ELEKTRICITEIT GELIJKSTROOMGENERATOREN Technisch Instituut Sint-Jozef, Wijerstraat 28, B-3740 Bilzen Cursus : I. Claesen / R.

Transcriptie

1 ELEKTRICITEIT GELIJKSTROOMGENERATOREN Technisch Instituut Sint-Jozef, Wijerstraat 28, B-3740 Bilzen Cursus : I. Claesen / R. Slechten, Versie:13/12/ Gelijkstroogeneratoren Bepaling Toepassingsgebied Werkingsprincipe Saenstelling Werking van de collector -coutator Verschil tussen een wissel- en gelijkstroogenerator Ankerwikkelingen Gegenereerde e..s. in de ankerwikkeling Tegenwerkend koppel van het anker Ankerreactie Verschijnsel Gevolgen Hulppolen Copensatiewikkeling Coutatie Bekrachtiging van gelijkstroogeneratoren Gelijkstroogenerator et onafhankelijke bekrachtiging Opstelling Nullastkarakteristiek Inwendige karakteristiek Uitwendige karakteristiek Gelijkstroogenerator et shuntbekrachtiging Opstelling Werkpunt van de generator Uitwendige karakteristiek Niet op spanning koen Gelijkstroogenerator et copoundbekrachtiging Opstelling Uitwendige karakteristiek Anti-copound Hyper -copound Gebruik van gelijkstroogeneratoren Voorbeelden Polariteit Verogens in een gelijkstroogenerator Rendeent van een gelijkstroogenerator Uitgewerkte opgaven Toepassingen Herhalingstaken... 26

2 1 Gelijkstroogeneratoren 1.1 Bepaling Een gelijkstroogenerator is een elektrische achine, die echanische rotatie-energie ozet in elektrische gelijkstrooenergie. 1.2 Toepassingsgebied Het praktisch gebruik van de gelijkstroogeneratoren is de laatste decennia sterk achteruitgegaan als gevolg van de evolutie van de gelijkrichtingstechniek. Vandaar dat enkel een opsoing gegeven wordt van de belangrijkste toepassingen: - Voeding van gelijkstroootoren et erg veranderlijke belasting; - Voeding van gelijkstroonetten. (Zie labo elektriciteit) - Tachogenerator. 1.3 Werkingsprincipe Twee basisprincipes worden gehanteerd: Als een geleider et lengte l de veldlijnen van een unifor agnetisch veld B et een eenparige snelheid v snijdt onder een hoek a t.o.v. de richting van de veldlijnen, wordt in die geleider een elektroagnetische spanning (es) gegenereerd waarvan de grootte bepaald wordt door: e = Blv...sin α (1) 2

3 Als in een spoel et N windingen een osloten fluxverandering df optreedt in een tijdsinterval dt tengevolge van een beweging, dan is de gegenereerde es: δφ e N δ t = (2) In de praktijk wordt een spoel rondged raaid rond haar as tussen de polen van een agnetisch veld. Er ontstaat dan evenwel volgens uitdrukking (1) een sinusvorige es in de spoel odat de doorlopen hoek a lineair verandert volgens: α = ω.t (3) Deze wisselspanning wordt ogezet in gelijkspanning en vervolgens naar buiten gebracht. Hiertoe gebruikt en de collector-coutator, een echanisch gelijkrichtsystee. Tegenwoordig wordt deze echanische gelijkrichter echter vervangen door elektronische Si-diodes (zie wisselstroo - generatoren: autogenerator). O de zin van de es te bepalen in een geleider gebruiken we de rechterhandregel: - de handpal houden we zodanig dat de zin van het agnetisch veld er binnentredend is; - de dui houden we in de zin van de beweging van de geleider in het agnetisch veld; - de vingers duiden vervolgens de zin van de es aan in de betreffende geleider. 1.4 Saenstelling Een gelijkstroogenerator bezit in de stator de inductoren voor het opwekken van het agnetische veld van de generator en in de rotor (of het anker) de wikkelingen voor het genereren van de es, ankerwikkelingen geheten. Het statorgedeelte bestaat uit een gietstalen geraate dat aan de binnenzijde voorzien is van uitspringende polen die zorgen voor het agnetisch veld in de generator. Iedere pool bestaat uit een (gelaelleerde) kern, een gelaelleerde poolschoen en een bekrachtigings wikkeling. In de bekrachtigingswikkelingen, die aangebracht worden rond de kernen, wordt een gelijkstroo ingestuurd via vaste kleen (kleaanduiding: J-K of C-D). De poolschoen zorgt voor een betere verdeling van de agnetische flux in de luchtspleet tussen de poolschoen en de rotor. De borstels die vervaardigd zijn uit grafiet (koolstof) worden bevestigd in borstelhouders en neen de stroo af van de ronddraaiende collector -coutator. 3

