الدوائر الكهربائية للتيار المباشر وخصائصها

ملكيات مولد التيار المستمر يتم تحديدها بشكل أساسي من خلال طريقة تشغيل ملف الإثارة. هناك مولدات إثارة مستقلة ومتوازية ومتسلسلة ومختلطة:

• متحمس بشكل مستقل: يتم تشغيل الملف الميداني بواسطة مصدر خارجي للتيار المستمر (بطارية ، مولد مساعد صغير يسمى المثير أو المعدل) ،

• الإثارة الموازية: يتم توصيل الملف الميداني بالتوازي مع لف المحرك والحمل ،

• سلسلة الإثارة: يتم توصيل لف المجال في سلسلة مع لف حديد التسليح والحمل ،

• مع الإثارة المختلطة: هناك نوعان من اللفات الميدانية - متوازية ومتسلسلة ، الأولى متصلة بالتوازي مع ملف المحرك ، والثانية متصلة على التوالي معها والحمل.

المولدات المتوازية والمتسلسلة والمختلطة هي آلات ذاتية الإثارة لأن ملفاتها الميدانية يتم تنشيطها بواسطة المولد نفسه.

إثارة مولدات التيار المستمر: أ - مستقل ، ب - متوازي ، سلسلة ج ، د - مختلط.

جميع المولدات المدرجة لها نفس الجهاز وتختلف فقط في بناء ملفات الإثارة. لفائف الإثارة المستقلة والمتوازية مصنوعة من سلك بمقطع عرضي صغير ، ولديها عدد كبير من المنعطفات ، وملف سلسلة الإثارة مصنوعة من سلك مع مقطع عرضي كبير ، وهناك عدد قليل من المنعطفات.

يتم تقييم خصائص مولدات التيار المستمر من خلال خصائصها: خمول ، خارجي وتحكم. أدناه سنلقي نظرة على هذه الخصائص لأنواع مختلفة من المولدات.

مولد متحمس بشكل مستقل

الميزة المميزة للمولد مع الإثارة المستقلة (الشكل 1) هي أن تيار الإثارة IV لا يعتمد على تيار المحرك Ii ، ولكن يتم تحديده فقط من خلال الجهد Uv المزود بملف الإثارة والمقاومة Rv لدائرة الإثارة .

أرز. 1. رسم تخطيطي لمولد متحمس بشكل مستقل

عادةً ما يكون تيار الحقل منخفضًا ويصل إلى 2-5٪ من تيار المحرك المقنن. لتنظيم جهد المولد ، غالبًا ما يتم تضمين مقاومة متغيرة لتنظيم Rpv في دائرة ملف الإثارة. في القاطرات ، يتم تنظيم التيار الرابع عن طريق تغيير الجهد فوق البنفسجي.

خاصية الخمول للمولد (الشكل 2 ، أ) - اعتماد الجهد Uo عند الخمول على تيار الإثارة Ib في حالة عدم وجود حمل Rn ، أي عند In = Iya = 0 وبسرعة دوران ثابتة n. في حالة عدم التحميل ، عندما تكون دائرة الحمل مفتوحة ، فإن جهد المولد Uo يساوي e. إلخ. v. Eo = cEFn.

نظرًا لأنه عند إزالة خاصية سرعة الخمول ، تظل السرعة n دون تغيير ، فإن الجهد Uo يعتمد فقط على التدفق المغناطيسي F.لذلك ، ستكون خاصية الخمول مماثلة لاعتماد التدفق F على تيار الإثارة Ia (الخاصية المغناطيسية للدائرة المغناطيسية للمولد).

يمكن التخلص من خاصية عدم التحميل بسهولة تجريبيًا عن طريق زيادة تيار الإثارة تدريجيًا من الصفر إلى القيمة حيث U0 = 1.25Unom ثم تقليل تيار الإثارة إلى الصفر. في هذه الحالة ، يتم الحصول على تصاعدي 1 وتنازلي فرعين من الخاصية. يرجع تباين هذه الفروع إلى وجود التباطؤ في الدائرة المغناطيسية للجهاز. عندما Iw = 0 في ملف المحرك ، فإن تدفق المغناطيسية المتبقية يؤدي إلى وجود d ، إلخ. مع Eost ، والتي عادة ما تكون 2-4٪ من الجهد الاسمي Unom.

