo apvijai taikoma įtampa gali sumažėti beveik iki nulio, o žadinimo srovė negali padidėti. Todėl apkrova turėtų būti prijungta prie generatoriaus tik tada, kai įtampa jo gnybtuose yra artima vardinei.

Pasikeitus armatūros sukimosi krypčiai, keičiasi šepečių poliškumas ir dėl to srovės kryptis lauko apvijoje, šiuo atveju generatorius išmagnetinamas.

Norint to išvengti, keičiant sukimosi kryptį, reikia perjungti laidus, jungiančius lauko ritę su armatūros rite.

Išorinė generatoriaus charakteristika (1 kreivė 3 pav., b) parodo įtampos U priklausomybę nuo apkrovos srovės In esant pastovioms greičio n vertėms ir pavaros grandinės varžai RB. Jis yra žemiau nepriklausomo sužadinimo generatoriaus išorinės charakteristikos (2 kreivė).

Tai paaiškinama tuo, kad be tų pačių dviejų priežasčių, dėl kurių įtampa mažėja didėjant apkrovai nepriklausomai sužadinamame generatoriuje (įtampos kritimas armatūros grandinėje ir armatūros reakcijos demagnetizuojantis poveikis), yra ir trečioji priežastis. laikomas generatoriumi - žadinimo srovės sumažinimas.

Kadangi sužadinimo srovė IB = U / Rv, tai yra, priklauso nuo mašinos įtampos U, tada mažėjant įtampai dėl šių dviejų priežasčių magnetinis srautas F ir e mažėja. ir tt v. generatorius E, dėl to toliau mažėja įtampa. Didžiausia srovė Icr, atitinkanti tašką a, vadinama kritine.

Kai trumpai sujungiama armatūros apvija, lygiagrečiai sužadinto generatoriaus srovė Ic yra maža (taškas b), nes šiuo režimu įtampa ir žadinimo srovė lygi nuliui. Vadinasi, trumpojo jungimo srovę sukuria tik e. ir tt nuo liekamojo magnetizmo ir yra (0,4 ... 0,8) Inom .. Išorinė charakteristika skirstoma iš taško a į dvi dalis: viršutinę — darbinę ir apatinę — neveikiančią.

Paprastai naudojama ne visa darbinė dalis, o tik tam tikras jos segmentas. Išorinės charakteristikos sekcijos ab veikimas nestabilus, tokiu atveju mašina pereina į tašką b atitinkantį režimą, t.y. trumpojo jungimo režimu.

Generatoriaus su lygiagrečiu žadinimu tuščiosios eigos charakteristika imama su nepriklausomu žadinimu (kai srovė armatūroje Iya = 0), todėl ji niekuo nesiskiria nuo atitinkamos charakteristikos generatoriui su nepriklausomu sužadinimu (žr. 2, a). Generatoriaus su lygiagrečiu žadinimu valdymo charakteristika turi tokią pačią formą kaip ir nepriklausomo žadinimo generatoriaus charakteristika (žr. 2 pav., c).

Lygiagrečiai sužadinami generatoriai naudojami elektros vartotojams maitinti lengvuosiuose automobiliuose, automobiliuose ir orlaiviuose, pvz., elektriniams lokomotyvams, dyzeliniams lokomotyvams ir motoroleriams vairuoti, taip pat akumuliatorių akumuliatoriams įkrauti.

Serijos sužadinimo generatorius

Šiame generatoriuje (pav.4, a) žadinimo srovė Iw lygi apkrovos srovei In = Ia, o įtampa labai kinta keičiantis apkrovos srovei. Tuščiąja eiga generatoriuje sukeliama nedidelė emisija. ir tt v. Eri, sukurta liekamojo magnetizmo srauto (4 pav., b).

Didėjant apkrovos srovei Ii = Iv = Iya, didėja magnetinis srautas, pvz. ir tt p ir generatoriaus įtampa, šis padidėjimas, kaip ir kitose savaiminio sužadinimo mašinose (lygiagrečiai sužadinamas generatorius), tęsiasi iki tam tikros ribos dėl mašinos magnetinio prisotinimo.

Apkrovos srovei padidėjus virš Icr, generatoriaus įtampa pradeda mažėti, nes žadinimo magnetinis srautas dėl prisotinimo beveik nustoja didėti, o inkaro reakcijos demagnetizuojantis poveikis ir įtampos kritimas armatūros apvijos grandinėje IяΣRя toliau didėja. Paprastai srovė Icr yra daug didesnė už vardinę srovę. Generatorius gali stabiliai dirbti tik išorinės charakteristikos ab dalyje, t.y. kai apkrovos srovės didesnės nei vardinės.