4 De rotor bestaat uit een cilindervorige elektroagnetische keten van gelaelleerd Si-staal, aan de otrek voorzien van gleuven, waarin de werkzae geleiders van de ankerwikkeling (kleaanduiding: A-B) worden aangebracht. De uiteinden van de ankerspoelen zijn verbonden et de koperen laellen van de collector-coutator aan een zijde van het anker aangebracht. De hardkoperen plaatjes zijn onderling geisoleerd door icanietplaatjes. 4

5 1.5 Werking van de collector-coutator Het doel van de collector (verzaelaar) is de gegenereerde spanningen van de verschillende ankerspoelen te verzaelen en via de borstels de ankerwikkeling te verbinden et de verbruiker. Het doel van de coutator (oschakelaar) is de verbindingen van de verschillende ankerspoelen te veranderen op het ogenblik dat de es erin nul wordt en okeert van zin. De eest eenvoudige collector-coutator bestaat uit 2 van elkaar geïsoleerde halve ringen, waaraan de uiteinden van de winding verbonden zijn. De borstels A en B staan diaetraal tegenover elkaar. In de getekende stand van de voorstelling is de es in de geleiders 1 en 2 axiu; de polariteit is zodanig dat borstel A de positieve kle vort (A+ en B-). Op het ogenblik dat de winding voorbij de horizontale (of neutrale) stand kot, is de es in beide geleiders nul; de borstels sluiten de collectorsegenten a en b kart: dit heeft geen gevolgen daar de es in beide geleiders toch nul is. Eens de winding voorbij de neutrale stand, kot geleider 1 in het Z-poolgebied en geleider 2 in het N-poolgebied. De zin van de es in beide geleiders is wel veranderd; ondertussen zijn echter de collectorlaellen a en b in contact gekoen et de andere borstels B en A. Het gevolg is dat borstel A de positieve kle blijft, zodat de stroozin in de verbruiker niet wijzigt. Als het agnetisch veld hoogeen is, zal de es in de winding sinusvorig zijn en de pulserende stroo in de verbruiker is dan saengesteld uit halve sinusoiden. Het agnetisch veld verloopt in de luchtspleet echter radiaal (kortste weg), zodat de es van de winding onder de poolschoen axiu zal zijn (a = 90 ). De es verloopt dan trapeziuvorig. 5

6 1.6 Verschil tussen een wissel- en gelijkstroogenerator Gelijkstroogenerator Wisselstroogenerator 6

7 1.7 Ankerwikkelingen Indien verscheidene windingen over het anker worden verdeeld, dan zal de collector-coutator bestaan uit verschillende segenten, waarop de uiteinden van deze windingen verbonden worden. Door de serie-parallelschakelingen van deze spoelen, krijgen we een nagenoeg constante gelijkspanning. In de volgende voorstelling is een tweepolige luswikkeling getekend. Door gebruik te aken van de rechterhandregel, kunnen we de verschillende stroozinnen opzoeken en bijgevolg ook de plaats van de borstels. In het strookringschea zien we dat de geleiders opgenoen zijn in een serieparallelschakeling: 2 ankertakken en 4 spanningen in serie. Verits het aantal ankertakken van een ankerwikkeling steeds even is, stelt en het aantal paar parallelle ankertakken voor door a. Het aantal parallelle ankertakken is dus 2.a Indien het aantal werkzae geleiders in het anker voorgesteld wordt door z, dan is het z aantal spannigen in serie per tak = 2. a ( Transparant) fig. a fig. b Tot slot illustreert figuur b het uitgeslagen wikkelschea van de voorgestelde luswikkeling. 7

