Классификация машин постоянного тока. Классификация и типы машин постоянного тока: полное руководство

Какие существуют основные типы машин постоянного тока. Как классифицируются машины постоянного тока по способу возбуждения. В чем особенности машин с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Каковы области применения различных типов машин постоянного тока.

Основные типы машин постоянного тока

Машины постоянного тока можно классифицировать по нескольким признакам:

• По назначению: генераторы и двигатели
• По способу возбуждения магнитного поля
• По мощности
• По напряжению
• По области применения

Наиболее важной является классификация по способу возбуждения, так как от этого зависят характеристики и свойства машины.

Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

По способу возбуждения магнитного поля машины постоянного тока делятся на два основных типа:

1. Машины с независимым возбуждением
2. Машины с самовозбуждением

Машины с самовозбуждением в свою очередь подразделяются на:

• Машины с параллельным возбуждением
• Машины с последовательным возбуждением
• Машины со смешанным возбуждением

Машины постоянного тока с независимым возбуждением

В машинах с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от отдельного источника постоянного тока. Основные особенности:

• Обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря
• Требуется два источника питания
• Ток возбуждения не зависит от тока якоря
• Обеспечивается стабильное магнитное поле

Такие машины используются там, где требуется независимое управление магнитным потоком, например, в прокатных станах или бумагоделательных машинах.

Машины постоянного тока с параллельным возбуждением

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбуждения подключается параллельно обмотке якоря. Ключевые характеристики:

• Обмотка возбуждения имеет большое число витков тонкого провода
• Высокое сопротивление обмотки возбуждения (сотни Ом)
• Ток возбуждения составляет 2-5% от тока якоря
• Стабильная скорость вращения при изменении нагрузки

Где применяются машины с параллельным возбуждением?

Двигатели

• Металлорежущие станки
• Вентиляторы
• Насосы
• Подъемные механизмы
• Прядильные машины

Генераторы

• Системы освещения
• Зарядка аккумуляторов
• Возбуждение синхронных генераторов

Машины постоянного тока с последовательным возбуждением

В машинах с последовательным возбуждением обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря. Основные характеристики:

• Обмотка возбуждения имеет малое число витков толстого провода
• Низкое сопротивление обмотки возбуждения (доли Ома)
• Через обмотку возбуждения протекает весь ток якоря
• Высокий пусковой момент
• Большой диапазон регулирования скорости

Области применения машин с последовательным возбуждением:

Двигатели

• Электротранспорт (трамваи, троллейбусы)
• Подъемные краны
• Лебедки
• Конвейеры
• Бытовая техника (пылесосы, дрели)

Генераторы

• Сварочные генераторы
• Усилители в системах регулирования

Машины постоянного тока со смешанным возбуждением

Машины со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения — параллельную и последовательную. Это позволяет объединить преимущества обоих типов возбуждения:

• Высокий пусковой момент (от последовательной обмотки)
• Хорошая регулировка скорости (от параллельной обмотки)
• Стабильная работа при переменных нагрузках

Существует два типа машин со смешанным возбуждением:

1. С коротким шунтом — параллельная обмотка подключена только к якорю
2. С длинным шунтом — параллельная обмотка подключена к якорю и последовательной обмотке

Машины со смешанным возбуждением широко применяются благодаря своей универсальности, например, в электроприводах прокатных станов, экскаваторов, подъемных кранов.

