Generador asíncrono autoexcitado. Generadores con excitación independiente. Características del generador

GENERADORES AUTOEXCITANTES

En la práctica, los más utilizados son los generadores ultrasónicos fabricados según circuitos de autoexcitación, en los que todo el recorrido del amplificador y el sistema oscilatorio está cubierto por retroalimentación positiva, de modo que en él surgen autooscilaciones a la frecuencia de las vibraciones mecánicas máximas. del sistema oscilatorio de trabajo.

Un ejemplo de generadores autoexcitados son los generadores de dispositivos tecnológicos de la empresa "KLN Ultraschal GVBH" (Alemania) para soldadura ultrasónica, los generadores de dispositivos de la empresa "Branson" (Gran Bretaña) para baños de limpieza por ultrasonidos y dispositivos domésticos de el tipo UZ01-01.

Para generar una señal de retroalimentación en generadores autoexcitados, se utilizan circuitos puente, circuitos con transformador diferencial, así como varios circuitos de retroalimentación positiva inductivos y capacitivos. La principal desventaja de los generadores autoexcitados es la necesidad de reconfigurarlos al cambiar el sistema oscilatorio o las herramientas de trabajo para realizar diversas operaciones tecnológicas. Además, en los generadores autoexcitados es imposible regular los parámetros de salida del dispositivo (por ejemplo, la intensidad de las oscilaciones ultrasónicas en la herramienta de trabajo del sistema oscilatorio), ya que se cumplen las condiciones necesarias para el funcionamiento óptimo de un generador autoexcitado. dispositivo excitado son el equilibrio de fase y el equilibrio de amplitud, cuya violación conduce a la interrupción de las autooscilaciones. Esto sucede porque una violación de los modos de funcionamiento del sistema oscilatorio ultrasónico (cambio de carga, calentamiento, etc., así como cambios en los parámetros eléctricos y geométricos del propio sistema oscilatorio) conduce a la desafinación de dos sistemas interconectados simultáneamente: el Sistema de aislamiento de señal de retroalimentación y sistema generador de adaptación oscilatoria. Por lo tanto, la reestructuración del aparato requiere cambiar e interconectar todos los elementos, lo cual es un problema técnico complejo, cuya solución es prácticamente difícil de lograr durante el funcionamiento del aparato.

En la práctica, al realizar diversas operaciones tecnológicas, se requiere un ajuste rápido del aparato al cambiar los parámetros del sistema oscilatorio cambiando las características (regulación) de un elemento electrónico, así como regulando los parámetros de salida del aparato en el proceso de realizar operaciones tecnológicas.

Por esta razón, para un dispositivo ultrasónico multifuncional es necesario utilizar generadores autoexcitados que permitan una amplia gama de operaciones con herramientas de trabajo de sistemas oscilatorios de varios diseños y permitan un fácil ajuste electrónico de las características del dispositivo durante su funcionamiento durante el procesamiento. diversos materiales, entornos y objetos a diferentes temperaturas, etc. En la figura 1 se muestran diagramas esquemáticos de generadores ultrasónicos para su uso como parte de dispositivos de ultrasonido multifuncionales. 4.3. y arroz 4.4. Los diagramas de circuitos difieren en los métodos para generar una señal de retroalimentación y ajustar las características del dispositivo, así como en las características de potencia. El generador mostrado en la Fig. 4.3. más fácil de implementar, tiene una potencia de 40 W y está diseñado para completar un dispositivo multifuncional tipo 2. En él, la retroalimentación se forma mediante un elemento capacitivo sintonizable. El generador, cuyo diagrama de circuito se muestra en la Fig. 4.4, es más complejo y tiene controles electrónicos de frecuencia y potencia. Un generador de este tipo se puede utilizar para completar dispositivos del segundo y tercer tipo.

Debido a la mayor versatilidad de este generador, consideraremos en detalle su estructura y principio de funcionamiento.

Circuito generador ultrasónico mostrado en la Fig. 4.4 contiene un amplificador de frecuencia ultrasónico fabricado con transistores VT2, VT3, un sistema oscilatorio en funcionamiento ZQ1, un circuito de adaptación del amplificador con el sistema oscilatorio que contiene un inductor L, un transformador TR3, así como un circuito de retroalimentación positiva fabricado con los elementos C1, C2, C3, R1, TR1, el circuito de retroalimentación con su entrada está conectado eléctricamente a la salida del amplificador a través de una resistencia compleja, que incluye la resistencia de salida del amplificador y el condensador separador C4, y está realizado en forma de una serie. -condensador conectado y el devanado primario de un transformador adicional TR1, cuyo devanado secundario está conectado a un elemento resistivo sintonizable mecánica o eléctricamente R1, mientras que el circuito de adaptación está conectado en paralelo al circuito de aislamiento de la señal de retroalimentación y tiene la forma de un inductor de compensación L y un transformador de salida TR3 conectados en serie.

Fig.4.3. Diagrama esquemático de un generador de 40W.

Fig. 4.4 Diagrama esquemático de un generador autoexcitado con una potencia de 160 W.

