직류의 전기회로와 그 특성

속성 DC 제너레이터 주로 여기 코일이 켜지는 방식에 따라 결정됩니다. 독립, 병렬, 직렬 및 혼합 여기 발생기가 있습니다.

• 독립적으로 여기됨: 필드 코일은 외부 DC 소스(배터리, 여자기 또는 정류기라고 하는 소형 보조 발전기)에 의해 전원이 공급됩니다.

• 병렬 여기: 계자 권선은 전기자 권선 및 부하와 병렬로 연결되며,

• 직렬 여자: 계자 권선은 전기자 권선 및 부하와 직렬로 연결되며,

• 혼합 여기: 병렬 및 직렬의 두 계자 권선이 있으며 첫 번째 권선은 전기자 권선과 병렬로 연결되고 두 번째 권선은 부하와 직렬로 연결됩니다.

병렬, 직렬 및 혼합 여기 발전기는 계자 권선이 발전기 자체에 의해 활성화되기 때문에 자기 여자 기계입니다.

DC 발전기의 여기: a — 독립형, b — 병렬형, c — 직렬형, d — 혼합형.

나열된 모든 발전기는 동일한 장치를 가지며 여기 코일의 구조만 다릅니다. 독립 및 병렬 여기 코일은 단면적이 작은 와이어로 만들어지며 회전 수가 많고 직렬 여기 코일은 단면적이 큰 와이어로 만들어지며 회전 수가 적습니다.

DC 발전기의 특성은 유휴, 외부 및 제어 특성으로 평가됩니다. 아래에서 다양한 유형의 발전기에 대한 이러한 특성을 살펴보겠습니다.

독립적으로 여기된 발전기

독립 여자 (그림 1)가있는 발전기의 특징은 여자 전류 Iv가 전기자 전류 Ii에 의존하지 않고 여자 코일에 공급되는 전압 Uv와 여자 회로의 저항 Rv에 의해서만 결정된다는 것입니다. .

쌀. 1. 독립여자 발전기의 개략도

일반적으로 계자 전류는 낮고 정격 전기자 전류의 2-5%에 이릅니다. 발전기의 전압을 조절하기 위해 여자 권선의 회로에 Rpv 조절용 가변 저항기가 종종 포함됩니다. 기관차에서 전류 Iv는 전압 Uv를 변경하여 조절됩니다.

발전기의 유휴 특성 (그림 2, a) - 부하 Rn이없는 경우, 즉 In = Iya = 0이고 일정한 회전 속도 n에서 여기 전류 Ib에 대한 유휴 상태의 전압 Uo의 의존성. 무부하에서 부하 회로가 열리면 발전기 전압 Uo는 e와 같습니다. 등. v. Eo = cEFn.

유휴 속도의 특성을 제거하면 속도 n이 변경되지 않고 유지되므로 전압 Uo는 자속 F에만 의존합니다.따라서 유휴 특성은 여자 전류 Ia(발전기 자기 회로의 자기 특성)에 대한 플럭스 F의 의존성과 유사합니다.

무부하 특성은 여자 전류를 0에서 U0 = 1.25Unom 값까지 점진적으로 증가시킨 다음 여자 전류를 0으로 줄임으로써 실험적으로 쉽게 제거할 수 있습니다. 이 경우 특성의 오름차순 1 분기와 내림차순 2 분기가 얻어집니다. 이러한 분기의 발산은 기계의 자기 회로에 히스테리시스가 존재하기 때문입니다. 전기자 권선에서 Iw = 0일 때, 잔류 자기의 플럭스는 잔류 d 등을 유도합니다. 일반적으로 공칭 전압 Unom의 2-4%인 Eost와 함께.

낮은 여자 전류에서 기계의 자속은 작기 때문에 이 영역에서 자속과 전압 Uo는 여자 전류에 정비례하여 변하고 이 특성의 초기 부분은 직선입니다. 여자 전류가 증가함에 따라 발전기의 자기 회로가 포화되고 전압 Uo의 상승이 느려집니다. 여기 전류가 클수록 기계 자기 회로의 포화가 강해지고 전압 U0이 느리게 증가합니다. 매우 높은 여기 전류에서 전압 Uo는 실제로 증가를 멈춥니다.

무부하 특성을 통해 기계의 가능한 전압 및 자기 특성 값을 추정할 수 있습니다. 범용 기계의 공칭 전압(여권에 표시됨)은 특성의 포화 부분(이 곡선의 "무릎")에 해당합니다.광범위한 전압 조정이 필요한 기관차 발전기에서는 특성의 곡선 및 직선 불포화 부분이 모두 사용됩니다.

