Електрична кола једносмерне струје и њихове карактеристике

Својства ДЦ генератор углавном се одређују начином укључивања побудног калема. Постоје независни, паралелни, серијски и мешовити генератори побуде:

• независно узбуђен: завојницу поља напаја екстерни извор једносмерне струје (батерија, мали помоћни генератор који се назива ексцитер или исправљач),

• паралелна побуда: намотај поља је повезан паралелно са намотајем арматуре и оптерећењем,

• серијска побуда: намотај поља је повезан серијски са намотајем арматуре и оптерећењем,

• са мешовитом побудом: постоје два намотаја поља — паралелни и серијски, први је повезан паралелно са намотајем арматуре, а други је повезан серијски са њим и оптерећењем.

Генератори са паралелном, серијском и мешовитом побудом су машине са самопобудом јер се њихови намотаји поља напајају самим генератором.

Побуда генератора једносмерне струје: а — независна, б — паралелна, в — серијска, д — мешовита.

Сви наведени генератори имају исти уређај и разликују се само по конструкцији побудних калемова. Намотаји независне и паралелне побуде су направљени од жице малог пресека, имају велики број завоја, калем серијске побуде је од жице великог пресека, има мали број завоја.

Особине генератора једносмерне струје се процењују по њиховим карактеристикама: у празном ходу, екстерним и контролним. У наставку ћемо погледати ове карактеристике за различите типове генератора.

Независно узбуђен генератор

Карактеристична карактеристика генератора са независном побудом (слика 1) је да његова побудна струја Ив не зависи од струје арматуре Ии, већ је одређена само напоном Ув који се доводи у побудни калем и отпором Рв побудног кола. .

Пиринач. 1. Шематски дијаграм независно побуђеног генератора

Обично је струја поља ниска и износи 2-5% називне струје арматуре. За регулисање напона генератора, реостат за регулацију Рпв се често укључује у коло побудног намотаја. На локомотивама се струја Ив регулише променом напона Ув.

Карактеристика празног хода генератора (слика 2, а) — зависност напона Уо у празном ходу од струје побуде Иб у одсуству оптерећења Рн, односно при Ин = Ииа = 0 и при константној брзини ротације н. У празном ходу, када је коло оптерећења отворено, напон генератора Уо је једнак е. итд. в. Ео = цЕФн.

Пошто се приликом уклањања карактеристике празног хода брзина н задржава непромењена, онда напон Уо зависи само од магнетног флукса Ф.Због тога ће карактеристика празног хода бити слична зависности флукса Ф од струје побуде Иа (магнетна карактеристика магнетног кола генератора).

Карактеристика празног хода може се лако експериментално елиминисати постепеним повећањем побудне струје од нуле до вредности где је У0 = 1,25Уном и затим смањењем струје побуде на нулу. У овом случају добијају се узлазна 1 и силазна 2 гране карактеристике. Дивергенција ових грана је због присуства хистерезе у магнетном колу машине. Када је Ив = 0 у намотају арматуре, флукс реманентног магнетизма индукује реманентни д, итд. са Еостом, што је обично 2-4% називног напона Уном.

При малим побудним струјама магнетни флукс машине је мали, па се у овом региону флукс и напон Уо мењају у директној пропорцији са побудном струјом, а почетни део ове карактеристике је права линија. Повећањем побудне струје долази до засићења магнетног кола генератора и успорава се пораст напона Уо. Што је струја побуде већа, то је засићење магнетног кола машине јаче и напон У0 се спорије повећава. При веома високим струјама побуде, напон Уо практично престаје да расте.

Карактеристика празног хода вам омогућава да процените вредност могућег напона и магнетних својстава машине. Називни напон (наведен у пасошу) за машине опште намене одговара засићеном делу карактеристике ("колено" ове криве).У генераторима локомотива који захтевају регулацију напона широког опсега, користе се и криволинијски и праволинијски незасићени делови карактеристике.