8 1.8 Gegenereerde e..s. in de ankerwikkeling De gegenereerde e..s. opgewekt in een geleider is: E1 =.. In deze uitdrukking stelt: - B de inductie voor: B S φ = - l de lengte van de werkzae geleiders - v de otreksnelheid van het anker: De uitdrukking wordt dan: 1 φ... lπ dn E = 60. S Blv π. dn. tr v = et n in 60 in Verits het aantal polen steeds een even getal is, stellen we het aantal paar polen voor door p. Het aantal polen van de generator is dan 2. p De totale anteloppervlakte van het anker vinden we et de uitdrukking π. dl. (otrek x hoogte). De oppervlakte S per pool is bijgevolg deze totale anteloppervlakte gedeeld door het aantal polen of in forulevor: S π. dl. 2. p = (4) De uitdrukking van de e..s. in een enkele geleider wordt dan: 1 Verits er per ankertak 2ẓ a 2. p.. φ n E = 60 werkzae geleiders zijn, wordt de gegenereerde e..s. in een ankertak: E tak = pz... φ n 60. a De gegenereerde e..s. in de ankerwikkeling van de generator is de es in een ankertak, zodat de algeene uitdrukking van de gegenereerde es in de ankerwikkeling wordt: E = ke.. φ n (5) waarin ke de elektrische achineconstante wordt genoed, verits voor een bepaalde achine p, z en a constanten zijn: pz. ke = (6) 60. a Besluit: De gegenereerde e..s. is dus evenredig et de flux in de generator en et de draaisnelheid van het anker. 8

9 1.9 Tegenwerkend koppel van het anker Zodra de generator elektrische energie levert aan de verbruiker, zal de stroo ervan vloeien door de anker-wikkelingen van de generator. De stroovoerende geleiders van het anker zullen in het agnetisch veld van de generator Lorentzkrachten ondervinden die de drijvende kracht van de aandrijvende achine zal tegenwerken (wet van Lenz). Er ontstaat een tegenwerkend koppel Tt: Tt k.. φ I = (7) a waarin k de echanische achineconstante wordt genoed, verits voor een bepaalde achine p, z en a constanten zijn: k pz. 2. na. = (8) Besluit: Het tegenwerkend koppel van het anker is evenredig et de flux in de genera tor en et de geleverde ankerstroo. (bewijs: zie gelijkstroootoren) Het tegenwerkend koppel dat dus groter wordt et de stroo, zal door de aandrijvende achine overwonnen oeten worden. De aandrijvende achine zal bijgevolg eer rotatie-energie oeten toevoeren Ankerreactie Verschijnsel Als het anker van een gelijkstroogenerator onbelast is, dus geen stroo voert, bestaat in de generator enkel de statorflux Fs, die gericht is volgens de poolaslijn ab. Ze wordt opgewekt door de statorpolen en sluit zich langs de antel van de stator. 9

10 Indien de generator echter belast wordt, zal de ankerstroo een ankerflux Fa voortbrengen, die loodrecht staat op de statorflux en gericht is volgens de neutrale lijn cd. Het ankerveld Fa vort saen et het statorveld Fs een resulterend agnetisch veld F. De inwerking van het ankerveld op het statorveld noet en ankerreactie Gevolgen Door de ankerreactie wordt de inductie onder de uitgaande spitsen (geleider kot onder de pool uit) versterkt en onder de ingaande spitsen verzwakt. Odat echter de agnetische inductie tengevolge van de statorflux groot is, zodat de polen verzadigd zijn, zal geen vereerdering van de inductie kunnen optreden onder de uitgaande spitsen. De fluxverindering zal zich echter wel voordoen onder de ingaande spitsen, zodat resulterend een fluxdaling zal optred en. Hierdoor zal de gegenereerde es in de ankerwikkeling oak dalen. De neutrale lijn verdraait over een hoek B in de draaizin van het anker. Deze hoek is groter naarate de ankerstroo, en dus de ankerreactie groter is. De gegenereerde es wordt nu nul in de nieuwe neutrale lijn, zodat wel degelijk een kleine spanning wordt opgewekt in de stand van de oude neutrale lijn, waardoor het couteren eer wordt beoeilijkt (vonkvoring). 10