D. d. C. 기계는 속도 n에 비례하여 변하므로 n2 < n1인 경우 유휴 특성은 n1에 대한 곡선 아래에 있습니다. 발전기의 회전 방향이 바뀌면 e의 방향이 바뀝니다. 등. c. 전기자 권선에 유도되어 브러시의 극성이 됩니다.

발전기의 외부 특성(그림 2, b)은 일정한 속도 n과 여자 전류 Iv에서 부하 전류 In = Ia에 대한 전압 U의 의존성입니다. 발전기 전압 U는 항상 e보다 작습니다. 등. c.E 전기자 회로에서 직렬로 연결된 모든 권선의 전압 강하 값.

발전기 부하가 증가함에 따라(전기자 권선 전류 IАЗ САМ — азЗ) 발전기 전압은 두 가지 이유로 감소합니다.

1) 전기자 권선 회로의 전압 강하 증가로 인해,

2) e의 감소로 인해. 등. 전기자 플럭스의 감자 작용의 결과. 전기자의 자속은 발전기의 주 자속 Ф를 다소 약화시켜 e가 약간 감소합니다. 등. v. E e에 대해 로드할 때. 등. 유휴 상태의 Eo와 함께.

고려하는 발전기에서 유휴 모드에서 정격 부하로 전환하는 동안 전압의 변화는 정격의 3 - 8℅입니다.

매우 낮은 저항에서 외부 회로를 닫으면, 즉 발전기를 단락하면 전압이 0으로 떨어집니다.단락 중 전기자 권선 Ik의 전류는 전기자 권선이 타버릴 수 있는 허용할 수 없는 값에 도달합니다. 저전력 기계에서 단락 전류는 정격 전류의 10-15배가 될 수 있으며 고전력 기계에서는 이 비율이 20-25에 도달할 수 있습니다.

쌀. 2. 독립적인 여기를 가진 발전기의 특성: a — 유휴, b — 외부, c — 조절

발전기의 조절 특성(그림 2, c)은 일정한 전압 U 및 회전 주파수 n에서 부하 전류 In에 대한 여자 전류 Iv의 의존성입니다. 부하가 변할 때 발전기 전압을 일정하게 유지하기 위해 여기 전류를 조정하는 방법을 보여줍니다. 분명히 이 경우 부하가 증가함에 따라 여기 전류를 증가시킬 필요가 있습니다.

독립적으로 여기된 발전기의 장점은 여기 전류를 변경하고 부하 상태에서 발전기 전압의 작은 변화를 통해 0에서 Umax까지 넓은 범위에 걸쳐 전압을 조정할 수 있다는 것입니다. 그러나 필드 코일에 전원을 공급하려면 외부 DC 소스가 필요합니다.

병렬 가진 발전기.

이 발전기(그림 3, a)에서 전기자 권선 전류 Iya는 외부 부하 회로 RH(전류 In)와 여자 권선(전류 Iv)으로 분기되며 중간 및 고전력 기계의 전류 Iv는 2-5 전기자 권선의 정격 전류 값 % 기계는 여자 권선이 발전기의 전기자 권선에서 직접 공급되는 자체 여자 원리를 사용합니다. 그러나 발전기의 자려는 여러 조건이 충족되는 경우에만 가능합니다.

1.발전기의 자기 여기 프로세스를 시작하려면 전기자 권선에서 e를 유도하는 기계의 자기 회로에 잔류 자기 자속이 있어야 합니다. 등. Eost 마을. 이 전자 등 v. 일부 시동 전류의 회로 "전기자 권선 - 여자 권선"을 통한 흐름을 제공합니다.

2. 필드 코일에 의해 생성된 자속은 잔류 자기의 자속과 일치해야 합니다. 이 경우 자기 여기 과정에서 여기 전류 Iv 따라서 기계 e의 자속 Ф가 증가합니다. 등. v. E. 이것은 기계의 자기 회로의 포화로 인해 F, 따라서 E 및 Ib의 추가 증가가 멈출 때까지 계속됩니다. 표시된 플럭스 방향의 일치는 여자 권선을 전기자 권선에 올바르게 연결함으로써 보장됩니다. 잘못 연결하면 기계의 자성이 없어집니다(잔여 자기가 사라짐). e. 등. c. E는 0으로 감소합니다.