El dispositivo ultrasónico contiene un amplificador con transistores VT2 y VT3 que funcionan en modo de conmutación, lo que permite la máxima conversión de la tensión de alimentación bipolar en oscilaciones eléctricas de frecuencia ultrasónica. La carga del amplificador está conectada en serie a través del condensador de aislamiento C4, el inductor de compensación L y el devanado primario del transformador de salida TR3. Al devanado secundario del transformador TR3 está conectado un sistema oscilatorio de trabajo ZQ1, que contiene un transductor piezoeléctrico, un concentrador de adaptación y un elemento de trabajo para introducir vibraciones ultrasónicas en los materiales, objetos y entornos procesados. El estrangulador de compensación L y el transformador TR3 garantizan la adaptación del amplificador al sistema oscilatorio en funcionamiento. El circuito para aislar la señal de retroalimentación, que también es un circuito para configurar y regular los parámetros del dispositivo, contiene condensadores C1, C2, C3 conectados en serie y el devanado primario del transformador TR1. La señal seleccionada se alimenta al devanado primario del transformador TR2, conectado en serie con el circuito de aislamiento de la señal de retroalimentación.

Un elemento resistivo R1 está conectado en paralelo al devanado secundario del transformador TR1, cuya resistencia se puede cambiar mecánica o electrónicamente (por ejemplo, una resistencia variable para el ajuste manual del dispositivo o un circuito electrónico con una resistencia de salida sintonizable para automatización ajuste del dispositivo).

El circuito para aislar la señal de retroalimentación con el devanado primario del transformador TR2 conectado en serie se conecta a la salida del amplificador en los transistores VT2 y VT3 a través de una resistencia compleja, que es la resistencia de salida del amplificador y el condensador separador C4. , es decir. conectado en paralelo al circuito de adaptación del amplificador con el sistema oscilatorio de trabajo. Los devanados del transformador TR1 están hechos sobre un núcleo magnético común.

El uso del devanado secundario del transformador TR1, ubicado en el mismo circuito magnético que el devanado primario, permite, cambiando el valor de la resistencia de carga R1 (o la resistencia de salida de los circuitos electrónicos sintonizables), cambiar la inductancia del devanado primario. del transformador TR1 La modificación de la inductancia del devanado primario del transformador TR1 garantiza la reestructuración del circuito de realimentación.

Para explicar el funcionamiento del dispositivo, supongamos que cuando se conecta un sistema oscilatorio en funcionamiento utilizado para implementar un determinado proceso tecnológico, el modo de autoexcitación del dispositivo ultrasónico no está garantizado debido a la falta de equilibrio de fase y amplitud. En el dispositivo ultrasónico propuesto, las relaciones de fase entre el voltaje en el punto entre el capacitor C4 y el inductor L y la corriente de salida del amplificador conducen a un cambio en la forma del voltaje de retroalimentación en la entrada del amplificador debido a la presencia de un finito. Resistencia de salida del amplificador.

En este caso, el desequilibrio de fases y amplitudes conduce al hecho de que la carga del amplificador puede ser de naturaleza inductiva y luego la señal de retroalimentación en la entrada del amplificador comienza a conducir la señal de salida en fase, o puede ser de naturaleza capacitiva y luego la señal de salida precede a la señal de retroalimentación. En ambos casos, un cambio en la resistencia R1 asegura un cambio en la inductancia del devanado primario del transformador TR1 y una reestructuración de los parámetros del circuito de retroalimentación. La reorganización de la retroalimentación conduce a un cambio en las relaciones de fase en la entrada y salida del amplificador y, con un cierto valor de resistencia R1, se garantiza la condición de autoexcitación. En este caso, la frecuencia de generación cambia a un valor igual a la frecuencia de resonancia mecánica del sistema oscilatorio en funcionamiento y el generador ultrasónico funciona en modo de autoexcitación. Así, al cambiar la resistencia R1, la retroalimentación dependiente de la frecuencia asegura la sintonización de la frecuencia de generación a la frecuencia de resonancia mecánica y, en el momento inicial, asegura el funcionamiento con cualquiera de los sistemas oscilatorios de trabajo necesarios. En este caso, se puede establecer un cierto cambio de fase en la salida del amplificador, proporcionando un modo de autoexcitación a una frecuencia cercana a la frecuencia de resonancia mecánica. Por lo tanto, al asegurar el funcionamiento del dispositivo a una frecuencia cercana a la resonante, es posible reducir la intensidad de las oscilaciones ultrasónicas excitadas en el medio u objeto procesado, es decir, Establecer el modo óptimo de llevar a cabo el proceso. Se puede realizar el mismo cambio durante el funcionamiento del dispositivo cambiando rápidamente los modos de exposición ultrasónica. Al configurar el dispositivo para que funcione en modo de autoexcitación con el sistema oscilatorio de trabajo seleccionado o las herramientas de trabajo necesarias, se garantiza un cierto proceso tecnológico. Durante este proceso pueden producirse cambios en los parámetros del sistema oscilatorio (debido al calentamiento de los piezoelementos y del material de los revestimientos, cambios en las condiciones de introducción de vibraciones, etc.). En este caso, un cambio en la frecuencia de resonancia mecánica del sistema oscilatorio en funcionamiento, que ocurre dentro de pequeños límites, también conduce a un cambio en la naturaleza de la carga (es decir, la carga llevada a la entrada del generador comienza a ser inductiva o de naturaleza capacitiva) y, dentro de pequeños límites, a un cambio en las relaciones de fase entre la corriente y el voltaje en la salida del amplificador. En ambos casos, para mantener las condiciones de autoexcitación, es decir. Manteniendo el cambio de fase inicialmente establecido en la salida del amplificador, la frecuencia de generación cambia automáticamente dentro de pequeños límites a un valor igual a la frecuencia de resonancia del sistema oscilatorio y la condición de autoexcitación se cumple constantemente.

