Elektriska kretsar av likström och deras egenskaper

Egenskaper DC generator bestäms huvudsakligen av sättet som exciteringsspolen är på. Det finns oberoende, parallella, serier och blandade excitationsgeneratorer:

• oberoende exciterad: fältspolen drivs av en extern DC-källa (ett batteri, en liten hjälpgenerator som kallas en exciter eller likriktare),

• parallell excitation: fältlindningen är parallellkopplad med ankarlindningen och lasten,

• seriemagnetisering: fältlindningen är seriekopplad med ankarlindningen och lasten,

• med blandad excitation: det finns två fältlindningar — parallella och serier, den första är ansluten parallellt med ankarlindningen, och den andra är ansluten i serie med den och lasten.

Parallell-, serie- och mixed-excitationsgeneratorer är självexciterade maskiner eftersom deras fältlindningar matas av generatorn själv.

Excitering av DC-generatorer: a — oberoende, b — parallell, c — serie, d — blandad.

Alla listade generatorer har samma enhet och skiljer sig endast i konstruktionen av excitationsspolarna. Spolarna för oberoende och parallell excitation är gjorda av tråd med ett litet tvärsnitt, de har ett stort antal varv, spolen för serieexcitering är gjord av tråd med ett stort tvärsnitt, det finns ett litet antal varv.

Egenskaperna hos DC-generatorer utvärderas av deras egenskaper: tomgång, extern och kontroll. Nedan kommer vi att titta på dessa egenskaper för olika typer av generatorer.

Självständigt upphetsad generator

En karakteristisk egenskap hos en generator med oberoende magnetisering (fig. 1) är att dess magnetiseringsström Iv inte beror på ankarströmmen Ii, utan bestäms endast av spänningen Uv som tillförs excitationsspolen och resistansen Rv hos magnetiseringskretsen. .

Ris. 1. Schematiskt diagram av en oberoende exciterad generator

Vanligtvis är fältströmmen låg och uppgår till 2-5 % av ankarströmmen. För att reglera generatorns spänning ingår ofta en reostat för reglering av Rpv i excitationslindningens krets. På lokomotiv regleras strömmen Iv genom att ändra spänningen Uv.

Tomgångskarakteristik för generatorn (fig. 2, a) — beroendet av spänningen Uo vid tomgång på excitationsströmmen Ib i frånvaro av belastning Rn, det vill säga vid In = Iya = 0 och vid en konstant rotationshastighet n. Vid tomgång, när lastkretsen är öppen, är generatorspänningen Uo lika med e. etc. v. Eo = cEFn.

Eftersom när man tar bort karakteristiken för tomgångsvarvtal hålls hastigheten n oförändrad, då beror spänningen Uo endast på det magnetiska flödet F.Därför kommer tomgångskarakteristiken att likna beroendet av flödet F på excitationsströmmen Ia (den magnetiska karakteristiken för generatorns magnetiska krets).

Tomgångskarakteristiken kan enkelt elimineras experimentellt genom att gradvis öka exciteringsströmmen från noll till värdet där U0 = 1,25Unom och sedan minska exciteringsströmmen till noll. I detta fall erhålls stigande 1 och fallande 2 grenar av karakteristiken. Divergensen mellan dessa grenar beror på närvaron av hysteres i maskinens magnetiska krets. När Iw = 0 i ankarlindningen, inducerar flödet av remanent magnetism en remanent d, etc. med Eost, som vanligtvis är 2-4% av den nominella spänningen Unom.

Vid låga excitationsströmmar är maskinens magnetiska flöde litet, därför ändras flödet och spänningen Uo i denna region i direkt proportion till excitationsströmmen, och den initiala delen av denna egenskap är en rät linje. När excitationsströmmen ökar, mättas generatorns magnetiska krets och ökningen av spänningen Uo saktar ner. Ju större excitationsströmmen är, desto starkare är mättnaden av maskinens magnetkrets och desto långsammare ökar spänningen U0. Vid mycket höga excitationsströmmar slutar spänningen Uo praktiskt taget att öka.

No-load-karakteristiken låter dig uppskatta värdet av maskinens möjliga spänning och magnetiska egenskaper. Den nominella spänningen (anges i passet) för allmänna maskiner motsvarar den mättade delen av karaktäristiken ("knäet" i denna kurva).I lokgeneratorer som kräver bred spänningsreglering används både kurvlinjära och rätlinjiga omättade delar av karakteristiken.