Особенности характеристик машин постоянного тока разных типов

Характеристики машин постоянного тока существенно зависят от способа возбуждения:

Машины с независимым возбуждением

• Жесткая механическая характеристика
• Стабильная скорость при изменении нагрузки
• Широкий диапазон регулирования

Машины с параллельным возбуждением

• Мягкая механическая характеристика
• Небольшое снижение скорости с ростом нагрузки
• Ограниченный диапазон регулирования

Машины с последовательным возбуждением

• Мягкая механическая характеристика
• Сильное снижение скорости с ростом нагрузки
• Очень широкий диапазон регулирования скорости

Машины со смешанным возбуждением

• Промежуточная характеристика между параллельным и последовательным возбуждением
• Возможность настройки характеристики под конкретное применение

Сравнение различных типов машин постоянного тока

Каждый тип машин постоянного тока имеет свои преимущества и недостатки:

Машины с независимым возбуждением

Преимущества:

• Высокая стабильность характеристик
• Простота регулирования

Недостатки:

• Необходимость отдельного источника питания для обмотки возбуждения
• Более высокая стоимость

Машины с параллельным возбуждением

Преимущества:

• Стабильная скорость при изменении нагрузки
• Простота конструкции

Недостатки:

• Ограниченный диапазон регулирования скорости
• Невысокий пусковой момент

Машины с последовательным возбуждением

Преимущества:

• Высокий пусковой момент
• Широкий диапазон регулирования скорости

Недостатки:

• Нестабильная скорость при изменении нагрузки
• Опасность разноса при сбросе нагрузки

Машины со смешанным возбуждением

Преимущества:

• Сочетание достоинств параллельного и последовательного возбуждения
• Гибкость характеристик

Недостатки:

• Более сложная конструкция
• Высокая стоимость

Выбор типа машины постоянного тока для конкретного применения

При выборе типа машины постоянного тока для конкретного применения необходимо учитывать следующие факторы:

1. Требуемый диапазон регулирования скорости
2. Характер нагрузки (постоянная, переменная)
3. Необходимый пусковой момент
4. Требования к стабильности скорости
5. Условия эксплуатации (температура, влажность и т.д.)
6. Экономические факторы (стоимость, энергоэффективность)

Исходя из этих факторов, можно дать следующие рекомендации:

• Для приводов с постоянной скоростью и небольшим диапазоном регулирования — машины с параллельным возбуждением
• Для приводов с высоким пусковым моментом и широким диапазоном регулирования — машины с последовательным возбуждением
• Для приводов с переменной нагрузкой и средним диапазоном регулирования — машины со смешанным возбуждением
• Для прецизионных приводов с жесткими требованиями к стабильности — машины с независимым возбуждением

Заключение

Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения позволяет выбрать оптимальный тип машины для конкретного применения. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании электроприводов и электрогенераторных установок. Понимание особенностей различных типов машин постоянного тока позволяет эффективно использовать их уникальные характеристики в различных областях техники.

Классификация машин постоянного тока

Машины постоянного тока (двигатели и генераторы) различают по способу включения обмоток главных полюсов или возбуждения в сеть (рис. 5.3):

• машины постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 5.3, а), электрическая цепь обмотки возбуждения является независимой от силовой цепи ротора; для генераторов это практический единственный вариант схемного решения;

• машины постоянного тока с параллельным возбуждением (рис. 5.3, б), обмотка возбуждения включается параллельно с цепью якоря;

• машины постоянного тока с последовательным возбуждением (рис. 5.3, в) обмотка статора включается последовательно с обмоткой ротора, что обуславливает зависимость магнитного потока от тока якоря; на практике такой способ возбуждения используются редко;

• машины постоянного тока со смешанным возбуждением (рис. 5.3, г), присутствуют две обмотки возбуждения: параллельно и последовательно включенные с цепью якоря.

На рисунках сплошные стрелки показывают направления токов в режиме генератора, штриховые — в режиме двигателя.

Рис. 5.3

Принцип действия двигателя параллельного возбуждения рассмотрим по схеме (рис. 5.4), где

N, S – главные полюса,

Ф – основной магнитный поток,

Ф_п – поперечный магнитный поток двигателя,

I_я – ток якорной цепи, I_в – ток возбуждения,

F – электромагнитные силы,

М_э – электромагнитный вращающий момент,

М_с – момент сопротивления приводного механизма,

ω – угловая частота вращения якоря,

U – напряжение источника питания двигателя,

Е– противо-ЭДС обмотки якоря.

