Caracteristicile generatoarelor de curent continuu

CARACTERISTICILE GENERATOARELOR DE CURENT CONTINUU

Marimile ce caracterizeaza functionarea unui generator de curent continuu sunt curentul de excitatie, I_e, turatia n, tensiunea electromotoare U_e , tensiunea la borne U_b si curentul in indus I_A. Dependenta dintre doua din marimile de mai sus , in conditiile de invarianta a celorlalte reprezinta caracteristici ale masinii.

Pentru functionarea unui generator de curent continuu sunt importante urmatoarele caracteristici:

Caracteristica de mers in gol, U_e = f(I_e) pentru I_A = 0 si n = constant;

Caracteristica de mers in sarcina, U_b = f(I_e) pentru I_A = constant;

Caracteristica externa, U_b = f(I_A) pentru I_e = constant (sau R_e = ct ) si n = constant;

Caracteristica de reglaj, I_e = f(I_A) penttru U_b = constant si n = constant.

Toate aceste caracteristici sunt specifice generatorului cu excitatie independenta; celelalte tipuri, cu excitatie derivatie, serie sau compund sunt caracterizate de forme particulare.

1. Generatorul cu excitatie independenta

Schema de montaj pentru determinarea caracteristicilor generatorului cu excitatie independenta este prezentata in figura 2.42.

Fig. 2.42 Fig. 2.43

a) Caracteristica de mers in gol, U_e (I_e), reprezinta dependenta dintre tensiunea la bornele indusului, egala cu tensiunea electromotoare indusa atunci cand curentul I_A = 0, generatorul fiind antrenat cu turatia n constanta. Cum,

si

unde q_e este solenatia si w_e numarul de spire ale infasurarii de excitatie, dependenta U_e(I_e) este la o alta scara caracteristica magnetica in gol F q_e), sau F (I_e). Datorita nelinearitatii miezului magnetic si histerezisului materialelor corespondente caracteristica U_e(I_e) are pentru o masina ce a mai functionat alura din figura 2.43. Dependenta U_e(I_e) este neunivoca in sensul dependentei de sensul de variatie a curentului _e; se considera drept caracteristica de mers in gol curba medie pe ordonata ibtre cele doua ramuri ale dependentei U_e(I_e). Valoarea in origine (pentru I_e = 0) reprezinta tensiunea electromotoare remanenta, U_{e rem}.

b) Caracteristica in sarcina, U_b(I_e), pentru I_A = constant si n = constant arata cum variaza tensiunea la borne in functie de curentul de excitatie. Tensiunea la borne fiind U_b= U_e - RI_A unde R este rezistenta circuitului parcurs de curentul indus I_A, iar tensiunea electromotoare fiind dependenta de fluxul in sarcina F, rezulta ca aceasta caracteristica poate fi dedusa pornind de la caracteristica magnetica in sarcina F(I_e, I_A).

Prin intermediul influentei curentului indus asupra fluxului rezultant F ca urmare a reactiei indusului, rezulta ca dependenta U_b(I_e) este diferita la o masina cu infasurare de compensare in raport cu alta fara o astfel de infasurare si de asemenea depinde de pozitia periilor in raport cu axa neutra a polilor inductori. Calitativ caracteristica in sarcina are alura din figura 2.44.

Fig. 2.44 Fig. 2.45

c) Caracteristica externa, U_b(I_A), pentru n = constant si I_e = constant evidentiaza scaderea tensiunii la borne odata cu cresterea sarcinii datorita caderilor de tensiune in circuitul indusului si datorita scaderii fluxului rezultant ca urmare a efectului demagnetizant al reactiei indusului; ea are forma din figura 2.45. Caderea de tensiune la sarcina nominala:

unde U₀ este tensiunea la funcsionarea in gol (I_A = 0) are valori in gama (5.15)%, valori mici corespunzand masinilor de putere mare.

d) Caracteristica de reglaj, I_e(I_A) , pentru U_b = constant si n = constant evidentiaza gradul de sporire a excitatiei odata cu cresterea sarcinii astfel ca tensiunea la borne sa ramana constanta, fig. 2.46. Aceasta conditie impune compensarea caderii de tensiune in circuitul indusului si a reducerii fluxului total datorata reactiei indusului, prin cresterea fluxului magnetic inductor respectiv a curentului de excitatie.

