Līdzstrāvas elektriskās ķēdes un to raksturlielumi

Īpašības Līdzstrāvas ģenerators galvenokārt nosaka ierosmes spoles ieslēgšanas veids. Ir neatkarīgi, paralēli, virknes un jaukti ierosmes ģeneratori:

• neatkarīgi ierosināts: lauka spole tiek darbināta no ārēja līdzstrāvas avota (akumulators, neliels palīgģenerators, ko sauc par ierosinātāju vai taisngriezi),

• paralēla ierosme: lauka tinums ir savienots paralēli armatūras tinumam un slodzei,

• sērijas ierosme: lauka tinums ir virknē savienots ar armatūras tinumu un slodzi,

• ar jauktu ierosmi: ir divi lauka tinumi - paralēli un virknes, pirmais ir savienots paralēli armatūras tinumam, bet otrais ir savienots virknē ar to un slodzi.

Paralēlās, virknes un jauktās ierosmes ģeneratori ir pašiedvesmas mašīnas, jo to lauka tinumus baro pats ģenerators.

Līdzstrāvas ģeneratoru ierosme: a — neatkarīga, b — paralēla, c — virkne, d — jaukta.

Visiem uzskaitītajiem ģeneratoriem ir viena un tā pati ierīce un tie atšķiras tikai ar ierosmes spoļu uzbūvi. Neatkarīgās un paralēlās ierosmes spoles ir izgatavotas no stieples ar mazu šķērsgriezumu, tām ir liels apgriezienu skaits, virknes ierosmes spole ir izgatavota no stieples ar lielu šķērsgriezumu, ir mazs vijumu skaits.

Līdzstrāvas ģeneratoru īpašības tiek novērtētas pēc to īpašībām: tukšgaitas, ārējās un vadības. Tālāk mēs aplūkosim šos raksturlielumus dažādiem ģeneratoru veidiem.

Neatkarīgi satraukts ģenerators

Ģeneratoram ar neatkarīgu ierosmi (1. att.) raksturīga iezīme ir tā, ka tā ierosmes strāva Iv nav atkarīga no armatūras strāvas Ii, bet to nosaka tikai ierosmes spolei pievadītais spriegums Uv un ierosmes ķēdes pretestība Rv. .

Rīsi. 1. Neatkarīgi ierosināta ģeneratora shematiskā diagramma

Parasti lauka strāva ir zema un sastāda 2-5% no nominālās armatūras strāvas. Lai regulētu ģeneratora spriegumu, ierosmes tinuma ķēdē bieži tiek iekļauts reostats regulēšanai Rpv. Lokomotīvēs strāvu Iv regulē, mainot spriegumu Uv.

Ģeneratora tukšgaitas raksturlielums (2. att., a) — tukšgaitā esošā sprieguma Uo atkarība no ierosmes strāvas Ib, ja nav slodzes Rn, tas ir, pie In = Iya = 0 un pie nemainīga griešanās ātruma n. Bezslodzes režīmā, kad slodzes ķēde ir atvērta, ģeneratora spriegums Uo ir vienāds ar e. utt. v. Eo = cEFn.

Tā kā, noņemot tukšgaitas apgriezienu raksturlielumu, ātrums n tiek saglabāts nemainīgs, tad spriegums Uo ir atkarīgs tikai no magnētiskās plūsmas F.Tāpēc tukšgaitas raksturlielums būs līdzīgs plūsmas F atkarībai no ierosmes strāvas Ia (ģeneratora magnētiskās ķēdes magnētiskais raksturlielums).

Bezslodzes raksturlielumu var viegli novērst eksperimentāli, pakāpeniski palielinot ierosmes strāvu no nulles līdz vērtībai, kur U0 = 1,25 Unom, un pēc tam samazinot ierosmes strāvu līdz nullei. Šajā gadījumā tiek iegūti 1 augoši un 2 lejupejoši raksturlieluma zari. Šo zaru atšķirības ir saistītas ar histerēzes klātbūtni iekārtas magnētiskajā ķēdē. Ja armatūras tinumā Iw = 0, paliekošā magnētisma plūsma inducē paliekošo d utt. ar Eost, kas parasti ir 2-4% no nominālā sprieguma Unom.