Рис. 5.4

К цепи обмотки возбуждения и якорной цепи подведено напряжение U от одного источника постоянного тока.

Под воздействием этого напряжения в обмотке возбуждения проходит ток I_в, создающий постоянную намагничивающую силу I_вw_в, которая возбуждает неподвижный в пространстве основной магнитный поток Ф, направление которого зависит от направления тока в обмотке возбуждения. Направление магнитного потока определяется правилом правоходового винта: вращательное движение винта направляют по току в обмотке возбуждения, тогда поступательное движение винта покажет направление магнитного потока. Полярность главных полюсов N, S зависит от направления магнитного потока..

В якорной цепи двигателя проходит ток I_я. Щетками, прижимаемыми к коллектору, обмотка якоря делится на параллельные ветви. Число пар щеток (+, – ) равно числу пар главных полюсов p.

Секция обмотки якоря укладывается в пазы сердечника якоря таким образом, чтобы ее активные проводники находились под разноименными полюсами. Поэтому, если в верхнем активном проводнике, расположенном под северным полюсом (рис. 5.4), ток направлен от переднего торца якоря к заднему (обозначен крестиком), то в нижнем проводнике этой секции, расположенном под южным полюсом, ток направлен в обратную сторону (обозначен точкой). Следовательно, во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление токов одинаково.

На проводники с током, находящиеся в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяются правилом левой руки: левая рука располагается так (рис. 5.5, б), чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, четыре пальца направляются по току в проводнике, тогда большой палец, отогнутый на 90 градусов, покажет направление силы.

При указанном направлении тока в обмотке якоря и полярности полюсов (рис. 5.4) электромагнитные силы F, приложенные к верхним и нижним проводникам, создают электромагнитный момент, который вращает якорь в направлении против движения часовой стрелки со скоростью n, об/мин.

При вращении якоря активные проводники обмотки меняют свое расположение, переходя от одного полюса под другой, проходя через геометрическую нейтраль — линию, проведенную через щетки (рис. 5.4).

В результате воздействия магнитного поля двигателя на все проводники с током возникают электромагнитные силы, которые создают электромагнитный вращающий момент

М_вр, Н·м = C_МI_яФ,

где – конструктивная постоянная машины, зависящая от числа пар полюсовp, числа активных проводников N, числа пар параллельных ветвей а обмотки якоря.

При вращении якоря проводники его обмотки пересекают основной магнитный поток и в них на основании закона электромагнитной индукции индуцируется ЭДС. Ее направление определяется правилом правой руки: правая рука располагается так (рис. 5.5,а), чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, большой палец, отогнутый на 90 градусов, направляется в сторону перемещения проводника, тогда четыре пальца покажут направление ЭДС.

На рис. 5.4 направление ЭДС обозначено точками и крестиками около проводников обмотки якоря. Видно, что направления этих ЭДС противоположно направлению тока в обмотке, поэтому их называют противоЭДС. Величина ЭДС

Е_я = С_ЕnФ,

где — конструктивная постоянная машины.

Ток в проводниках обмотки якоря образует магнитное поле якоря, направление которого определяется правилом правоходового винта. При указанных направлениях тока магнитный поток этого поля Ф_п направлен перпендикулярно основному (продольному) потоку Ф. Поэтому он называется поперечным.

При взаимодействии двух полей результирующее магнитное поле искажается. Под сбегающими краями главных полюсов магнитные потоки направлены встречно и результирующее магнитное поле ослабляется, а под набегающими – усиливаются, так как потоки направлены одинаково.

Для компенсации поперечного магнитного поля применяют дополнительные полюсаN_д, S_д, обмотки которых включены последовательно с обмоткой якоря. Магнитный поток дополнительных полюсов направлен встречно потоку поперечного поля. и пропорциональны ему. Поэтому независимо от режима работы двигателя магнитный поток дополнительных полюсов всегда будет компенсировать магнитный поток поперечного поля.