Fig. 2.46

e) Predeterminarea caracteristicilor de functionare in sarcina pe baza a doua incercari particulare, de mers in gol - unde se determina caracteristica de mers in gol U_e = (I_e) I_A = 0, n = ct si a unei incercari in scurtcircuit . Este de mare importanta in cazul masinilor mari, care din multiple motive nu pot fi incercate in sarcina.

Incercarea in scurtcircuit (U_b = 0, n = ct) determina dependenta I_A(I_e), care pentru o masina nesaturata si cu flux remanent nul este o dreapta. Corespunzator unui curent de sarcina oarecare I_A aceasta caracteristica ofera curentul de excitatie I_ek. Deoarece U_b = 0 tensiunea electromotoare corespunzatoare are valoarea U_ek = R_A I_A, valoare care portata in caracteristica de mers in gol, fig. 2.47 b, determina curentul de excitatie I_e0. Diferenta I_ea = I_ek - I_e0 este valoarea curentului de excitatie suplimentar necesar acoperirii reactiei demagnetizante a indusului (care se manifesta la incercarea in scurtcircuit) Triunghiul ABC denumit triunghi de scurtcircuit are cateta AB egala cu caderea de tensiune in circuitul indusului corespunzatoare curentului de sarcina I_A, iar cateta BC arata cu cat trebuie marit curentul de excitatie pentru a compensa caderea de tensiune datorata reactiei transversale a indusului. Este evident ca la o reactie transversala complet compensata I_ek s I_e0, C s B, iar in cazul unei reactii longitudinale magnetizante I_ek < I_e0, punctul C situandu-se la stanga punctului B.

a) b)

Fig. 2.47

Pentru predeterminarea caracteristicilor in sarcina se procedeaza astfel:

e1) caracteristica in sarcina, U_b (I_e), la un curent I_A dat rezulta prin translatarea caracteristicii U_e(I_e) cu triunghiul de scurtcircuit corespunzator curentului I_A, varful A descriind caracteristica U_e(I_e) , iar C descrie U_b (I_e), fig. 2.48.

Fig. 2.48 Fig. 2.49

e2) pentru caracteristica externa, U_b (I_A), se construiesc triunghiuri de scurtcircuit pentru un numar dat de valori ale curentului de sarcina I_A, A₁B₁C_1, A₂B₂C₂, A₃B₃C₃. (curentii I_A1,I_A2,I_A3), fig. 2.49, care se plaseaza cu varful C la valoarea I_e = const si cu varful A pe caracteristica de mers in gol, rezultand prin pozitia punctelor B valorile corespunzatoare ale tensiunii la borne.

e3) pentru caracteristica de reglaj, I_e(I_A), triunghiurile corespunzatoare valorilor succesive I_A1, I_A2. se plaseaza vu varfurile B la ceeasi valoare U_b = constant a tensiunii la borne; pozitia varfurilor C determina valorile corespondente ale curentului de excitatie, fig.2.50.

Fig. 2.50

2. Generatorul cu excitatie derivatie

a) Autoexcitarea generatorului derivatie, respectiv obtinerea unei tensiuni la borne U_b 0 atunci cand rotorul este antrenat de o masina motoare, fig. 2.51, presupune existenta unei tensiuni electromotoare in circuitul inchis format de rotor si infasurarea de excitatie. Atunci cand circuitul magnetic al masinii nu prezinta un magnetism remanent, care prin antrenarea

Fig. 2.51 Fig. 2.52

motorului se traduce intr-o tensiune electromotoare remanenta este necesara o sursa auxiliara pentru demararea autoexcitarii.

Daca magnetismul remanent determina prin antrenarea rotorului o tensiune remanenta, atunci este foarte important ca infasurarea de excitatie sa fie astfel conectata in raport cu bornele indusului incat curentul ce o parcurge sa determine un flux magnetic de acelasi sens cu fluxul magnetic remanent.

