Czym są samowzbudne generatory prądu stałego?

Czym są samowzbudne generatory prądu stałego?

Samowzbudny generator prądu stałego

Nowoczesny generator prądu stałego z cewką wzbudzającą jest samowzbudnym generatorem, który rozpoczyna pracę z początkowym prądem w cewce wzbudzającej. Gdy generator jest wyłączony, w żelazie wirnika powstaje niewielka siła magnetyczna, która indukuje siłę elektromotoryczną w armaturze i tym samym generuje prąd w cewkach polowych. Na początku słabe pole magnetyczne powoduje niewielki prąd w cewce, ale aby utrzymać samowzbudzenie, dodatkowy strumień magnetyczny zwiększa siłę elektromotoryczną w wirniku, więc napięcie jest ciągle zwiększane, aż do momentu pełnego obciążenia maszyny.

Mechanizm działania

W żelazie wirnika zachowana jest niewielka ilość magnetyzmu. To pozostałe pole magnetyczne w głównym biegunie indukuje siłę elektromotoryczną w cewce stojaka, co generuje początkowy prąd w cewce polowej.

Niewielki prąd przepływający przez cewkę wzmacnia pole magnetyczne. W rezultacie zwiększa się napięcie wyjściowe i prąd pola. Ten cykl kontynuuje się, aż siła elektromotoryczna w armaturze przekracza spadek napięcia na końcach cewki wzbudzającej. Jednak po osiągnięciu pewnego poziomu, biegun pola staje się nasycany, w tym momencie dochodzi do równowagi elektrycznej, siła elektromotoryczna armatury nie zwiększa się już dalej, a prąd nie rośnie. Opór cewki wzbudzającej ma pewną stałą wartość, przy której możliwe jest realizacja samowzbudzenia. Ta wartość oporu może się różnić w zależności od parametrów elektrycznych generatora.

Typy generatorów prądu stałego

Generatory prądu stałego dzielą się głównie na zwoje szeregowe, równoległe i złożone, każdy ze zwojów ma różne ułożenie cewek i charakterystyki regulacji napięcia.

Generatory z zwojem szeregowym

W generatorach z zwojem szeregowym, cewka polowa i zamek armatury są połączone szeregowo, umożliwiając przepływ prądu zarówno przez obwód zewnętrzny, jak i przez zwoje. Cewka polowa ma niski opór i składa się z kilku okrętów grubego drutu, co zwiększa przepływ prądu, gdy opór obciążenia maleje.

W rezultacie pole magnetyczne i napięcie wyjściowe zwiększają się w obwodzie. W takim typie generatora, napięcie wyjściowe zmienia się bezpośrednio proporcjonalnie do prądu obciążenia, co nie jest wymagane w większości zastosowań. Dlatego takie typy generatorów są rzadko używane.

Generatory z zwojem równoległym DC

W generatorach z zwojem równoległym, cewka polowa jest podłączona równolegle do armatury, utrzymując stałe napięcie w obwodzie. Cewka polowa ma wiele okrętów, aby osiągnąć wysoki opór, ograniczając prąd przepływający przez nią i kierując resztę do obciążenia.

W generatorze z zwojem równoległym, ponieważ są one podłączone równolegle, prądy w gałęziach równoległych są od siebie niezależne. Stąd, napięcie wyjściowe jest prawie stałe, a jeśli się zmienia, to zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do prądu obciążenia. Jest to spowodowane spadkiem napięcia, gdy opór armatury wzrasta. 

Generator z zwojem złożonym

Generator z zwojem złożonym to zaawansowana wersja generatora z zwojem szeregowym i równoległym. Zasada działania generatora to kombinacja dwóch typów, dzięki czemu eliminuje on wady obu. Ma oba typy zwojów: szeregowy i równoległy. W zależności od ich połączeń, generatory z zwojem złożonym dzielą się na dwa typy: krótkosobowy generator złożony i długosobowy generator złożony.

 Długosobowy generator złożony

Tutaj cewka polowa równoległa jest podłączona równolegle tylko do armatury, jak pokazano na rysunku. Następnie cewka szeregowo jest podłączona szeregowo.

 Krótkosobowy generator złożony

Tutaj cewka polowa równoległa jest podłączona równolegle tylko do armatury, jak pokazano na rysunku. Następnie cewka szeregowo jest podłączona szeregowo.

Zalety generatora złożonego DC

W generatorze złożonym, napięcie armatury automatycznie maleje, gdy prąd obciążenia zwiększa się, co powoduje, że pole magnetyczne wytworzone przez cewkę równoległą maleje. Ale to samo zwiększenie prądu obciążenia przepływającego przez cewkę szeregową powoduje zwiększenie pola magnetycznego. Tak więc, spadek pola magnetycznego w cewce równoległej jest kompensowany przez zwiększenie pola magnetycznego w cewce szeregowej. W ten sposób, napięcie wyjściowe pozostaje stałe, jak pokazano na rysunku.

 Komutacyjny i różnicowy generator złożony DC

Ponieważ generator złożony ma oba pola - równoległe i szeregowe, ich kombinacja sprawia, że różnica jest znaczna. Gdy pole szeregowe wspomaga pole równoległe, ich wpływ jest większy i mówi się, że jest to generator złożony komutacyjnie. Z drugiej strony, jeśli pole szeregowe przeciwstawia się polu równoległemu, to ich wpływ jest mniejszy i mówi się, że jest to generator złożony różnicowy.