На рис. 5.6 изображена схема замещения якорной цепи двигателя постоянного тока, где R_Я – сопротивление обмотки якоря.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа:

Тогда уравнение электрического состояния якорной цепи двигателя постоянного тока имеет вид:

Ток якорной обмотки .

В режиме холостого хода (при отсутствии нагрузки на валу двигателя) якорь вращается с максимальной скоростью n₀. ЭДС Е_я имеет максимальное значение, ток якоря I_я= I_ях незначителен, как видно из формулы. Момент М₀, развиваемый двигателем в режиме холостого хода, равен моменту инерции двигателя.

При увеличении нагрузки на валу скорость двигателя n уменьшается и уменьшается величина противоЭДС Е_я. Тогда увеличиваются ток якорной обмотки и момент развиваемый двигателем М_вр=М₀+М_с, где М_с — момент нагрузки на валу двигателя.

Классификация электрических машин

  Автор: admin Генераторы постоянного тока, Двигатели постоянного тока, Машины переменного тока, Машины постоянного тока, Электрические машины

Электрической машиной называется электромеханический преобразователь энергии, предназначенный для преобразования либо электрической энергии в механическую, либо механической энергии в электрическую.

Если электрическая машина преобразует механическую энергию в электрическую, она называется генератором. Электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую, называется двигатель.

Существует много различных признаков, по которым электромашины делятся на группы. Основным из них является род тока. По роду тока электромашины делятся на 2-е большие группы: машины постоянного тока и машины переменного тока.

Внутри каждой из этих групп имеется также деление по различным признакам. Так, например, машины постоянного тока подразделяют по способу возбуждения:

1. Независимое возбуждение. При нем обмотка возбуждения не имеет электрической связи с обмоткой якоря.

2. Параллельное возбуждение. При нем обмотка возбуждения подключается параллельно обмотке якоря и имеет с ним электрическую связь.

3. Последовательное возбуждение: обмотка возбуждения соединяется с обмоткой якоря последовательно.

4. Смешанное возбуждение: обе обмотки возбуждения имеют электрическую связь с обмоткой якоря.

От способа возбуждения зависят характеристики машины постоянного тока. Причем все 4 способа возбуждения могут быть и у генераторов постоянного тока и у двигателей постоянного тока.

Машины переменного тока по принципу действия подразделяют на синхронные и асинхронные.

Синхронной машиной переменного тока называется машина, у которой скорость вращения вала равна скорости вращения магнитного поля статора.

Асинхронной машиной называется машина, у которой скорость вращения вала не равна скорости вращения магнитного поля статора.

Машины переменного тока подразделяются по конструкции ротора в зависимости от типа машины. Асинхронные делятся на машины с короткозамкнутым ротором и машины с фазным ротором.

Синхронные машины по конструкции ротора делятся на машины с явновыраженными полюсами и машины с неявновыраженными полюсами.

Кроме того, все электромашины независимо от рода тока подразделяются по мощности на:
1. микромашины мощностью до 1 кВт;
2. малой мощности от 1 до 10 кВт;
3. средней мощности 50-70 кВт;
4. крупные машины 100 кВт и выше.

По напряжению электромашины делятся на низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные (свыше 1000 В). Машины постоянного тока обычно изготавливаются на напряжение 220 В или 440 В. Машины переменного тока (в основном асинхронные) изготавливаются на напряжение 380 В или 660 В. Синхронные машины чаще всего изготавливаются на напряжение 6 кВ и 13 кВ.

Электромашины независимо от рода тока подразделяются на группы по области применения, причем в зависимости от области применения изменяется их конструкция.

Синхронные машины в зависимости от того, с каким источником механической энергии они соединяются, подразделяются на гидрогенераторы и турбогенераторы (если соединяются с тепловой турбиной), а также дизельгенераторы. Синхронные двигатели, как правило, изготавливаются мощностью до 500 кВт с явновыраженными полюсами, а мощностью свыше 500 кВт с неявновыраженными полюсами. Вообще у синхронного двигателя конструкция ротора определяется скоростью вращения.