Pie zemām ierosmes strāvām mašīnas magnētiskā plūsma ir maza, tāpēc šajā reģionā plūsma un spriegums Uo mainās tieši proporcionāli ierosmes strāvai, un šī raksturlieluma sākuma daļa ir taisna līnija. Palielinoties ierosmes strāvai, ģeneratora magnētiskā ķēde piesātinās un sprieguma pieaugums Uo palēninās. Jo lielāka ir ierosmes strāva, jo spēcīgāks ir iekārtas magnētiskās ķēdes piesātinājums un jo lēnāk palielinās spriegums U0. Pie ļoti lielām ierosmes strāvām spriegums Uo praktiski pārstāj pieaugt.

Bezslodzes raksturlielums ļauj novērtēt mašīnas iespējamā sprieguma un magnētisko īpašību vērtību. Nominālais spriegums (norādīts pasē) vispārējas nozīmes mašīnām atbilst raksturlīknes piesātinātajai daļai (šīs līknes "ceļgalam").Lokomotīvju ģeneratoros, kuriem nepieciešama plaša sprieguma regulēšana, tiek izmantotas gan līknes, gan taisnas līnijas nepiesātinātās raksturlieluma daļas.

D. d. C. mašīna mainās proporcionāli ātrumam n, tāpēc, ja n2 < n1, tukšgaitas raksturlielums atrodas zem līknes n1. Mainoties ģeneratora griešanās virzienam, mainās e virziens. utt. c) tiek inducēts armatūras tinumā un līdz ar to arī suku polaritātei.

Ģeneratora ārējais raksturlielums (2. att., b) ir sprieguma U atkarība no slodzes strāvas In = Ia pie nemainīga ātruma n un ierosmes strāvas Iv. Ģeneratora spriegums U vienmēr ir mazāks par tā e. utt. c) E pēc sprieguma krituma vērtības visos armatūras ķēdē virknē savienotajos tinumos.

Palielinoties ģeneratora slodzei (armatūras tinuma strāva IАЗ САМ — азЗ), ģeneratora spriegums samazinās divu iemeslu dēļ:

1) sakarā ar sprieguma krituma palielināšanos armatūras tinuma ķēdē,

2) sakarā ar e. utt. armatūras plūsmas demagnetizējošās darbības rezultātā. Armatūras magnētiskā plūsma nedaudz vājina ģeneratora galveno magnētisko plūsmu Ф, kas izraisa nelielu tā e. utt. v. E, iekraujot pret e. utt. ar Eo tukšgaitā.

Sprieguma izmaiņas, pārejot no dīkstāves režīma uz nominālo slodzi aplūkotajā ģeneratorā, ir 3–8℅ no nominālās.

Ja aizverat ārējo ķēdi ar ļoti zemu pretestību, tas ir, īssavienojat ģeneratoru, tad tā spriegums samazinās līdz nullei.Strāva enkura tinumā Ik īssavienojuma laikā sasniegs nepieņemamu vērtību, pie kuras armatūras tinums var izdegt. Mazjaudas mašīnās īssavienojuma strāva var būt 10-15 reizes lielāka par nominālo strāvu, lieljaudas mašīnās šī attiecība var sasniegt 20-25.

Rīsi. 2. Ģeneratora ar neatkarīgu ierosmi raksturojums: a — tukšgaita, b — ārējais, c — regulējošs

Ģeneratora regulēšanas raksturlielums (2. att., c) ir ierosmes strāvas Iv atkarība no slodzes strāvas In pie nemainīga sprieguma U un rotācijas frekvences n. Tas parāda, kā regulēt ierosmes strāvu, lai ģeneratora spriegums būtu nemainīgs, mainoties slodzei. Acīmredzot šajā gadījumā, palielinoties slodzei, ir nepieciešams palielināt ierosmes strāvu.

Neatkarīgi ierosināta ģeneratora priekšrocības ir iespēja regulēt spriegumu plašā diapazonā no 0 līdz Umax, mainot ierosmes strāvu un nelielas ģeneratora sprieguma izmaiņas zem slodzes. Tomēr lauka spoles barošanai ir nepieciešams ārējs līdzstrāvas avots.