In caz ca aceasta prima conditie este asigurata, punctul de functionare exprimat prin cuplul de valori (U_e, I_e) atunci cand masina este in gol se afla la intersectia caracteristicii de mers in gol, fig. 2.52, cu dreapta definita de ecuatia de tensiuni a circuitului:

unde R_A este rezistenta indusului, R_e rezistenta infasurarii de excitatie si R_c rezistenta reostatului de cmp reglabil, fig. 2.51. Se observa ca masina se autoexcita in sensul obtinerii unei tensiuni la borne mult mai mare decat tensiunea remanenta, daca rezistenta  R_t = R_A + R_e + R_c are o valoare mai mica decat o valoare critica R_cr, definita de panta portiunii liniare a caracteristicii de mers in gol.

Prin urmare, cele trei conditii pentru autoexcitarea generatorului derivatie sunt rezumativ: magnetism remanent - conectare potrivita a excitatiei la bornele indusului - rezistenta a circuitului de excitatie inferioara unei valori critice.

Cum fluxul magnetic inductor este dependent de curentul de excitatie F(i_e), determinarea variatiei in timp a curentului de excitatie, in procesul autoexcitarii in gol presupune integrarea ecuatiei:

unde R_e si L_e sunt parametrii electrici ai infasurarii de excitatie.

b) Caracteristica externa a generatorului derivatie, U_b(I), fig. 2.53, este dependenta tensiunii la borne in functie de curentul debitat de generator (I, fig. 2.51) in conditiile antrenarii cu turatie constanta si a mentinerii constante a rezistentei circuitului de excitatie , R_e = ct.

In cazul a doua masini identice, masina cu excitatie derivatie are o caracteristica externa mai cazatoare, deoarece pe masura ce tensiunea la borne scade, scade si curentul de excitatie.

Daca in cazul generatorului cu excitatie independenta, curentul de scurtcircuit (pentru U_b = 0, fig. 2.45) are valori mult mai mari decat curentul nominal, in cazul generatorului derivatie, curentul de scurtcircuit

Fig. 2.53 are o valoare mica, ceea ce face ca in acest caz

scurtcircuitul la borne sa nu fie un regim de

avarie.

c) Caracteristica de reglaj, I_e (I), pentru U_b = constant si n = constant nu se deosebeste calitativ de aceea a generatorului cu excitatie independenta numai ca sporul de excitatie pentru a mentine tensiunea la borne constanta pentru un curent de sarcina dat este mai mare.

3. Generatorul cu excitatie serie

Generatorul cu excitatie serie, fig. 2.54, se autoexcita daca sunt indeplinite conditiile:

Fig. 2.54 Fig. 2.55

existenta unui magnetism remanent;

conectarea infasurarii de excitatie astfel incat curentul prin aceasta sa produca un flux magnetic de acelasi sens cu fluxul remanent;

o valoare a rezistentei de sarcina R_s mai mica decat o valoare critica dependenta de caracteristica magnetica a masinii.

Generatorul serie are o singura caracteristica proprie, caracterisica externa, U_b(I) , pentru n = constant dar I_e = I variabil , fig. 2.55. Aceasta caracteristica are o forma specifica fiind crescatoare de la I = 0 la I_n. Incepand insa dela o anumita valoare a curentului tensiunea la borne incepe sa scada datorita saturarii circuitului magnetic si efectului pronuntat al reactiei indusului.

4. Generatorul cu excitatie compund

Generatorul cu excitatie compund, fig. 2.56, are doua infasurari de excitatie, una derivatie, E₁-E₂ si alta serie, D₁-D₂. In mod uzual, solenatiile ambelor infasurari magnetizeaza masina in acelasi sens; rolul infasurarii serie este in principal acela de a contribui la cresterea fluxului inductor odata cu incarcarea masinii in sarcina, respectiv de a compensa caderea de tensiune de la gol la functionarea in sarcina.

In

Fig. 2.56 Fig. 2.57

In figura 2.57 sunt reprezentate caracteristici externe in cazul in care solenatia de excitatie serie este nula, q_s = 0, in cazul in care solenatia de excitatie serie este aditionala solenatiei de excitatie derivatie, q_s q_d , si in cazul in care solenatia de excitatie serie este diferentiala solenatiei de excitatie derivatie, q_s q_d . Generatorul este echicompundat, daca tensiunea la borne pentru sarcina nominala, I = I_n , este egala cu tensiunea la sarcina nula, ca este supracompundat in cazul ca tensiunea coreespunzatoare sarcinii nominale este mai mare decat tensiunea in gol si ca este subcompundat in caz contrar.