Асинхронные машины и машины постоянного тока по области применения делятся на крановые, шахтные (взрывобезопасные), общепромышленного применения, тяговые для привода транспортных средств и т. д.

Типы машин постоянного тока — электрические Статья

Машина постоянного тока работает по Закону электромагнитной индукции Фарадея . В машине постоянного тока две обмотки; обмотка возбуждения и обмотка якоря. Циркуляционный ток, подаваемый на обмотку возбуждения, создает магнитный поток. Он назвал возбуждением . В зависимости от возбуждения существует два типа машин постоянного тока.

1. Машина постоянного тока с независимым возбуждением
2. Машина постоянного тока с самовозбуждением

Содержание

Машина постоянного тока с независимым возбуждением

Для машины постоянного тока этого типа требуются два источника постоянного тока. Один источник связан с обмоткой возбуждения. Этот источник используется для возбуждения. Другой источник связан с обмоткой якоря. Поэтому в этой машине ток якоря не будет протекать через обмотку возбуждения.

Здесь обмотка возбуждения физически отделена от обмотки якоря. Но обе обмотки взаимно связаны магнитным полем.

Двигатель с независимым возбуждением не используется в обычных приложениях. Потому что этот тип машины очень дорогой из-за дополнительного источника питания для возбуждения.

Эта машина используется в качестве двигателя на сталепрокатных заводах, бумагоделательных машинах и т. д. Принципиальная схема этой машины показана на рисунке ниже.

Машина постоянного тока с независимым возбуждением

Машина постоянного тока с самовозбуждением

Существует физическая связь между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря. Обмотка возбуждения соединена различными способами с обмоткой якоря.

В зависимости от типа подключения существует три типа машин постоянного тока.

1. Машина постоянного тока с шунтовой обмоткой
Машина постоянного тока серии
2. с обмоткой
3. Машина постоянного тока с комбинированной обмоткой

Машина постоянного тока с параллельным возбуждением

В машине постоянного тока с параллельным возбуждением обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно. Если эта машина используется в качестве двигателя, шунтирующее поле получает напряжение питания двигателя. А если эту машину использовать как генератор, то шунтирующее поле получает полное выходное напряжение.

Шунтирующая обмотка возбуждения выполнена с большим числом витков. А сопротивление обмотки сохраняется высоким в пределах сотен Ом.

Требуется небольшой ток, составляющий менее 5 % от номинального тока якоря. Принципиальная схема машины постоянного тока показана на рисунке ниже.

Шунтовая обмотка

Шунтовой двигатель постоянного тока, используемый там, где требуется высокий пусковой крутящий момент. Используется в токарных станках, вентиляторах, воздуходувках, подъемниках, прядильных машинах, конвейерах, центробежных насосах и т. д.

Шунтовой генератор постоянного тока, используемый для освещения. Он используется для зарядки аккумулятора, а также используется для обеспечения возбуждения генератора переменного тока.

Машина постоянного тока с обмоткой серии

Обмотка возбуждения машины, соединенная последовательно с обмоткой якоря. Обе обмотки соединены последовательно. Следовательно, через обе обмотки будет протекать один и тот же ток.

Последовательная обмотка возбуждения потребляет ток, аналогичный номинальному току якоря. поэтому последовательная обмотка возбуждения выполнена с меньшим количеством витков толстого провода, имеющего очень низкое сопротивление в пересчете на 0,5 Ом.

Принципиальная схема машины постоянного тока с последовательной обмоткой показана на рисунке ниже.

Серия с обмоткой

Серийный двигатель постоянного тока, используемый там, где требуется высокий пусковой крутящий момент и возможно изменение скорости. Он используется в тяговой системе, пылесосах, кранах, кондиционерах, швейных машинах и т. д.

