מעגלים חשמליים של זרם ישר ומאפייניהם

נכסים גנרטור DC נקבעים בעיקר על ידי אופן הפעלת סליל העירור. ישנם מחוללי עירור עצמאיים, מקבילים, סדרתיים ומעורבים:

• נרגש באופן עצמאי: סליל השדה מופעל על ידי מקור DC חיצוני (סוללה, גנרטור עזר קטן הנקרא מעורר או מיישר),

• עירור מקביל: פיתול השדה מחובר במקביל לליפוף האבזור והעומס,

• עירור סדרה: פיתול השדה מחובר בסדרה עם פיתול האבזור והעומס,

• עם עירור מעורב: יש שתי פיתולי שדה - מקבילים וסדרתיים, הראשון מחובר במקביל לפיתול האבזור, והשני מחובר בטור איתו ועם העומס.

גנרטורים מקבילים, סדרתיים ומעורבים מעורבים הם מכונות הנרגשות מעצמן מכיוון שפיתולי השדה שלהם מופעלים על ידי הגנרטור עצמו.

עירור של גנרטורים DC: a - עצמאי, b - מקביל, c - סדרה, d - מעורב.

לכל הגנרטורים המפורטים יש את אותו התקן והם שונים רק בבניית סלילי העירור. סלילי העירור העצמאיים והמקבילים עשויים מחוט עם חתך קטן, יש להם מספר גדול של סיבובים, סליל עירור סדרתי עשוי מחוט עם חתך גדול, יש מספר קטן של סיבובים.

המאפיינים של גנרטורים DC מוערכים לפי המאפיינים שלהם: סרק, חיצוני ובקרה. להלן נבחן את המאפיינים הללו עבור סוגים שונים של גנרטורים.

גנרטור נרגש באופן עצמאי

מאפיין אופייני של גנרטור עם עירור עצמאי (איור 1) הוא שזרם העירור שלו Iv אינו תלוי בזרם האבזור Ii, אלא נקבע רק על ידי המתח Uv המסופק לסליל העירור וההתנגדות Rv של מעגל העירור. .

אורז. 1. דיאגרמה סכמטית של מחולל נרגש באופן עצמאי

בדרך כלל זרם השדה נמוך ומסתכם ב-2-5% מזרם האבזור המדורג. כדי לווסת את המתח של הגנרטור, rheostat עבור ויסות Rpv כלול לעתים קרובות במעגל של סלילה עירור. בקטרים, הזרם Iv מווסת על ידי שינוי המתח Uv.

מאפיין סרק של הגנרטור (איור 2, א) - התלות של המתח Uo במצב סרק בזרם העירור Ib בהיעדר עומס Rn, כלומר ב-In = Iya = 0 ובמהירות סיבוב קבועה n. ללא עומס, כאשר מעגל העומס פתוח, מתח הגנרטור Uo שווה ל-e. וכו ' v. Eo = cEFn.

מכיוון שכאשר מסירים את המאפיין של מהירות סרק, המהירות n נשמרת ללא שינוי, אז המתח Uo תלוי רק בשטף המגנטי F.לכן, מאפיין הסרק יהיה דומה לתלות של השטף F בזרם העירור Ia (המאפיין המגנטי של המעגל המגנטי של הגנרטור).

ניתן לבטל בקלות את המאפיין ללא עומס בניסוי על ידי הגדלת זרם העירור בהדרגה מאפס לערך שבו U0 = 1.25Unom ולאחר מכן הקטנת זרם העירור לאפס. במקרה זה, מתקבלים בעלייה 1 ויורדת 2 ענפים של המאפיין. ההתבדלות של ענפים אלה נובעת מנוכחות היסטרזיס במעגל המגנטי של המכונה. כאשר Iw = 0 בפיתול האבזור, השטף של מגנטיות רמננטית משרה רמננטי d וכו'. עם Eost, שהוא בדרך כלל 2-4% מהמתח הנומינלי Unom.