11 Hulppolen Deze hulppolen oeten het ankerveld bestrijden. Het zijn kleine, salle polen die tussen de hoofdpolen worden geplaatst. Ze zijn voorzien van weinig windingen dikke draad, die in serie geschakeld zijn et de ankerwikkeling. De polariteit van de hulppool is deze van de in de draaizin volgende polariteit van de hoofdpool. Bij een juiste keuze van het aantal aperewindingen zal de ankerdwarsflux grotendeels geneutraliseerd worden. Hulppolen worden gebruikt bij achines et klein verogen (kw) Copensatiewikkeling De copensatiewikkeling wordt aangebracht in gleuven die voorzien worden in de poolschoenen van de statorhoofdpolen. De copensatiewikkeling staat eveneens in serie et de ankerwikkeling, waardoor het copensatieveld evenredig wordt et de ankerstroo. De zin van de copensatieflux Fc is tegengesteld aan de ankerdwarsflux Fa. Doo r een gepast aantal copensatiewindingen te kiezen, wordt een degelijke copensatie verkregen. Copensatiewikkelingen worden toegepast voor gelijkstroogenerato ren et groot verogen. 11

12 1.11 Coutatie Couteren is het okeren van de stroozin in een wikkelspoel als die van het ene naar het andere poolgebied overgaat. Beschouwen we drie wikkelspoelen (1,2 en 3) waarbij het coutatieverschijnsel zal optreden in wikkelspoel 2. Voor de coutatie begint, krijgt de borstel A (+) die zich bevindt op lael b zijn stroo (Ia) enerzijds via spoel 1 (takstroo I) en anderzijds via spoel 2 (takstroo I). Als de coutatie begint, zal de borstel gelijktijdig in contact zijn et de laellen b en c, zodat wikkelspoel 2 nu kortgesloten wordt, hetgeen niet nadelig is daar de es erin nul is (neutrale lijn). De borstel A krijgt zijn stroo van de linkertak via spoel 1 en lael b en van de rechtertak via spoel 3 en lael c. De stroo I die zojuist in de rechtertak via spoel 2 nog vloeide gaat kleiner worden door de kort-sluiting van spoel 2 via de laellen b en c en de borstel A. Als de coutatie beëndigd wordt, zal de borstel A lael b verlaten en dus alleen aar in contact zijn et lael c. De borstel A krijgt zijn stroo van de rechtertak nog steeds via spoel 3 en lael c, aar krijgt de stroo van de linkertak nu via spoel 2 en lael c. De stroo in spoel 2 is dus plots gestegen van 0 naar I, waardoor in wikkelspoel 2 een zelfinductiespanning gaat optreden, tegen de zin in van de opgedrongen stroo. Het gevolg is dat de stroo gedeeltelijk via lael b naar borstel A zal overspringen onder de vor van een vonk. De voortdurende coutaties zullen de collector oververhitten en beschadigen. O de optredende zelfinductiespanning tegen Ite gaan, worden zogeheten coutatiepolen (zie hulppolen) gebruikt, die tijdens de coutatie een es genereren in de couterende spoelen en op deze anier de zelfinductie-spanningen en dus ook de vonkvoring tegengaan. 12

13 1.12 Bekrachtiging van gelijkstroogeneratoren Bekrachtiging (excitatie) is het opwekken van de agnetische flux in de elektroagnetische keten van een generator. Ze kan bekoen worden et: - peranente agneten: toegepast voor gelijkstroogeneratoren et klein verogen en als tachogenerator gebruikt in de regeltechniek (klespanning evenredig et het toerental); - elektroagneten: toegepast voor gelijkstroogeneratoren et groot verogen, waarbij de veldwikkelingen gevoed worden et behulp van een gelijkstroo; naargelang van de herkost van deze gelijkstroo, spreken we over: - onafhankelijke bekrachtiging: de generator wordt bekrachtigd door een spanningsbron, die onafhankelijk is van de generator (een batterij accuulatoren, een wisselspanningsbron et gelijkrichter, een andere generator). - zelfbekrachtiging: de bekrachtigingswikkeling krijgt een stroo afkostig van de generator zelf (de veldwikkeling wordt in parallel aangesloten op de ankerwikkeling). Zelfbekrachtiging is ogelijk dankzij het reanent agnetise. In de ankerwikkeling die in dit zwak agnetisch veld draait, wordt een kleine es gegenereerd. Die kleine spanning is oorzaak van een kleine stroo in de bekrachtigingswikkeling, waardoor het agnetisch veld versterkt wordt (indien de stroozin goed gekozen is). De rotor draait nu in een sterker agnetisch veld waardoor de gegenereerde es groter geworden is. De stroo in de veldwikkeling neet toe, alsook de gegenereerde es in de ankerwikkeling : we zeggen dat de generator op spanning kot. Dit verschijnsel gaat door totdat de elektroagnetische keten verzadigd is. Bij generatoren et zelfbekrachtiging onderscheiden we: o shuntbekrachtiging: de veldwikkeling wordt in parallel geschakeld et de ankerwikkeling; o copoundbekrachtiging: bezit een bijkoende veldwikkeling voor serieschakeling. Korte shunt lange shunt 13

