Was sind selbstaufregende Gleichstromgeneratoren?

Was sind selbstaufregende Gleichstromgeneratoren?

Selbstaufregender Gleichstromgenerator

Ein moderner Gleichstromgenerator mit einer Erregerspule ist ein selbstaufregender Generator, der mit dem Anfangsstrom in der Erregerspule startet. Wenn der Generator ausgeschaltet ist, wird eine kleine magnetische Kraft im Rotor-Eisen erzeugt, die eine elektromotorische Kraft im Armaturenuhren induziert und daher einen Strom in den Feldwindungen erzeugt. Anfänglich erzeugt das schwache Magnetfeld einen kleinen Strom in der Spule, aber um die Selbstaufregung aufrechtzuerhalten, erhöht sich der zusätzliche magnetische Fluss, was die elektromotorische Kraft im Rotor erhöht, sodass die Spannung ständig zunimmt, bis die Maschine voll belastet ist.

Funktionsprinzip

Eine geringe Menge an Magnetismus bleibt im Rotor-Eisen erhalten. Dieses Restmagnetfeld im Hauptpol induziert eine elektromotorische Kraft in der Statorspule, die einen Anfangsstrom in der Feldwicklung erzeugt.

Der kleine Strom, der durch die Spule fließt, verstärkt das Magnetfeld. Als Ergebnis nehmen die Spannungsabgabe und der Feldstrom zu. Dieser Zyklus setzt sich fort, bis die elektromotorische Kraft im Armaturkreis die Spannungsabfall am Anfang und am Ende der Erregerspule übersteigt. Allerdings erreicht nach einem bestimmten Niveau der Feldpol Sättigung, bei der ein elektrisches Gleichgewicht erreicht wird, die Armaturelelektromotorische Kraft nimmt nicht mehr zu und der Strom steigt nicht weiter. Der Widerstand der Erregerspule hat einen bestimmten festen Wert, bei dem die Selbstaufregung realisiert werden kann. Dieser Widerstandswert kann je nach den elektrischen Parametern des Generators variieren.

Typen von Gleichstromgeneratoren

Gleichstromgeneratoren werden hauptsächlich in Reihenwicklungen, Parallelwicklungen und gemischte Wicklungen unterteilt, wobei jede Wicklung unterschiedliche Spulenanordnungen und Spannungsregelungseigenschaften aufweist.

Reihenwicklungs-Generatoren

Bei Reihenwicklungs-Generatoren sind die Feld- und Armaturenwicklungen in Reihe geschaltet, sodass der Strom sowohl durch den äußeren Kreis als auch durch die Wicklungen fließt. Die Feldspule hat einen geringen Widerstand und besteht aus wenigen Windungen dicken Drahts, was den Stromfluss erhöht, wenn der Lastwiderstand abnimmt.

Dadurch nimmt das Magnetfeld und die Ausgangsspannung im Kreis zu. Bei diesem Typ von Generator variiert die Ausgangsspannung direkt proportional zum Laststrom, was in den meisten Anwendungen nicht erforderlich ist. Aus diesem Grund werden solche Arten von Generatoren selten verwendet.

Parallelwicklungs-Gleichstromgeneratoren

Bei Parallelwicklungs-Generatoren ist die Feldwicklung parallel zur Armatur geschaltet, wodurch eine konstante Spannung im Kreis gehalten wird. Die Feldwicklung verfügt über viele Windungen, um einen hohen Widerstand zu erreichen, der den durch sie fließenden Strom begrenzt und den Rest zur Last leitet.

Bei Parallelwicklungs-Generatoren, da sie parallel geschaltet sind, sind die Ströme in den parallelen Zweigen voneinander unabhängig. Daher ist die Ausgangsspannung fast konstant, und wenn sie variiert, dann variiert sie indirekt proportional zum Laststrom. Dies liegt am Spannungsabfall, wenn der Armaturwiderstand zunimmt. 

Gemischtwicklungs-Generator

Der gemischte Gleichstromgenerator ist eine fortschrittlichere Version des Reihenwicklungs- und Parallelwicklungs-Generators. Das Arbeitsprinzip des Generators ist eine Kombination beider Arten, um die Nachteile beider zu überwinden. Er hat beide Arten von Wicklungen: Reihenfeld und Parallelfeldwicklungen. Je nach ihrer Verbindung gibt es zwei Arten von gemischten Gleichstromgeneratoren: Kurzparallelgemischter Generator und Langparallelgemischter Generator.

 Langparallelgemischter Generator

Hier ist die Parallelfeldwicklung nur parallel zur Armatur verbunden, wie in der Abbildung gezeigt. Die Reihenwicklung ist dann in Reihe geschaltet.

 Kurzparallelgemischter Generator

Hier ist die Parallelfeldwicklung nur parallel zur Armatur verbunden, wie in der Abbildung gezeigt. Die Reihenwicklung ist dann in Reihe geschaltet.

Vorteile des gemischten Gleichstromgenerators

Bei gemischten Generatoren nimmt die Armaturspannung automatisch ab, wenn der Laststrom zunimmt, wodurch das vom Parallelfeld erzeugte Magnetfeld abnimmt. Aber der gleiche Anstieg des Laststroms, der durch die Reihenwicklung fließt, führt zu einer Erhöhung des Magnetfelds. So wird der Abfall des Magnetfelds im Parallelfeld durch die Erhöhung des Magnetfelds im Reihenfeld kompensiert. Auf diese Weise bleibt die Ausgangsspannung konstant, wie in der Abbildung gezeigt.

 Kommutativ und Differenzialgemischter Gleichstromgenerator

Da der gemischte Gleichstromgenerator sowohl das Parallelfeld als auch das Reihenfeld hat, macht ihre Kombination einen großen Unterschied. Wenn das Reihenfeld das Parallelfeld unterstützt, ist ihr Einfluss größer und man spricht von einem kommutativ gemischten Gleichstromgenerator. Andererseits, wenn das Reihenfeld das Parallelfeld entgegenwirkt, ist ihr Einfluss geringer und man spricht von einem differenzial gemischten Gleichstromgenerator.