Ηλεκτρικές Μηχανές Ι. Ενότητα 9: Γεννήτριες Συνεχούς Ρεύματος. Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

Transcript

1 Ηλεκτρικές Μηχανές Ι Ενότητα 9: Γεννήτριες Συνεχούς Ρεύματος Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας Εκμάθηση Γεννητριών Συνεχούς Ρεύματος (ΓΣΡ). 4

5 Περιεχόμενα ενότητας Γεννήτρια ξένης διέγερσης. Γεννήτρια παράλληλης διέγερσης. Γεννήτρια διέγερσης σειράς. Σύνθετη διέγερση. 5

6 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΤΥΠΟΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΣΡ (1) - Ανάλογα με τη συνδεσμολογία της περιέλιξης διέγερσης έχουμε Μηχανές Συνεχούς Ρεύματος (ΜΣΡ) ξένης διέγερσης, παράλληλης διέγερσης, διέγερσης σειράς και σύνθετης διέγερσης. - Γεννήτρια ξένης διέγερσης: Περιέλιξη διέγερσης έχει διαφορετική πηγή τροφοδοσίας από την κύρια τάση (του δρομέα). Εξισώσεις: Τύμπανο: U=E-R a I. Διέγερση: U e =(R e +R e )I e. 6

7 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΤΥΠΟΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΣΡ (2) Σχήμα 1. Κύκλωμα Ξένης διέγερσης, Πηγή : «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος. Τύμπανο: U=E-R a I Διέγερση: U e =(R e +R e )I e 7

8 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΤΥΠΟΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΣΡ (3) Σχήμα 2. Διάγραμμα V-I, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη, Χαρακτηριστική φόρτισης: Τάση U συναρτήσει ρεύματος φόρτισης για σταθερή διέγερση Ι e, δηλαδή για σταθερή Ε. Η πτώση τάσης R a I είναι σχετικά μικρή (5 % της Ε στην ονομαστική λειτουργία). Μηχανή περίπου σταθερής τάσης. 8

9 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΤΥΠΟΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΣΡ (4) - Στην εσωτερική αντίσταση Ra περιλαμβάνονται όλες οι αντιστάσεις (περιέλιξη τυμπάνου, αντίσταση διάβασης από συλλέκτη σε ψήκτρες, αντίσταση ψηκτρών). - Η πτώση τάσης στις δύο τελευταίες αντιστάσεις είναι 2V και για τις δύο πλευρές. - Συνεπώς, από τα παραπάνω προκύπτει ότι το ρεύμα βραχυκύκλωσης Ι s =E/R a, είναι πολύ μεγάλο. (20 φορές το ονομαστικό). 9

10 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΤΥΠΟΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΣΡ (5) - Ο ροοστάτης διέγερσης έχει τρία άκρα. Με τη βοήθεια του τρίτου άκρου βραχυκυκλώνεται το πηνίο διέγερσης, όταν πρόκειται να διακοπεί το κύκλωμα τροφοδότησης. - Έτσι αποφεύγεται η απότομη διακοπή του ρεύματος του πηνίου διέγερσης, που θα δημιουργούσε υπέρταση και σπινθήρα. - Η αντίσταση της περιέλιξης Re είναι μεγάλη, το ρεύμα μικρό, οι αγωγοί της έχουν μικρή διατομή και ο αριθμός ελιγμάτων είναι μεγάλος. 10

11 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΤΥΠΟΙ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΣΡ (6) Σχήμα 3. Κύκλωμα ξένης διέγερσης 2, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

12 Γεννήτρια Παράλληλης διέγερσης (1) Σχήμα 4. Κύκλωμα παράλληλης διέγερσης, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

13 Γεννήτρια Παράλληλης διέγερσης U=(R e +R e )I e. U=E-R a I a. I a =I e +I. (2) Συνεπώς μαζί με το ρεύμα φόρτισης Ι αλλάζει και το ρεύμα διέγερσης Ι e και οι τάσεις U και Ε (επαγόμενη τάση στον δρομέα). Η πτώση τάσης λόγω της αντίστασης R a είναι πιο μεγάλη συγκριτικά με τη γεννήτρια ξένης διέγερσης. 13

14 Γεννήτρια Παράλληλης διέγερσης (3) Το ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι ακίνδυνο, αφού τότε δεν υπάρχει τάση διέγερσης και μένει μόνο η τάση παραμένοντος μαγνητισμού: Ι s =E π /R a. Στο κενό ρεύμα διέγερσης και δρομέα είναι ίδια. Επειδή η αντίσταση διέγερσης είναι πολύ μεγαλύτερη, θεωρούμε ότι I a >>I e. 14