14 1.13 Gelijkstroogenerator et onafhankelijke bekrachtiging Opstelling In het schakelschea vinden we twee kringen terug: de ankerketen en de veldketen. De ankerketen, die de stroo oet leveren aan een belasting et weerstand R, bestaat uit een serieschakeling van de ankerwikkeling (geschakeld tussen de borstels, kleaanduiding A-B),en de hulpwikkeling en/of copensatiewikkeling (kleaanduiding G-H). De bekrachtigingswikkeling (kleaanduiding J-K) wordt gevoed door een onafhankelijke gelijkstroobron. De grootte van de flux wordt bepaald door de uitdrukking: N. I φ = (9) R De bekrachtigingsstroo I wordt klein gehouden, teneinde de gelijkstroobron zo weinig ogelijk te belasten en een klein jouleverlies in de bekrachtigingswikkeling te laten ontstaan. Dit houdt in dat het aantal windingen N van de veldwikkeling groot oet gekozen worden, hetgeen een hoge zelfinductiecoëfficiënt teweegbrengt: 2 N L = (10) R De draaddoorsnede van de veldwikkeling is klein, waardoor de agnetische weerstand R relatief groot is. O het agnetisch veld veranderlijk te aken, wordt in serie et de veldwikkeling een regelweerstand Rv geplaatst: het is de veldregelaar (kleaanduiding s-t). Odat de veldwikkeling zeer inductief is, oeten er voorzorgen genoen worden bij het onderbreken van de veldketen: de hoge zelfinductiespanning kan doorslag van de isolatie van de veldwikkelingen tot gevolg hebben. Vandaar dat de veldregelaar uitgerust is et een rustcontact (q), waardoor de veldwikkeling wordt kortgesloten bij uitschakeling: hierdoor wordt de veldstroo kortgesloten en de opgehoopte energie in het agnetisch veld wordt dan in de veldwikkeling ogezet in warte. 14

15 Nullastkarakteristiek De nullastkarakteristiek geeft het verband weer tussen de gegenereerde e..s. E in de ankerwikkeling en de bekrachtigingsstroo I in de veldwikkeling, bij constant toerental en bij nullast van de generator: E = f(i ) et (n = constant, la = 0) Als de generator voor het eerst in gebruik wordt genoen, zal voor I = 0 geen es gegenereerd worden in de ankerwikkeling, onafhankelijk van de snelheid. De curve begint dan in de oorsprong 0 (1). Voor relatief kleine waarden van de bekrachtigingsstroo I, is de es evenredig et I, odat nog geen verzadigingsverschijnselen optreden in de agnetische keten. De curve verloopt in het begin dus rechtlijnig. Bij hogere waarden van 1 zal de curve afbuigen naar de I-as, tengevolge van de verzadigingsverschijnselen. Indien nu de bekrachtigingsstroo 1 afneet zal de es E verinderen. We stellen echter vast dat voor eenzelfde waarde van I de es E een hogere waarde heeft dan zojuist (2). Dit is te wijten aan het hysteresisverschijnsel. Als I = 0 geworden is, zal nog een es Er in de ankerwikkelingen gegenereerd worden, tengevolge van het reanent agnetise. Bij een volgende stijging van de bekrachtigingsstroo I zal de curve beginnen in O' (3). Over het algeeen werkt een generator et ongeveer verzadigde agnetische keten Inwendige karakteristiek De inwendige karakteristiek geeft het verband weer tussen de es E in de ankerwikkeling en de uitwendige stroo I, bij constante snelheid n en constante bekrachtigingsstroo I: E = f(i ) et ( n = ct,i = ct) a 15

