Hvad er selvopspændende DC-generatører?

Hvad er selvopspændte DC-generatorer?

Selvopspændt DC-generator

En moderne DC-generator med en opspændingsbobin er en selvopspændt generator, der starter med den initielle strøm i opspændingsbobinen. Når generatoren slukkes, dannes en lille magnetisk kraft i rotorjernet, hvilket inducerer en elektromotorisk spænding i armaturen og dermed genererer en strøm i feltbobinerne. I begyndelsen producerer det svage magnetfelt en lille strøm i bobinen, men for at opretholde selvopspændning, øger den ekstra magnetiske flux elektromotoriske spændingen i rotoren, så spændingen konstant øges indtil maskinen er fuldt belastet.

Funktionsmekanisme

En lille mængde magnetisme bevares i rotorjernet. Dette restmagnetfelt i hovedpolen inducerer en elektromotorisk spænding i statorbobinen, som genererer en initiel strøm i feltbobinen.

Den lille strøm, der løber gennem bobinen, forstærker magnetfeltet. Dette fører til, at spændingsoutputtet og feltstrømmen øges. Denne cyklus fortsætter, indtil elektromotoriske spændinger i armaturen overstiger spændingsfaldet ved begge ender af opspændingsbobinen. Efter at have nået et bestemt niveau, bliver feltpolem satureret, hvorefter elektrisk ligevægt opnås, og armaturens elektromotoriske spænding øges ikke længere, og strømmen øges ikke. Motstanden i opspændingsbobinen har en bestemt fast værdi, hvorved selvopspændning kan realiseres. Dette resistensværdi kan variere ifølge generatorens elektriske parametre.

Type af DC-generator

DC-generatorer er hovedsagelig inddelt i serieforbindelse, parallelforbindelse og kombinationsforbindelse, hver type har forskellige bobinarrangementer og spændingsreguleringskarakteristika.

Serieforbundne Generatorer

I serieforbundne generatorer er felt- og armaturebobinen forbundet i serie, hvilket tillader, at strøm flyder gennem både den eksterne kredsløb og bobinerne. Feltbobinen har lav motstand og består af få vindinger af tyk tråd, hvilket øger strømflyden, når lastmotstanden falder.

Dette resulterer i, at magnetfeltet og outputspændingen øges i kredsløbet. I denne type generator varierer outputspændingen direkte i forhold til laststrømmen, hvilket ikke er ønskværdigt i de fleste anvendelser. Derfor bruges disse typer generatorer sjældent.

Parallelforbundne DC-generatorer

I parallelforbundne generatorer er feltbobinen forbundet parallelt med armaturen, hvilket opretholder en konstant spænding over kredsløbet. Feltbobinen har mange vindinger for at opnå høj motstand, der begrænser strømmen, der passerer gennem den, og retter resten til lasten.

I parallelforbundne generatorer, da de er forbundet parallelt, er strømmene i de parallele grene uafhængige af hinanden. Derfor er outputspændingen næsten konstant, og hvis den varierer, varierer den invers proportionalt med laststrømmen. Dette skyldes spændingsfaldet, når armaturmotstanden øges. 

Kombinationsgenerator

Kombinationsgenerator er en avanceret version af serieforbundne generatorer og parallelforbundne generatorer. Arbejdsmekanismen for generatoren er en kombination af to typer, så den overkommer ulemperne hos begge. Den har både seriefelt- og parallelfeltbobinering. På grundlag af deres forbindelse findes kombinationsgeneratorer i to typer - kort parallel kombinationsgenerator og lang parallel kombinationsgenerator.

 Lang Parallel Kombinationsgenerator

Her er parallel feltbobinen forbundet parallelt med armaturen, som vist på figuren. Seriebobinen er derefter forbundet i serie.

 Kort Parallel Kombinationsgenerator

Her er parallel feltbobinen forbundet parallelt med armaturen, som vist på figuren. Seriebobinen er derefter forbundet i serie.

Fordel ved kombinations-DC-generator

I kombinationsgeneratoren falder armaturespændingen automatisk, når laststrømmen øges, på grund af hvilket magnetfeltet, der dannes af parallelbobinen, falder. Men samme øgning i laststrømmen, der løber gennem seriebobinen, forårsager en øgning i magnetfeltet. Så faldet i magnetfeltet i parallelfeltet er kompenseret af øgningen i magnetfeltet i seriefeltet. På denne måde forbliver outputspændingen konstant, som vist på figuren.

 Kommutativ og differential kombinations-DC-generator

Da kombinationsgenerator har både parallel- og seriefelt, gør deres kombination stor forskel. Når seriefeltet understøtter parallelfeltet, er deres effekt større, og det kaldes kommutativt kombineret. På den anden side, hvis seriefeltet modsætter sig parallelfeltet, er deres effekt mindre, og det kaldes differential kombinationsgenerator.