Charakteristiky sériově spojeného stejnosměrného generátoru

Definice sériového generátoru

Sériový stejnosměrný generátor je definován jako generátor, kde jsou cívečné vývody pole, cívečné vývody armatury a externí zátěžový obvod připojeny v sérii, což způsobuje, že stejný proud protéká každou částí.

 V těchto typech generátorů jsou cívečné vývody pole, cívečné vývody armatury a externí zátěžový obvod všechny připojeny v sérii, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Proto stejný proud protéká cívečnými vývody armatury, cívečnými vývody pole a zátěží.

Nechť, I = Ia = Isc = IL

Zde, Ia = proud armatury

Isc = proud cívek pole v sérii

IL = proud zátěže

Obecně existují tři nejdůležitější charakteristiky sériového stejnosměrného generátoru, které ukazují vztah mezi různými veličinami, jako je proud cívek pole nebo vzrušovací proud, vygenerované napětí, terminální napětí a proud zátěže.

Magnetická charakteristická křivka

Křivka, která ukazuje vztah mezi napětím bez zátěže a vzrušovacím proudem pole, se nazývá magnetická nebo otevřená okruhová charakteristická křivka. V době, kdy není žádná zátěž, jsou terminály zátěže otevřenými okruhy, takže v cívkách pole nebude žádný proud, protože armatura, pole a zátěž jsou připojeny v sérii a tvoří uzavřený okruh. Tuto křivku lze prakticky získat oddělením cívek pole a vzrušením DC generátoru externím zdrojem.

Na diagramu křivka AB ukazuje magnetickou charakteristiku sériového stejnosměrného generátoru. Křivka je lineární až do dosažení nasycení pólu. Po této bodu se terminální napětí významně nezvyšuje s dodatečným proudem pole. Díky reziduálnímu magnetismu je počáteční napětí na armatuře, takže křivka začíná mírně nad počátkem v bodě A.

Vnitřní charakteristická křivka

Vnitřní charakteristická křivka ukazuje vztah mezi napětím vygenerovaným v armatuře a proudem zátěže. Tato křivka beroucí v úvahu pokles způsobený demagnetizačním efektem reakce armatury, díky čemuž je skutečně vygenerované napětí (Eg) nižší než napětí bez zátěže (E0). Proto křivka mírně klesá od křivky otevřeného okruhu. Na diagramu křivka OC reprezentuje tuto vnitřní charakteristiku.

Externí charakteristická křivka

Externí charakteristická křivka ukazuje změnu terminálního napětí (V) s proudem zátěže (IL). Terminální napětí tohoto typu generátoru je získáno odečtením ohmickeho poklesu způsobeného odporem armatury (Ra) a odporem cívek pole v sérii (Rsc) od skutečně vygenerovaného napětí (Eg).

Terminální napětí V = Eg – I(Ra + Rsc)

Externí charakteristická křivka leží pod vnitřní charakteristickou křivkou, protože hodnota terminálního napětí je nižší než vygenerované napětí. Zde na obrázku křivka OD ukazuje externí charakteristiku sériového stejnosměrného generátoru.

Z charakteristik sériového stejnosměrného generátoru můžeme vidět, že s rostoucí zátěží (a tedy proudem zátěže) terminální napětí nejprve stoupá. Avšak po dosažení maxima začíná klesat kvůli demagnetizačnímu efektu reakce armatury. Tečkovaná čára na obrázku ukazuje tento jev, indikující, že proud zůstává přibližně konstantní, navzdory změnám odporu zátěže. Když roste zátěž, roste i proud pole, protože pole je připojeno v sérii s zátěží. Podobně roste i proud armatury, protože je také připojen v sérii. Nicméně, kvůli nasycení, síla magnetického pole a vyvolané napětí nezvyšují výrazně. Zvýšený proud armatury způsobuje větší reakci armatury, což vedje k poklesu napětí zátěže. Pokud klesne napětí zátěže, klesne i proud zátěže, protože proud je úměrný napětí (Ohmov zákon). Tyto současně probíhající efekty znamenají, že v tečkované části externí charakteristické křivky nedochází k výrazné změně proudu zátěže. Toto chování dělá sériový DC generátor konstantním generátorem proudu.

Konstantní generátor proudu

Sériový stejnosměrný generátor se nazývá konstantní generátor proudu, protože proud zátěže zůstává téměř konstantní, navzdory změnám odporu zátěže.