16 Theoretisch kunnen we stellen dat volgens uitdrukking (5 (E = ke.f.n)) de gegenereerde es E in de ankerwikkeling constant is, en dus onafhankelijk van de belastingsstroo Ia. De curve is een rechte evenwijdig et de I-as. In werkelijkheid kunnen we stellen dat de gegenereerde es E daalt bij toeneende belastingsstroo Ia. Dit is te wijten aan de stijging van de ontagnetiserende invloed van de ankerreactie. De flux daalt dan, waardoor de es E daalt. (De inwendige karakteristiek kan geconstrueerd worden et behulp van de uitwendige karakteristiek en forule 11) Uitwe ndige karakteristiek De uitwendige karakteristiek geeft het verband weer tussen de klespanning U van de generator en de belastingsstroo Ia, bij constante snelheid n en constante bekrachtigingsstroo I: U = f (I ) et ( n = ct,i = ct) a De klespanning U is het verschil tussen de es E gegenereerd in de ankerwikkeling en het inwendig ohs spanningsverlies in de ankerketen (ankerwikkeling en hulpwikkeling): U = E I.( R + R ) (11) a a h Bij toeneende stroo Ia, zal het inwendig ohs spanningsverlies in de ankerketen stijgen, waardoor de klespanning lager daalt dan de es E. Bij stijging van de stroo boven de noinale waarde In, zal de klespanning geleidelijk verder dalen en zelfs afneen tot nul, als de generator wordt kortgesloten. De kortsluitstroo is dan: I k = E R + R a h (12) Kortsluiting levert gevaar op voor verbranding van de ankerwikkelingen van de generator. De spanningsdaling van de klespanning van de gelijkstroogenerator et onafhankelijke bekrachtiging is gelegen tussen 4 en 10 % van de noinale waarde En. 16

17 1.14 Gelijkstroogenerator et shuntbekrachtiging Opstelling Het is een generator et zelfbekrachtiging, waarbij de veldketen parallel wordt geschakeld et de ankerketen. De ankerketen bestaat uit de ankerwikkeling (A-B) en de hulp en/of copensatiewikkeling (G-H), terwijl de veldketen opgebouwd is uit de bekrachtigingswikkeling (C-D) en de veldregelaar (s-t). De ankerstroo Ia splitst zich in de belastingsstroo I in de uitwendige keten en de bekrachtigingsstroo I in de veldketen: I = I + I (13) a Door het feit dat de generator zelf de bekrachtigingsstroo oet leveren, zal de bekrachtigingsstroo I klein worden gehouden o de generator niet te zwaar te belasten. O et deze kleine stroo I de nodige flux F (9) te bekoen, oet en de shuntwikkeling uitvoeren et veel windingen. Veel windingen dunne draad, levert een grote weerstand R, een hoge zelfinductiecoëfficiënt L (10). De veldregelaar wordt dus ook voorzien van een kortsluitcontact q. 17

18 Werkpunt van de generator Veronderstellen we nu dat bij de shuntgenerator de veldregelaar volledig is uitgeschakeld, dan is de weerstand van de veldketen gelijk aan de weerstand van de veldwikkeling R; tussen de klespanning U en de bekrachtigingsstroo I bestaat volgend verband: U = R. I De curve van de agnetisatieketen stelt dus eenvoudigweg een rechte door de oorsprong voor, waarvan de helling bepaald wordt door de weerstand van deze keten: U tg α = = R I Het nullastwerkpunt S van de shuntgenerato r wordt bepaald door het snijpunt van de nullastkarakteristiek en de rechte door de oorsprong. Als we de weerstand van de veldregelaar Rv vergroten, zal ook de weerstand van de veldketen vergroten, waardoor de helling van de rechte groter wordt (a). Het snijpunt S zal dan naar links verplaatsen over de nullastkarakteristiek, waardoor de gegenereerde es kleiner wordt Uitwendige karakteristiek De uitwendige karakteristiek geeft het verband weer tussen de 1 klespanning U van de generator en de belastingsstroo I, bij constante snelheid n en constante weerstand van de Bekrachtigingsketen R: U = f (I) et (n = ct., R = ct.) 18