Д. д. Ц. машина се мења пропорционално брзини н, дакле, за н2 < н1, карактеристика празног хода лежи испод криве за н1. Када се промени смер ротације генератора мења се и смер е. итд. ц) Индукује се у намотају арматуре, а самим тим и поларитет четкица.

Екстерна карактеристика генератора (слика 2, б) је зависност напона У од струје оптерећења Ин = Иа при константној брзини н и струје побуде Ив. Напон генератора У увек је мањи од његовог е. итд. ц) Е по вредности пада напона у свим серијски повезаним намотајима у колу арматуре.

Како се оптерећење генератора повећава (струја намотаја арматуре ИАЗ САМ — азЗ), напон генератора опада из два разлога:

1) због повећања пада напона у колу намотаја арматуре,

2) због смањења е. итд. као резултат демагнетизирајућег дејства флукса арматуре. Магнетни флукс арматуре донекле слаби главни магнетни ток Ф генератора, што доводи до благог смањења његовог е. итд. в. Е при оптерећењу против е. итд. са Ео у празном ходу.

Промена напона при преласку из режима мировања у називно оптерећење у разматраном генератору износи 3 — 8℅ номиналног.

Ако затворите екстерно коло на веома малом отпору, односно кратко спојите генератор, онда његов напон пада на нулу.Струја у намотају арматуре Ик током кратког споја ће достићи неприхватљиву вредност при којој намотај арматуре може изгорети. У машинама мале снаге струја кратког споја може бити 10-15 пута већа од називне струје, у машинама велике снаге овај однос може достићи 20-25.

Пиринач. 2. Карактеристике генератора са независном побудом: а — празан ход, б — спољашњи, ц — регулациони

Регулациона карактеристика генератора (слика 2, ц) је зависност побудне струје Ив од струје оптерећења Ин при константном напону У и фреквенцији ротације н. Показује како подесити струју побуде да би напон генератора био константан како се оптерећење мења. Очигледно, у овом случају, како се оптерећење повећава, потребно је повећати струју побуде.

Предности независно побуђеног генератора су могућност подешавања напона у широком опсегу од 0 до Умак променом побудне струје и мале промене напона генератора под оптерећењем. Међутим, потребан је спољни извор једносмерне струје за напајање завојнице поља.

Генератор са паралелном побудом.

У овом генератору (Сл. 3, а) струја арматурног намотаја Ииа се грана у спољно коло оптерећења РХ (струја Ин) и у побудни намотај (струја Ив), струја Ив за машине средње и велике снаге је 2-5 % од називне вредности струје у намотају арматуре.Машина користи принцип самопобуде, при чему се побудни намотај напаја директно из намотаја арматуре генератора. Међутим, самопобуда генератора је могућа само ако су испуњени бројни услови.

1.Да би се покренуо процес самоузбуде генератора, неопходно је да у магнетном колу машине постоји резидуални флукс магнетизма који индукује е у намотају арматуре. итд. село Еост. Овај е. итд. в.обезбеђује проток кроз коло „намотај арматуре – побудни намотај“ неке стартне струје.

2. Магнетни флукс који ствара калем поља мора бити усмерен у складу са магнетним флуксом заосталог магнетизма. У овом случају ће се у процесу самопобуде повећати струја побуде Ив и самим тим магнетни флукс Ф машине е. итд. в. Е. Ово ће се наставити све док, услед засићења магнетног кола машине, даље повећање Ф, а самим тим и Е и Иб не престане. Подударност у правцу назначених флуксова обезбеђена је правилним повезивањем намотаја побуде на намотај арматуре. Ако је погрешно повезана, машина се демагнетизира (преостали магнетизам нестаје) и е. итд. ц) Е се смањује на нулу.

