Alalisvoolugeneraatori uurimine (1)

LK 9. Alalisvoolugeneraatori  uurimine
1. Üldist
Alalisvoolumasina (joonis 1) põhiosadeks on:
–  magnetvälja tekitav osa,  staator  e  induktor , milleks võib olla püsimagnet, kuid
tänapäeval on selleks tavaliselt vooluga toidetav ergutusmähis;
–   magnetväljas pöörlev mähis  (pool, raam) e rootor . Alalisvoolumasinate rootorit
tavatsetakse nimetada ankruks.
Ike
Joonis 1. Alalisvoolumasina
ristlõige. Joonisel on näidatud
d
N
ergutusmähisega induktor, s.t et
-
siin magnetväli tekitatakse
N
pöörleva mähise  asukohas siis,
kui läbi ergutusmähise voolab
NJ
vool. Pöörleva mähise tasand on
hetkel risti neutraaljoonega NJ ja
Induktori pooluse
paralleelne  magnetilise
r
Ankur pooliga
S
induktsiooni  B  jõujoontega, s.t
+
et ehkki momendil magnetvoog
Ergutusmähis
S
F = 0 , on nii  dF / dt kui ka
genereeritav emj maksimaalsed.
Joonisel pole näidatud
kommutaatorit.
Induktori poolused on kinnitatud silindrilise  terasikke külge, mis on samaaegselt masina
kereks kui ka magnetahela osaks. Induktori poolustele on paigutatud ergutusmähised.
Ankruks on pöörlemisvõllil asetsev uurestatud silinder , mis on valmistatud elekrotehnilise
terase plekkidest. Silindri uuretes on ankrumähis – üks või mitu voolu juhtivat pooli. 
Alalisvoolumasinad on pööratavad – üks ja sama seade võib töötada nii generaatori kui ka
mootorina (joonised 2A ja 2B).
Kui ankur panna mehhaanilise jõu mõjul pöörlema, siis indutseeritakse ankrumähises
Faraday  elektromagnetilise induktsiooni seaduse kohaselt induktsiooni elektromotoorjõud:
dF
dY
e = -w
= -
(1)
i
dt
dt
ja saame generaatori. Siin w – ankrumähise keerdude  arv,  dF / dt  – magnetvoo muutumise
kiirus läbi ankrumähise (Wb/s),  Y = wF   –  aheldusvoog (Wb). 
r
Kui aga läbi ankrumähise juhtida vool, siis induktori magnetväljas induktsiooniga  B  (T)
mõjub ankrumähisele jõumoment 
ã Hans Korge, 2006
1
i
Induktori poolused
i
ator
ator
N
harjad
Ankur mähisega
N
I
I
harjad
Kommuta
Kommuta
NJ
NJ
εi
RT
ε+
+
Kommutaatori
II
lestad
II
S
S
Induktori poolused
Joonis 2A. Generaator . Kui ankur
Joonis 2B. Mootor. Kui magnetväljas
mähisega panna  magnetväljas pöörlema
asetseva ankrumähisest lasta läbi vool,
nooltega  näidatud suunas, siis mähises
siis ankur hakkab jõumomendi
r
r
r
indutseeritakse induktsiooni emj εi.
M = p ´ B   mõjul pöörlema. Et
m
Hetkel, kui mähise tasand ühtib
jõumoment säilitaks oma suuna, tuleb
neutraaljoonega NJ, on indutseeritav emj
iga poolpöörde järel muuta voolusuunda
null ja  kommutaatoris vahetuvad
mähises. Voolusuuna muutmine toimub
harjadega kontakteeruvad lestad koos
kommutaatori abil hetkel, kui mähise
mähise külgede I ja II polaarsuse
tasand ühtib neutraaljoonega NJ, sel
vahetumisega ning see tagabki
hetkel on mähisele mõjuv jõumoment
kommutaatori harjadel alati emj sama
r
M = 0.
polaarsuse.
r
r
r
M = p ´ B ,
(2)
m
r
r
mis paneb ankru pöörlema ja saame mootori. Siin  p = w I S  – ankrumähise magnetmoment
m
(A·m), I – vool ankrumähises, S – ankrumähise pindala. Jõumomendi ühikuks on N·m.