15 Γεννήτρια Παράλληλης διέγερσης (4) Σχήμα 5. Διάγραμμα παράλληλης διέγερσης, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

16 Γεννήτρια Παράλληλης διέγερσης (5) Σχήμα 6. Συνδεσμολογία παράλληλης διέγερσης, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

17 Γεννήτρια Παράλληλης διέγερσης: Αυτοδιέγερση (1) Αυτοδιεγείρεται σε λειτουργία κενού με τη βοήθεια του παραμένοντος μαγνητισμού. Το ρεύμα διέγερσης είναι Ι e =E π /(R e +R a ). Επειδή Ra<<Re, το σημείο τομής της καμπύλης μαγνήτισης και της δεύτερης ευθείας είναι το σημείο λειτουργίας. 17

18 Γεννήτρια Παράλληλης διέγερσης: Αυτοδιέγερση (2) Σχήμα 7. Κύκλωμα διέγερσης σειράς, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

19 Γεννήτρια Διέγερσης Σειράς (1) Η περιέλιξη διέγερσης διαρρέεται από το ρεύμα του δρομέα Ι e =I a =I, και για αυτό είναι κατασκευασμένη από αγωγό μεγάλης διατομής με λίγα ελίγματα, δηλαδή έχει μικρή αντίσταση R e. U=E-(R a +R e )I. Η μαγνητεγερτική δύναμη Ε δεν είναι σταθερή, λόγω του μεταβαλλόμενου ρεύματος φόρτισηςδιέγερσης. 19

20 Γεννήτρια Διέγερσης Σειράς (2) Η χαρακτηριστική φόρτισης κατασκευάζεται και πάλι με τη βοήθεια της καμπύλης μαγνήτισης και την πτώση τάσης στις αντιστάσεις του κυκλώματος. Στο κενό υπάρχει μόνο η τάση Ε π. Η αυτοδιέγερση επιτυγχάνεται μόνο με κλειστό κύκλωμα, δηλαδή με φόρτιση. 20

21 Γεννήτρια Διέγερσης Σειράς (3) Σχήμα 8. Συνδεσμολογία διέγερσης σειράς, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

22 Γεννήτρια Διέγερσης Σειράς (4) Σχήμα 9. Διάγραμμα διέγερσης σειράς, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

23 Γεννήτρια Σύνθετης διέγερσης (1) Για να αποφευχθεί η πτώση τάσης που προκαλεί το ρεύμα φόρτισης, στις γεννήτριες παράλληλης διέγερσης, τοποθετείται στους κύριους πόλους, εκτός από την περιέλιξη παράλληλης διέγερσης και περιέλιξη διέγερσης σε σειρά, η οποία ενισχύει το μαγνητικό πεδίο. Έτσι η αύξηση της Ηλεκτρεγερτικής Δύναμης (ΗΕΔ) αντισταθμίζει την πτώση τάσης. Απαιτείται φυσικά να προσεχθεί η πολικότητα, γιατί διαφορετικά οδηγεί σε αντίθετα αποτελέσματα. 23

24 Γεννήτρια Σύνθετης διέγερσης (2) Οι δύο περιελίξεις διέγερσης διαφέρουν κατασκευαστικά. Ποια από τις δύο είναι με πολλά και χοντρά ελίγματα και ποια το αντίθετο; Ι a =I+I e. E=R a I a +R εσ Ι+U=(R a +R εσ )Ι a +U. U 1 =(R επ +R επ )Ι e =E-R a I a. 24

25 Γεννήτρια Σύνθετης διέγερσης (3) Σχήμα 10. Κύκλωμα σύνθετης διέγερσης, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

26 Γεννήτρια Σύνθετης διέγερσης (4) Σχήμα 11. Διάγραμμα σύνθετης διέγερσης, Πηγή : «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

27 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ν. Σκραπαρλής, Β. Μολασιώτης, Δ. Τσιαμήτρος, «Εργαστηριακές Ασκήσεις Ηλεκτρικών Μηχανών Συνεχούς και Εναλλασσομένου Ρεύματος», Σύγχρονη Παιδεία. Chapman S., Electrical Machinery Fundamentals, Fourth Edition, McGraw-Hill Inc.. «Μηχανές συνεχούς ρεύματος και ασύγχρονες μηχανές», Ξυπτεράς Γ., Εκδόσεις Ζήτη,

28 Τέλος Ενότητας.