Temat: Prądnice prądu stałego obcowzbudne i samowzbudne. Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości: U I(P) I t n napięcie twornika - prąd (moc) obciążenia - prąd wzbudzenia - prędkość obrotowa Właściwości ruchowe prądnic określa się za pomocą charakterystyk podających związki między wymienionymi wielkościami. Ze względu na niewielką zmienność prędkości silników napędowych można uznać, że prądnice pracują praktycznie przy stałej prędkości., dlatego charakterystyki są sporządzane przy n = const. Charakterystyki te to: charakterystyka biegu jałowego E=f(I f ) przy n=const; I a =0 charakterystyka obciążenia U=f(I f ) przy n=const; I=const charakterystyka zewnętrzna U=f(I) przy n=const; I f =const charakterystyka regulacyjna I f =f(i) przy n=const; U=const 1. Prądnica obcowzbudna. Prądnica obcowzbudna jest maszyną, w której obwód wzbudzenia jest zasilany z obcego źródła. Schemat połączeń prądnicy obcowzbudnej przedstawiono na rys. 8.39, a rozmieszczenie uzwojeń w maszynie i ich połączenie z tabliczką zaciskową na rys. 8.36. Charakterystyki obciążenia wyznacza się dla różnych prądów obciążenia otrzymując całą rodzinę charakterystyk (rys. 8.41). Charakterystyki te otrzymuje się w wyniku przesunięcia trójkąta, równolegle wzdłuż charakterystyki magnesowania. str. 1
Jedną z najbardziej przydatnych w eksploatacji charakterystyk jest charakterystyka zewnętrzna U=f(I) przy n=const i I f =const. Pokazuje ona, jak zmienia się napięcie na zaciskach prądnicy przy zmianie jej obciążenia przy stałej prędkości obrotowej i stałym prądzie wzbudzenia. Charakterystykę tę można skonstruować na podstawie charakterystyki biegu jałowego i trójkąta charakterystycznego. Z przebiegu charakterystyki (rys. 8.42a) widać, że przy przejściu ze stanu jałowego do stanu obciążenia napięcie na zaciskach prądnicy maleje. Zmianę napięcia przy zmianie obciążenia od stanu jałowego do obciążenia znamionowego nazywa się zmiennością napięcia i określa się według wzoru: Dla prądnic obcowzbudnych zmienność napięcia nie przekracza 5 10 %. str. 2
Charakterystyki zewnętrzne można wyznaczyć dla różnych wartości prądu wzbudzenia i różnych prędkości. Znając je, można określić napięcie i prąd obciążenia w dowolnym stanie pracy. Wartością charakterystyczną na tej charakterystyce jest prąd zwarciowy, który dla prądnic obcowzbudnych osiąga wartość 15 20 I N. Aby napięcie na zaciskach obciążonej prądnicy pozostawało stałe mimo zmian obciążenia, należy regulować prąd wzbudzenia. Jak regulować prąd wzbudzenia przy zmianie obciążenia, aby napięcie pozostawało stałe, pokazuje charakterystyka regulacyjna, czyli zmienność I f =f(i) przy U=const i n=const (rys. 8.24b). Charakterystykę tę można skonstruować na podstawie charakterystyki biegu jałowego i trójkąta charakterystycznego. 