Alalisvoolugeneraatori ja –mootori oluliseks osaks on  kommutaator , mille ülesandeks on
voolusuuna automaatne muutmine ankrumähises iga poolpöörde järel. Kommutaator on
kinnitatud ankruvõllile ja koosneb üksteisest isoleeritud voolujuhtivatest lestadest
(lamellidest), milledega on ühendatud ankrumähise otsad . Lestade arv sõltub mähise poolide
arvust: ühepoolilise mähise korral on kaks poolringikujulist lesta, kahepoolilise mähise korral
– neli veerandringilist lesta jne. Kommutaatori lestad ühendatakse läbi kahe diagonaalselt
asetseva harja kas tarvitiga (generaatori korral) või ankrumähise toiteallikaga (mootori
korral). Harjad valmistatakse söest, grafiidist või vasest ja nad asuvad harjahoidjates, kus nad
vedrudega surutakse vastu kommutaatorilesti. Harjahoidjad on kinnitatud kere  või ikke külge. 
2
2. Alalisvoolugeneraatorid
Järgnevalt tutvume lähemalt alalisvoolugeneraatorite tööga, variantidega ja viimaste
omadustega.
Vaatleme  kõigepealt lihtsaimat alalisvoolugeneraatorit, mille mähis koosneb ühest poolist
(joonis 2A). Kuna ankrumähis pöörleb nurkkiirusega w  (rad/s), siis teda läbib ajas muutuv
magnetvoog:
r r
F = B × S = B × S × cos(w t +a )
0
ja temas indutseeritakse vahelduv emj:
d
e
F
i = -w
= ww B S sin(w t a
+ ) = e sin(
m
w t +a )
0
0
dt
r
Siin:  B  – induktori tekitatud magnetiline induktsioon , S – ankrumähise pindala, t – aeg, a0
r
r
– algnurk, s.t nurk vektorite  B  ja  S  vahel vaatluse alghetkel, kui loeme  t = 0 . Valemite
lihtsustamiseks valime üldjuhul alghetkeks momendi, mil a = 0 . Genereeritava emj
0
amplituudväärtus e = ww B S  .
m
Kommutaator võimaldab saada alalist emj: 
e = e sinw t .
i
m
Genereeritava emj kuju on esitatud joonisel 5A. Polaarsuse vahetus e kommutatsioon toimub
hetkel, kui e
  e nn neutraaljoonel NJ, siis kui ankrumähise tasapind on risti magnetvälja
i = 0
v r
jõujoontega (seega  B S ,   F = F
, kuid   dF / dt = 0 ).
max = B S
Tekkinud pulseeriv alalispinge on kaugel ideaalsest alalispingest. Genereeritud alalispinge
pulseerib nullist kuni emj amplituudväärtuseni e , kusjuures pulsatsioonisagedus võrdub
m
kahekordse ankru pöörlemissagedusega  w . Meenutame, et ankru pöörlemisperiood
T = p
2 /w , seega pulseerimisperiood võrdub T / 2 . 
Pulsatsiooni vähendamiseks ankrumähis sektsioneeritakse. Sektsioon koosneb tavaliselt
mitmest järjestikkusest keerust (w) ja ühendatakse kindlas korras kollektori lestadega.
Sektsioonide küljed paigutatakse uuretesse kahe kihina – moodustub kahekihiline mähis. Üks
sektsiooni külgedest paikneb ühe uurde ülemises kihis, teine külg – teise uurde alumises
kihis. Mitmekihilisus võimaldab saada suuremat voolu.
Mitu sektsiooni, millel on ühine isolatsioon uurde seinte suhtes, moodustavad mähise pooli.