Генератор серии постоянного тока, используемый в локомотивах постоянного тока для рекуперативного торможения для обеспечения тока возбуждения. Используется в качестве усилителя в распределительных сетях.

Машина постоянного тока с комбинированной обмоткой

Машина с комбинированной обмоткой имеет две обмотки возбуждения; одна обмотка возбуждения соединена последовательно, а другая параллельно обмотке якоря.

Последовательная обмотка возбуждения имеет меньшее число витков при большей площади поперечного сечения. А шунтирующая обмотка возбуждения имеет большее число витков при малой площади поперечного сечения.

Существует два типа машин постоянного тока с комбинированной обмоткой; составная машина с коротким шунтом и составная машина с длинным шунтом.

Составная машина постоянного тока с коротким шунтом

Если шунтирующая обмотка возбуждения соединена параллельно только с якорной обмоткой, то машина называется короткошунтирующей составной машиной. Эта машина постоянного тока также известна как кумулятивная составная машина постоянного тока.

Кумулятивные составные двигатели обеспечивают высокий пусковой момент, аналогичный серийному двигателю, а также обеспечивают хорошую регулировку скорости на высоких скоростях, подобно параллельному двигателю. Он может запускаться с большой нагрузкой, и если нагрузка изменится, он будет работать без сбоев.

Этот двигатель обладает преимуществами как серийных, так и параллельных двигателей. Следовательно, этот двигатель широко используется. Схема цепи показана на рисунке ниже.

Составной с коротким шунтом

Составной с длинным шунтом Машина постоянного тока

Шунтирующая обмотка возбуждения параллельна как якорной, так и последовательной обмотке возбуждения. Эта машина также известна как дифференциальная составная машина постоянного тока.

В составных дифференциальных двигателях магнитное поле параллельной обмотки противодействует магнитному полю обмотки якоря и последовательному полю. Этот двигатель имеет другую характеристику скорости и момента.

При уменьшении нагрузки дифференциальный составной двигатель ведет себя больше как последовательный двигатель и имеет тенденцию к превышению скорости. При увеличении нагрузки его скорость резко снижается.

Соединение с длинным шунтом

Различные части машины постоянного тока

 4 518 всего просмотров, 3 просмотра сегодня . МДС, необходимая для установления потока в магнитной цепи генератора постоянного тока, получается путем возбуждения полем.

Когда на обмотки возбуждения генератора постоянного тока подается постоянное напряжение, ток протекает через обмотки и создает постоянное магнитное поле. Это называется возбуждением поля.

Прежде чем читать эту статью о различных типах генераторов постоянного тока, ознакомьтесь с устройством генератора постоянного тока.

Возбуждение поля может быть получено следующими средствами:

• Постоянные магниты
• Катушки возбуждения, возбуждаемые от какого-либо внешнего источника, и
• Катушки возбуждения, возбуждаемые самим генератором.

Напряжение возбуждения может создаваться самим генератором или поступать от внешнего источника, например, от батареи.

Если поток создается с помощью постоянных магнитов, то этот тип генератора постоянного тока называется Генератор постоянного тока с постоянными магнитами.

Если поток создается путем возбуждения катушек возбуждения от какого-либо внешнего источника, такой тип генератора постоянного тока называется Генератор постоянного тока с независимым возбуждением.

Если катушки возбуждения возбуждаются самим генератором для создания необходимого потока, то такие генераторы постоянного тока называются Генераторы постоянного тока с самовозбуждением.

Генераторы обычно классифицируются в соответствии с этими методами возбуждения поля. Исходя из этого, различные типы генератора постоянного тока делятся на следующие три класса:

1. Постоянные генераторы DC Magnet
2. Отдельно возбужденные генераторы DC
3. Самосекаемые генераторы DC
   1. серия DC GENERATOR
   .
   2. Генератор постоянного тока с шунтирующей обмоткой
   3. Генератор постоянного тока с комбинированной обмоткой

Типы генераторов постоянного тока

В машинах постоянного тока с постоянными магнитами постоянный магнит используется для создания потока в магнитной цепи.