בזרמי עירור נמוכים, השטף המגנטי של המכונה קטן, ולכן באזור זה השטף והמתח Uo משתנים ביחס ישר לזרם העירור, והחלק הראשוני של מאפיין זה הוא קו ישר. כאשר זרם העירור גדל, המעגל המגנטי של הגנרטור רווי ועליית המתח Uo מואטת. ככל שזרם העירור גדול יותר, כך הרוויה של המעגל המגנטי של המכונה חזקה יותר והמתח U0 גדל לאט יותר. בזרמי עירור גבוהים מאוד, המתח Uo כמעט מפסיק לעלות.

מאפיין ללא עומס מאפשר לך להעריך את הערך של המתח האפשרי והתכונות המגנטיות של המכונה. המתח הנומינלי (מצוין בדרכון) עבור מכונות לשימוש כללי מתאים לחלק הרווי של המאפיין ("הברך" של עקומה זו).במחוללי קטרים ​​הדורשים ויסות מתח בטווח רחב, משתמשים בחלקים בלתי רוויים בקו ישר של המאפיין כאחד.

D.d.C. המכונה משתנה ביחס למהירות n, לכן, עבור n2 < n1, מאפיין הסרק נמצא מתחת לעקומה עבור n1. כאשר כיוון הסיבוב של המחולל משתנה, כיוון ה-e משתנה. וכו ' ג. מושרה בפיתול האבזור, ומכאן הקוטביות של המברשות.

מאפיין חיצוני של הגנרטור (איור 2, ב) הוא התלות של המתח U בזרם העומס In = Ia במהירות קבועה n וזרם עירור Iv. מתח הגנרטור U תמיד קטן מה-e שלו. וכו ' ג E לפי ערך ירידת המתח בכל הפיתולים המחוברים בסדרה במעגל האבזור.

ככל שעומס הגנרטור גדל (זרם מתפתל האבזור IАЗ САМ — азЗ), מתח הגנרטור יורד משתי סיבות:

1) עקב עלייה במפלת המתח במעגל מתפתל האבזור,

2) עקב ירידה ב-e. וכו ' כתוצאה מפעולת הדה-מגנטית של שטף האבזור. השטף המגנטי של האבזור מחליש במידת מה את השטף המגנטי הראשי Ф של הגנרטור, מה שמוביל לירידה קלה ב-e שלו. וכו ' v. E בעת טעינה כנגד ה. וכו ' עם Eo במצב סרק.

השינוי במתח במהלך המעבר ממצב סרק לעומס מדורג בגנרטור הנחשב הוא 3 - 8℅ מדורג.

אם סוגרים את המעגל החיצוני בהתנגדות נמוכה מאוד, כלומר מקצרים את הגנרטור, אז המתח שלו יורד לאפס.הזרם בפיתול האבזור Ik במהלך קצר חשמלי יגיע לערך לא מקובל שבו פיתול האבזור עלול להישרף. במכונות בעלות הספק נמוך זרם הקצר יכול להיות פי 10-15 מהזרם הנקוב, במכונות בעלות הספק גבוה יחס זה יכול להגיע ל-20-25.

אורז. 2. מאפיינים של גנרטור עם עירור עצמאי: a - סרק, b - חיצוני, ג - ויסות

מאפיין הוויסות של הגנרטור (איור 2, ג) הוא התלות של זרם העירור Iv בזרם העומס In במתח קבוע U ותדירות סיבוב n. זה מראה כיצד להתאים את זרם העירור כדי לשמור על מתח הגנרטור קבוע כאשר העומס משתנה. ברור שבמקרה זה, ככל שהעומס גדל, יש צורך להגדיל את זרם העירור.

היתרונות של גנרטור מעורר עצמאי הם היכולת להתאים את המתח בטווח רחב מ-0 עד Umax על ידי שינוי זרם העירור ושינוי קטן במתח הגנרטור בעומס. עם זאת, זה דורש מקור DC חיצוני כדי להפעיל את סליל השדה.

גנרטור עם עירור מקביל.