Joonisel 3 on esitatud neljasektsiooniline mähis, mis on jaotatud kaheks pooliks: sektsioonid
11´ ja 33´ moodustavad ühe pooli ning sektsioonid 22´ ja 44´ – teise pooli, mis on esimese
suhtes pööratud 90º.  Kaks paralleelset haru moodustuvad igal hetkel kahest järjestikku
ühendatud erinevast sektsioonist nende lestade vahel, mis kontakteeruvad sel hetkel
harjadega (vt tabelit 1).
Mähise selline ehitus tagab, et ankru täispöörde T  jooksul genereerib kumbki pool emj
maksimumi lähedal kaks korda vahedega T / 2 ja seega summaarse emj pulsatsiooniperiood
on T / 4 .   Summaarne emj (joonis 5B) on ka tunduvalt “siledam” ja 1,414 korda suurem, kui
ühesektsioonilise pooliga generaatori korral (joonis 5A).
3
A
360°
A´
N
1
2´
3´
4´
1´
2´
3´
4´
1´
2´
N
3´
S
2
3
4
1
2
3
4
1
2
2´
4
2
4´
1´
B
B´
S
3
Ülal ankrumähise laotatud skeem, s.t  ankrumähise sektsioonide
paigutuse ja ühenduste kujutamine sirgestatud pinnal.
Keerukamate mähiste korral on selline kujutamine
ülevaatlikum. On näidatud sektsioonide otste ühendamine
kommutaatori lamellidega, harjad (mustad  ruudud ).  Mähise
tegelik asukoht  on vahemikus AB-A´B´.
Joonis 3.  Kahepoolilise neljasektsioonilise (11´, 22´, 33´, 44´) ankrumähise sektsioonide
paigutus uuretes ja ühendus kommutaatori lestadega: vasakul – ankru ristlõige, paremal –
laotatud skeem. Sektsioonid 11´ ja 33´ moodustavad ühe pooli, 22´ ja 44´ – teise pooli.
Sellise ühenduse korral ankrumähis moodustab alati kaks paralleelset haru, kus kumbki
haru koosneb kahest järjestikusest sektsioonist ning kujutatud hetkel need harud on 11´-22´
ja  4´4-3´3.
Genereeritava pinge kuju on esitatud joonisel 5B: poolid 11´ ja 3´3 genereerivad mustad
siinuse osad, poolid 22´ ja 4´4 –  aga punased siinuseosad.  Nagu näha, on genereeritava
alalispinge pulsatsioon palju väiksem, kui ühepoolilise ankru korral joonisel 5A.
A
A´
360°
N 1
2
6´
5´ 6´ 7´ 8´ 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ 6´ 7´ 8´
5´
7´
N
S
8
3
7
8
1 2
3
4
5
6
7
8
1
2
4´
8´
7
4
3´
1´
2´
B
B´
6
5
Joonis 4. Neljapooliline (11´-55´, 22´-66´,33´-77´, 44´-
S
88´) kaheksasektsiooniline ankrumähis moodustab kaks
paralleelset haru, kus kumbki haru koosneb neljast
järjestikusest sektsioonist ning kujutatud hetkel need
harud on 11´-44´-77´-22´  ja  6´6-3´3-8´8-5´5.
Genereeritava pinge kuju on toodud joonisel 5C.
4
e
e 1
m
t
0
e
1,4e 1
m
e 1
m
t
0
e
6
2 e 1
m
e 1
m
t
0
0
T
T
3T
T
4
2
4
Joonis 5. Joonisel A  on toodud ühe pooliga alalisvoolugeneraatori emj graafik , mis vastab
valemile e = e sinw t . Nagu graafikult näha, pulseerib alaline emj sagedusega  2w  e poole
m
väiksema perioodiga, kui pöörleb ankur. T – ankru pöörlemisperiood. Siin e = e , kus e
m
1
m
1
m
– ühe sektsiooni poolt genereeritav maksimaalne emj .