3. RB 여기 회로의 저항은 임계 저항이라는 특정 한계 값보다 작아야 합니다. 따라서 발전기의 가장 빠른 여기를 위해 발전기가 켜질 때 여기 코일과 직렬로 연결된 조절 가변 저항기 Rpv를 완전히 출력하는 것이 좋습니다(그림 3, a 참조). 이 조건은 또한 계자 전류의 가능한 조절 범위와 병렬 여자 발전기의 전압을 제한합니다. 일반적으로 계자 권선의 회로 저항을 (0.64-0.7) Unom까지만 증가시켜 발전기 전압을 줄이는 것이 가능합니다.

쌀. 삼.병렬 가진 발전기의 개략도(a)와 독립 및 병렬 가진 발전기의 외부 특성(b)

발전기의 자기 여기에는 e를 증가시키는 과정이 필요하다는 점에 유의해야 합니다. 등. 기계가 유휴 상태일 때 E와 여기 전류 Ib가 발생했습니다. 그렇지 않으면 낮은 Eost 값과 전기자 권선 회로의 큰 내부 전압 강하로 인해 여자 권선에 인가되는 전압이 거의 0으로 감소하고 여자 전류가 증가할 수 없습니다. 따라서 단자의 전압이 공칭 전압에 가까워진 후에만 부하를 발전기에 연결해야 합니다.

전기자의 회전 방향이 변경되면 브러시의 극성이 변경되므로 계자 권선의 전류 방향이 변경됩니다. 이 경우 발전기는 자기가 소거됩니다.

이를 방지하려면 회전 방향을 변경할 때 필드 코일을 전기자 코일에 연결하는 와이어를 전환해야 합니다.

발전기의 외부 특성 (그림 3의 곡선 1, b)은 속도 n의 일정한 값과 구동 회로 RB의 저항에서 부하 전류 In에 대한 전압 U의 의존성을 나타냅니다. 그것은 독립적으로 여기된 발전기의 외부 특성 아래에 있습니다(곡선 2).

이것은 독립적으로 여자 된 발전기에서 부하가 증가함에 따라 전압이 감소하는 동일한 두 가지 이유 (전기자 회로의 전압 강하 및 전기자 반응의 감자 효과) 외에도 세 번째 이유가 있다는 사실에 의해 설명됩니다. 고려된 발전기 - 여기 전류의 감소.

여기 전류 IB = U / Rv, 즉 기계의 전압 U에 따라 달라지므로 전압이 감소하면 이러한 두 가지 이유로 자속 F와 e가 감소합니다. 등. v. 전압을 더 낮추는 발전기 E. 지점 a에 해당하는 최대 전류 Icr을 임계라고 합니다.

전기자 권선이 단락되면 병렬 여자 발전기의 전류 Ic는 작습니다 (지점 b). 이 모드에서는 전압과 여자 전류가 0이기 때문입니다. 따라서 단락 전류는 e에 의해서만 생성됩니다. 등. 잔류 자성에서 (0.4 ... 0.8) Inom .. 외부 특성은 점 a에서 두 부분으로 나뉩니다. 상단 - 작동 및 하단 - 작동하지 않음.

일반적으로 전체 작업 부분이 사용되지 않고 특정 부분만 사용됩니다. 외부 특성의 섹션 ab의 작동이 불안정합니다. 이 경우 기계는 지점 b에 해당하는 모드로 들어갑니다. 단락 모드에서.

병렬 여자가 있는 발전기의 무부하 특성은 독립 여자(전기자의 전류 Iya = 0일 때)로 취하므로 독립 여자가 있는 발전기의 해당 특성과 전혀 다르지 않습니다(그림 1 참조). 2, 가). 병렬 여자를 갖는 발전기의 제어 특성은 독립 여자를 갖는 발전기의 특성과 동일한 형태를 갖는다(그림 2, c 참조).

병렬 여자 발전기는 전기 기관차, 디젤 기관차 및 철도 차량을 구동하고 축전지를 충전하기 위한 발전기와 같이 승용차, 자동차 및 항공기의 전기 소비자에게 전력을 공급하는 데 사용됩니다.

직렬 여기 발생기

이 생성기에서(그림.4, a) 여기 전류 Iw는 부하 전류 In = Ia와 같고 부하 전류가 변하면 전압이 크게 변합니다. 유휴 상태에서는 발전기에서 약간의 방출이 유도됩니다. 등. v. 잔류 자기의 흐름에 의해 생성된 Eri(그림 4, b).

부하 전류가 증가함에 따라 Ii = Iv = Iya, 자속이 증가합니다. 등. p. 및 발전기 전압, 다른 자기 여기 기계(병렬 여자 발전기)에서와 같이 이 증가는 기계의 자기 포화로 인해 특정 한계까지 계속됩니다.