Kadangi nuosekliai sužadintuose generatoriuose įtampa labai kinta keičiantis apkrovai ir veikiant be apkrovos yra artima nuliui, jie netinkami tiekti daugumą elektros vartotojų. Jie naudojami tik su elektriniu (reostatiniu) serijinio sužadinimo variklių stabdymu, kurie vėliau perkeliami į generatoriaus režimą.

Ryžiai. 4. Serijinio žadinimo generatoriaus (a) ir jo išorinės charakteristikos (b) schema.

Mišraus sužadinimo generatorius.

Šiame generatoriuje (5 pav., a) dažniausiai lygiagreti žadinimo ritė yra pagrindinė, o serijinė – pagalbinė.Abi ritės yra vienodo poliškumo ir sujungtos taip, kad jų sukuriami magnetiniai srautai sudėtų (suderinamas perjungimas) arba atimamas (priešingas perjungimas).

Mišraus sužadinimo generatorius, kai jo lauko apvijos yra sujungtos sutartinai, leidžia gauti maždaug pastovią įtampą kintant apkrovai. Išorinė generatoriaus charakteristika (5 pav., b) pirmuoju aproksimavimu gali būti pavaizduota kaip kiekvienos sužadinimo ritės sukurtų charakteristikų suma.

Ryžiai. 5. Generatoriaus su mišriu žadinimu (a) ir jo išorinių charakteristikų (b) schema.

Įjungus tik vieną lygiagrečią apviją, per kurią praeina žadinimo srovė Iв1, generatoriaus įtampa U palaipsniui mažėja didėjant apkrovos srovei In (kreivė 1) Įjungus vieną nuosekliąją apviją, per kurią žadinimo srovė Iw2 = In , įtampa U didėja didėjant srovei In (2 kreivė).

Jei nuoseklios apvijos apsisukimų skaičių parinksime taip, kad esant vardinei apkrovai jos sukuriama įtampa ΔUPOSOL kompensuotų bendrą įtampos kritimą ΔU, kai mašina veikia tik su viena lygiagrečia apvija, tai galima pasiekti, kad įtampa U išlieka beveik nepakitusi, kai apkrovos srovė pasikeičia nuo nulio iki vardinės vertės (3 kreivė). Praktiškai jis svyruoja 2–3 proc.

Padidinus nuosekliosios apvijos apsisukimų skaičių, galima gauti charakteristiką, kai įtampa UHOM tuščiąja eiga turės didesnę įtampą Uo (4 kreivė), ši charakteristika kompensuoja įtampos kritimą ne tik vidinėje apvijos varžoje. generatoriaus armatūros grandinėje, bet ir linijoje, jungiančioje jį su apkrova. Jei serijinė apvija įjungiama taip, kad jos sukurtas magnetinis srautas būtų nukreiptas prieš lygiagrečios apvijos srautą (priešinis komutavimas), tada generatoriaus, turinčio daug nuoseklios apvijos apsisukimų, išorinė charakteristika smarkiai kris. (5 kreivė).

Atvirkštinis nuosekliųjų ir lygiagrečių lauko apvijų sujungimas naudojamas suvirinimo generatoriuose, veikiančiuose dažno trumpojo jungimo sąlygomis. Tokiuose generatoriuose trumpojo jungimo atveju nuoseklioji apvija beveik visiškai išmagnetina mašiną ir sumažina trumpojo jungimo srovę. iki vertės, kuri yra saugi generatoriui.

Generatoriai su lauko apvijomis su priešingomis jungtimis kai kuriuose dyzeliniuose lokomotyvuose naudojami kaip traukos generatorių žadintuvai, užtikrina generatoriaus tiekiamos galios pastovumą.

Tokie patogenai naudojami ir nuolatinės srovės elektriniuose lokomotyvuose. Jie maitina traukos variklių lauko apvijas, kurios regeneracinio stabdymo metu veikia regeneraciniu režimu ir užtikrina staigiai krentančias išorines charakteristikas.

Generatoriaus mišrus sužadinimas yra tipiškas trikdžių reguliavimo pavyzdys.

Nuolatinės srovės generatoriai dažnai jungiami lygiagrečiai, kad veiktų bendrame tinkle.Būtina sąlyga lygiagrečiam generatorių, kurių apkrovos pasiskirstymas proporcingas vardinei galiai, veikimo yra jų išorinių charakteristikų tapatumas. Naudojant mišraus žadinimo generatorius, jų nuosekliosios apvijos srovėms išlyginti turi būti sujungtos į bendrą bloką išlyginamuoju laidu.