Joonisel B on toodud generaatori emj graafik juhul, kui ankrumähis on sektsioneeritud
vastavalt joonisel 3 toodud skeemile. Pulsatsiooni suurus on märgatavalt väiksem, kui
joonisel A, sagedus aga kaks korda suurem –  4w  ja maksimaalne emj e = ,
1 414e .
m
1
m
Joonisel C on generaatori emj graafik, kui ankrumähis on sektsioneeritud vastavalt joonisel 4
toodud skeemile. Pulsatsioonisagedus on 8w  ja maksimaalne emj e = 6
2 13e .
5
m
1
m
Tabel 1
Ankrumähise asend
I haru 
II haru
Joonisel 3 näidatud hetk
11´ – 22´
4´4 – 3´3
T/4 hiljem
22´ – 33´
1´1 – 4´4
T/2 hiljem
33´ – 44´
2´2 – 1´1
3T/4 hiljem
44´ – 11´
3´3 – 2´2
T hiljem jne
11´ – ´22´
4´4 – 3´3
Veelgi kvaliteetsem on emj kuju (joonis 5C) joonisel 4 toodud ankru ehituse korral, kus
kaheksast sektsioonist on moodustatud neli kahekihilist pooli: 11´ ja 55´, 22´ ja 66´, 33´ ja
77´, 44´ ja 88´. Siin pulseerimisperiood on  T / 8  ja maksimaalne emj 2,613 korda suurem,
kui ühesektsioonilise pooli korral ning harud moodustuvad neljast järjestikkusest sektsioonist
järgmiselt (vt tabelit 2): 
Tabel 2
Ankrumähise asend
I haru
II haru
Joonisel 4 näidatud hetk
11´ – 44´ – 77´ – 22´
6´6 – 3´3 – 8´8 – 5´5
T/8 hiljem
22´ – 55´ – 88´ – 33´
7´7 – 4´4 – 1´1 – 6´6
T/4 hiljem
33´ – 66´ – 11´ – 44´
8´8 – 5´5 – 2´2 – 7´7
3T/8 hiljem
44´ – 77´ – 22´ – 55´
1´1 – 6´6 – 3´3 – 8´8
jne
jne
jne
Mainime veel, et peale seni vaadeldud kahepooluselise (üks N poolus ja üks S poolus)
induktoriga alalisvoolugeneraatorite valmistatakse võimsaid generaatoreid  ka 4, 6 või 8
poolusega ning sel juhul on generaatoritel ka 4, 6 või 8 harja.
3. Alalisvoolumasinate liigid
Alalisvoolumasinad liigitatakse sõltuvalt ergutusmähise ühendamise viisist ankrumähise
suhtes – see kehtib nii generaatorite kui ka mootorite kohta. Ergutusmähis (-mähised) on
paigutatud induktori poolustele. Alalisvoolumasinaid on neli liiki (joonised 6A – 6D).
1.  Sõltumatu ergutusega e võõrergutusega alalisvoolumasinal (joonis 6A) toidetakse
ergutusmähist, milles on ergutusvool  I , sõltumatust alalispingeallikast. Võõrergutusega
e
alalisvoolumasin on kasutatav nii mootori kui ka generaatorina. Sisuliselt sarnane
püsimagnetiga  masinaga .
2.  Rööpergutus- e haruvoolumasinas (joonis 6B) on ergutusmähis, milles voolab vool  I ,
er
ühendatud rööbiti ankrumähisega. Generaatortalituses  I = I - I , mootortalituses aga
a
er
I = I + I .
a
er
6
RT
RT
U
L
U, Ua
L
R
KR
k
n
I
Ia
Re
I
R
a
n
I
R
er
a
Ie
Re
re
Ra
re
Joonis 6A. Sõltumatu e võõrergutusega
Joonis 6B. Haruvoolumasin e
alalisvoolumootor  (generaator)
rööpergutusega alalisvoolumootor
(generaator). KR – käivitusreostaat.
