Circuits elèctrics de corrent continu i les seves característiques

Propietats Generador de corrent continu estan determinats principalment per la manera com s'encén la bobina d'excitació. Hi ha generadors d'excitació independents, paral·lels, en sèrie i mixtes:

• excitat de manera independent: la bobina de camp és alimentada per una font de CC externa (una bateria, un petit generador auxiliar anomenat excitador o rectificador),

• excitació paral·lela: el bobinatge de camp està connectat en paral·lel amb el bobinatge de l'induït i la càrrega,

• Excitació en sèrie: el bobinatge de camp està connectat en sèrie amb el bobinatge de l'induït i la càrrega,

• amb excitació mixta: hi ha dos bobinatges de camp: paral·lel i sèrie, el primer està connectat en paral·lel amb el bobinat de l'induït i el segon està connectat en sèrie amb ell i la càrrega.

Els generadors d'excitació paral·lel, sèrie i mixta són màquines autoexcitades perquè els seus bobinatges de camp són energitzats pel propi generador.

Excitació dels generadors de corrent continu: a — independent, b — paral·lel, c — sèrie, d — mixt.

Tots els generadors llistats tenen el mateix dispositiu i només es diferencien en la construcció de les bobines d'excitació. Les bobines d'excitació independent i paral·lela estan fetes de filferro amb una petita secció transversal, tenen un gran nombre de voltes, la bobina d'excitació en sèrie està feta de filferro amb una gran secció transversal, hi ha un petit nombre de voltes.

Les propietats dels generadors de corrent continu s'avaluen per les seves característiques: inactiu, extern i control. A continuació veurem aquestes característiques per a diferents tipus de generadors.

Generador d'excitació independent

Un tret característic d'un generador amb excitació independent (Fig. 1) és que el seu corrent d'excitació Iv no depèn del corrent d'induït Ii, sinó que només està determinat per la tensió Uv subministrada a la bobina d'excitació i la resistència Rv del circuit d'excitació. .

Arròs. 1. Esquema d'un generador excitat independentment

En general, el corrent de camp és baix i representa el 2-5% del corrent nominal de l'induït. Per regular la tensió del generador, sovint s'inclou un reòstat per a la regulació Rpv al circuit del bobinatge d'excitació. A les locomotores, el corrent Iv es regula canviant la tensió Uv.

Característica de ralentí del generador (Fig. 2, a) — la dependència de la tensió Uo en ralentí del corrent d'excitació Ib en absència de càrrega Rn, és a dir, a In = Iya = 0 i a una velocitat de rotació constant n. En sense càrrega, quan el circuit de càrrega està obert, la tensió del generador Uo és igual a e. etc. v. Eo = cEFn.

Com que quan s'elimina la característica de velocitat en ralentí, la velocitat n es manté sense canvis, la tensió Uo només depèn del flux magnètic F.Per tant, la característica inactiva serà similar a la dependència del flux F del corrent d'excitació Ia (la característica magnètica del circuit magnètic del generador).

La característica sense càrrega es pot eliminar fàcilment de forma experimental augmentant gradualment el corrent d'excitació des de zero fins al valor on U0 = 1,25 Unom i després disminuint el corrent d'excitació a zero. En aquest cas, s'obtenen 1 branques ascendents i 2 descendents de la característica. La divergència d'aquestes branques es deu a la presència d'histèresi en el circuit magnètic de la màquina. Quan Iw = 0 al bobinatge de l'induït, el flux de magnetisme remanent indueix un d remanent, etc. amb Eost, que sol ser del 2-4% de la tensió nominal Unom.

A corrents d'excitació baixes, el flux magnètic de la màquina és petit, per tant en aquesta regió el flux i la tensió Uo canvien en proporció directa al corrent d'excitació, i la part inicial d'aquesta característica és una línia recta. A mesura que augmenta el corrent d'excitació, el circuit magnètic del generador es satura i l'augment de la tensió Uo es ralenteix. Com més gran és el corrent d'excitació, més forta és la saturació del circuit magnètic de la màquina i més lent augmenta la tensió U0. A corrents d'excitació molt elevats, la tensió Uo pràcticament deixa d'augmentar.

La característica sense càrrega permet estimar el valor de la possible tensió i propietats magnètiques de la màquina. La tensió nominal (indicada al passaport) per a màquines d'ús general correspon a la part saturada de la característica (el "genoll" d'aquesta corba).En els generadors de locomotores que requereixen una regulació de tensió d'ampli rang, s'utilitzen porcions insaturades tant curvilínies com rectes de la característica.