부하 전류가 Icr 이상으로 증가함에 따라 포화로 인한 여자 자속이 거의 증가하지 않고 전기자 권선 회로의 전기자 반응 및 전압 강하 IяΣRя가 계속 증가하기 때문에 발전기 전압이 감소하기 시작합니다. 일반적으로 전류 Icr은 정격 전류보다 훨씬 높습니다. 발전기는 외부 특성의 ab 부분에서만 안정적으로 작동할 수 있습니다. 공칭보다 높은 부하 전류에서.

직렬 여자 발전기에서 전압은 부하 변화에 따라 크게 변하고 무부하 작동 중에는 0에 가깝기 때문에 대부분의 전기 소비 장치에 공급하기에 적합하지 않습니다. 이들은 직렬 여자 모터의 전기(가감 저항) 제동에만 사용되며 그런 다음 발전기 모드로 전환됩니다.

쌀. 4. 직렬 여자 발생기의 개략도(a)와 그 외부 특성(b)

혼합 여기 발생기.

이 발전기 (그림 5, a)에서 대부분 병렬 여자 코일이 주 코일이고 직렬 코일이 보조 코일입니다.두 코일은 모두 같은 극성이며 코일에 의해 생성된 자속이 더해지거나(일치 스위칭) 빼도록(반대 스위칭) 연결됩니다.

혼합 여자 발전기는 계자 권선이 일치하여 연결될 때 부하가 변경될 때 거의 일정한 전압을 얻을 수 있습니다. 발전기의 외부 특성(그림 5, b)은 첫 번째 근사에서 각 여기 코일에 의해 생성된 특성의 합으로 나타낼 수 있습니다.

쌀. 5. 혼합 가진 발전기의 개략도(a)와 외부 특성(b)

여자 전류 Iв1이 흐르는 병렬 권선 하나만 켜면 부하 전류 In이 증가함에 따라 발전기 전압 U가 점차 감소합니다 (곡선 1) 여자 전류 Iw2 = In이되는 하나의 직렬 권선을 켜면 , 전압 U는 전류 In이 증가함에 따라 증가합니다(곡선 2).

기계가 하나의 병렬 권선으로만 작동할 때 공칭 부하에서 ΔUPOSOL에 의해 생성된 전압이 총 전압 강하 ΔU를 보상하도록 직렬 권선의 권수를 선택하면 다음을 달성할 수 있습니다. 전압 U 부하 전류가 0에서 정격 값으로 변경될 때(곡선 3) 거의 변하지 않습니다. 실제로는 2-3% 내에서 다양합니다.

직렬 권선의 권수를 늘림으로써 유휴 상태에서 전압 UHOM이 더 많은 전압 Uo를 갖는 특성을 얻을 수 있습니다(곡선 4). 이 특성은 내부 저항뿐만 아니라 전압 강하를 보상합니다. 발전기의 전기자 회로뿐만 아니라 부하에 연결하는 라인에도 있습니다. 직렬 권선이 켜지면 생성 된 자속이 병렬 권선의 자속 (카운터 정류)으로 향하도록 직렬 권선의 권수가 많은 발전기의 외부 특성이 급격히 떨어집니다 (곡선 5).

직렬 및 병렬 계자 권선의 역 연결은 빈번한 단락 조건에서 작동하는 용접 발전기에 사용됩니다. 이러한 발전기에서 단락이 발생하면 직렬 권선이 기계를 거의 완전히 감자하고 단락 전류를 줄입니다. 생성기에 안전한 값으로.

반대쪽 연결이 있는 계자 권선이 있는 발전기는 일부 디젤 기관차에서 견인 발전기의 여자기로 사용되며 발전기에서 전달되는 전력의 일정성을 보장합니다.

이러한 병원체는 전기 직류 기관차에도 사용됩니다. 회생 제동 중에 회생 모드에서 작동하고 급격하게 떨어지는 외부 특성을 제공하는 견인 모터의 계자 권선에 전원을 공급합니다.

발전기 혼합 가진은 교란 규제의 전형적인 예입니다.

DC 발전기는 공통 네트워크에서 작동하기 위해 병렬로 연결되는 경우가 많습니다.공칭 전력에 비례하는 부하 분포를 가진 발전기의 병렬 작동을 위한 전제 조건은 외부 특성의 식별입니다. 혼합 여기가 있는 발전기를 사용하는 경우 균등화 전류를 위한 직렬 권선은 균등화 와이어로 공통 블록에 연결되어야 합니다.