في تيارات الإثارة المنخفضة ، يكون التدفق المغناطيسي للآلة صغيرًا ، وبالتالي في هذه المنطقة يتغير التدفق والجهد Uo بالتناسب المباشر مع تيار الإثارة ، والجزء الأول من هذه الخاصية هو خط مستقيم. مع زيادة تيار الإثارة ، تشبع الدائرة المغناطيسية للمولد ويبطئ ارتفاع الجهد Uo. كلما زاد تيار الإثارة ، زاد تشبع الدائرة المغناطيسية للماكينة وأبطأ زيادة الجهد U0. في تيارات الإثارة العالية جدًا ، يتوقف الجهد Uo عمليًا عن الزيادة.

تتيح لك خاصية عدم التحميل تقدير قيمة الجهد والخصائص المغناطيسية المحتملة للجهاز. يتوافق الجهد الاسمي (المشار إليه في جواز السفر) للآلات ذات الأغراض العامة مع الجزء المشبع من الخاصية ("الركبة" لهذا المنحنى).في مولدات القاطرات التي تتطلب تنظيمًا واسع النطاق للجهد ، يتم استخدام كل من الأجزاء غير المشبعة المنحنية والخطوط المستقيمة من الخاصية.

D. d. C. يتغير الجهاز بما يتناسب مع السرعة n ، وبالتالي ، بالنسبة لـ n2 <n1 ، تقع خاصية الخمول أسفل منحنى n1. عندما يتغير اتجاه دوران المولد ، يتغير اتجاه e. إلخ. ج - مستحث في ملف المحرك ، وبالتالي قطبية الفرشاة.

السمة الخارجية للمولد (الشكل 2 ، ب) هي اعتماد الجهد U على تيار الحمل In = Ia بسرعة ثابتة n وتيار الإثارة IV. جهد المولد U دائمًا أقل من e. إلخ. ج - ه بقيمة انخفاض الجهد في جميع اللفات المتصلة في سلسلة في دائرة المحرك.

مع زيادة حمل المولد (تيار لف المحرك IАЗ САМ - азЗ) ، ينخفض ​​جهد المولد لسببين:

1) بسبب زيادة انخفاض الجهد في دائرة لف المحرك ،

2) بسبب انخفاض في البريد. إلخ. نتيجة لفعل إزالة المغناطيسية لتدفق المحرك. يضعف التدفق المغناطيسي للعضو إلى حد ما التدفق المغناطيسي الرئيسي للمولد ، مما يؤدي إلى انخفاض طفيف في e. إلخ. الخامس هاء عند التحميل ضد ه. إلخ. مع Eo في وضع الخمول.

التغيير في الجهد أثناء الانتقال من وضع الخمول إلى الحمل المقنن في المولد المدروس هو 3 - 8 من المقدرة.

إذا أغلقت الدائرة الخارجية عند مقاومة منخفضة جدًا ، أي قصر الدائرة الكهربائية للمولد ، فإن جهدها ينخفض ​​إلى الصفر.سيصل التيار في ملف المحرك Ik خلال دائرة كهربائية قصيرة إلى قيمة غير مقبولة قد يحترق عندها ملف المحرك. في الآلات منخفضة الطاقة ، يمكن أن يكون تيار الدائرة القصيرة 10-15 مرة من التيار المقدر ، في الآلات عالية الطاقة ، يمكن أن تصل هذه النسبة إلى 20-25.

أرز. 2. خصائص المولد مع الإثارة المستقلة: أ - خامل ، ب - خارجي ، ج - منظم

السمة المنظمة للمولد (الشكل 2 ، ج) هي اعتماد تيار الإثارة IV على تيار الحمل في الجهد الثابت U وتردد الدوران n. يوضح كيفية ضبط تيار الإثارة للحفاظ على ثبات جهد المولد مع تغير الحمل. من الواضح ، في هذه الحالة ، مع زيادة الحمل ، من الضروري زيادة الإثارة الحالية.

تتمثل مزايا المولد المتحمس بشكل مستقل في القدرة على ضبط الجهد على نطاق واسع من 0 إلى Umax عن طريق تغيير تيار الإثارة وتغيير بسيط في جهد المولد تحت الحمل. ومع ذلك ، فإنه يتطلب مصدر تيار مستمر خارجي لتشغيل الملف الميداني.

مولد مع الإثارة المتوازية.

