Co jsou samovzbuzené stejnosměrné generátory?

Co jsou samočinné stejnosměrné generátory?

Samočinný stejnosměrný generátor

Moderní stejnosměrný generátor s vzrušovacím cívkem je samočinný generátor, který začíná s počátečním proudem v vzrušovacím cívku. Když je generátor vypnut, v rotoru se vygeneruje malá magnetická síla, která indukuje elektromotorickou sílu v armatuře a tedy vygeneruje proud ve vzrušovacích cívkách. Počátečně slabé magnetické pole vygeneruje malý proud v cívkovém vinutí, ale aby bylo možné udržet samočinné vzrušení, dodatečný magnetický tok zvýší elektromotorickou sílu v rotoru, takže napětí stále roste, dokud není stroj plně zatěžen.

Princip fungování

V železe rotoru zůstává malé množství magnetismu. Toto zbytkové magnetické pole v hlavním pólu indukuje elektromotorickou sílu v cívkovém vinutí statoru, což vygeneruje počáteční proud ve vzrušovacím vinutí.

Malý proud procházející cívkovým vinutím posiluje magnetické pole. V důsledku toho se zvýší výstupní napětí a proud ve vzrušovacím vinutí. Tento cyklus pokračuje, dokud elektromotorická síla v armatuře nepřekoná spád napětí na obou koncích vzrušovacího vinutí. Nicméně, po dosažení určité úrovně se vzrušovací pól nasycuje, v tomto bodě se dosáhne elektrické rovnováhy, elektromotorická síla v armatuře již nezvyšuje a proud nezvyšuje. Odpor vzrušovacího vinutí má určitou pevnou hodnotu, při které lze realizovat samočinné vzrušení. Tato odporová hodnota se může lišit podle elektrických parametrů generátoru.

Typy stejnosměrných generátorů

Stejnosměrné generátory jsou hlavně rozděleny na sériové vinutí, paralelní vinutí a kombinované vinutí, každé vinutí má různé uspořádání cívek a charakteristiky regulace napětí.

Sériové vinutí generátorů

U sériově vinutých generátorů jsou vzrušovací a armaturové vinutí spojeny v sérii, což umožňuje průchod proudem jak externí obvod, tak i vinutí. Vzrušovací cívka má nízký odpor a skládá se z několika ovinutí silné dráty, což zvyšuje proud, když klesá odpor zatěžovacího obvodu.

V důsledku toho se zvýší magnetické pole a výstupní napětí v obvodu. U tohoto typu generátoru se výstupní napětí mění přímo s proudem zatěžovacího obvodu, což není požadováno v mnoha aplikacích. Z tohoto důvodu se tyto typy generátorů používají zřídka.

Paralelní vinutí DC generátorů

U paralelně vinutých generátorů je vzrušovací vinutí spojeno paralelně s armaturou, což zajišťuje konstantní napětí v obvodu. Vzrušovací vinutí má mnoho ovinutí, aby dosáhlo vysokého odporu, což omezí průtok proudu skrz něj a směruje zbytek proudu do zatěžovacího obvodu.

U paralelně vinutých generátorů, protože jsou spojeny paralelně, jsou proudy v paralelních větvích nezávislé na sobě. Proto je výstupní napětí téměř konstantní a pokud se mění, pak se mění obráceně s proudem zatěžovacího obvodu. To je způsobeno spádem napětí, když odpor armatury roste. 

Kombinované vinutí generátoru

Kombinovaný generátor je pokročilejší verzí sériově vinutého generátoru a paralelně vinutého generátoru. Principem práce generátoru je kombinace obou typů, aby převýšil nedostatky obou. Má oba typy vinutí; sériové a paralelní vzrušovací vinutí. Na základě jejich spojení se kombinované generátory dělí na dva typy - krátko paralelní kombinovaný generátor a dlouho paralelní kombinovaný generátor.

 Dlouho paralelní kombinovaný generátor

Zde je paralelní vzrušovací vinutí spojeno paralelně s armaturou, jak je znázorněno na obrázku. Sériové vinutí je pak spojeno v sérii.

 Krátko paralelní kombinovaný generátor

Zde je paralelní vzrušovací vinutí spojeno paralelně s armaturou, jak je znázorněno na obrázku. Sériové vinutí je pak spojeno v sérii.

Výhody kombinovaného DC generátoru

U kombinovaného generátoru se napětí armatury automaticky snižuje, když roste proud zatěžovacího obvodu, což způsobí snížení magnetického pole vygenerovaného paralelním vinutím. Ale stejný nárůst proudu zatěžovacího obvodu procházející sériovým vinutím způsobí zvýšení magnetického pole. Tak se snížení magnetického pole v paralelním vinutí kompenzuje zvýšením magnetického pole v sériovém vinutí. Tímto způsobem zůstává výstupní napětí konstantní, jak je znázorněno na obrázku.

 Komutativní a diferenciální kombinovaný DC generátor

Jelikož kombinovaný generátor má oba typy vinutí - paralelní a sériové, jejich kombinace dává velký rozdíl. Když sériové vinutí podporuje paralelní vinutí, jejich dopad je větší a říká se, že je komutativně kombinovaný. Naopak, pokud sériové vinutí brzdí paralelní vinutí, jejich dopad je menší a říká se, že je diferenciální kombinovaný generátor.