Charakterystyka szeregowo złączonego generatora prądu stałego

Definicja generatora szeregowego

Generator prądu stałego o znamionowaniu szeregowym to generator, w którym cewki polowe, cewki armatury i obwód zewnętrzny obciążenia są połączone szeregowo, co powoduje przepływ tej samej wartości prądu przez każdą część.

 W tego typu generatorach cewki polowe, cewki armatury i obwód zewnętrzny obciążenia są połączone szeregowo, jak pokazano na poniższym rysunku.

Dlatego ta sama wartość prądu przepływa przez cewkę armatury, cewkę polową i obciążenie.

Niech, I = Ia = Isc = IL

Gdzie, Ia = prąd armatury

Isc = prąd cewki szeregowej

IL = prąd obciążenia

Istnieje ogólnie trzy najważniejsze charakterystyki generatora prądu stałego o znamionowaniu szeregowym, które pokazują relację między różnymi wielkościami takimi jak prąd cewki szeregowej lub prąd wzbudzenia, wygenerowane napięcie, napięcie terminalne i prąd obciążenia.

Krzywa magnetyczna

Krzywa, która pokazuje relację między napięciem bez obciążenia a prądem wzbudzenia cewek polowych, nazywana jest krzywą magnetyczną lub krzywą otwartego obwodu. Ponieważ podczas pracy bez obciążenia, terminale obciążenia są otwarte, nie będzie prądu w cewkach polowych, ponieważ cewka armatury, cewka polowa i obciążenie są połączone szeregowo i tworzą zamknięty obwód. Tak więc, tę krzywą można uzyskać praktycznie, odłączając cewki polowe i wzbudzając generator prądu stałego zewnętrznym źródłem.

Na diagramie, krzywa AB pokazuje charakterystykę magnetyczną generatora prądu stałego o znamionowaniu szeregowym. Krzywa jest liniowa do momentu nasycenia biegunów. Po tym punkcie, napięcie terminalne nie wzrasta znacząco z dodatkowym prądem wzbudzenia. Ze względu na magnetyzm residualny, istnieje początkowe napięcie na armaturze, dlatego krzywa zaczyna się nieco powyżej początku osi w punkcie A.

Krzywa charakterystyki wewnętrznej

Krzywa charakterystyki wewnętrznej pokazuje relację między napięciem generowanym w armaturze a prądem obciążenia. Ta krzywa uwzględnia spadek spowodowany efektem demagnetyzacji reakcji armatury, co sprawia, że rzeczywiste napięcie generowane (Eg) jest mniejsze niż napięcie bez obciążenia (E0). Dlatego krzywa opada lekko od krzywej otwartego obwodu. Na diagramie, krzywa OC reprezentuje tą wewnętrzną charakterystykę.

Krzywa charakterystyki zewnętrznej

Krzywa charakterystyki zewnętrznej pokazuje zmianę napięcia terminalnego (V) w zależności od prądu obciążenia (IL). Napięcie terminalne tego typu generatora jest uzyskiwane poprzez odjęcie spadku ohmicznego spowodowanego rezystancją armatury (Ra) i rezystancją cewek polowych szeregowych (Rsc) od faktycznie wygenerowanego napięcia (Eg).

Napięcie terminalne V = Eg – I(Ra + Rsc)

Krzywa charakterystyki zewnętrznej leży poniżej krzywej charakterystyki wewnętrznej, ponieważ wartość napięcia terminalnego jest mniejsza niż wygenerowane napięcie. Na rysunku krzywa OD pokazuje charakterystykę zewnętrzną generatora prądu stałego o znamionowaniu szeregowym.

Z charakterystyk generatora prądu stałego o znamionowaniu szeregowym wynika, że przy zwiększeniu obciążenia (a więc i prądu obciążenia), napięcie terminalne początkowo rośnie. Jednak po osiągnięciu maksimum, zaczyna maleć ze względu na efekt demagnetyzacji reakcji armatury. Kropkowana linia na rysunku pokazuje ten zjawisko, wskazując, że prąd pozostaje mniej więcej stały mimo zmian rezystancji obciążenia. Gdy obciążenie rośnie, rośnie również prąd cewki polowej, ponieważ cewka polowa jest połączona szeregowo z obciążeniem. Podobnie, prąd armatury rośnie, ponieważ jest on również połączony szeregowo. Jednak ze względu na nasycenie, siła pola magnetycznego i wywołane napięcie nie zwiększają się znacząco. Zwiększenie prądu armatury prowadzi do większej reakcji armatury, co powoduje spadek napięcia obciążenia. Jeśli napięcie obciążenia spada, spada również prąd obciążenia, ponieważ prąd jest proporcjonalny do napięcia (prawo Ohma). Te jednoczesne efekty oznaczają, że nie ma znaczącej zmiany prądu obciążenia w kropkowanej części krzywej charakterystyki zewnętrznej. To zachowanie sprawia, że generator prądu stałego o znamionowaniu szeregowym jest generatorem stałoprądowym.

Generator stałoprądowy

Generator prądu stałego o znamionowaniu szeregowym jest znany jako generator stałoprądowy, ponieważ prąd obciążenia pozostaje prawie stały mimo zmian rezystancji obciążenia.