Ģenerators ar paralēlu ierosmi.

Šajā ģeneratorā (3. att., a) armatūras tinuma strāva Iya sazarojas ārējā slodzes ķēdē RH (strāva In) un ierosmes tinumā (strāva Iv), strāva Iv vidējas un lielas jaudas mašīnām ir 2-5 % no nominālās strāvas vērtības enkura tinumā.Iekārtā tiek izmantots pašiesirdes princips, kurā ierosmes tinums tiek padots tieši no ģeneratora armatūras tinuma. Tomēr ģeneratora pašaizdegšanās ir iespējama tikai tad, ja ir izpildīti vairāki nosacījumi.

1.Lai sāktu ģeneratora pašaizdegšanās procesu, mašīnas magnētiskajā ķēdē ir jābūt atlikušajai magnētisma plūsmai, kas inducē e armatūras tinumā. utt. Eostas ciems. Šī e. utt. v nodrošina kādas palaišanas strāvas plūsmu caur ķēdi "armatūras tinums - ierosmes tinums".

2. Lauka spoles radītā magnētiskā plūsma jāvirza atbilstoši atlikušā magnētisma magnētiskajai plūsmai. Šajā gadījumā pašiedvesmas procesā palielināsies ierosmes strāva Iv un līdz ar to mašīnas e magnētiskā plūsma Ф. utt. v. E. Tas turpināsies, līdz iekārtas magnētiskās ķēdes piesātinājuma dēļ F un līdz ar to E un Ib turpmākais pieaugums apstāsies. Sakritību norādīto plūsmu virzienā nodrošina pareizs ierosmes tinuma savienojums ar armatūras tinumu. Ja pieslēgts nepareizi, iekārta atmagnetizējas (pazūd atlikušais magnētisms) un e. utt. c. E samazinās līdz nullei.

3. RB ierosmes ķēdes pretestībai jābūt mazākai par noteiktu robežvērtību, ko sauc par kritisko pretestību. Tāpēc ātrākai ģeneratora ierosināšanai, ģeneratoram ieslēdzot, ieteicams pilnībā izvadīt regulējošo reostatu Rpv, kas savienots virknē ar ierosmes spoli (sk. 3. att., a). Šis nosacījums ierobežo arī iespējamo lauka strāvas regulēšanas diapazonu un līdz ar to arī paralēli ierosinātā ģeneratora spriegumu. Parasti ir iespējams samazināt ģeneratora spriegumu, palielinot lauka tinuma ķēdes pretestību tikai līdz (0,64-0,7) Unom.

Rīsi. 3.Ģeneratora ar paralēlu ierosmi (a) shematiskā diagramma un ģeneratoru ar neatkarīgu un paralēlu ierosmi ārējiem raksturlielumiem (b)

Jāpiebilst, ka ģeneratora pašiedrošināšanai nepieciešams tā e palielināšanas process. utt. ar E un ierosmes strāvu Ib radās, mašīnai darbojoties tukšgaitā. Pretējā gadījumā Eost zemās vērtības un lielā iekšējā sprieguma krituma dēļ armatūras tinuma ķēdē spriegums, kas tiek pievadīts uz ierosmes tinumu, var samazināties gandrīz līdz nullei un ierosmes strāva nevar palielināties. Tāpēc slodze jāpievieno ģeneratoram tikai pēc tam, kad spriegums tā spailēs ir tuvu nominālajam.

Mainoties armatūras griešanās virzienam, mainās suku polaritāte un līdz ar to arī strāvas virziens lauka tinumā, šajā gadījumā ģenerators tiek demagnetizēts.

Lai no tā izvairītos, mainot griešanās virzienu, ir nepieciešams pārslēgt vadus, kas savieno lauka spoli ar armatūras spoli.

Ģeneratora ārējais raksturlielums (līkne 1 3. attēlā, b) atspoguļo sprieguma U atkarību no slodzes strāvas In pie nemainīgām ātruma n vērtībām un piedziņas ķēdes RB pretestības. Tas atrodas zem neatkarīgi ierosinātā ģeneratora ārējās īpašības (2. līkne).