RT
RT
U
U
L
L
R
KR
KR
k
Rk
n
Ia
n
R
R
e
a
Ra
I´er
r
r
ej
er
I = I
I
a = Iej
re
Joonis 6C. Peavoolumasin e
Joonis 6D. Kompaund-e liitergutusega
jadaergutusega alalisvoolumootor
alalisvoolu-mootor  (generaator)
(generaator)
7
3.  Jadaergutus- e peavoolumasina (joonis 6C) ergutusmähis on ühendatud jadamisi
ankrumähisega ja seega  I = I = I . Peavoolumasinat kasutatakse põhiliselt mootorina ja
a
ej
ta võib töötada ka vahelduvvoolutoitega. Peavoolumootori koormus võllil ei tohi langeda
nullini (tühijooksuni). Tühijooksul võib pöörlemiskiirus kasvada nii suureks, et mootor
puruneb. Generaatorina kasutatakse erijuhtudel, nt diisel -elektrivedurites. 
4.  Liitergutus- e kompaundmasinal on kaks ergutusmähist, mis asuvad ühistel poolustel
(joonis 6D). Üks ergutusmähis on jadamisi ankrumähisega, teine – mõlemaga rööbiti.
Kompaundmasinas  I = I  ja generaatortalituses  I = I - I ¢ , aga mootortalituses
a
ej
a
er
I = I + I ¢ .
a
er
4. Ankru elektromotoorjõud ja generaatori klemmipinge
Et valemi (1) kohaselt indutseeritud emj sõltub ankrumähise keerdude arvust ja teda läbiva
magnetvoo muutumise kiirusest, siis võib ankru emj kirja panna järgmisel kujul:
e = c
(3)
E w F
kus  c  on alalisvoolumasina elektriline konstant, mis arvestab ankrumähise poolide arvu ja
E
nende sektsioneerimise viisi, juhtmekeerdude arvu w  sektsioonis , induktori pooluste arvu jt
konstruktsiooni iseärasusi; w – ankru pöörlemise nurksagedus ja Φ – ühe pooluse magnet-
voog . Korrutis w F  määrab suuruse  dF / dt  maksimumväärtuse.
Alalisvoolugeneraatori klemmipinge U  on aga väiksem ankrus indutseeritud elektromotoor-
jõust pingelangu  võrra  ankruahela  takistusel  R :
a
U = e - I R .
(4)
a
a
5. Alalisvoolugeneraatori karakteristikud
Alalisvoolugeneraatori tööd iseloomustavaid põhikarakteristikuid on kolm:
1.  Tühijooksu karakteristik e = f (I )  näitab ankru emj e   sõltuvust ergutusvoolust  I
e
e
ankruvoolu puudumise ( I
) ja konstantse pöörlemiskiiruse1  n =  const   korral.
a = 0
2.  Väliskarakteristik U = f (I )  on ankru (generaatori) klemmipinge U sõltuvus
koormusvoolust I  juhul, kui pöörlemiskiirus  n = const  ja ergutusvool  I
e = const
Väliskarakteristikult määratakse generaatori nimipinge  muutus, milleks loetakse
generaatori klemmipinge muutust, kui koormusvool muutub nimikoormusvoolust  Inom
nullini. Tavaliselt väljendatakse pingemuutus protsentides nimipingest:
                                                
1 Praktikas sageli kasutatav pöörlemiskiirus n (pööret  minutis  e 1/min) on seotud pöörlemissageduse n  (Hz) ja
nurksagedusega w  (rad/s) järgmiselt:  n = 60n = 60w / 2p .
8
U -U
0
nom
dU =
×100 % ,
(5)
Unom
kus U  on koormusvoolule  I = 0  vastav klemmipinge.