במחולל זה (איור 3, א) זרם מתפתל האבזור Iya מסתעף לתוך מעגל העומס החיצוני RH (current In) ואל פיתול העירור (current Iv), הזרם Iv עבור מכונות בעלות הספק בינוני וגבוה הוא 2-5 % מהערך הנקוב של הזרם בפיתול האבזור.המכונה משתמשת בעקרון של עירור עצמי, בו פיתול העירור מוזן ישירות מפיתול האבזור של הגנרטור. עם זאת, עירור עצמי של הגנרטור אפשרי רק אם מתקיימים מספר תנאים.

1.כדי להתחיל את תהליך העירור העצמי של הגנרטור, יש צורך בשטף שיורי של מגנטיות במעגל המגנטי של המכונה, אשר משרה e בפיתול האבזור. וכו ' כפר אאוסט. זה ה' וכו'. v מספק זרימה דרך המעגל "פיתול ארמטור - סלילת עירור" של זרם התחלתי כלשהו.

2. השטף המגנטי שנוצר על ידי סליל השדה חייב להיות מכוון בהתאם לשטף המגנטי של המגנטיות השיורית. במקרה זה, בתהליך של עירור עצמי, זרם העירור Iv ולכן השטף המגנטי Ф של המכונה e יגדל. וכו ' v. E. זה יימשך עד, עקב הרוויה של המעגל המגנטי של המכונה, העלייה הנוספת של F ולכן E ו-Ib ייפסקו. צירוף המקרים בכיוון השטפים המצוינים מובטח על ידי חיבור נכון של פיתול העירור לפיתול האבזור. אם המכונה מחוברת בצורה לא נכונה, המכונה מתבטלת (שארית המגנטיות נעלמת) וה. וכו ' ג E יורד לאפס.

3. ההתנגדות של מעגל עירור RB חייבת להיות פחותה מערך גבול מסוים הנקרא התנגדות קריטית. לכן, לעירור המהיר ביותר של הגנרטור, מומלץ, כאשר הגנרטור מופעל, להפיק פלט מלא של ריאוסטט הוויסות Rpv המחובר בסדרה עם סליל העירור (ראה איור 3, א). מצב זה גם מגביל את טווח הוויסות האפשרי של זרם השדה, ומכאן את המתח של הגנרטור המעורר במקביל. בדרך כלל ניתן להפחית את מתח הגנרטור על ידי הגדלת התנגדות המעגל של מתפתל השדה רק ל- (0.64-0.7) Unom.

אורז. 3.דיאגרמה סכמטית של גנרטור עם עירור מקביל (א) ומאפיינים חיצוניים של גנרטורים עם עירור עצמאי ומקביל (ב)

יש לציין כי עירור עצמי של הגנרטור דורש תהליך של הגדלת ה-e שלו. וכו ' עם E וזרם עירור Ib התרחש כאשר המכונה הייתה במצב סרק. אחרת, עקב הערך הנמוך של Eost וירידת המתח הפנימית הגדולה במעגל מתפתל האבזור, המתח המופעל על פיתול העירור עשוי לרדת לכמעט אפס וזרם העירור לא יכול לעלות. לכן, יש לחבר את העומס לגנרטור רק לאחר שהמתח במסופים שלו קרוב לזה הנומינלי.

כאשר כיוון הסיבוב של האבזור משתנה, הקוטביות של המברשות משתנה ולכן כיוון הזרם בפיתול השדה, במקרה זה הגנרטור מנותק.

כדי להימנע מכך, בעת שינוי כיוון הסיבוב, יש צורך להחליף את החוטים המחברים את סליל השדה לסליל האבזור.

מאפיין חיצוני של הגנרטור (עקומה 1 באיור 3, ב) מייצג את התלות של המתח U בזרם העומס In בערכים קבועים של המהירות n וההתנגדות של מעגל הכונן RB. הוא נמצא מתחת למאפיין החיצוני של הגנרטור הנרגש באופן עצמאי (עקומה 2).