D. d. C. maskinen ändras i proportion till hastigheten n, därför ligger tomgångskarakteristiken för n2 < n1 under kurvan för n1. När generatorns rotationsriktning ändras ändras riktningen för e. etc. c. Induceras i ankarlindningen, och därav borstarnas polaritet.

En yttre egenskap hos generatorn (fig. 2, b) är spänningens U beroende av belastningsströmmen In = Ia vid konstant hastighet n och exciteringsström Iv. Generatorspänningen U är alltid mindre än dess e. etc. c. E med värdet av spänningsfallet i alla lindningar kopplade i serie i ankarkretsen.

När generatorbelastningen ökar (armaturlindningsström IАЗ САМ — азЗ), minskar generatorspänningen av två skäl:

1) på grund av en ökning av spänningsfallet i ankarlindningskretsen,

2) på grund av en minskning av t.ex. etc. som ett resultat av armaturflödets avmagnetiseringsverkan. Armaturens magnetiska flöde försvagar något generatorns huvudmagnetiska flöde Ф, vilket leder till en liten minskning av dess e. etc. v. E vid lastning mot e. etc. med Eo på tomgång.

Spänningsändringen under övergången från tomgångsläge till märklast i den aktuella generatorn är 3 - 8℅ av märkbelastningen.

Om du stänger den externa kretsen med ett mycket lågt motstånd, det vill säga kortsluter generatorn, sjunker dess spänning till noll.Strömmen i armaturlindningen Ik kommer under en kortslutning att nå ett oacceptabelt värde vid vilket armaturlindningen kan brinna ut. I lågeffektsmaskiner kan kortslutningsströmmen vara 10-15 gånger märkströmmen, i högeffektsmaskiner kan detta förhållande nå 20-25.

Ris. 2. Egenskaper hos en generator med oberoende magnetisering: a — tomgång, b — extern, c — reglerande

Generatorns reglerkarakteristik (fig. 2, c) är excitationsströmmens Ivs beroende av belastningsströmmen In vid konstant spänning U och rotationsfrekvens n. Den visar hur man justerar excitationsströmmen för att hålla generatorspänningen konstant när belastningen ändras. Uppenbarligen, i detta fall, när belastningen ökar, är det nödvändigt att öka excitationsströmmen.

Fördelarna med en oberoende exciterad generator är möjligheten att justera spänningen över ett brett område från 0 till Umax genom att ändra exciteringsströmmen och en liten förändring i generatorspänningen under belastning. Det kräver dock en extern likströmskälla för att driva fältspolen.

Generator med parallell magnetisering.

I denna generator (fig. 3, a) grenar ankarlindningsströmmen Iya in i den externa belastningskretsen RH (ström In) och in i excitationslindningen (ström Iv), strömmen Iv för maskiner med medelhög och hög effekt är 2-5 % av märkvärdet för strömmen i ankarlindningen Maskinen använder principen för självexcitering, där magnetiseringslindningen matas direkt från generatorns ankarlindning. Självexcitering av generatorn är dock endast möjlig om ett antal villkor är uppfyllda.

1.För att starta självexciteringsprocessen för generatorn är det nödvändigt att ha ett kvarvarande flöde av magnetism i maskinens magnetiska krets, vilket inducerar e i ankarlindningen. etc. byn Eost. Detta e. etc. v. ger ett flöde genom kretsen "armaturlindning - excitationslindning" av någon startström.

2. Det magnetiska flödet som skapas av fältspolen måste riktas i enlighet med restmagnetismens magnetiska flöde. I det här fallet, i processen med självexcitering, kommer excitationsströmmen Iv och därför det magnetiska flödet Ф hos maskinen e att öka. etc. v. E. Detta kommer att fortsätta tills, på grund av mättnaden av maskinens magnetiska krets, den ytterligare ökningen av F och därför E och Ib upphör. Sammanfallen i riktningen för de indikerade flödena säkerställs genom korrekt anslutning av excitationslindningen till ankarlindningen. Om den ansluts felaktigt avmagnetiseras maskinen (resterande magnetism försvinner) och t.ex. etc. c. E minskar till noll.

