Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος παράλληλης. διέγερσης

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ 6 Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος παράλληλης διέγερσης 1

2 Α. Θεωρητικές επεξηγήσεις: Στις γεννήτριες παράλληλης διέγερσης το τύλιγμα διέγερσης συνδέεται παράλληλα με το κύκλωμα του δρομέα, όπως φαίνεται στο παρακάτω ισοδύναμο κύκλωμα της γεννήτριας: Το ρεύμα της διέγερσης παρέχεται στη γεννήτρια από το κύκλωμα του δρομέα και άρα δεν απαιτείται η ανεξάρτητη πηγή τροφοδοσίας. Η αυτοδιέγερση της γεννήτριας οφείλεται στον παραμένοντα μαγνητισμό των πόλων του στάτη. όταν λοιπόν η γεννήτρια αρχίσει να στρέφεται από την κινητήρια μηχανή η παραμένουσα μαγνητική ροή προκαλεί την ανάπτυξη μιας ΗΕΔ η οποία είναι περίπου ίση με το 2-3% της ονομαστικής τάσης εξόδου της γεννήτριας. Αυτή η αρχική τάση προκαλεί τη ροή ενός ρεύματος στο τύλιγμα της διέγερσης το οποίο αυξάνει την παραμένουσα ροή, η οποία με την σειρά της προκαλεί νέα αύξηση του ρεύματος διέγερσης και της μαγνητικής ροής και ούτω καθ εξής. Από την παραπάνω διαδικασία προκύπτουν λόγοι μη ανάπτυξης τάσης σε μια γεννήτρια με παράλληλη διέγερση όπως α) Η έλλειψη παραμένοντος μαγνητισμού. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να ξεκινήσουμε την γεννήτρια σαν ξένης διέγερσης έτσι ώστε να 2

3 αναπτυχθεί ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο θα επαναφέρει την παραμένουσα ροή στην γεννήτρια. β) Αντίστροφη φορά του τυλίγματος διέγερσης ή της φοράς περιστροφής με αποτέλεσμα το ρεύμα διέγερσης να παράγει ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο έχει αντίθετη φορά και έτσι αντί να αυξάνει το πεδίο στη γεννήτρια να προκαλεί το μηδενισμό του. Γι αυτό το εργοστάσιο κατασκευής κάθε γεννήτριας έχει δώσει μια ορισμένη πολικότητα στον παραμένοντα μαγνητισμό της. Άρα η φορά περιστροφής μιας γεννήτριας είναι καθορισμένη από την πολικότητα αυτή. γ) Μεγάλη αντίσταση στο τύλιγμα διέγερσης και άρα το ρεύμα διέγερσης να μην είναι επαρκές για να διεγείρει την γεννήτρια. δ) Εφαρμογή φορτίου στη γεννήτρια κατά την αυτοδιέγερση της. Έτσι το ρεύμα διέγερσης που παράγει η γεννήτρια ρέει στο κυρίως φορτίο με αποτέλεσμα το ρεύμα της διέγερσης να μην είναι αρκετό για την διέγερση της γεννήτριας. Επομένως η αυτοδιέγερση της γεννήτριας πρέπει να γίνεται χωρίς φορτίο. Η χαρακτηριστική φορτίου της γεννήτριας παράλληλης διέγερσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, διαφέρει από εκείνη της γεννήτριας ξένης διέγερσης επειδή το ρεύμα διέγερσης εξαρτάται από την τάση εξόδου της γεννήτριας. Στην γεννήτρια ξένης διέγερσης το ρεύμα διέγερσης και η ΗΕΔ διατηρούνται σταθερές με το φορτίο. Στην γεννήτρια παράλληλης διέγερσης όταν αυτή λειτουργεί χωρίς φορτίο τότε η τάση της ισούται με την επαγόμενη ΗΕΔ. Φορτίζοντας την γεννήτρια, το ρεύμα του 3

4 επαγωγικού τυμπάνου I a που ισούται με I a I I e αυξάνει. Αυτό σημαίνει αύξηση της πτώσης τάσης στο επαγωγικό τύμπανο a IaRa όπου a R είναι η συνολική ωμική αντίσταση του κυκλώματος του επαγωγικού τυμπάνου. Η τάση λοιπόν της γεννήτριας μειώνεται σύμφωνα με την σχέση 0 IaRa και επειδή στην γεννήτρια παράλληλης διέγερσης το κύκλωμα της διέγερσης είναι παράλληλο στο κύκλωμα του επαγωγικού τυμπάνου, με τη μείωση της τάσης της γεννήτριας μειώνεται και το ρεύμα της διέγερσης διότι I e R. e Αποτέλεσμα της παραπάνω μείωσης είναι η μείωση του μαγνητικού πεδίου, δηλαδή η μείωση της μαγνητικής ροής Φ. Έτσι παρουσιάζεται μια επιπλέον αιτία μείωσης της τάσης. Η αύξηση του φορτίου I έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της αντίδρασης του επαγωγικού τυμπάνου με αποτέλεσμα την παραπέρα μείωση της τάσης. Η διαδικασία αυτή διαρκεί μέχρι το ρεύμα εξόδου να φτάσει μια κρίσιμη τιμή ίση περίπου με 2-2,5 φορές το ονομαστικό ρεύμα της γεννήτριας όπου η καμπύλη της χαρακτηριστικής φορτίου ξαφνικά κάμπτεται και κάνει γόνατο προς τα αριστερά μολονότι η αντίσταση φορτίου εξακολουθεί να μειώνεται. Στην συνέχεια η μείωση της αντίστασης φορτίου προκαλεί την μείωση του ρεύματος το οποίο τελικά παίρνει την τιμή E R r a για μηδενική αντίσταση φορτίου όταν η γεννήτρια παράλληλης διέγερσης βραχυκυκλωθεί. Ο παραμένων μαγνητισμός 4