في هذا المولد (الشكل 3 ، أ) يتفرع تيار المحرك المتعرج Iya إلى دائرة الحمل الخارجية RH (التيار الداخل) وفي ملف الإثارة (الحالي IV) ، يكون التيار IV للآلات ذات الطاقة المتوسطة والعالية هو 2-5 ٪ من القيمة المقدرة للتيار في ملف المحرك. تستخدم الآلة مبدأ الإثارة الذاتية ، حيث يتم تغذية ملف الإثارة مباشرة من ملف المحرك للمولد. ومع ذلك ، فإن الإثارة الذاتية للمولد ممكنة فقط إذا تم استيفاء عدد من الشروط.

1.لبدء عملية الإثارة الذاتية للمولد ، من الضروري أن يكون لديك تدفق مغناطيسي متبقٍ في الدائرة المغناطيسية للآلة ، مما يحفز e في لف حديد التسليح. إلخ. قرية يوست. هذا البريد إلخ. v. يوفر تدفقًا عبر الدائرة "لف المحرك - لف الإثارة" لبعض تيار البدء.

2. يجب أن يتم توجيه التدفق المغناطيسي الناتج عن ملف المجال وفقًا للتدفق المغناطيسي للمغناطيسية المتبقية. في هذه الحالة ، في عملية الإثارة الذاتية ، سيزداد تيار الإثارة IV وبالتالي التدفق المغناطيسي للجهاز e. إلخ. v. E. سيستمر هذا حتى ، بسبب تشبع الدائرة المغناطيسية للآلة ، الزيادة الإضافية في F وبالتالي يتوقف E و Ib. يتم ضمان التطابق في اتجاه التدفقات المشار إليها من خلال التوصيل الصحيح لملف الإثارة بملف المحرك. إذا تم توصيل الجهاز بشكل غير صحيح ، يقوم بإزالة المغناطيسية (تختفي المغناطيسية المتبقية) و e. إلخ. ج ينخفض ​​E إلى الصفر.

3. يجب أن تكون مقاومة دائرة الإثارة RB أقل من قيمة حدية معينة تسمى المقاومة الحرجة. لذلك ، من أجل أسرع إثارة للمولد ، يوصى ، عند تشغيل المولد ، بإخراج متغير متغير Rheostat Rpv المنظم المتصل في سلسلة مع ملف الإثارة (انظر الشكل 3 ، أ). يحد هذا الشرط أيضًا من النطاق المحتمل لتنظيم تيار المجال ، ومن ثم جهد المولد المتحمس المتوازي. عادة ما يكون من الممكن تقليل جهد المولد عن طريق زيادة مقاومة الدائرة لملف المجال فقط إلى (0.64-0.7) Unom.

أرز. 3.رسم تخطيطي لمولد مع الإثارة المتوازية (أ) والخصائص الخارجية للمولدات ذات الإثارة المستقلة والمتوازية (ب)

وتجدر الإشارة إلى أن الإثارة الذاتية للمولد تتطلب عملية زيادتها الإلكترونية. إلخ. مع E وحدث الإثارة الحالي Ib عندما كانت الآلة في وضع الخمول. خلاف ذلك ، نظرًا لقيمة Eost المنخفضة وانخفاض الجهد الداخلي الكبير في دائرة لف المحرك ، قد ينخفض ​​الجهد المطبق على ملف الإثارة إلى الصفر تقريبًا ولا يمكن زيادة تيار الإثارة. لذلك ، يجب توصيل الحمل بالمولد فقط بعد أن يكون الجهد عند أطرافه قريبًا من التيار الاسمي.

عندما يتغير اتجاه دوران المحرك ، تتغير قطبية الفرش وبالتالي اتجاه التيار في لف الحقل ، وفي هذه الحالة يتم إزالة مغناطيسية المولد.

لتجنب ذلك ، عند تغيير اتجاه الدوران ، من الضروري تبديل الأسلاك التي تربط الملف الميداني بملف المحرك.

تمثل الخاصية الخارجية للمولد (المنحنى 1 في الشكل 3 ، ب) اعتماد الجهد U على تيار الحمل في القيم الثابتة للسرعة n ومقاومة دائرة القيادة RB. يقع تحت الخاصية الخارجية للمولد المثار بشكل مستقل (المنحنى 2).