Por lo tanto, el generador ultrasónico considerado permite llevar a cabo procesos tecnológicos utilizando varios sistemas oscilatorios de trabajo o un sistema oscilatorio con varias herramientas de trabajo, ajustar los parámetros de salida del dispositivo, en particular la intensidad de las oscilaciones ultrasónicas, durante la configuración y operación de el dispositivo, y también garantiza la preservación de las condiciones del modo de autoexcitación establecido originalmente durante el funcionamiento al cambiar los parámetros del sistema oscilatorio y las condiciones de influencia de las vibraciones ultrasónicas en objetos, entornos y materiales. El diagrama esquemático del generador también contiene un relé de tiempo, realizado en el elemento DD1 y que garantiza la inclusión del aparato tecnológico durante la duración del proceso tecnológico. El transistor VT1 se utiliza para estabilizar la amplitud de oscilación del generador. Las ventajas enumeradas hacen que los generadores se consideren adecuados para equipar dispositivos ultrasónicos multifuncionales con una potencia de 40 a 160 W.

La principal ventaja de los generadores autoexcitados es la simplicidad de diseño y la facilidad de operación. Sin embargo, la fabricación de tales generadores requiere un equilibrio preliminar muy preciso del circuito de adaptación del generador con el sistema oscilatorio y el circuito de aislamiento de la señal de retroalimentación. Además, los generadores autoexcitados no cambian automáticamente los parámetros del generador (frecuencia de funcionamiento) en un rango muy amplio, por ejemplo, cuando los parámetros de la carga acústica cambian de un medio gaseoso a un cuerpo sólido. Para solucionar este tipo de problemas se utilizan generadores con excitación independiente, fabricados según circuitos con control automático de frecuencia.

El campo magnético en los generadores se crea, como dijimos en el § 167, mediante electroimanes a través de cuyos devanados debe pasar una corriente continua. En los generadores de corriente alterna, la corriente para los devanados del inductor se obtiene de una batería separada o, más a menudo, de un generador de corriente continua separado montado en el mismo eje que el generador principal (Fig. 326). Los generadores de este tipo, en los que la corriente para crear un campo magnético se toma de una fuente separada, se denominan generadores con excitación independiente.

En los generadores de CC, la corriente continua generada por el propio generador se puede utilizar para crear un campo magnético constante. Este tipo de generadores se denominan generadores autoexcitados.

Puede conectar el circuito inductor, el circuito de armadura y la red de dos formas diferentes, que se muestran esquemáticamente en la Fig. 339 y 340.

Arroz. 339. Diagrama de conexión del inductor, armadura y red en un generador con excitación en serie.

Arroz. 340. Diagrama de conexión de la armadura, el inductor y la red en un generador con excitación en paralelo: – reóstato de ajuste en el circuito del inductor, – reóstato de arranque en el circuito de la armadura

En la figura. 339 muestra el llamado generador excitado en serie o, como a veces se le llama, generador en serie. Aquí el circuito inductor, el circuito de la armadura y la red están conectados en serie, de modo que toda la corriente inducida por el funcionamiento del generador en la armadura pasa en serie a través del inductor y a través de la red. La corriente que pasa por el inductor es igual a la corriente en la red.

En un generador excitado en paralelo, también llamado generador en derivación (Fig. 340), el circuito del inducido y el circuito del inductor están conectados en paralelo y una red (carga) está conectada a ellos.

Así, la corriente que surge en el circuito del inducido se bifurca: una parte pasa a través de la red y la otra parte se bifurca y pasa a través de los devanados del inductor, creando el campo magnético necesario para el funcionamiento del generador. En este caso, la corriente en el inductor es sólo una parte, generalmente pequeña, de la corriente en la red.

169.1. Por su apariencia es fácil distinguir inmediatamente si se trata de un generador (o motor) en serie o en derivación. En los generadores en serie, el devanado de excitación consta de un número relativamente pequeño de vueltas de alambre grueso; El devanado de los generadores en derivación está hecho de un cable más delgado, pero contiene un número significativamente mayor de vueltas. ¿Qué explica esto?

169.2. ¿Es posible arrancar un generador en serie sin carga, es decir desconectándolo de la red? ¿Es posible hacer funcionar un generador en derivación de la misma manera?