3. Resistansen hos RB-exciteringskretsen måste vara mindre än ett visst gränsvärde som kallas det kritiska motståndet. Därför, för den snabbaste exciteringen av generatorn, rekommenderas det, när generatorn är påslagen, att helt mata ut den reglerande reostat Rpv som är ansluten i serie med magnetiseringsspolen (se fig. 3, a). Detta tillstånd begränsar också det möjliga området för reglering av fältströmmen, och därmed spänningen hos den parallellt exciterade generatorn. Det är vanligtvis möjligt att minska generatorspänningen genom att öka kretsresistansen för fältlindningen endast till (0,64-0,7) Unom.

Ris. 3.Schematiskt diagram av en generator med parallell excitation (a) och externa egenskaper hos generatorer med oberoende och parallell excitation (b)

Det bör noteras att självexcitering av generatorn kräver processen att öka dess e. etc. med E och magnetiseringsström Ib uppstod när maskinen gick på tomgång. Annars, på grund av det låga värdet av Eost och det stora interna spänningsfallet i ankarlindningskretsen, kan spänningen som appliceras på exciteringslindningen minska till nästan noll och excitationsströmmen kan inte öka. Därför bör lasten anslutas till generatorn först efter att spänningen vid dess terminaler är nära den nominella.

När ankarets rotationsriktning ändras ändras borstarnas polaritet och därför riktningen på strömmen i fältlindningen, i detta fall avmagnetiseras generatorn.

För att undvika detta, när du ändrar rotationsriktningen, är det nödvändigt att byta ledningarna som ansluter fältspolen till ankarspolen.

Extern karaktäristik för generatorn (kurva 1 i fig. 3, b) representerar beroendet av spänningen U på belastningsströmmen In vid konstanta värden på hastigheten n och resistansen hos drivkretsen RB. Den ligger under den externa egenskapen för den oberoende exciterade generatorn (kurva 2).

Detta förklaras av det faktum att utöver samma två orsaker som gör att spänningen minskar med ökande belastning i en oberoende exciterad generator (spänningsfall i ankarkretsen och avmagnetiseringseffekten av ankarreaktionen), finns det ett tredje skäl i anses generator — minskning av excitationsströmmen.

Eftersom excitationsströmmen IB = U / Rv, det vill säga beror på maskinens spänning U, minskar det magnetiska flödet F och e med en spänningsminskning av dessa två skäl. etc. v. generator E, vilket leder till en ytterligare minskning av spänningen. Den maximala strömmen Icr som motsvarar punkt a kallas kritisk.

När ankarlindningen är kortsluten är strömmen Ic för den parallellt exciterade generatorn liten (punkt b), eftersom spänningen och exciteringsströmmen i detta läge är noll. Därför skapas kortslutningsströmmen endast av t.ex. etc. från restmagnetism och är (0,4 ... 0,8) Inom .. Den yttre egenskapen är uppdelad från punkt a i två delar: övre — arbetande och nedre — icke-arbetande.

Vanligtvis används inte hela arbetsdelen, utan bara ett visst segment av det. Driften av sektionen ab av den yttre karakteristiken är instabil, i detta fall går maskinen in i det läge som motsvarar punkt b, dvs. i kortslutningsläge.

Generatorns tomgångskarakteristik med parallell excitation tas med oberoende excitation (när strömmen i ankaret Iya = 0), därför skiljer den sig inte på något sätt från motsvarande karaktäristik för generatorn med oberoende excitation (se fig. 2, a). Styrkarakteristiken för generatorn med parallell magnetisering har samma form som karaktäristiken för generatorn med oberoende magnetisering (se fig. 2, c).

Parallellt exciterade generatorer används för att driva elektriska konsumenter i personbilar, bilar och flygplan, såsom generatorer för att driva elektriska lokomotiv, diesellok och järnvägsvagnar, och för att ladda ackumulatorbatterier.

Seriens excitationsgenerator

I denna generator (fig.4, a) excitationsströmmen Iw är lika med belastningsströmmen In = Ia, och spänningen varierar avsevärt när belastningsströmmen ändras. Vid tomgång induceras en liten emission i generatorn. etc. v. Eri, skapad av flödet av restmagnetism (fig. 4, b).

När belastningsströmmen ökar Ii = Iv = Iya ökar det magnetiska flödet, t.ex. etc. p. och generatorspänning, fortsätter denna ökning, liksom i andra självexciterade maskiner (parallellexciterad generator), upp till en viss gräns på grund av maskinens magnetiska mättnad.