يفسر ذلك من خلال حقيقة أنه بالإضافة إلى نفس السببين اللذين يتسببان في انخفاض الجهد مع زيادة الحمل في مولد متحمس بشكل مستقل (انخفاض الجهد في دائرة المحرك وتأثير إزالة المغناطيسية لتفاعل المحرك) ، هناك سبب ثالث في يعتبر المولد - الحد من الإثارة الحالية.

نظرًا لأن تيار الإثارة IB = U / Rv ، أي يعتمد على الجهد U للجهاز ، ثم مع انخفاض الجهد ، لهذين السببين ، ينخفض ​​التدفق المغناطيسي F و e. إلخ. v. المولد E ، مما يؤدي إلى مزيد من الانخفاض في الجهد. يسمى الحد الأقصى الحالي لـ Icr المقابل للنقطة a بالحرجة.

عندما تكون لفائف المحرك قصيرة الدائرة ، يكون تيار Ic للمولد المتحمس المتوازي صغيرًا (النقطة ب) ، لأنه في هذا الوضع يكون الجهد وتيار الإثارة صفرًا. ومن ثم يتم إنشاء تيار الدائرة القصيرة فقط بواسطة e. إلخ. من المغناطيسية المتبقية وهي (0.4 ... 0.8) Inom .. تنقسم الخاصية الخارجية من النقطة أ إلى جزأين: علوي - عامل وسفلي - غير عامل.

عادة ، لا يتم استخدام جزء العمل بأكمله ، ولكن فقط جزء معين منه. تشغيل القسم ab للخاصية الخارجية غير مستقر ، في هذه الحالة ينتقل الجهاز إلى الوضع المقابل للنقطة b ، أي في وضع ماس كهربائى.

يتم أخذ خاصية عدم التحميل للمولد مع الإثارة المتوازية بإثارة مستقلة (عندما يكون التيار في المحرك Iya = 0) ، لذلك لا يختلف بأي شكل من الأشكال عن الخاصية المقابلة للمولد مع الإثارة المستقلة (انظر الشكل. 2 ، أ). خصائص التحكم للمولد مع الإثارة المتوازية لها نفس شكل خاصية المولد مع الإثارة المستقلة (انظر الشكل 2 ، ج).

تُستخدم المولدات ذات الإثارة المتوازية لتشغيل مستهلكي الكهرباء في سيارات الركاب والسيارات والطائرات ، مثل المولدات لقيادة القاطرات الكهربائية وقاطرات الديزل وعربات السكك الحديدية وشحن بطاريات التخزين.

سلسلة مولد الإثارة

في هذا المولد (الشكل.4 ، أ) يساوي تيار الإثارة Iw تيار الحمل = Ia ، ويختلف الجهد بشكل كبير عندما يتغير تيار الحمل. في وضع الخمول ، يحدث انبعاث صغير في المولد. إلخ. v. Eri ، الذي تم إنشاؤه بواسطة تدفق المغناطيسية المتبقية (الشكل 4 ، ب).

مع زيادة الحمل الحالي Ii = Iv = Iya ، يزداد التدفق المغناطيسي ، على سبيل المثال إلخ. p و جهد المولد ، هذه الزيادة ، كما هو الحال في الآلات الأخرى ذاتية الإثارة (المولد المتوازي المثير) ، تستمر حتى حد معين بسبب التشبع المغناطيسي للآلة.

مع زيادة تيار الحمل فوق Icr ، يبدأ جهد المولد في الانخفاض ، نظرًا لأن التدفق المغناطيسي للإثارة بسبب التشبع يتوقف تقريبًا عن الزيادة ، وتأثير إزالة المغناطيسية لتفاعل المحرك وانخفاض الجهد في دائرة لف المحرك IяΣRя يستمر في الزيادة. عادةً ما يكون Icr الحالي أعلى بكثير من التيار المقدر. يمكن أن يعمل المولد بثبات فقط على جزء أب من الخاصية الخارجية ، أي عند تيارات الحمل أعلى من الاسمية.

نظرًا لأن الجهد الكهربائي في المولدات المتسلسلة يختلف اختلافًا كبيرًا مع التغيرات في الحمل ويقترب من الصفر أثناء عملية عدم التحميل ، فهي غير مناسبة لتزويد معظم مستهلكي الكهرباء. يتم استخدامها فقط مع الكبح الكهربائي (الريوستاتيكي) لمحركات الإثارة المتسلسلة ، والتي يتم نقلها بعد ذلك إلى وضع المولد.