Si, cuando se puso en marcha el generador, sus electroimanes estaban completamente desmagnetizados, es decir, no creaban ningún campo magnético, entonces, obviamente, cuando la armadura giraba, no se produciría ninguna emisión inducida en ella. d.s. y no habría ningún lugar donde conseguir la corriente para alimentar los electroimanes. Pero, de hecho, los núcleos de electroimanes que alguna vez estuvieron magnetizados siempre conservan algo de magnetización residual, aunque muy débil. Por lo tanto, siempre hay un campo magnético en el generador, aunque este campo es muy débil antes de que el generador comience a funcionar. Tan pronto como la armadura comience a girar en este campo, surgirá en ella una corriente inducida débil. Al pasar a través de los devanados del electroimán, esta corriente fortalece el campo magnético, cuyo aumento conduce a un aumento de la e inducida. d.s. y actual. En este caso, el campo se potencia aún más, la corriente inducida aumenta aún más, etc. Así, en los primeros momentos la tensión en los terminales del generador es muy pequeña, pero rápidamente aumenta y alcanza el valor para el que está diseñado el generador.

169.3. Los generadores de CC siempre indican en qué dirección debe girar su rotor. Nunca debes hacer funcionar un generador en reversa. ¿Por qué? ¿Qué pasa si hacemos funcionar el generador al revés?

169.4. ¿Qué se debe hacer si el inductor del generador se desmagnetiza accidentalmente y no produce voltaje al arrancar?

Las propiedades operativas de los generadores con excitación en serie y en paralelo son significativamente diferentes. En los generadores del primer tipo, si los desconectamos de la red externa, el circuito del inducido y del inductor se abre y la corriente no puede pasar a través de ellos. Por tanto, no se producirá el proceso de autoexcitación descrito anteriormente, es decir, un aumento gradual de e. d.s., inducido en el ancla; por lo tanto, un generador excitado en serie no se puede arrancar en ralentí, es decir, sin carga. A medida que aumentamos esta carga, es decir, reducimos la resistencia del circuito externo y, por tanto, aumentamos la corriente en él, también aumenta la corriente en el inductor, igual a la corriente en la red. Hasta que el hierro del inductor alcance un estado de saturación magnética, el flujo magnético creado por el inductor aumentará correspondientemente y, con él, aumentará la e inducida en la armadura. d.s. y voltaje en los terminales del generador. Cuando el hierro del inductor se magnetiza hasta la saturación, un aumento adicional de la corriente en sus devanados provocará un aumento muy pequeño del flujo magnético, que ya no es capaz de compensar la creciente pérdida de tensión en los devanados del inducido. Por tanto, el voltaje en los terminales del generador comenzará a bajar; Si hay un cortocircuito en la red externa, el voltaje caerá a cero y la corriente de cortocircuito será varias veces mayor que la corriente normal para la que está diseñado el generador.

Así, la dependencia del voltaje en los terminales de un generador con excitación en serie de la corriente que envía a la red externa tiene la forma que se muestra en la Fig. 341 (los valores normales de tensión en los terminales del generador y corriente en la red se toman como 100%. Esta curva, llamada característica externa del generador, muestra que a medida que aumenta la carga, el voltaje primero aumenta abruptamente, alcanza un valor normal con corriente normal y luego cae a cero. Está claro que una dependencia tan marcada de la tensión del generador de la corriente consumida es prácticamente muy inconveniente. Por lo tanto, en la práctica los generadores con excitación en serie se utilizan muy raramente como generadores de corriente continua.

Arroz. 341. Características externas de un generador con excitación en serie.

La característica externa de un generador con excitación paralela tiene una apariencia completamente diferente (Fig. 342). A medida que reducimos la resistencia de la red, es decir, aumentamos la corriente en ella, el voltaje en los terminales del generador cae. No es difícil entender a qué se debe esto. Cuando la resistencia de la red disminuye (la carga aumenta), cada vez más corriente en la armadura se ramifica a la red y cada vez menos al inductor, ya que la relación de la intensidad de la corriente en estos circuitos conectados en paralelo al armadura es inversamente proporcional a su resistencia (§ 50). Por lo tanto, al aumentar la carga, la corriente en el circuito inductor disminuye y, en consecuencia, su flujo magnético y la e inducida en la armadura disminuyen. d.s. Sin embargo, al principio, mientras el hierro inductor está en estado de saturación, esta caída se produce con bastante lentitud, y cuando la corriente cambia de cero al valor normal, tomado en la figura como 100%, no supera el 10-15%. del valor de tensión normal para el que está diseñado el generador. Por lo tanto, en un rango bastante amplio de cambios de carga, el voltaje del generador cambia muy poco.

Arroz. 342. Características externas de un generador con excitación en paralelo.

Si en un generador con excitación en paralelo reducimos aún más la resistencia de la red, la corriente inicialmente seguirá aumentando, a pesar de la disminución de la tensión en los terminales del generador. A una carga determinada, aproximadamente el doble de la carga normal para la cual está diseñado el generador, la corriente alcanza un valor máximo y luego comienza a caer, porque luego de que el hierro del inductor sale del estado de saturación magnética, la caída de voltaje provocada por una disminución en la La corriente en los devanados del inductor se produce de forma muy pronunciada y la influencia de este factor supera la influencia de reducir la resistencia de la red. Si la red sufre un cortocircuito, la corriente caerá a un valor relativamente pequeño (en la Fig. 342), por lo que para un generador con excitación en paralelo, un cortocircuito no es peligroso.