5 είναι υπεύθυνος για το ρεύμα του φορτίου στην κατάσταση βραχυκύκλωσης. Η συνθήκη αυτή δεν είναι ακίνδυνη διότι την στιγμή του βραχυκυκλώματος το ρεύμα διέγερσης εξαιτίας της τάσης αυτεπαγωγής μειώνεται με χρονική καθυστέρηση. Στο διάστημα μια τέτοιας χρονικής καθυστέρησης μπορεί το ρεύμα βραχυκύκλωσης να γίνει επικίνδυνο για το επαγωγικό τύμπανο της γεννήτριας. 5

6 Β. Πορεία εκτέλεσης της άσκησης: Σκοπός: Μετά την πραγματοποίηση αυτής της άσκησης ο φοιτητής θα μπορεί να: πραγματοποιεί την συνδεσμολογία για την λήψη μετρήσεων σε γεννήτριες Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης με την κινητήρια μηχανή σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα. ρυθμίσει την τάση της γεννήτριας στην ονομαστική της τιμή χωρίς φορτίο. φορτίσει τη γεννήτρια παράλληλης διέγερσης από τη λειτουργία της χωρίς φορτίο μέχρι το βραχυκύκλωμα της. μπορεί να χαράζει την χαρακτηριστική φορτίου της γεννήτριας και να ορίζει τα σημεία του ονομαστικού φορτίου και τάσης, το μέγιστο ρεύμα φορτίου που μπορεί να σηκώσει η γεννήτρια καθώς και το ρεύμα βραχυκύκλωσης της. απαντά σε σύνθετες ερωτήσεις. Πορεία εκτέλεσης της εργαστηριακής άσκησης: 1. Καταγράψτε τα στοιχεία των οργάνων και συσκευών που θα χρησιμοποιηθούν κατά την διεξαγωγή της άσκησης. 2. Πραγματοποιήστε την συνδεσμολογία για την λήψη μετρήσεων στην γεννήτρια Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα. 6

7 R A V S A V + - Rπ Α1 Β2 Α1 Β2 Μεταβλητό Τροφοδοτικο Σ.Ρ Ε1 G- Ε2 n Ε1 M- Ε2 A 3. Ελέγξτε την ορθότητα της συνδεσμολογίας και τοποθετήστε τον στρόφαλο του ρυθμιζόμενου τροφοδοτικού της κινητήριας μηχανής της γεννήτριας στην θέση «0». (τάση τροφοδοσίας της κινητήριας μηχανής της γεννήτριας 0V ). 4. Ξεκινήστε το συγκρότημα δίδοντας σταδιακά τάση στην κινητήρια μηχανή μέχρις ότου η γεννήτρια φτάσει τις ονομαστικές στροφές της. Η ρυθμιστική αντίσταση πεδίου του κυκλώματος της διέγερσης R όπως και η αντίσταση φορτίου R είναι ρυθμισμένες στις μέγιστες τιμές τους. 5. Διεγείρετε την γεννήτρια μειώνοντας σταδιακά την ρυθμιστική αντίσταση διέγερσης μέχρι η τάση ON να φτάσει την ονομαστική της τιμή, έχοντας το κύκλωμα του φορτίου ανοιχτό. 7

8 6. Κλείστε τον διακόπτη του κυκλώματος φορτίου και μειώνοντας σταδιακά την αντίσταση φορτίου R, καταγράψτε σε πίνακα τις I αντίστοιχες τιμές της τάσης A ( ) V και του ρεύματος I. 7. Συνεχίστε τη φόρτιση της γεννήτριας και σημειώστε το μέγιστο ρεύμα φορτίου I καθώς και την τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης I k μετά το «γονάτισμα της». 8. Επαναφέρετε το συγκρότημα στη συνθήκη λειτουργίας χωρίς φορτίο και σταματήστε το ακολουθώντας την αντίστροφη διαδικασία. 9. Σχεδιάστε σε μιλλιμετρέ χαρτί και με κλίμακα την χαρακτηριστική f I Ερωτήσεις:. 8

9 Βιβλιογραφία 1. Ηλεκτρικές Μηχανές I ( Βιβλίο Θεωρίας) Ψωμιάδης Δημήτρης 2. Εφαρμογές Ηλεκτρικών Μηχανών I Ψωμιάδης Δημήτρης 3. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών I Ψωμιάδης Δημήτρης 4. Ηλεκτρικές Μηχανές II (Βιβλίο Θεωρίας) Ψωμιάδης Δημήτρης 5. Εφαρμογές Ηλεκτρικών Μηχανών II Ψωμιάδης Δημήτρης 6. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών II Ψωμιάδης Δημήτρης Ηλεκτρικές Μηχανές. Ασύγχρονες Σύγχρονες Μηχανές. Ν.Π. ΤΡΩΓΑΔΑ. ΤΕΙ Λάρισας. 9. Ηλεκτρικές Μηχανές Συνεχούς Ρεύματος (DC). Μετασχηματιστές. Ν.Π. ΤΡΩΓΑΔΑ. ΤΕΙ Λάρισας. 10. ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Chapman Stephen J. Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ θεωρία, λειτουργία, εφαρμογές, ρυθμίσεις και έλεγχος. Hubert Charles I. Εκδόσεις ΙΩΝ