D. d. C. la màquina canvia en proporció a la velocitat n, per tant, per a n2 < n1, la característica de ralentí es troba per sota de la corba de n1. Quan el sentit de gir del generador canvia, el sentit de e canvia. etc. c) S'indueix en el bobinat de l'induït, i per tant la polaritat dels raspalls.

Una característica externa del generador (Fig. 2, b) és la dependència de la tensió U del corrent de càrrega In = Ia a velocitat constant n i corrent d'excitació Iv. La tensió del generador U és sempre menor que la seva e. etc. c) E pel valor de la caiguda de tensió en tots els bobinats connectats en sèrie al circuit de l'induït.

A mesura que augmenta la càrrega del generador (corrent de bobinat de l'induït IАЗ САМ — азЗ), la tensió del generador disminueix per dues raons:

1) a causa d'un augment de la caiguda de tensió al circuit de bobinatge de l'induït,

2) a causa d'una disminució d'e. etc. com a resultat de l'acció desmagnetitzadora del flux de l'induït. El flux magnètic de l'induït debilita una mica el flux magnètic principal Ф del generador, la qual cosa comporta una lleugera disminució de la seva e. etc. v. E quan es carrega contra e. etc. amb Eo al ralentí.

El canvi de tensió durant la transició del mode inactiu a la càrrega nominal del generador considerat és de 3 a 8℅ de la nominal.

Si tanqueu el circuit extern amb una resistència molt baixa, és a dir, curtcircuiteu el generador, aleshores la seva tensió caurà a zero.El corrent al bobinat de l'induït Ik durant un curtcircuit arribarà a un valor inacceptable en què el bobinatge de l'induït es pot cremar. En màquines de baixa potència, el corrent de curtcircuit pot ser de 10 a 15 vegades el corrent nominal, en màquines d'alta potència, aquesta relació pot arribar a 20-25.

Arròs. 2. Característiques d'un generador amb excitació independent: a — inactiu, b — extern, c — regulador

La característica reguladora del generador (Fig. 2, c) és la dependència del corrent d'excitació Iv del corrent de càrrega In a tensió constant U i freqüència de gir n. Mostra com ajustar el corrent d'excitació per mantenir constant la tensió del generador a mesura que canvia la càrrega. Evidentment, en aquest cas, a mesura que augmenta la càrrega, cal augmentar el corrent d'excitació.

Els avantatges d'un generador excitat independentment són la capacitat d'ajustar la tensió en un ampli rang de 0 a Umax canviant el corrent d'excitació i un petit canvi en la tensió del generador sota càrrega. Tanmateix, requereix una font de CC externa per alimentar la bobina de camp.

Generador amb excitació paral·lela.

En aquest generador (Fig. 3, a) el corrent Iya del bobinat de l'induït es ramifica al circuit de càrrega extern RH (corrent In) i al bobinatge d'excitació (corrent Iv), el corrent Iv per a màquines de mitjana i alta potència és de 2-5. % del valor nominal del corrent al bobinat de l'induït La màquina utilitza el principi d'autoexcitació, en què el bobinat d'excitació s'alimenta directament des del bobinat de l'induït del generador. Tanmateix, l'autoexcitació del generador només és possible si es compleixen una sèrie de condicions.

1.Per iniciar el procés d'autoexcitació del generador, és necessari tenir un flux residual de magnetisme en el circuit magnètic de la màquina, que indueix e en el bobinat de l'induït. etc. poble d'Eost. Aquest e. etc. v. proporciona un flux a través del circuit "bobinat d'induït - bobinatge d'excitació" d'algun corrent d'arrencada.

2. El flux magnètic creat per la bobina de camp s'ha de dirigir d'acord amb el flux magnètic del magnetisme residual. En aquest cas, en el procés d'autoexcitació, augmentarà el corrent d'excitació Iv i, per tant, el flux magnètic Ф de la màquina e. etc. v. E. Això continuarà fins que, a causa de la saturació del circuit magnètic de la màquina, s'atura el nou augment de F i per tant E i Ib. La coincidència en la direcció dels fluxos indicats està assegurada per la connexió correcta del bobinat d'excitació al bobinat de l'induït. Si es connecta incorrectament, la màquina es desmagnetitza (desapareix el magnetisme residual) i e. etc. c. E disminueix a zero.