Se puede lograr una constancia de tensión aún mayor con cambios en la corriente en la red en generadores con los llamados generadores de excitación mixta o compuestos. En estos generadores, hay dos devanados en las piezas polares del inductor. Uno de ellos está conectado al inducido mediante un circuito de conexión en serie, y el otro, según un circuito de conexión en paralelo. Dado que al aumentar la carga e. d.s., causado por los primeros devanados, aumenta y e. d.s. asociado con las segundas caídas, luego, con un cálculo adecuado, es posible lograr una constancia casi completa del voltaje en los terminales del generador con cambios muy grandes en la intensidad de la corriente en la red.

Un generador de barrido es un generador que produce oscilaciones eléctricas.

Generador traducido del latín significa "productor", es decir es un dispositivo que produce un determinado producto. Las oscilaciones en él no desaparecen cuando parte del voltaje alterno se suministra desde la salida a la entrada del generador. En ingeniería de radio se llama oscilador: un sistema que excita oscilaciones en relación con alguna posición de equilibrio.

Un generador autoexcitado es un dispositivo a través del cual la energía de la corriente continua se convierte en energía de oscilaciones electromagnéticas que ocurren sin influencia externa.

La estructura de dicho generador contiene dos vínculos principales. Este es un enlace de retroalimentación con un coeficiente de transmisión y un enlace amplificador.

La retroalimentación positiva estimula al generador a autoexcitarse, lo que le permite cambiar al modo de oscilación de estado estable.

Cuando se activa la tensión de alimentación, se producen pequeñas fluctuaciones en el generador. Están influenciados por una retroalimentación positiva, cuyo efecto se ve reforzado por la cascada de amplificación. Las oscilaciones se transmiten a través de un circuito de retroalimentación positiva a la salida del amplificador. La señal aumenta continuamente a medida que pasa por alto el amplificador y la retroalimentación hasta que se establece un modo oscilante. La transición a este modo es posible reduciendo la pendiente de la amplitud de la señal. El amplificador debe ser no lineal, porque un enlace lineal contribuiría a un aumento en la amplitud de las oscilaciones autoexcitadas.

El generador produce, por regla general, una oscilación de una sola frecuencia y la carga es un circuito oscilatorio paralelo. La resistencia del circuito está activa, a la frecuencia de resonancia es máxima.
La sección de amplificador del generador utiliza amplificadores operacionales y transistores, bipolares y de efecto de campo. La frecuencia de las oscilaciones generadas está determinada por el equilibrio de amplitudes a una determinada frecuencia, debido a la correspondencia del amplificador con una carga resonante con la frecuencia resonante del circuito.

El proceso de generación de oscilaciones depende del modo de funcionamiento seleccionado para un generador autoexcitado. El modo está determinado por el coeficiente de retroalimentación y la tensión de alimentación. Al elegir un modo, es importante prestar atención a la posición del punto de operación en el elemento amplificador, que depende del voltaje de polarización. La autoexcitación ocurre fácilmente cuando el punto de operación está ubicado en la región de gran pendiente. La posición inversa del punto de funcionamiento detiene y complica la autoexcitación del generador. Hay dos modos de excitación: dura y suave. En modo difícil, el punto de operación se desplaza hacia la izquierda y no hay voltaje de polarización. Como resultado, pequeñas fluctuaciones en el circuito no pueden provocar una autoexcitación. El modo suave ocurre cuando el punto de operación se encuentra en la sección recta del elemento de refuerzo.

El proceso de autoexcitación transcurre sin obstáculos, la amplitud de la corriente base aumenta y al mismo tiempo aumenta la amplitud de la tensión de salida.

Para operar un generador autoexcitado, es necesario utilizar ambos modos de excitación enumerados, es decir, un circuito de polarización combinado. En el momento de encender, el modo suave es conveniente, pero en el futuro conduce a grandes pérdidas en el circuito del generador, por lo que después de establecer el modo suave, debe cambiar al modo difícil.

Uno de los parámetros más importantes de un generador autoexcitado es la estabilidad de la frecuencia. Su valoración cuantitativa es el valor inverso. Este recíproco representa la inestabilidad de frecuencia relativa. Bajo la influencia de factores desestabilizadores, los parámetros del generador cambian, como resultado de lo cual también cambian los ángulos de fase. Es curioso que después de esta operación se establece otro modo estacionario de oscilación en el generador y la suma de los ángulos de fase vuelve a corresponder a la relación.