19 De karakteristiek van de shuntgenerator is dalend, owille van: - de daling van de gegenereerde es in de ankerwikkeling door de ankerreactie; - de daling van de klespanning doordat het inwendig ohs spanningsverlies in de ankerketen toeneet; - de daling van de gegenereerde es in de ankerwikkeling door het feit dat de flux verindert, odat de bekrachtigingsstroo I kleiner wordt, daar U daalt. De daling van de uitwendige karakteristiek is groter dan bij de generator et onafhankelijke bekrachtiging, odat de bekrachtigingsstroo bij de shuntgenerator daalt (odat U daalt) en bij de onafhankelijk bekrachtigde generator constant blijft. Bij de noinale stroo In is de daling van U bij de shuntgenerator ongeveer 15 %. Wordt de shuntgenerator overbelast, dan zal bij een bepaalde axiu stroosterkte Iax een ontagnetisatieverschijnsel optreden, waarna de stroosterkte geleidelijk zal afneen, tot bij kortsluiting van de generator (U = 0). De kortsluitstroo Ik wordt enkel bepaald door de es opgewekt door het reanent agnetise en de inwendige weerstand van de ankerketen: I k = Er R + R a h (14) Door de terugval van de karakteristiek, is het ogelijk de shuntgenerator kort te sluiten zonder gevaar voor verbranding van de ankerwikkelingen, op voorwaarde dat dit niet plots gebeurt Niet op spanning koen De volgende oorzaken van het niet op spanning koen van de shuntgenerator kunnen voorkoen: - Er is geen reanent agnetise aanwezig in de agnetische keten van de generator; vanuit een onafhankelijke bron wordt even een stroo gestuurd in de bekrachtigingsketen. - Het reanent agnetise wordt tegengewerkt, waardoor de es daalt; de stroozin in de veldwikkeling kan ogekeerd worden door de aansluitingen van de veldwikkeling o te keren ofwel kan de zin van de es in de ankerwikkeling ogekeerd worden door de draaizin van de generator te veranderen. - De weerstand van de bekrachtigingsketen is te hoog, waardoor het werkpunt S te laag ligt; de weerstand van de veldketen verlagen door de veldregelaar eer uit te schakelen of door de snelheid te verhogen waardoor de nullastkarakteristiek hoger kot te liggen en het werkpunt naar rechts opschuift. 19

20 1.15 Gelijkstroogenerator et copoundbekrachtiging Opstelling De copoundgenerator bezit twee veldwikkelingen: een veldwikkeling voor parallelschakeling (C-D) en een veldwikkeling voor serieschakeling (E-F). Er bestaan twee ogelijke schakelschea's: - et korte shunt: de shuntwikkeling staat direct parallel over de ankerketen, terwijl de seriewikkeling in serie staat et de belasting; de stroo in de seriewikkeling is dan: Is = I (15) - et lange shunt: de shuntwikkeling staat parallel over de serieschakeling van ankerketen en seriewikkeling; de stroo in de seriewikkeling wordt dan: I s = I (16) a Odat de stroo in de seriewikkeling in beide schakelingen groot is, zal het aantal windingen o de vereiste flux (9) te bekoen relatief klein zijn. De seriewikkeling bestaat dus uit weinig windingen, dikke draad rand de poolkernen. De weerstand Rs en de zelfinductiecoefficient Ls (10) zijn laag Uitwendige karakteristiek De uitwendige karakteristiek geeft het verband weer tussen de klespanning U van de generator en de belastingsstroo I, bij constante snelheid n en constante weerstand van de bekrachtigingsketen R: U = f(i) et n = cte en R = cte 20