När belastningsströmmen ökar över Icr börjar generatorspänningen att minska, eftersom det magnetiska excitationsflödet på grund av mättnad nästan slutar att öka, och den avmagnetiserande effekten av ankarreaktionen och spänningsfallet i ankarlindningskretsen IяΣRя fortsätter att öka . Vanligtvis är strömmen Icr mycket högre än märkströmmen. Generatorn kan arbeta stabilt endast på del ab av den yttre karakteristiken, dvs. vid belastningsströmmar högre än nominellt.

Eftersom i seriematade generatorer spänningen varierar mycket med förändringar i belastningen och är nära noll vid tomgångsdrift, är de olämpliga för att försörja de flesta elförbrukare. De används endast med elektrisk (reostatisk) bromsning av seriemagnetiseringsmotorer, som sedan överförs till generatorläge.

Ris. 4. Schematiskt diagram av en serieexcitationsgenerator (a) och dess yttre karaktäristik (b)

Blandad excitationsgenerator.

I denna generator (fig. 5, a) är oftast den parallella excitationsspolen den huvudsakliga, och serie ett är den extra.Båda spolarna har samma polaritet och är anslutna så att de magnetiska flödena som produceras av dem adderas (konkordant omkoppling) eller subtraherar (motsatt omkoppling).

En mixed-excitationsgenerator, när dess fältlindningar är anslutna i överensstämmelse, möjliggör att en ungefärligen konstant spänning erhålls när belastningen ändras. Generatorns yttre karaktäristik (fig. 5, b) kan i den första approximationen representeras som en summa av egenskaper som skapas av varje excitationsspole.

Ris. 5. Schematiskt diagram av en generator med blandad excitation (a) och dess yttre egenskaper (b)

När endast en parallelllindning är påslagen, genom vilken magnetiseringsströmmen Iв1 passerar, minskar generatorspänningen U gradvis med ökande belastningsström In (kurva 1). När en serielindning slås på, genom vilken magnetiseringsströmmen Iw2 = In , spänningen U ökar med ökande ström In (kurva 2).

Om vi ​​väljer antalet varv av serielindningen så att spänningen som skapas av den ΔUPOSOL vid den nominella belastningen kompenserade för det totala spänningsfallet ΔU, när maskinen arbetar med endast en parallelllindning, är det möjligt att uppnå att spänningen U förblir nästan oförändrad när lastströmmen ändras från noll till märkvärdet (kurva 3). I praktiken varierar det inom 2-3%.

Genom att öka antalet varv i serielindningen är det möjligt att erhålla en karakteristik där spänningen UHOM kommer att ha mer spänning Uo vid tomgång (kurva 4), denna egenskap ger kompensation för spänningsfallet inte bara i det inre motståndet hos ankarkrets av generatorn, men också i linjen som ansluter den till lasten. Om serielindningen slås på så att det magnetiska flödet som skapas av den riktas mot parallelllindningens flöde (mot kommutering), kommer generatorns yttre karaktär med ett stort antal varv av serielindningen att falla brant. (kurva 5).

Omvänd anslutning av serie- och parallellfältlindningar används i svetsgeneratorer som arbetar under förhållanden med frekventa kortslutningar. I sådana generatorer, i händelse av en kortslutning, avmagnetiserar serielindningen nästan helt maskinen och minskar kortslutningsströmmen. till ett värde som är säkert för generatorn.

Generatorer med fältlindningar med motsatta anslutningar används på vissa diesellokomotiv som exciters av draggeneratorer, de säkerställer konstansen i kraften som levereras av generatorn.

Sådana patogener används också på elektriska likströmslok. De matar fältlindningarna på traktionsmotorer som arbetar i regenerativt läge under regenerativ bromsning och ger brant fallande yttre egenskaper.

Generatorblandad excitation är ett typiskt exempel på störningsreglering.

DC-generatorer är ofta parallellkopplade för att fungera i ett gemensamt nätverk.En förutsättning för parallelldrift av generatorer med lastfördelning proportionell mot den nominella effekten är identiteten på deras yttre egenskaper. Vid användning av generatorer med blandad magnetisering måste deras serielindningar för utjämning av strömmar anslutas i ett gemensamt block med en utjämningstråd.