זה מוסבר על ידי העובדה שבנוסף לאותן שתי סיבות הגורמות לירידה במתח עם הגדלת העומס בגנרטור מעורר עצמאי (נפילת מתח במעגל האבזור והשפעת הדה-מגנטיזציה של תגובת האבזור), יש סיבה שלישית ב מחולל נחשב - הפחתת זרם העירור.

מכיוון שזרם העירור IB = U / Rv, כלומר, תלוי במתח U של המכונה, אז עם ירידה במתח, משתי הסיבות הללו, השטף המגנטי F ו-e יורד. וכו ' v. מחולל E, מה שמוביל לירידה נוספת במתח. הזרם המרבי Icr המתאים לנקודה a נקרא קריטי.

כאשר פיתול האבזור מקוצר, הזרם Ic של הגנרטור המעורב במקביל קטן (נקודה b), מכיוון שבמצב זה המתח וזרם העירור הם אפסיים. מכאן שזרם הקצר נוצר רק על ידי e. וכו ' מגנטיות שיורית והוא (0.4 ... 0.8) Inom .. המאפיין החיצוני מחולק מנקודה a לשני חלקים: עליון - עובד ותחתון - לא עובד.

בדרך כלל, לא נעשה שימוש בכל חלק העבודה, אלא רק בקטע מסוים שלו. פעולת הסעיף ab של המאפיין החיצוני אינו יציב, במקרה זה המכונה נכנסת למצב המתאים לנקודה b, כלומר. במצב קצר חשמלי.

המאפיין ללא עומס של הגנרטור עם עירור מקביל נלקח עם עירור עצמאי (כאשר הזרם באבזור Iya = 0), לכן הוא אינו שונה בשום צורה מהמאפיין המקביל עבור הגנרטור עם עירור עצמאי (ראה איור. 2, א). למאפיין הבקרה של הגנרטור עם עירור מקביל יש צורה זהה למאפיין של הגנרטור עם עירור עצמאי (ראה איור 2, ג).

גנרטורים נרגשים מקבילים משמשים להנעת צרכני חשמל במכוניות נוסעים, מכוניות ומטוסים, כגון גנרטורים להנעת קטרים ​​חשמליים, קטרי דיזל וקרונות רכבת, ולטעינת סוללות אחסון.

מחולל עירור סדרה

במחולל זה (איור.4, א) זרם העירור Iw שווה לזרם העומס In = Ia, והמתח משתנה באופן משמעותי כאשר זרם העומס משתנה. במצב סרק, נגרמת פליטה קטנה בגנרטור. וכו ' v. Eri, שנוצר על ידי זרימת מגנטיות שיורית (איור 4, ב).

ככל שגדל זרם העומס Ii = Iv = Iya, השטף המגנטי גדל, למשל. וכו ' עמ' ומתח הגנרטור, עלייה זו, כמו במכונות מעוררות עצמיות אחרות (גנרטור מעורר מקביל), נמשכת עד גבול מסוים עקב הרוויה המגנטית של המכונה.

כאשר זרם העומס עולה מעל Icr, מתח הגנרטור מתחיל לרדת, מכיוון שהשטף המגנטי של העירור עקב הרוויה כמעט מפסיק לגדול, והשפעת הדה-מגנטיזציה של תגובת האבזור וירידת המתח במעגל מתפתל האבזור IяΣRя ממשיכים לגדול. בדרך כלל ה-Icr הנוכחי גבוה בהרבה מהזרם המדורג. הגנרטור יכול לפעול ביציבות רק על חלק ab של המאפיין החיצוני, כלומר. בזרמי עומס גבוהים מהנומינלי.

מכיוון שבגנרטורים מורגשים בסדרה המתח משתנה מאוד עם שינויים בעומס וקרוב לאפס בזמן פעולה ללא עומס, הם אינם מתאימים לאספקת רוב צרכני החשמל. הם משמשים רק עם בלימה חשמלית (ריאוסטטית) של מנועי עירור סדרתיים, אשר מועברים לאחר מכן למצב גנרטור.

אורז. 4. דיאגרמה סכמטית של מחולל עירור סדרה (א) והמאפיין החיצוני שלו (ב)

מחולל עירור מעורב.