3. Отпор РБ побудног кола мора бити мањи од одређене граничне вредности која се назива критични отпор. Због тога, за најбржу побуду генератора, препоручује се, када је генератор укључен, да се у потпуности испусти регулациони реостат Рпв повезан у серију са побудним калемом (види слику 3, а). Овај услов такође ограничава могући опсег регулације струје поља, а самим тим и напона паралелно побуђеног генератора. Обично је могуће смањити напон генератора повећањем отпора кола намотаја поља само на (0,64-0,7) Уном.

Пиринач. 3.Шематски дијаграм генератора са паралелном побудом (а) и спољашње карактеристике генератора са независном и паралелном побудом (б)

Треба напоменути да самопобуда генератора захтева процес повећања његовог е. итд. са Е и побудном струјом Иб је дошло када је машина радила у празном ходу. У супротном, због ниске вредности Еост и великог унутрашњег пада напона у колу намотаја арматуре, напон који се примењује на побудни намотај може се смањити на скоро нулу и струја побуде се не може повећати. Стога, оптерећење треба прикључити на генератор тек након што је напон на његовим прикључцима близу номиналног.

Када се промени смер ротације арматуре мења се поларитет четкица и самим тим и смер струје у намотају поља, у овом случају генератор се демагнетизује.

Да би се ово избегло, приликом промене смера ротације, потребно је пребацити жице које повезују намотај поља са завојницом арматуре.

Екстерна карактеристика генератора (крива 1 на сл. 3, б) представља зависност напона У од струје оптерећења Ин при константним вредностима брзине н и отпора погонског кола РБ. Лежи испод спољашње карактеристике независно побуђеног генератора (крива 2).

Ово се објашњава чињеницом да поред иста два разлога због којих се напон смањује са повећањем оптерећења у независно побуђеном генератору (пад напона у колу арматуре и демагнетизирајући ефекат реакције арматуре), постоји и трећи разлог у сматра генератор — смањење струје побуде.

Пошто струја побуде ИБ = У / Рв, односно зависи од напона У машине, онда са смањењем напона, из ова два разлога, магнетни флукс Ф и е опада. итд. в. генератор Е, што доводи до даљег пада напона. Максимална струја Ицр која одговара тачки а назива се критична.

Када је намотај арматуре кратко спојен, струја Иц паралелно побуђеног генератора је мала (тачка б), јер су у овом режиму напон и струја побуде нула. Стога струју кратког споја ствара само е. итд. од заосталог магнетизма и износи (0,4 ... 0,8) Ином .. Спољна карактеристика је подељена из тачке а на два дела: горњи — радни и доњи — нерадни.

Обично се не користи цео радни део, већ само одређени део. Рад секције аб спољне карактеристике је нестабилан, у овом случају машина прелази у режим који одговара тачки б, тј. у режиму кратког споја.

Карактеристика празног хода генератора са паралелном побудом узима се са независном побудом (када је струја у арматури Ииа = 0), стога се ни на који начин не разликује од одговарајуће карактеристике за генератор са независном побудом (види Сл. 2, а). Контролна карактеристика генератора са паралелном побудом има исти облик као и карактеристика генератора са независном побудом (види слику 2, ц).

Генератори са паралелном побудом се користе за напајање електричних потрошача у путничким аутомобилима, аутомобилима и авионима, као што су генератори за погон електричних локомотива, дизел локомотива и вагона, као и за пуњење акумулаторских батерија.

Генератор побуде серије

У овом генератору (сл.4, а) струја побуде Ив једнака је струји оптерећења Ин = Иа, а напон значајно варира при промени струје оптерећења. У празном ходу, мала емисија се индукује у генератору. итд. в. Ери, настао током заосталог магнетизма (слика 4, б).

Како се струја оптерећења повећава Ии = Ив = Ииа, повећава се магнетни флукс, нпр. итд. п.и напона генератора, ово повећање, као и код других машина са самопобуђеним (паралелно побуђени генератор), наставља се до одређене границе услед магнетног засићења машине.

