คุณลักษณะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบวงจรอนุกรม

คำนิยามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซีรี่ส์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบวงจรซีรี่ส์ถูกกำหนดให้เป็นเครื่องกำเนิดที่มีขดลวดสนาม ขดลวดอาร์เมเจอร์ และวงจรภาระภายนอกเชื่อมต่อแบบซีรี่ส์ ทำให้กระแสไฟฟ้าเดียวกันไหลผ่านแต่ละส่วน

 ในประเภทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ ขดลวดสนาม ขดลวดอาร์เมเจอร์ และวงจรภาระภายนอกทั้งหมดเชื่อมต่อแบบซีรี่ส์ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง

ดังนั้น กระแสไฟฟ้าเดียวกันจะไหลผ่านขดลวดอาร์เมเจอร์ ขดลวดสนาม และภาระ

ให้ I = Ia = Isc = IL

ที่นี่ Ia = กระแสอาร์เมเจอร์

Isc = กระแสขดลวดสนามแบบซีรี่ส์

IL = กระแสภาระ

โดยทั่วไปมีคุณสมบัติสำคัญสามประการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบวงจรซีรี่ส์ ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณต่างๆ เช่น กระแสขดลวดสนามหรือกระแสกระตุ้น แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินอล และกระแสภาระ

เส้นโค้งลักษณะแม่เหล็ก

เส้นโค้งที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าไม่มีโหลดและกระแสกระตุ้นขดลวดสนามเรียกว่าเส้นโค้งลักษณะแม่เหล็กหรือเส้นโค้งวงจรเปิด เมื่อไม่มีโหลด ขั้วภาระจะเปิดวงจร ไม่มีกระแสขดลวดสนามในขดลวดสนาม เนื่องจากอาร์เมเจอร์ ขดลวดสนาม และภาระเชื่อมต่อแบบซีรี่ส์และทั้งสามส่วนทำให้วงจรป้อนกลับเป็นวงจรป้อนกลับ ดังนั้น เส้นโค้งนี้สามารถได้รับจากการแยกขดลวดสนามและกระตุ้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงโดยแหล่งกำเนิดภายนอก

ในแผนภาพ เส้นโค้ง AB แสดงลักษณะแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบวงจรซีรี่ส์ เส้นโค้งเป็นเส้นตรงจนกว่าขั้วจะถึงภาวะอิ่มตัว หลังจากจุดนี้ แรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินอลจะไม่เพิ่มขึ้นอย่างมากกับกระแสขดลวดสนามเพิ่มเติม เนื่องจากแรงแม่เหล็กคงค้าง มีแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นข้ามอาร์เมเจอร์ ดังนั้น เส้นโค้งจึงเริ่มที่จุด A ซึ่งอยู่เหนือจุดกำเนิดเล็กน้อย

เส้นโค้งลักษณะภายใน

เส้นโค้งลักษณะภายในแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในอาร์เมเจอร์และกระแสภาระ เส้นโค้งนี้คำนึงถึงการลดลงเนื่องจากผลกระทบของปฏิกิริยาอาร์เมเจอร์ในการลดความเข้มของสนามแม่เหล็ก ทำให้แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจริง (Eg) น้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีโหลด (E0) ดังนั้น เส้นโค้งจึงลดลงเล็กน้อยจากเส้นโค้งวงจรเปิด ในแผนภาพ เส้นโค้ง OC แทนลักษณะภายในนี้

เส้นโค้งลักษณะภายนอก

เส้นโค้งลักษณะภายนอกแสดงการแปรผันของแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินอล (V) กับกระแสภาระ (IL) แรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินอลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้ได้มาจากการลบแรงดันตกคร่อมเนื่องจากความต้านทานอาร์เมเจอร์ (Ra) และความต้านทานขดลวดสนามแบบซีรี่ส์ (Rsc) จากแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจริง (Eg)

แรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินอล V = Eg – I(Ra + Rsc)

เส้นโค้งลักษณะภายนอกอยู่ใต้เส้นโค้งลักษณะภายในเพราะค่าของแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินอลน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้น ที่นี่ในแผนภาพ เส้นโค้ง OD แสดงลักษณะภายนอกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบวงจรซีรี่ส์

จากลักษณะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบวงจรซีรี่ส์ เราสามารถเห็นว่าเมื่อภาระเพิ่มขึ้น (และกระแสภาระด้วย) แรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินอลจะเพิ่มขึ้นในตอนแรก แต่หลังจากถึงจุดสูงสุด มันจะเริ่มลดลงเนื่องจากผลกระทบที่ลดความเข้มของสนามแม่เหล็กจากการตอบสนองของอาร์เมเจอร์ เส้นประในแผนภาพแสดงปรากฏการณ์นี้ ระบุว่ากระแสไฟฟ้ายังคงค่าเดิมแม้ว่าความต้านทานภาระจะเปลี่ยนแปลง เมื่อภาระเพิ่มขึ้น กระแสขดลวดสนามก็เพิ่มขึ้น เนื่องจากขดลวดสนามเชื่อมต่อแบบซีรี่ส์กับภาระ คล้ายกัน กระแสอาร์เมเจอร์เพิ่มขึ้นเนื่องจากเชื่อมต่อแบบซีรี่ส์ แต่เนื่องจากภาวะอิ่มตัว ความเข้มของสนามแม่เหล็กและแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำไม่เพิ่มขึ้นอย่างมาก กระแสอาร์เมเจอร์ที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดการตอบสนองของอาร์เมเจอร์มากขึ้น ทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ภาระลดลง ถ้าแรงดันไฟฟ้าที่ภาระลดลง กระแสภาระก็จะลดลง เนื่องจากกระแสเป็นสัดส่วนกับแรงดัน (กฎของโอห์ม) ผลรวมของผลกระทบนี้หมายความว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากของกระแสภาระในส่วนของเส้นโค้งลักษณะภายนอกที่เป็นเส้นประ การทำงานนี้ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบวงจรซีรี่ส์เป็นเครื่องกำเนิดกระแสคงที่

เครื่องกำเนิดกระแสคงที่

เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบวงจรซีรี่ส์ถูกเรียกว่าเครื่องกำเนิดกระแสคงที่เพราะกระแสภาระยังคงค่าเดียวอย่างเกือบคงที่แม้ว่าความต้านทานภาระจะเปลี่ยนแปลง