Эти генераторы не применяются в промышленности из-за малой мощности, вырабатываемой ими. Такие генераторы используются только в небольших размерах, как динамо-машины в мотоциклах.

Поведение генератора постоянного тока под нагрузкой зависит от принятого метода возбуждения поля.

Содержание

Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением

Генератор постоянного тока, обмотка магнита возбуждения которого питается от независимого внешнего источника постоянного тока. источник  (например, батарея и т. д.) называется генератором с независимым возбуждением.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением

На рисунке показаны соединения генератора с независимым возбуждением. Выходное напряжение зависит от скорости вращения якоря и тока возбуждения (Eg = φZNP/60 A). Чем больше скорость и ток возбуждения, тем больше генерируемая ЭДС генератора постоянного тока.

Можно отметить, что генераторы постоянного тока с независимым возбуждением на практике используются редко. Генераторы постоянного тока обычно самовозбуждающиеся. Также ознакомьтесь с характеристиками генератора постоянного тока с независимым возбуждением.

Armature current, I _a  = I _L

Terminal voltage, V = E _g  – I _a R _a

Electric power developed = E _g I _a

Мощность, подаваемая на нагрузку = E _г I _a  – I R = I E – I R = VI _a 

Генераторы постоянного тока с самовозбуждением

A d.c. Генератор, обмотка магнита возбуждения которого питается током от выхода самого генератора , называется генератором с самовозбуждением.

Генератор, который обеспечивает возбуждение собственного поля, называется генератором с самовозбуждением. Самовозбуждение возможно только в том случае, если полюсные наконечники поля сохранили небольшое количество постоянного магнетизма, называемого остаточным магнетизмом.

Когда генератор начинает вращаться, слабый остаточный магнетизм вызывает генерацию небольшого напряжения в якоре. Это небольшое напряжение, приложенное к катушкам возбуждения, вызывает небольшой ток возбуждения.

Хотя этот ток поля мал, он усиливает магнитное поле и позволяет якорю генерировать более высокое напряжение. Более высокое напряжение увеличивает напряженность поля и так далее. Этот процесс продолжается до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет номинальной мощности генератора.

Существует три типа генераторов постоянного тока с самовозбуждением в зависимости от способа соединения обмотки возбуждения с якорем, а именно;

1. Серийный генератор
2. Шунтовой генератор
3. Составной генератор

1. Последовательный генератор постоянного тока

В генераторе с последовательной обмоткой обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря , так что весь якорный ток протекает через обмотку возбуждения ну и нагрузка.

На рисунке показаны соединения генератора с последовательной обмоткой. Поскольку по обмотке возбуждения проходит весь ток нагрузки, она состоит из нескольких витков толстого провода с малым сопротивлением.

Генераторы серии

редко используются, за исключением специальных целей, например, в качестве бустеров. Генератор постоянного тока с обмоткой серии

Ток якоря, I _a  = I _se  = I _L  = I(скажем)

 Напряжение на клеммах, В = E _G  – 7 R )

 Мощность, развиваемая в якоре = E _г I _a

Генератор с последовательной обмоткой использует катушки возбуждения с очень низким сопротивлением , которые состоят из нескольких витков провода большого диаметра. Выходное напряжение увеличивается по мере того, как цепь нагрузки начинает потреблять больше тока.

В условиях малой нагрузки ток, протекающий в нагрузке и через генератор, мал. Поскольку небольшой ток означает, что небольшое магнитное поле создается полюсами поля, в якоре индуцируется лишь небольшое напряжение.

Если сопротивление нагрузки уменьшается, ток нагрузки увеличивается. В этом случае через поле протекает больший ток. Это увеличивает магнитное поле и увеличивает выходное напряжение.

Характеристика генератора постоянного тока с последовательной обмоткой показывает, что выходное напряжение зависит от тока нагрузки. Это нежелательно в большинстве приложений. По этой причине данный тип генератора редко используется в повседневной практике.

