Caracteristici si proprietati de baza ale generatoarelor cu excitatie independenta

Caracteristici si proprietati de baza ale generatoarelor cu excitatie independenta

Schema principala a generatorului de c.c. cu excitatie independenta este pre-zentata in fig.4.21. Din figura se vede ca infasurarea de excitatie Ex se alimenteaza din exterior, de la sursa independenta, iar curentul de excitatie ramane constant in diferite regimuri. Curentul din indus (rotoric) este egal cu curentul din circuitul exterior (I_a=I).

Fig.4.21 Schema de principiu a generatorului de c.c. cu excitatie independenta

1. Caracteristica de mers in gol

Caracteristica de functionare in gol reprezinta dependenta tensiunii de la bor-nele de iesire ale generatorului de variatia curentului de excitatie cand curentul prin infasurarea rotorului (indusului) este nul.

Deoarece curentul rotoric I_a este nul si generatorul functioneaza in gol, ten-siunea la bornele masinii U₀ in acest regim este egala cu t.e.m. E indusa in infasu-rarea indusului. In acest caz, caracteristica la functionarea in gol a generatorului cu excitatie independenta este U₀=E=f(I_e) pentru I_a=0.

Este cunoscut ca , iar si intrucat n=const., atunci . Rezulta deci ca aceasta caracteristica de functionare in gol are aceeasi forma ca si curba de magnetizare a materialelor feromagnetice. Datorita saturatiei sistemului magnetic al masinii si fenomenului de histerezis, dependenta U₀=f(I_e) este neliniara si are forma ciclului de histerezis (fig.4.22). Pentru ridicarea carac-teristicii se creste lent curentul de excitatie de la 0 la +I_en prin reostatul de reglare R_re, inclus in circuitul infasurarii de excitatie, iar tensiunea la functionarea in gol U₀ creste pana la +U_0max (curba 1 din fig.4.22). Curba 1 nu trece prin originea sistemului de coordonate, pentru ca datorita campului magnetic remanent, la rotatia indusului, in infasurarea lui se induce t.e.m. datorita inductiei remanente si in generatorul neexcitat (cand I_e=0).

Fig.4.22 Explicativa privind constructia caracteristicii de functionare

in gol a generatorului de c.c. cu excitatie independenta

In continuare, la variatia curentului de excitatie de la +I_en prin zero pana la -I_en si invers se obtine corespunzator ramura coboratoare 2 si ramura crescatoare 3 a caracteristicii. Ramura coboratoare 2 din primul cadran este deasupra curbei 1, adica tensiunea U₀, la demagnetizarea masinii devine mai mare decat aceea la mag-netizarea pentru una si aceeasi valoare a curentului de excitatie (diferenta pe ordo-nata la unul si acelasi curent de excitatie este de 3÷4% din tensiunea nominala a generatorului). Aceasta se explica prin fenomenul de histerezis din otelul magnetic al masinii. Cu linie intrerupta este trasata curba 4 care este media aritmetica a cur-belor 2 si 3 si se utilizeaza ca si caracteristica de calcul la functionarea in gol.

Din caracteristica la functionarea in gol, se observa ca generatoarele cu excitatie independenta se pot excita in doua sensuri opuse, cand tensiunea lor se regleaza in limite largi. Aceasta este posibila datorita prezentei sursei independen-te de alimentare a infasurarii de excitatie. Prin aceasta caracteristica se analizeaza calitatea sistemului magnetic al masinii. Daca se examineaza caracteristica la func-tionarea in gol, de exemplu in primul cadran, se stabileste ca ea are trei parti carac-teristice:

initiala portiunea liniara, in care sistemul magnetic al masinii este nesaturat;

portiunea intermediara  (cotul) corespunzatoare starii de semisaturatie a masinii;

portiunea finala portiunea slab inclinata, in care sistemul mag-netic al masinii este saturat.

In portiunea liniara (initiala), tensiunea U₀ a masinii nu este stabila si este puternic influentata de variatia curentului de excitatie. In portiunea de capat slab inclinata, datorita saturatiei, tensiunea este stabila, dar greu poate fi influentata prin reglajul excitatiei.

Iata de ce la generatoare obisnuit se alege acel punct A de pe caracteristica de functionare in gol, ce corespunde tensiunii nominale a masinii, si care este situat in portiunea intermediara a caracteristicii. Prin acest procedeu tensiunea la bornele de iesire ale generatorului este stabila cu posibilitati bune de reglare a marimii ei.

2. Caracteristica externa

Caracteristica externa indica cum depinde tensiunea U de la bornele de iesire ale masinii la variatia curentului I_a din circuitul indusului la excitatie constanta (I_e=const.). Daca se are in vedere, ca la generatoarele cu excitatie independenta curentul indusului este egal cu curentul din circuitul exterior (I_a=I), prin caracte-ristica externa se intelege U=f(I) pentru I_e=const.

Din ecuatia de echilibru a t.e.m. si caderilor de tensiune la generatoarele de c.c. U=E-I_aR_a, rezulta ca odata cu cresterea sarcinii generatorului (cand curentul I_a creste) tensiunea la bornele sale scade din urmatoarele motive:

creste caderea de tensiune R_aI_a in infasurarea indusului;

se reduce t.e.m. E datorita actiunii demagnetizante a reactiei indusului (fluxul se reduce).

Fig.4.23 Caracteristica externa a generatorului cu excitatie independenta

In fig.4.23 se prezinta caracteristica externa a generatorului cu excitatie inde-pendenta. Pentru ridicarea ei se determina acel curent de excitatie I_e=const., incat pentru curentul nominal de sarcina I_an, la bornele de iesire ale masinii sa se obtina tensiunea nominala. Daca se stie tensiunea la functionarea in gol U₀, se poate determina variatia nominala de tensiune a generatorului:

Pentru acest tip de generator, este de ordinul (5÷10)%. Daca sarcina creste continuu, se atinge cazul limita, in care tensiunea U la bornele de iesire ale generatorului devine nula, adica masina functioneaza in regim de scurtcircuit. Acest regim este periculos si inadmisibil pentru generator, deoarece curentul prin infasurarea indusului in acest caz creste sensibil si devine de 10-15 ori mai mare decat cel nominal.

3. Caracteristica de reglare

Aceasta caracteristica, indica cum trebuie a se regla curentul de excitatie, pentru a se mentine constanta tensiunea la bornele de iesire ale generatorului la variatia sarcinii lui, adica I_e=f(I_a) pentru U=const. Alura caracteristicii este prezen-tata in fig.4.24

Fig.4.24 Caracteristica de reglare a generatorului de c.c. cu excitatie independenta

Generatoarele de c.c. se executa cu excitatie independenta, cand tensiunea la bornele lor de iesire nu este potrivita pentru alimentarea infasurarii lor de excitatie. Iata de ce generatoarele cu excitatie independenta obisnuit sunt pentru tensiuni mai inalte (peste 500V) sau pentru tensiuni relativ reduse (4-24V).

Aplicatie deosebit de mare au aceste generatoare cand este necesara tensiune variabila in limite largi sau pentru a se schimba sensul ei. Acesta este cazul grupu-lui generator motor ce se examineaza ulterior. Dezavantajul generatoarelor cu exci-tatie independenta este necesitatea sursei independente de alimentare a infasurarii lor de excitatie. In aceste cazuri se folosesc generatoarele cu autoexcitatie.