Puede aumentar la estabilidad tan necesaria de un generador autoexcitado utilizando varias técnicas. Mediante estabilización paramétrica, manteniendo la constancia del sistema oscilatorio y los parámetros requeridos del generador. Para implementar dicha estabilización, es necesario mantener un voltaje de suministro constante y proteger el sistema oscilatorio de la influencia de influencias externas. Hay otra forma de aumentar la estabilidad. Para hacer esto, es necesario seleccionar un circuito y un modo de funcionamiento del generador en el que los ángulos de fase cambien ligeramente. Otra opción para aumentar la estabilidad es compensar los cambios en la temperatura de los elementos del generador, y deben ser de naturaleza opuesta a otros cambios. Este elemento puede ser un circuito oscilatorio, que aumenta al aumentar la temperatura. Y finalmente, la última forma de lograr la estabilización es utilizando resonadores de cuarzo, que son muy estables como sistemas oscilantes.

Existen generadores síncronos autoexcitados de la serie SJ, que están diseñados para funcionar a largo plazo como fuente de corriente alterna. Trabajan como parte de unidades móviles y estacionarias. Estos generadores pueden funcionar de forma autónoma, en paralelo con otros generadores, así como con una red rígida.

Para impulsar dicho generador se utilizan motores de combustión interna, motores eléctricos y diversas turbinas.

Un generador autoexcitado se utiliza en dispositivos de transmisión de radio, donde genera energía de corriente continua y alterna en energía de radiofrecuencia.

en todos los casos máquina eléctrica asíncrona Consume potencia reactiva de la red necesaria para crear un campo magnético. Durante el funcionamiento autónomo de una máquina eléctrica asíncrona en modo generador, un campo magnético en el entrehierro se crea como resultado de la interacción de la fuerza magnética de todas las fases y la fuerza magnética del devanado del rotor. La naturaleza de la distribución de la fuerza magnética en movimiento es exactamente la misma que en un motor eléctrico asíncrono (IM), esto también determina la naturaleza de la distribución del campo magnético en la división de polos. En un generador asíncrono, este flujo es muy cercano a la sinusoidal y, cuando el rotor gira, induce una FEM E en las fases del estator y en el devanado del rotor. y E 2, que puede tomarse como sinusoidal.
A diferencia de un motor eléctrico asíncrono, en un generador eléctrico asíncrono, en este caso, los EMF E1 y E2 están activos y mantienen la corriente en los circuitos correspondientes y en la carga conectada a los terminales de salida.

En funcionamiento en estado estacionario, las relaciones básicas de un generador eléctrico asíncrono con autoexcitación se determinan a partir del circuito equivalente. La única diferencia principal es que se conecta una resistencia de carga de 2 N = K n +]X N a sus terminales para asegurar la autoexcitación y regulación de voltaje cuando la carga de un generador eléctrico asíncrono con resistencias X c = 1/coC y X sc = 1/ cambios.
Como puede verse, el voltaje cuando se opera bajo carga cambia tanto debido a la caída de voltaje a través de las resistencias r 1 y x 1, como debido a una disminución en el flujo magnético Fo t asociado con el efecto desmagnetizante de la fuerza magnética en movimiento del rotor. Si el circuito magnético de un generador eléctrico asíncrono se realiza con una saturación suficientemente fuerte, entonces el flujo Fo t permanece casi constante y el voltaje U 1 cambia en menor medida al aumentar la carga, y su característica externa se vuelve más "dura".

Métodos para regular el voltaje de un generador asíncrono autónomo. Autoexcitación de un generador eléctrico asíncrono.

Características de la autoexcitación de un generador asíncrono. Un motor eléctrico asíncrono conectado a una red de CA trifásica, a una velocidad del rotor mayor que la velocidad del campo del estator, cambia al modo generador y suministra energía activa a la red, consumiendo energía reactiva de la red necesaria para crear un campo magnético giratorio de inducción mutua. El par electromagnético de frenado que actúa sobre el rotor es superado por el motor de accionamiento: un motor diésel, una turbina hidráulica, turbina eólica etc.
Esto requiere una fuente de potencia reactiva: un banco de condensadores o un compensador síncrono conectado al devanado del estator. En este caso, parece casi natural operar un generador asíncrono con deslizamiento supersíncrono, cuando la velocidad de rotación del rotor es mayor que la velocidad del campo magnético giratorio. Sin embargo, en la práctica se puede excitar a una velocidad del rotor significativamente menor que la velocidad síncrona, y los valores de tensión y frecuencia de corriente resultan ser proporcionales a la velocidad del rotor y, además, dependen del circuito de conexión del condensador. Así, en el experimento (según los datos experimentales del ingeniero jefe Stefan A.M. (NK EMZ, N. Kakhovka)) se utilizó un motorreductor asíncrono de condensador del tipo AIRU112-M2 al conectar un banco de condensadores con una capacidad de 3 × 120 μF en un La “estrella” se excita a una velocidad p p = 2133 rpm con un voltaje GGf = 60 V y una corriente de fase 1ph = 0,8 A, y cuando se conectan los mismos condensadores en un “triángulo” voltaje = 52 V y una corriente 1ph = 1,4 A surgen a una velocidad p p = 1265 rpm.