Како струја оптерећења расте изнад Ицр, напон генератора почиње да опада, пошто магнетни флукс побуде услед засићења скоро престаје да расте, а демагнетизирајући ефекат реакције арматуре и пад напона у колу намотаја арматуре ИаΣРа настављају да расту. Обично је струја Ицр много већа од називне струје. Генератор може стабилно да ради само на делу аб спољашње карактеристике, тј. при струјама оптерећења већим од називних.

Пошто код серијски побуђених генератора напон веома варира са променама оптерећења и близу је нули током рада без оптерећења, они су неприкладни за напајање већине електричних потрошача. Користе се само са електричним (реостатским) кочењем мотора са серијском побудом, који се затим пребацују у генераторски режим.

Пиринач. 4. Шематски дијаграм серијског побудног генератора (а) и његова спољашња карактеристика (б)

Генератор мешовите побуде.

Код овог генератора (сл. 5, а) најчешће је калем паралелне побуде главни, а серијски помоћни.Оба намотаја су истог поларитета и повезана су тако да се магнетни флуксови произведени њима сабирају (конкордантно пребацивање) или одузимају (супротно пребацивање).

Генератор мешовите побуде, када су његови намотаји поља међусобно повезани, омогућава да се добије приближно константан напон како се оптерећење мења. Спољна карактеристика генератора (слика 5, б) може се у првој апроксимацији представити као збир карактеристика које ствара сваки побудни калем.

Пиринач. 5. Шематски дијаграм генератора са мешовитим побудама (а) и његове спољашње карактеристике (б)

Када је укључен само један паралелни намотај кроз који пролази побудна струја Ив1, напон генератора У постепено опада са повећањем струје оптерећења Ин (крива 1).Када се укључи један серијски намотај кроз који струја побуде Ив2 = Ин , напон У расте са повећањем струје Ин (крива 2).

Ако одаберемо број завоја серијског намотаја тако да при номиналном оптерећењу напон који ствара ΔУПОСОЛ компензује укупан пад напона ΔУ, када машина ради са само једним паралелним намотајем, онда је могуће постићи да напон У остаје скоро непромењен када се струја оптерећења промени од нуле до номиналне вредности (крива 3). У пракси, варира у границама од 2-3%.

Повећањем броја завоја серијског намотаја могуће је добити карактеристику где ће напон УХОМ имати већи напон Уо у празном ходу (крива 4), ова карактеристика обезбеђује компензацију пада напона не само у унутрашњем отпору намотаја. арматурног кола генератора, али и у линији која га повезује са оптерећењем. Ако је серијски намотај укључен тако да је магнетни флукс који се њиме ствара усмерен против флукса паралелног намотаја (контракомутација), онда ће спољашња карактеристика генератора са великим бројем завоја серијског намотаја стрмо падати. (крива 5).

Обрнуто повезивање серијских и паралелних намотаја поља користи се у генераторима за заваривање који раде у условима честих кратких спојева. Код оваквих генератора, у случају кратког споја, серијски намотај скоро потпуно демагнетизује машину и смањује струју кратког споја. на вредност која је безбедна за генератор.

Генератори са намотајима поља са супротним прикључцима користе се на неким дизел локомотивама као побуђивачи вучних генератора, обезбеђују константност снаге коју генератор испоручује.

Такви патогени се такође користе на електричним локомотивама једносмерне струје. Они напајају намотаје поља вучних мотора који раде у регенеративном режиму током регенеративног кочења и обезбеђују стрмо опадајуће спољашње карактеристике.

Мешовита побуда генератора је типичан пример регулације поремећаја.

Генератори једносмерне струје су често повезани паралелно да би радили у заједничкој мрежи.Предуслов за паралелни рад генератора са дистрибуцијом оптерећења пропорционалном називној снази је истоветност њихових спољашњих карактеристика. Када се користе генератори са мешовитом побудом, њихови серијски намотаји за изједначавање струја морају бити повезани у заједнички блок помоћу изједначавајуће жице.