במחולל זה (איור 5, א), לרוב סליל העירור המקביל הוא הראשי, והסדרה הראשונה היא העזר.שני הסלילים הם בעלי קוטביות זהה והם מחוברים כך שהשטפים המגנטיים המופקים על ידם מוסיפים (מיתוג קונקורדנטי) או מפחיתים (מיתוג הפוך).

מחולל עירור מעורב, כאשר פיתולי השדה שלו מחוברים בהסכמה, מאפשר קבלת מתח כמעט קבוע עם שינוי העומס. המאפיין החיצוני של הגנרטור (איור 5, ב) יכול בקירוב הראשון להיות מיוצג כסכום של מאפיינים שנוצרו על ידי כל סליל עירור.

אורז. 5. דיאגרמה סכמטית של גנרטור עם עירור מעורב (א) והמאפיינים החיצוניים שלו (ב)

כאשר מופעלת רק פיתול מקביל אחד, שדרכו עובר זרם העירור Iв1, מתח הגנרטור U יורד בהדרגה עם הגדלת זרם העומס In (עקומה 1). כאשר מופעלת פיתול סדרה אחת, שדרכה זרם העירור Iw2 = In , המתח U עולה עם הגדלת הזרם In (עקומה 2).

אם נבחר את מספר הסיבובים של פיתול הסדרה כך שבעומס הנומינלי, המתח שנוצר על ידה ΔUPOSOL פיצה על נפילת המתח הכוללת ΔU, כאשר המכונה פועלת עם פיתול מקביל אחד בלבד, אז ניתן להשיג כי מתח U נשאר כמעט ללא שינוי, כאשר זרם העומס משתנה מאפס לערך המדורג (עקומה 3). בפועל, זה משתנה בין 2-3%.

על ידי הגדלת מספר הסיבובים של פיתול הסדרה, ניתן לקבל מאפיין שבו למתח UHOM יהיה יותר מתח Uo במצב סרק (עקומה 4), מאפיין זה מספק פיצוי על ירידת המתח לא רק בהתנגדות הפנימית של המתח. מעגל אבזור של הגנרטור, אלא גם בקו המחבר אותו לעומס. אם פיתול הסדרות מופעל כך שהשטף המגנטי שנוצר על ידה מכוון כנגד השטף של הפיתול המקביל (קוממוטציה נגדית), אזי המאפיין החיצוני של הגנרטור עם מספר גדול של סיבובים של פיתול הסדרה יירד בתלילות (עקומה 5).

חיבור הפוך של פיתולי שדה סדרתיים ומקבילים משמש במחוללי ריתוך הפועלים בתנאים של קצר חשמלי תכוף. בגנרטורים כאלה, במקרה של קצר חשמלי, פיתול הסדרה מבטל כמעט לחלוטין את המכונה ומפחית את זרם הקצר. לערך בטוח עבור הגנרטור.

גנרטורים עם פיתולי שדה עם חיבורים מנוגדים משמשים בכמה קטרי דיזל כמעוררים של גנרטורים מתיחה, הם מבטיחים את הקביעות של הכוח הנמסר על ידי הגנרטור.

פתוגנים כאלה משמשים גם בקטרי זרם ישר חשמלי. הם מזינים את פיתולי השדה של מנועי המתיחה הפועלים במצב רגנרטיבי במהלך בלימה רגנרטיבית ומספקים מאפיינים חיצוניים בעלי ירידה תלולה.

עירור מעורב של גנרטור הוא דוגמה טיפוסית לוויסות הפרעות.

גנרטורים DC מחוברים לעתים קרובות במקביל כדי לפעול ברשת משותפת.תנאי מוקדם לפעולה מקבילה של גנרטורים עם חלוקת עומס פרופורציונלית להספק הנומינלי הוא זהות המאפיינים החיצוניים שלהם. בעת שימוש בגנרטורים עם עירור מעורב, יש לחבר את הפיתולים הסדרתיים שלהם להשוואת זרמים בבלוק משותף על ידי חוט איזון.