Tas izskaidrojams ar to, ka papildus tiem pašiem diviem iemesliem, kas izraisa sprieguma samazināšanos, palielinoties slodzei neatkarīgi ierosinātā ģeneratorā (sprieguma kritums armatūras ķēdē un armatūras reakcijas demagnetizējošais efekts), ir arī trešais iemesls. uzskatīts ģenerators - ierosmes strāvas samazināšana.

Tā kā ierosmes strāva IB = U / Rv, tas ir, ir atkarīga no mašīnas sprieguma U, tad, samazinoties spriegumam, šo divu iemeslu dēļ magnētiskā plūsma F un e samazinās. utt. v. ģenerators E, kas izraisa turpmāku sprieguma samazināšanos. Maksimālo strāvu Icr, kas atbilst punktam a, sauc par kritisko.

Kad armatūras tinums ir īsslēgts, paralēli ierosinātā ģeneratora strāva Ic ir maza (punkts b), jo šajā režīmā spriegums un ierosmes strāva ir nulle. Tādējādi īssavienojuma strāvu rada tikai e. utt. no atlikušā magnētisma un ir (0,4 ... 0,8) Inom .. Ārējais raksturlielums ir sadalīts no punkta a divās daļās: augšējā — darba un apakšējā — nestrādājošā.

Parasti tiek izmantota nevis visa darba daļa, bet tikai noteikts tās segments. Ārējā raksturlieluma sekcijas ab darbība ir nestabila, šajā gadījumā mašīna pāriet punktam b atbilstošā režīmā, t.i. īssavienojuma režīmā.

Ģeneratora ar paralēlu ierosmi tukšgaitas raksturlielums tiek ņemts ar neatkarīgu ierosmi (kad strāva enkurā Iya = 0), tāpēc tas nekādā veidā neatšķiras no atbilstošā raksturlieluma ģeneratoram ar neatkarīgu ierosmi (sk. 2, a). Ģeneratora ar paralēlu ierosmi vadības raksturlielumam ir tāda pati forma kā ģeneratora ar neatkarīgu ierosmi raksturlielumam (sk. 2. att., c).

Paralēli ierosmes ģeneratorus izmanto, lai darbinātu elektriskos patērētājus vieglajās automašīnās, automašīnās un lidmašīnās, piemēram, ģeneratorus elektrisko lokomotīvju, dīzeļlokomotīvju un motorvagonu vadīšanai, kā arī akumulatoru uzlādēšanai.

Sērijas ierosmes ģenerators

Šajā ģeneratorā (Zīm.4, a) ierosmes strāva Iw ir vienāda ar slodzes strāvu In = Ia, un spriegums būtiski mainās, mainoties slodzes strāvai. Tukšgaitā ģeneratorā tiek izraisīta neliela emisija. utt. v. Eri, ko rada atlikušā magnētisma plūsma (4. att., b).

Pieaugot slodzes strāvai Ii = Iv = Iya, palielinās magnētiskā plūsma, piem. utt. p., un ģeneratora spriegumu, šis pieaugums, tāpat kā citās paš ierosmes mašīnās (paralēli ierosmes ģenerators), turpinās līdz noteiktai robežai mašīnas magnētiskā piesātinājuma dēļ.

Palielinoties slodzes strāvai virs Icr, ģeneratora spriegums sāk samazināties, jo ierosmes magnētiskā plūsma piesātinājuma dēļ gandrīz pārstāj palielināties, un armatūras reakcijas demagnetizējošā iedarbība un sprieguma kritums armatūras tinuma ķēdē IяΣRя turpina palielināties . Parasti strāva Icr ir daudz lielāka par nominālo strāvu. Ģenerators var stabili darboties tikai ārējās īpašības ab daļā, t.i. pie slodzes strāvām, kas lielākas par nominālo.

Tā kā virknes ierosmes ģeneratoros spriegums ļoti mainās atkarībā no slodzes izmaiņām un tukšgaitas režīmā ir tuvu nullei, tie nav piemēroti lielākajai daļai elektrisko patērētāju apgādei. Tos izmanto tikai ar virknes ierosmes motoru elektrisko (reostatisko) bremzēšanu, kas pēc tam tiek pārnesta uz ģeneratora režīmu.