0
3.  Reguleerimiskarakteristik  I = f (I)  näitab ergutusvoolu  I  sõltuvust koormusvoolust
e
e
I  jääval klemmipingel U = const  ja pöörlemiskiirusel  n = const .
Generaatori ekspluateerimisel on vaja kindlustada püsiv klemmipinge erinevate koormus-
voolude puhul. Kuna koormusvool I on tihedalt seotud ankruvooluga  I , siis valemi (4)
a
põhjal koormusvoolu kasvamisel klemmipinge langeb. Jäävat klemmipinget on võimalik
säilitada ergutusvoolu  I  muutmisega. Ergutusvoolu saab muuta kas käsitsi või
e
automaatselt reguleerimisreostaadi takistuse muutmisega.
Reguleerimiskarakteristikult määratakse generaatori ergutusvoolu muutus, milleks
loetakse generaatori ergutusvoolu muutust, kui koormusvool muutub nimikoormusvoolust
I
 nullini. Tavaliselt väljendatakse ergutusvoolu muutust protsentides nominaalse
nom
ergutusvoolu suhtes:
I
I
e
nom
e0
dI
e =
×100 %
(6)
Ienom
kus  I
 – nominaalsele koormusvoolule  I
 vastav ergutusvool,  I  – koormusvoolule
enom
nom
e0
I = 0   vastav ergutusvool.
Vaatleme nüüd lühidalt erinevat tüüpi generaatorite karakteristikuid.
·  Sõltumatu ergutusega e võõrergutusega generaator (joonis 6A) 
1.  Tühijooksukarakteristik (joonis 7) kujutab endast
e
sisuliselt magnetahela ferromagneetiku
magneetimiskõverat, mille kohaselt muutub ankru emj
ergutusvoolu muutmisel. Valemi (3) põhjal e = c
Ew F
kus magnetvoog  F = f (I ) . Kui ergutusvool  I
e = 0
e
e jääk
I
siis emj ei pruugi olla null, vaid e = e
¹ 0
e
jääk
0
jääkinduktsiooni (jääkmagnetismi,
jääkmagnetvoo)2 tõttu.
Joonis 7.
                                                
2 Tuletage meelde ferromagneetiku esmast magneetimiskõverat ja hüstereesisilmust. 
9
2.  Väliskarakteristik (joonis 8) näitab generaatori klemmi -
pinge muutumise iseloomu koormuse (tarviti) RT
U
muutumisel (lüliti L joonisel 6A on suletud)
U = e - I R , nominaalse pöörlemiskiiruse  n = n
 ja
a
a
nom
ergutusvoolu  I = I
 korral. Pidage meeles, et
e
nom
e
sõltumatu ergutusega generaatori korral koormusvool
I = I .
a
Klemmipinge on elektromotoorjõust väiksem pingelangu
võrra ankruahela takistusel, kusjuures  I = I = U / R .
I
a
T
Lühise korral, kui tarviti takistus  R = 0 , kujuneks
0
I
T
nom
Il
lühisvool  I  lubamatult suureks, sest siis U = 0  ja
Joonis 8.
l
I = e / R .
l
a
·  Rööpergutusega generaator (joonis 6B)
1.  Tühijooksukarakteristik (joonis 9) ei erine oluliselt
sõltumatu generaatori tühijooksukarakteristikust.
ε
Rööpergutusega generaator on endaergutusega
generaator. Endaergutuse tagamiseks peab masinas
eksisteerima jääkmagnetism (jääkmagnetvoog), mis
indutseerib ankru pöörlemisel ankrumähises
elektromotoorjõu. Vaid siis tekib vool
εjääk
ergutusahelas, vastasel juhul endaergutust ei
Ie
toimuks .
0
Joonis 9.