Se observó un fenómeno muy interesante en el generador asíncrono IMN 90-L4 serie A cuando se conectó una capacitancia de 40 µF solo a una de las tres fases. En este caso excitacióngenerador asíncrono ocurrió a una velocidad n 2 = 1369 rpm con parámetros U1ph = 209 V, I = 1,29 A, G = 44 Hz. Con una capacitancia C = 60 μF conectada a una de las fases, los parámetros Excitación de un generador eléctrico asíncrono. eran iguales: n 2 - 1300 rpm, U = 500 V, I = 6,4 A, G = 124 Hz. Cuando la velocidad de rotación del rotor aumentó a síncrona (1500 rpm), se observó un aumento en la frecuencia actual a 400 Hz. En algunos casos, por el contrario, no era posible conseguir una excitación estable de un generador asíncrono ni siquiera a una velocidad de rotor supersíncrona. Por ejemplo, para rotores de acero laminado, sólido liso y magnetizado, la autoexcitación no se produjo en ningún valor de la capacitancia conectada.

Para un rotor de acero macizo con una fina pantalla de cobre, así como para un rotor de engranajes de acero macizo con extremos de cobre, el AG se excita de forma estable al valor de capacitancia calculado. Una máquina asíncrona con rotores lisos de cobre o aluminio se excita sin influencias externas adicionales.

Así, los procesos físicos de autoexcitación de un generador asíncrono pueden clasificarse con razón como insuficientemente estudiados, lo que se debe, en nuestra opinión, al uso predominante de AM como motor hasta la fecha, al desarrollo de teoría, métodos de cálculo y diseño para ello y para el modo generador. Estas máquinas fueron diseñadas y producidas con bastante poca frecuencia.
En los sistemas de generación de baja potencia, por regla general, se utilizan AM, diseñados para funcionar en modo motor con excitación por condensador.

Descripción del proceso de autoexcitación basado en el principio de magnetización residual de un circuito magnético.

El trabajo moderno sobre la autoexcitación de AG mediante condensadores estáticos se basa en tres enfoques. Uno de ellos se basa en el principio de magnetización residual del circuito magnético de la máquina, cuya FEM inicial luego se amplifica mediante la corriente capacitiva en el estator. Consideremos este enfoque.

La corriente de campo para la mayoría de los generadores es parte de la corriente de armadura. Cuando se arranca el generador, inicialmente no hay corriente en la armadura y, por lo tanto, en el devanado de campo, pero en el marco masivo siempre hay un pequeño flujo magnético F r de magnetización residual, igual al 1-3% del funcionamiento normal. flujo de la máquina. Cuando el motor primario hace girar la armadura del generador, el flujo residual induce una pequeña fem en el devanado de la armadura. En el caso de un generador con excitación en paralelo, esta EMF E I, x crea cierta corriente i B en el devanado de excitación y, por lo tanto, surge cierta excitación MMF. Relativo al flujo magnético F GRAMO se puede dirigir de acuerdo con o en sentido contrario, es decir, para magnetizar o desmagnetizar el circuito magnético de la máquina. Para la autoexcitación es necesaria una dirección constante, que se produce cuando el devanado de campo está conectado correctamente a la armadura. Con tal conexión, la intensidad del campo de la corriente de excitación aumenta el campo magnético de la máquina, y este último induce una gran EMF en el devanado del inducido. Un aumento de la FEM provoca un aumento adicional de la corriente de excitación. La limitación del aumento independiente del flujo y la corriente de excitación está asociada a la saturación del circuito magnético de la máquina.

Una vez finalizado el proceso transitorio, la EMF en el devanado del inducido mi I y la corriente de excitación Iv tendrá valores constantes. Encontremos estos valores utilizando las características de ralentí de la máquina (Fig. 13.26). Si descuidamos la resistencia del circuito de la armadura. r I en comparación con la resistencia del circuito de excitación r in, entonces la corriente de excitación en estado estable r in se determina a partir de la condición mi I = r en el siglo I. Esta condición en el gráfico corresponde al punto de intersección de la característica de ralentí. mi I (I B) y recto mi I = r en I en, es decir punto A. tangente del ángulo pendiente en línea recta mi I = r en I en el eje x depende de r en. Si disminuye I in, por ejemplo introduciendo un reóstato en el circuito de excitación, entonces el punto de intersección se mueve hacia la izquierda. (A"). Si la resistencia del circuito de excitación es suficientemente grande, llamada crítica, la máquina no se excita.

Si no hay magnetización residual en la máquina (debido a un cortocircuito o golpes mecánicos), para restaurarla se necesita una fuente externa de corriente continua de al menos baja potencia. Esta fuente debe cortocircuitarse con el devanado de excitación de la máquina desmagnetizada y luego la magnetización residual creada debe usarse para la excitación normal.

Los fenómenos de autoexcitación se utilizan en generadores con excitación paralela y mixta.

13.10. Generadores con excitación en paralelo, serie y mixta.

Ud. generador con excitación paralela parte de la corriente del inducido sirve para excitar el campo magnético principal de la máquina (figura 13.27). Estos generadores se utilizan con mayor frecuencia para producir corriente continua, ya que no requieren una fuente adicional de electricidad para el circuito de excitación, lo que simplifica enormemente el mantenimiento de la máquina; Al mismo tiempo, el voltaje de dichos generadores cambia poco debido a las fluctuaciones de carga.