3. La resistència del circuit d'excitació RB ha de ser inferior a un determinat valor límit anomenat resistència crítica. Per tant, per a l'excitació més ràpida del generador, es recomana, quan el generador està encès, sortir completament el reòstat regulador Rpv connectat en sèrie amb la bobina d'excitació (vegeu la figura 3, a). Aquesta condició també limita el possible rang de regulació del corrent de camp i, per tant, la tensió del generador excitat en paral·lel. Normalment és possible reduir la tensió del generador augmentant la resistència del circuit del bobinatge de camp només a (0,64-0,7) Unom.

Arròs. 3.Esquema d'un generador amb excitació paral·lela (a) i característiques externes dels generadors amb excitació independent i paral·lela (b)

Cal tenir en compte que l'autoexcitació del generador requereix el procés d'augment de la seva e. etc. amb E i corrent d'excitació Ib es va produir quan la màquina estava al ralentí. En cas contrari, a causa del baix valor d'Eost i de la gran caiguda de tensió interna al circuit de bobinatge de l'induït, la tensió aplicada al bobinatge d'excitació pot disminuir fins a gairebé zero i el corrent d'excitació no pot augmentar. Per tant, la càrrega s'ha de connectar al generador només després que la tensió als seus terminals sigui propera a la nominal.

Quan canvia el sentit de gir de l'induït, canvia la polaritat de les escombretes i, per tant, la direcció del corrent en el bobinat de camp, en aquest cas el generador es desmagnetitza.

Per evitar-ho, quan es canvia el sentit de gir, cal canviar els cables que connecten la bobina de camp a la bobina de l'induït.

La característica externa del generador (corba 1 a la figura 3, b) representa la dependència de la tensió U del corrent de càrrega In a valors constants de la velocitat n i la resistència del circuit d'accionament RB. Es troba per sota de la característica externa del generador excitat independentment (corba 2).

Això s'explica pel fet que, a més de les mateixes dues raons que fan que la tensió disminueixi amb l'augment de la càrrega en un generador excitat independentment (caiguda de tensió al circuit de l'induït i l'efecte desmagnetitzant de la reacció de l'induït), hi ha una tercera raó en considerat generador — reducció del corrent d'excitació.

Com que el corrent d'excitació IB = U / Rv, és a dir, depèn de la tensió U de la màquina, aleshores amb una disminució de la tensió, per aquests dos motius, el flux magnètic F i e disminueix. etc. v. generador E, que comporta una nova disminució de la tensió. El corrent màxim Icr corresponent al punt a s'anomena crític.

Quan el bobinat de l'induït es curtcircuita, el corrent Ic del generador excitat en paral·lel és petit (punt b), perquè en aquest mode la tensió i el corrent d'excitació són zero. Per tant, el corrent de curtcircuit només es crea per e. etc. del magnetisme residual i és (0,4 ... 0,8) Inom .. La característica externa es divideix des del punt a en dues parts: superior — de treball i inferior — no de treball.

Normalment, no s'utilitza tota la part de treball, sinó només un determinat segment. El funcionament de la secció ab de la característica externa és inestable, en aquest cas la màquina passa al mode corresponent al punt b, és a dir. en mode de curtcircuit.

La característica sense càrrega del generador amb excitació paral·lela es pren amb excitació independent (quan el corrent a l'induït Iya = 0), per tant, no difereix de cap manera de la característica corresponent per al generador amb excitació independent (vegeu Fig. 2, a). La característica de control del generador amb excitació paral·lela té la mateixa forma que la característica del generador amb excitació independent (vegeu la figura 2, c).

Els generadors d'excitació paral·lel s'utilitzen per alimentar els consumidors elèctrics en cotxes de passatgers, automòbils i avions, com ara generadors per conduir locomotores elèctriques, locomotores dièsel i vagons, i per carregar bateries d'emmagatzematge.

Generador d'excitació en sèrie

En aquest generador (Fig.4, a) el corrent d'excitació Iw és igual al corrent de càrrega In = Ia, i la tensió varia significativament quan canvia el corrent de càrrega. En ralentí, s'indueix una petita emissió al generador. etc. v. Eri, creat pel flux de magnetisme residual (Fig. 4, b).

A mesura que augmenta el corrent de càrrega Ii = Iv = Iya, el flux magnètic augmenta, p. etc. i la tensió del generador, aquest augment, com en altres màquines autoexcitades (generador excitat en paral·lel), continua fins a un cert límit a causa de la saturació magnètica de la màquina.