2.  Väliskarakteristik (joonis 10) on rööpergutusega
generaatoril pehmem kui sõltumatu ergutusega
generaatoril, sest koormuse (lüliti L joonisel 6B
suletud) suurenedes väheneb samaaegselt
U
genereeritav emj. Generaatori klemmipinge on
U = e - I R ,  kus  I = I - I    ja   e = c
E w F
a
a
a
e
Kuna )
F = f (I   ja ergutusmähis on lülitatud
e
pingele U, siis väheneb ka ergutusvool
I = U /(R + r ) , mis ongi genereeritava emj
e
e
e
vähenemise põhjuseks koormuse kasvamisel.
Generaatori  kaitse seisukohalt on vaadeldud olukord
soodne, sest lühisvool ei kujune suuremaks
I
nimivoolust. Tõesti, kui lühisel ( R = 0 )  pinge
T
0
I
U = 0, siis põhjustab lühisvoolu vaid
kriit
Inom Il
jääkelektromotoorjõud:  I = e
/ R .  Maksimaalne
l
jääk
a
Joonis 10.
e kriitiline vool  I
» 3I
kriit
nom
10
·  Kompaundgeneraator (joonis 6D)
1.  Tühijooksukarakteristik ei erine rööpergutusgeneraatori
karakteristikust ja ka endaergutus toimub
samuti nagu rööpergutusgeneraatoris.
U
2
Jadaergutusmähis võib olla ühendatud nii, et
selle magneetimisergutus liitub
Unom
rööpergutusmähise magneetimisergutusega, või
1
ka nii, et magneetimisergutused on vastupidised.
3
Esimesel juhul on tegemist
pärikompaundgeneraatoriga, teisel juhul
vastukompaundgeneraatoriga.
2.  Pärikompaundgeneraatori väliskarakteristik.
See generaator võimaldab kompenseerida
I
pingelangu ankruahela takistusel  R  ja saada
a
0
Inom
väliskarakteristik kujuga 1 (joonis 11), kus pinge
muutub vähe sõltuvalt koormusvoolust, olles
Joonis 11.
sama suur nii tühijooksul kui ka nimikoormusel.
Tänu resulteeriva magnetvoo suurenemisele suureneb emj ligikaudu sama palju kui
pingelang ankruahela takistusel:  U = e - I R
a
a » const
Kui suurendada pärikompaundgeneraatori jadaergutusmähise keerdude arvu, sellega ka
magneetimisergutust, võib saada tõusva väliskarakteristiku 2 (joonis 11). Sellise
karakteristiku korral on võimalik hoida pinget konstantsena kaugel asuva tarviti
klemmidel , s.t kompenseerida ka ülekandeliinides tekkiv pingelang, mis kasvab
koormusvoolu kasvades.
3.  Vastukompaungeneraatori väliskarakteristiku 3 (joonis 11) kuju on määratud generaatori
jadaergutusmähise demagneetiva toimega. Vastukompaundgeneraator leiab kasutamist
näiteks elekterkeevitusel alalisvooluga. Karakteristik on selleks sobiv, sest elektroodi
kokkupuutel keevitatava esemega (lühis!) ei kujune vool lubamatult suureks.
11
6. Praktiline osa: Võõrergutusega alalisvoolugeneraatori karakteristikute
määramine.
6.1. Töö eesmärk 
Võõrergutusega alalisvoolugeneraatori karakteristikute määramine.
6.2. Töövahendid 
1)  alalisvoolugeneraator
2)  pingeallikas ergutusmähise toitmiseks
3)   reostaat  ergutusvoolu reguleerimiseks
4)  reostaat ankru- e koormusvoolu reguleerimiseks
5)   ampermeeter  ergutusvoolu mõõtmiseks
6)  ampermeeter ankru- e koormusvoolu mõõtmiseks
7)   voltmeeter klemmipinge mõõtmiseks
8)  generaatorit käivitav asünkroonmootor, täidab turbiini või mootori rolli
9)  ühendusjuhtmed.