Al poner en marcha un generador con excitación en paralelo, se utiliza el fenómeno de autoexcitación descrito anteriormente para crear un flujo magnético en el circuito magnético.

Características inactivas El generador con excitación en paralelo prácticamente no difiere de la característica con excitación independiente, ya que la influencia de los cambios de voltaje en esta característica r V 1 V y la reacción del ancla de salida de excitación es insignificante. Esta coincidencia del tipo de características también se da para la característica de control.

Pero característica externa con excitación paralela del generador (A) es significativamente menor que con excitación independiente () (Figura 13.28). La razón de esto es una disminución en la corriente de excitación cuando el voltaje disminuye, ya que I en = Ud./ r B . Con excitación independiente, una disminución en el voltaje entre los terminales del generador con un aumento en la corriente del inducido se debe a dos razones: un aumento en el voltaje a través de la resistencia activa del inducido y la reacción del inducido. Con la excitación en paralelo, a estas dos razones se suma una tercera razón: una disminución en la corriente de excitación. Mientras esta corriente corresponda a las condiciones de saturación del circuito magnético del generador (la parte plana de la característica magnética), la disminución de la FEM del inducido es menor que la disminución de la corriente de excitación (figura 13.29). En tales condiciones, a medida que disminuye la resistencia del circuito de carga, aumenta la corriente del inducido. Pero las condiciones cambian drásticamente cuando, como resultado de un aumento en la corriente del inducido y la consiguiente disminución del voltaje, la corriente de excitación disminuye tanto que el circuito magnético del generador queda en un estado insaturado. En las condiciones de la parte lineal de la característica magnética, una disminución en la corriente de excitación provoca una disminución proporcional en el flujo y la FEM de la armadura, lo que provoca una disminución adicional en la corriente de excitación, y esto a su vez provoca una nueva disminución en la EMF, etc. Se produce una especie de autodesmagnetización del generador, que termina en la máquina. Cuando se cortocircuita la armadura, sólo se retiene la magnetización residual, manteniendo una corriente de cortocircuito limitada (inferior a la nominal).

La corriente de armadura a la que la máquina entra en modo de autodesmagnetización se llama crítica I cr. Su valor es 2-2,5 veces mayor que el valor nominal. La sección de la característica externa debajo de I cr (línea discontinua en la Fig. 3.28) corresponde a un régimen inestable.

El cambio nominal de voltaje del generador con excitación en paralelo es significativamente mayor que con excitación independiente y asciende al 8-15%.

EN generador con excitación en serie la armadura está conectada en serie con el devanado de excitación, por lo que la corriente de carga es al mismo tiempo la corriente de excitación (figura 13.30). Bobinado de campo w dicha máquina está hecha de alambre diseñado para una alta corriente de inducido; el número de vueltas de dicho devanado es pequeño.

Cuando un generador con excitación secuencial está inactivo, la FEM en su devanado de armadura será inducida únicamente por el flujo de magnetización residual. En consecuencia, la característica de inactividad de este generador no se puede eliminar. También carece de característica de ajuste.

El voltaje de este generador (figura 13.31) primero aumenta al aumentar la corriente del inducido. Luego, el tipo de característica comienza a cambiar debido a la saturación magnética (la fem de la armadura deja de aumentar, mientras que el voltaje a través de la resistencia de la armadura continúa aumentando) y el efecto desmagnetizador de la reacción de la armadura. Como resultado, el voltaje del generador disminuye a medida que aumenta la carga. Debido a la variabilidad de la tensión, los generadores bobinados en serie sólo se utilizan en unos pocos casos especiales.

Generador de excitación mixta tiene dos devanados de excitación: paralelo w pares y secuenciales w pueblo (figura 13.32). Con un generador de este tipo, el voltaje permanece casi constante cuando la carga cambia dentro de ciertos límites. Esto se logra utilizando excitación en serie para compensar el aumento en la caída de voltaje a través de la resistencia de la armadura y la disminución de la corriente en el devanado de campo paralelo, así como para compensar el efecto desmagnetizador de la armadura a medida que aumenta la corriente de carga. Gracias a la presencia de un devanado de excitación en serie.

el flujo magnético principal del generador y con él el EMF mi I aumenta al aumentar la carga. Seleccionando adecuadamente el número de vueltas del devanado de excitación en serie, es posible lograr la igualdad de voltajes del generador en ralentí y con carga nominal (curva A en la figura. 13.33).

Un generador con excitación mixta es conveniente en instalaciones de potencia relativamente baja para evitar cambios significativos de voltaje cuando se desconectan consumidores individuales. Pero el uso de tales generadores para funcionamiento en paralelo suele ser inconveniente: una disminución accidental en la velocidad de rotación del motor primario del generador puede reducir la EMF del generador a un nivel inferior al voltaje de la red, debido a esto la corriente en la armadura del generador y en su devanado de campo en serie cambiará su dirección, lo que puede causar inversión de magnetización en el generador y fallas graves en la instalación.