21 Als de copoundgenerator onbelast is vloeit er in de seriewikkeling geen stroo, en bestaat er in de generator enkel de flux voortgebracht door de shuntwikkeling, waardoor een bepaalde waarde van de klespanning (es) gegenereerd wordt in de ankerwikkeling. Zonder seriewikkeling, zal als de generator belast wordt et de noinale stroo In een bepaalde spanningsdaling ontstaan, door het feit dat de shuntflux in waarde gedaald is (zie oorzaken bij shuntgenerator). Door een juiste keuze van het aantal windingen van de seriewikkeling, kan de daling van de shuntflux gecopenseerd worden door de serieflux (ee-copound), zodat bij de noinale belastingsstroo In, de oorspronkelijke waarde van de klespanning terug bekoen wordt. Men spreekt dan van juiste copensatie. Fig Anti-copound De aansluiting van de seriewikkeling is zo geaakt, dat de serieflux de shuntflux tegenwerkt. Bij stijgende belastingsstroo I, zal de flux dan sterk dalen, zodat de klespanning ook sterk zal dalen. Fig Hyper-copound De hypercopoundgenerato~ is voorzien van een versterkte seriewikkeling (ee-copound), zodat de klespanning groter is dan de oorspronkelijke waarde bij de noinale stroo. Op deze wijze kunnen de spanningsverliezen in de leidingen r' tussen generator en belasting gecopenseerd worden, zodat de belasting een in of eer constante klespanning ve rkrijgt. 21

22 1.16 Gebruik van gelijkstroogeneratoren Gelijkstroogenerator et peranente agneten: Hij wordt aangewend als tachogenenator in de regeltechniek, waardat het toerental van een bepaalde as ogezet wordt in een evenredige spanning op zijn kleen. Gelijkstroogenerator et onafhankelijke bekrachtiging: We onthouden voornaelijk dat spanningsregeling bij deze generator op een zeer soepele wijze gebeurt, waardoor hij bijzonder geschikt is voor voeding van gelijkstroootoren et sterk wisselende belasting (liften, walsen). Shuntgeneratoren: Ze worden aangewend voor het voeden van gelijkstroonetten (parallelwerking) en voor het laden van batterijen. Copoundgenerator: hij leent zich het best voor het voeden van gelijkstroonetten voor elektrische tractie. Anti-copoundgenerator: wordt aangewend voor vlab ooglasapparaten vooral voor het lassen van non-ferroaterialen Voorbeelden Tachogenerator 1.17 Polariteit O de polariteit van de gegenereerde es en dus van de klespanning te veranderen, volstaat het: ofwel de draaizin van de aandrijfachine o te keren; ofwel de polariteit van de polen te wijzigen. Bij generatoren et een veldwikkeling kan de polariteit van de polen gewijzigd worden door de zin van de veldstroo o te keren; dit kan en bekoen door de aansluitingen van de veldwikkeling te verwisselen. Bij generatoren et zelfbekrachtiging dient en er op te letten, dat de zin van het reanent agnetise eerst wordt gewijzigd, daar anders de generator niet op spanning kan koen; dit kan gebeuren door even een stroo te sturen vanuit een onafhankelijke bron. 22

23 1.18 Verogens in een gelijkstroogenerator Het nuttig verogen Pn van de generator is het elektrisch verogen dat de generator ter beschikking stelt van de belasting: Pn = UI. (17) Het inwendig verogen Pi van de generator is het verogen dat door de ankerwikkeling van de generator ontwikkeld wordt: P i = EI. (18) a Het toegevoerd verogen is het echanisch rotatie-verogen dat door de aandrijfachine aan de as van de generator wordt afgeleverd: Pt = Tω. (19) Bij generatoren et onafhankelijke bekrachtiging wordt ook nog een elektrisch verogen in de bekrachtigingsketen toegevoerd: P = T. ω + ( R + R ). I (20) 2 t v De verogensverliezen die in de generator voorkoen zijn: - de echanische verliezen P: het zijn de wrijvingsverliezen veroorzaakt door de as in de lagers, de borstels op de collector, ventilatie van de generator; - de ijzerverliezen Pfe: hysteresis- en wervelstrooverliezen in de ferro-agnetische keten van de rotor en poolschoenen; - de koperverliezen Pcu: jouleverliezen in de ankerwikkeling, jouleverliezen in de hulp- en/of copensatiewikkeling en jouleverliezen in de veldketen van een generator et zelfbekrachtiging: P = ( R + R ). I + ( R + R ). I + R. I (21) cu a h a v s s Het verband tussen het toegevoerd verogen, het inwendig elektrisch verogen en het nuttig verogen kan et behulp van de volgende uitdrukkingen beschreven worden: Pt = Pi + P + Pfe (22) P = P + P (23) i cu 23