2. Prądnica bocznikowa. W prądnicy bocznikowej uzwojenie wzbudzające jest połączone równolegle z uzwojeniem twornika. Schemat połączeń przedstawiono na rys. 8.43. Co to jest samowzbudzenie. Jeżeli w obwodzie magnetycznym istnieje magnetyzm szczątkowy, jako pozostałość po poprzedniej pracy, to przy napędzaniu wirnika indukuje się w jego uzwojeniu napięcie E sz. Pod wpływem tego napięcia w uzwojeniu wzbudzającym płynie prąd I f, który wytwarza strumień magnetyczny. Jeżeli kierunek tego strumienia jest zgodny z kierunkiem strumienia szczątkowego, to strumień w maszynie ulega zwiększeniu, wzrasta napięcie indukowane i prąd wzbudzenia, co powoduje dalszy wzrost strumienia aż maszyna wzbudzi się do pełnego napięcia. Gdyby nie było napięcia szczątkowego, procesor wzbudzenia nie mógłby nastąpić, w takim przypadku należałoby na chwilę zasilić obwód wzbudzenia z obcego źródła napięcia, aby wytworzyć strumień szczątkowy. Kierunek strumienia wytworzonego przez prąd wzbudzenia zależy od zwrotu napięcia E sz i sposobu przyłączenia uzwojenia E1-E2 do zacisków A1-A2, a zwrot napięcia E sz zależy od kierunku wirowania i kierunku strumienia szczątkowego. Jeżeli więc zmieni się kierunek prędkości lub nieprawidłowo przyłączy się str. 3
uzwojenie wzbudzające, to strumień wytworzony przez prąd wzbudzenia będzie skierowany przeciwnie niż strumień szczątkowy, co spowoduje, że maszyna się rozmagnesuje. Proces samowzbudzenia się prądnicy bocznikowej trwa do chwili, gdy wartość napięcia U 0 i prądu wzbudzenia I f0 ustalą się w tym punkcie, gdzie krzywa U=f(I f ) i prosta R f I f się przecinają. W zależności od rezystancji w obwodzie wzbudzenia R f prądnica wzbudzi się do odpowiedniego napięcia (rys. 8.44). Może być wiele przyczyn niewzbudzenia się prądnicy bocznikowej, m.in.: brak magnetyzmu szczątkowego; niewłaściwy kierunek wirowania; niewłaściwe połączenie obwodu wzbudzenia z obwodem twornika; przerwa w obwodzie wzbudzenia lub twornika; zbyt duża rezystancja obwodu wzbudzenia. Charakterystyka biegu jałowego i charakterystyki obciążenia prądnicy bocznikowej są analogiczne do charakterystyk prądnicy obcowzbudnej. Charakterystykę zewnętrzną prądnicy bocznikowej pokazano na rys. 8.45. Zmienność napięcia prądnicy bocznikowej jest znacznie większa niż prądnicy obcowzbudnej i wynosi 15 25 %, a nawet 30 %. str. 4
Przebieg charakterystyki regulacyjnej prądnicy bocznikowej (rys. 8.46) jest uwarunkowany przebiegiem charakterystyki zewnętrznej. 3. Prądnica szeregowa. W prądnicy szeregowej uzwojenie wzbudzające jest połączone szeregowo z uzwojeniem twornika (rys. 8.47). Prąd obciążenia tej prądnicy jest jednocześnie prądem wzbudzenia. Jak wynika z charakterystyki zewnętrznej napięcie silnika zależy od prądu obciążenia (rys. 8.48). Jest to niekorzystne i dlatego prądnice szeregowe nie znajdują zastosowania. str. 5
4.Prądnica szeregowo-bicznikowa. Zaletą prądnicy bocznikowej w porównaniu z obcowzbudną jest to, że nie wymaga ona oddzielnego źródła do zasilania obwodu wzbudzenia, natomiast wadą jest jej silne zmniejszanie się napięcia przy wzroście obciążenia. Wadę tę można wyeliminować wprowadzając oprócz uzwojenia bocznikowego drugie uzwojenie wzbudzające, połączone szeregowo z twornikiem, a zasilane w taki sposób, aby obydwa przepływy były zgodne. Prądnicę taką nazywamy szeregowo-bocznikową lub dozwoloną (rys. 8.49). Przez odpowiedni dobór liczby zwojów uzwojenia szeregowego uzyskuje się taki wzrost strumienia ze wzrostem prądu obciążenia, że napięcie na zaciskach pozostaje prawie stałe. Gdyby uzwojenie szeregowe zostało połączone nieprawidłowo, strumień magnetyczny zmniejszałby się silnie ze wzrostem obciążenia i charakterystyka obciążenia byłaby silnie opadająca (rys. 8.50). str. 6