A mesura que el corrent de càrrega augmenta per sobre d'Icr, la tensió del generador comença a disminuir, ja que el flux magnètic d'excitació a causa de la saturació gairebé deixa d'augmentar i l'efecte desmagnetitzant de la reacció de l'induït i la caiguda de tensió al circuit de bobinat de l'induït IяΣRя continuen augmentant. En general, el corrent Icr és molt superior al corrent nominal. El generador pot funcionar de manera estable només en la part ab de la característica externa, és a dir. amb corrents de càrrega superiors al nominal.

Com que en els generadors excitats en sèrie la tensió varia molt amb els canvis de càrrega i és propera a zero durant el funcionament sense càrrega, no són aptes per subministrar la majoria de consumidors elèctrics. Només s'utilitzen amb la frenada elèctrica (reostàtica) de motors d'excitació en sèrie, que després es transfereixen al mode generador.

Arròs. 4. Esquema d'un generador d'excitació en sèrie (a) i la seva característica externa (b)

Generador d'excitació mixta.

En aquest generador (Fig. 5, a), la majoria de vegades la bobina d'excitació paral·lela és la principal, i la sèrie és l'auxiliar.Ambdues bobines són de la mateixa polaritat i estan connectades de manera que els fluxos magnètics produïts per elles sumen (commutat concordant) o resten (commutat oposada).

Un generador d'excitació mixta, quan els seus bobinatges de camp estan connectats de manera acord, permet obtenir una tensió aproximadament constant a mesura que canvia la càrrega. La característica externa del generador (Fig. 5, b) es pot representar en primera aproximació com una suma de característiques creades per cada bobina d'excitació.

Arròs. 5. Esquema d'un generador amb excitació mixta (a) i les seves característiques externes (b)

Quan només s'encén un bobinat paral·lel, pel qual passa el corrent d'excitació I1, la tensió del generador U disminueix gradualment amb l'augment del corrent de càrrega In (corba 1). Quan s'encén un bobinat en sèrie, a través del qual el corrent d'excitació Iw2 = In , la tensió U augmenta amb l'augment del corrent In (corba 2).

Si escollim el nombre de voltes del bobinat en sèrie de manera que a la càrrega nominal, la tensió creada per aquest ΔUPOSOL compensés la caiguda de tensió total ΔU, quan la màquina només funciona amb un bobinatge paral·lel, llavors és possible aconseguir que el la tensió U es manté gairebé inalterada quan el corrent de càrrega canvia de zero al valor nominal (corba 3). A la pràctica, varia entre un 2-3%.

En augmentar el nombre de voltes del bobinatge en sèrie, és possible obtenir una característica on la tensió UHOM tindrà més voltatge Uo al ralentí (corba 4), aquesta característica proporciona compensació per la caiguda de tensió no només en la resistència interna del circuit d'induït del generador, però també a la línia que el connecta a la càrrega. Si el bobinatge en sèrie s'encén de manera que el flux magnètic creat per ell es dirigeixi contra el flux del bobinatge paral·lel (commutació del contrari), aleshores la característica externa del generador amb un gran nombre de voltes del bobinatge en sèrie baixarà bruscament. (corba 5).

La connexió inversa de bobinats de camp en sèrie i paral·lel s'utilitza en generadors de soldadura que funcionen en condicions de curtcircuits freqüents. En aquests generadors, en cas de curtcircuit, el bobinat en sèrie desmagnetitza gairebé completament la màquina i redueix el corrent de curtcircuit. a un valor segur per al generador.

Els generadors amb bobinatges de camp amb connexions oposades s'utilitzen en algunes locomotores dièsel com a excitadors de generadors de tracció, garanteixen la constància de la potència lliurada pel generador.

Aquests patògens també s'utilitzen en locomotores elèctriques de corrent continu. Alimenten els bobinatges de camp dels motors de tracció que operen en mode regeneratiu durant la frenada regenerativa i proporcionen característiques externes de caiguda pronunciada.

L'excitació mixta del generador és un exemple típic de regulació de pertorbacions.

Els generadors de corrent continu sovint es connecten en paral·lel per funcionar en una xarxa comuna.Un requisit previ per al funcionament paral·lel de generadors amb distribució de càrrega proporcional a la potència nominal és la identitat de les seves característiques externes. Quan s'utilitzen generadors amb excitació mixta, els seus bobinatges en sèrie per igualar corrents s'han de connectar en un bloc comú mitjançant un cable igualador.