أرز. 4. رسم تخطيطي لمولد الإثارة المتسلسلة (أ) وخصائصه الخارجية (ب)

مولد الإثارة المختلطة.

في هذا المولد (الشكل 5 ، أ) ، غالبًا ما يكون ملف الإثارة الموازي هو الملف الرئيسي ، والسلسلة الأولى هي الملف المساعد.كلا الملفين لهما نفس القطبية ومتصلان بحيث تضيف التدفقات المغناطيسية الناتجة عنهما (التبديل المتوافق) أو تطرح (التبديل المعاكس).

يتيح مولد الإثارة المختلطة ، عندما يتم توصيل اللفات الميدانية الخاصة به بالاتفاق ، الحصول على جهد ثابت تقريبًا مع تغير الحمل. يمكن تمثيل الخاصية الخارجية للمولد (الشكل 5 ، ب) في التقريب الأول كمجموع من الخصائص التي تم إنشاؤها بواسطة كل ملف إثارة.

أرز. 5. رسم تخطيطي لمولد مع الإثارة المختلطة (أ) وخصائصه الخارجية (ب)

عند تشغيل ملف متوازي واحد فقط ، والذي يمر من خلاله تيار الإثارة Iв1 ، يتناقص جهد المولد U تدريجيًا مع زيادة الحمل الحالي (منحنى 1) .عند تشغيل لف سلسلة واحدة ، يتم من خلالها تيار الإثارة Iw2 = In يزداد الجهد U مع زيادة التيار In (المنحنى 2).

إذا اخترنا عدد لفات سلسلة اللف بحيث يكون الجهد الناتج عن الحمل الاسمي ΔUPOSOL يعوض عن انخفاض الجهد الكلي ΔU ، عندما تعمل الآلة بملف متوازي واحد فقط ، فمن الممكن تحقيق ذلك يظل الجهد U بدون تغيير تقريبًا ، عندما يتغير تيار الحمل من الصفر إلى القيمة المقدرة (المنحنى 3). في الممارسة العملية ، تتراوح في حدود 2-3٪.

من خلال زيادة عدد لفات سلسلة اللف ، من الممكن الحصول على خاصية حيث سيكون للجهد UHOM المزيد من الجهد Uo عند الخمول (منحنى 4) ، توفر هذه الخاصية تعويضًا عن انخفاض الجهد ليس فقط في المقاومة الداخلية لـ دارة المحرك للمولد ، ولكن أيضًا في الخط الذي يربطه بالحمل. إذا تم تشغيل لف السلسلة بحيث يتم توجيه التدفق المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطته ضد تدفق اللف الموازي (تبديل العداد) ، فإن الخاصية الخارجية للمولد مع عدد كبير من لفات سلسلة اللف سوف تنخفض بشكل حاد (منحنى 5).

يتم استخدام التوصيل العكسي لملفات السلسلة والملفات الميدانية المتوازية في مولدات اللحام التي تعمل في ظل ظروف دوائر قصيرة متكررة. في مثل هذه المولدات ، في حالة حدوث ماس كهربائي ، تقوم سلسلة اللف تقريبًا بإزالة مغناطيسية الماكينة تمامًا وتقليل تيار الدائرة القصيرة. إلى قيمة آمنة للمولد.

تُستخدم المولدات ذات اللفات الميدانية ذات الوصلات المعاكسة في بعض قاطرات الديزل كإثارة لمولدات الجر ، فهي تضمن ثبات الطاقة التي يوفرها المولد.

تستخدم هذه العوامل الممرضة أيضًا في قاطرات التيار الكهربائي المباشر. إنها تغذي اللفات الميدانية لمحركات الجر التي تعمل في الوضع التجديدي أثناء الكبح المتجدد وتوفر خصائص خارجية شديدة الانحدار.

الإثارة المختلطة للمولدات هي مثال نموذجي لتنظيم الاضطرابات.

غالبًا ما يتم توصيل مولدات التيار المستمر بالتوازي للعمل في شبكة مشتركة.من الشروط الأساسية للتشغيل المتوازي للمولدات مع توزيع الحمل المتناسب مع القدرة الاسمية هو تحديد خصائصها الخارجية. عند استخدام المولدات ذات الإثارة المختلطة ، يجب توصيل اللفات المتسلسلة الخاصة بها من أجل موازنة التيارات في كتلة مشتركة بواسطة سلك معادلة.