2. Шунтовой генератор постоянного тока

В шунтирующем генераторе обмотка возбуждения соединена параллельно с обмоткой якоря , так что на нее подается напряжение на клеммах генератора.

Шунтирующая обмотка возбуждения состоит из множества витков тонкого провода с высоким сопротивлением. Поэтому только часть тока якоря протекает через шунтирующую обмотку возбуждения, а остальная часть – через нагрузку. Также ознакомьтесь с характеристиками шунтового генератора.

На рисунке ниже показаны соединения генератора с параллельной обмоткой.

Тип генератора постоянного тока с шунтирующим возбуждением

Ток возбуждения шунта, Iш = В/Rш

Ток якоря, Ia = I _L + Iш

Напряжение на клеммах, В = Eg – IaRa

Мощность, развиваемая в якоре = EgIa

Мощность, отдаваемая в нагрузку = VI _L

Ток в обмотках возбуждения генератора с параллельным возбуждением не зависит от тока нагрузки (токи в параллельных ветвях не зависят друг от друга). Поскольку ток возбуждения и, следовательно, напряженность поля не зависят от тока нагрузки, выходное напряжение остается почти постоянным, чем выходное напряжение генератора с последовательной обмоткой.

В реальных условиях выходное напряжение генератора постоянного тока с параллельной обмоткой изменяется обратно пропорционально изменению тока нагрузки. Выходное напряжение уменьшается по мере увеличения тока нагрузки из-за увеличения падения напряжения на сопротивлении якоря (E = IR).

В генераторе с последовательной обмоткой выходное напряжение напрямую зависит от тока нагрузки. В генераторе с параллельной обмоткой выходное напряжение изменяется обратно пропорционально току нагрузки .

Комбинация двух типов может устранить недостатки обоих. Эта комбинация обмоток называется генератором постоянного тока со сложной обмоткой.

3. Составной генератор постоянного тока

В генераторе с составной обмоткой имеется два набора обмоток возбуждения на каждом полюсе — один последовательно, а другой параллельно якорю .

В генераторе с комбинированной обмоткой при увеличении тока нагрузки напряжение якоря уменьшается так же, как и в генераторе с параллельной обмоткой. Это приводит к уменьшению напряжения, подаваемого на обмотку шунтирующего поля, что приводит к уменьшению магнитного поля.

Такое же увеличение тока нагрузки, поскольку он протекает через последовательную обмотку, вызывает увеличение магнитного поля, создаваемого этой обмоткой.

Соотношение двух полей таким образом, что уменьшение шунтирующего поля только компенсируется увеличением последовательного поля,  выходное напряжение остается постоянным .

Как видно из характеристик генератора с комбинированной обмоткой, за счет пропорционального воздействия двух полей (последовательного и шунтового) генератор со комбинированной обмоткой обеспечивает постоянное выходное напряжение при различных условиях нагрузки.

Генератор с составной обмоткой может быть:

1. Составной генератор постоянного тока с коротким шунтом
2. Составной генератор постоянного тока с длинным шунтом

(i) Составной генератор постоянного тока с коротким шунтом (ii) Составной генератор постоянного тока с длинным шунтом

Составной генератор постоянного тока с коротким шунтом имеет только шунтирующую обмотку возбуждения, параллельную обмотке якоря.

Составной генератор постоянного тока с длинным шунтом, в котором шунтирующая обмотка возбуждения параллельна как последовательной обмотке возбуждения, так и обмотке якоря.

3.1. Составной генератор с длинным шунтом

Последовательный ток возбуждения, Ise = Ia = I _L  + Ish

Ток возбуждения шунта, Ish = V/Rsh

Напряжение на клеммах, В = Eg – Ia(Ra + Rse)

Мощность, развиваемая в якоре = EgI

Мощность, отдаваемая в нагрузку = VI _L

3.