Rīsi. 4. Sērijveida ierosmes ģeneratora (a) un tā ārējā raksturlieluma (b) shematiskā diagramma

Jauktas ierosmes ģenerators.

Šajā ģeneratorā (5. att., a) visbiežāk paralēlās ierosmes spole ir galvenā, bet sērijveida - papildu.Abas spoles ir ar vienādu polaritāti un ir savienotas tā, lai to radītās magnētiskās plūsmas saskaitītu (saskaņa komutācija) vai atņemtu (pretēja komutācija).

Jauktas ierosmes ģenerators, kad tā lauka tinumi ir saskaņoti, ļauj iegūt aptuveni nemainīgu spriegumu, mainoties slodzei. Ģeneratora ārējo raksturlielumu (5. att., b) pirmajā tuvinājumā var attēlot kā katras ierosmes spoles radīto raksturlielumu summu.

Rīsi. 5. Ģeneratora ar jauktu ierosmi (a) shematiskā diagramma un tā ārējie raksturlielumi (b)

Ieslēdzot tikai vienu paralēlo tinumu, caur kuru iet ierosmes strāva Iв1, ģeneratora spriegums U pakāpeniski samazinās, palielinoties slodzes strāvai In (līkne 1) Ieslēdzot vienu virknes tinumu, caur kuru ierosmes strāva Iw2 = In , spriegums U palielinās, palielinoties strāvai In (2. līkne).

Ja izvēlamies virknes tinuma apgriezienu skaitu tā, lai pie nominālās slodzes tā radītais spriegums ΔUPOSOL kompensētu kopējo sprieguma kritumu ΔU, mašīnai darbojoties tikai ar vienu paralēlo tinumu, tad var panākt, ka spriegums U paliek gandrīz nemainīgs, kad slodzes strāva mainās no nulles uz nominālo vērtību (līkne 3). Praksē tas svārstās 2-3% robežās.

Palielinot virknes tinuma apgriezienu skaitu, ir iespējams iegūt raksturlielumu, kurā spriegumam UHOM tukšgaitā būs lielāks spriegums Uo (līkne 4), šis raksturlielums nodrošina sprieguma krituma kompensāciju ne tikai sprieguma krituma iekšējā pretestībā. ģeneratora armatūras ķēdē, bet arī līnijā, kas to savieno ar slodzi. Ja virknes tinumu ieslēdz tā, lai tā radītā magnētiskā plūsma būtu vērsta pret paralēlā tinuma plūsmu (pretkomutācija), tad ģeneratora ārējais raksturlielums ar lielu virknes tinuma apgriezienu skaitu strauji samazināsies. (5. līkne).

Sērijas un paralēlo lauka tinumu reversais savienojums tiek izmantots metināšanas ģeneratoros, kas darbojas biežu īssavienojumu apstākļos. Šādos ģeneratoros īssavienojuma gadījumā sērijas tinums gandrīz pilnībā demagnetizē iekārtu un samazina īssavienojuma strāvu. līdz vērtībai, kas ir droša ģeneratoram.

Ģeneratori ar lauka tinumiem ar pretējiem pieslēgumiem tiek izmantoti atsevišķās dīzeļlokomotīvēs kā vilces ģeneratoru ierosinātāji, tie nodrošina ģeneratora piegādātās jaudas noturību.

Šādus patogēnus izmanto arī elektriskās līdzstrāvas lokomotīvēs. Tie baro vilces motoru lauka tinumus, kas reģeneratīvās bremzēšanas laikā darbojas reģeneratīvajā režīmā un nodrošina strauji krītošus ārējos raksturlielumus.

Ģeneratora jaukta ierosme ir tipisks traucējumu regulēšanas piemērs.

Līdzstrāvas ģeneratori bieži ir savienoti paralēli, lai darbotos kopējā tīklā.Priekšnoteikums ģeneratoru paralēlai darbībai ar slodzes sadalījumu, kas ir proporcionāls nominālajai jaudai, ir to ārējo raksturlielumu identitāte. Izmantojot ģeneratorus ar jauktu ierosmi, to virknes tinumi strāvu izlīdzināšanai jāsavieno kopējā blokā ar izlīdzināšanas vadu.