6.3. Töö käik
Tutvuge antud generaatori ehitusega:
Ue
otsige üles ike, induktori poolused ja
ergutusmähised, ankru südamik ja
mähised, kollektor , harjad. Leidke üles
Ae
ergutusmähise ja ankrumähise
Re
positiivsed (punased klemmid ) ja
re
negatiivsed otsad. Pange  kirja, mitmeks
n
lestaks on jagatud kollektor ja mitmest
poolist koosneb ankrumähis. Kas mähis
Ra
paistab olevat ühe- või kahekihiline?
Kuidas on orienteeritud ankru võlli
V
(telje) suhtes ikke, pooluste ja
ankrusüdamiku plekid ? Miks selline, aga
R
mitte teistsugune orientatsioon ?
T
A
Märkige protokolli üles generaatori
sildiandmed (nimivoolud, nimipinge).
Kontrollige, kas  reostaadid ,
Joonis 12. Sõltumatu e võõrergutusega
mõõteriistad, ergutusvooluallikas
generaatori karakteristikute ülesvõtmise
sobivad generaatori katsetamiseks ja
skeem: Ue – ergutusmähise re  toite-
karakteristikute ülesvõtmiseks.
allikas, Re – ergutusvoolu reguleerimise
reostaat, A
Kandke protokolli kasutatavate
e – ergutusvoolu mõõtmise
ampermeeter; R
mõõteriistade tüüp, mõõtepiirkond ja
a – ankrumähise takistus,
R
täpsusklass.
T – muudetav koormus (tarviti), V –
voltmeeter generaatori klemmipinge
Võõrergutusega alalisvoolugeneraatori
mõõtmiseks, A – koormusvoolu amper -
karakteristikute ülesvõtmiseks koostage
meeter.
skeem (joonis 12).
12
6.3.1. Tühijooksukarakteristiku ülesvõtmine
Tühijooksukarakteristik )
e = f (I  võetakse üles jääval pöörlemiskiirusel  n = const  ja nullise
e
koormusvoolu I  juures. Tühijooksukarakteristiku ülesvõtmiseks on kaks moodust:
1)  algul ergutatakse generaator nimipingeni ja seejärel vähendades ergutusvoolu nullini,
saadakse langev haru 1 joonisel 13A; siis suurendatakse ergutusvoolu nullist
nimiväärtuseni ja saadakse tõusev haru 2. Kriipsjoon kujutab nende kahe sõltuvuse
keskväärtust.
2)  katset alustatakse nullisest ergutusvoolust ja teda suurendades määratakse algul tõusev
haru 1 (joonis 13B), seejärel langev haru 2.
Nagu näha, on  erineval viisil ülesvõetud graafikutel teatud erisused (püüdke neid
põhjendada). Üldistatud  keskväärtuse graafik on esitatud joonisel 13C. 
Tühijooksu karakteristik iseloomustab alalisvoolumasina magnetahelat:
·  e
 iseloomustab masina jääkmagnetvälja suurust;
jääk
·  tõusva ja langeva haruga piiratud pindala on võrdeline hüstereesist tingitud
rauaskadudega ja iseloomustab alalisvoolumasina induktori omadusi;
·  kõvera kuju võimaldab hinnata magnetilise küllastatuse taset.
C
e
e
e
1
2
A
2
1
e jääk
B
e jääk
Ie
Ie
Ie
I II
III
Joonis 13A.
Joonis 13B.
Joonis 13C.
Tühijooksu karakteristiku (joonis 13C) võib  tinglikult jagada kolmeks piirkonnaks:
I – kiire tõusuga osa kõvera algul, kus masina magnetahel on küllastamata, kuna magnetiline
induktsioon on siin väike;
II – kõvera “põlv”, mis vastab magnetahela osalisele küllastumisele;
III – põlvest kõrgemal asuv aeglase tõusuga osa, kus magnetahel läheneb küllastumisele.
Masina nimipingele vastav tööpunkt valitakse tavaliselt põlvel (näit punkt A). Kui tööpunkt
valida kõvera algul (punkt B), siis masina pinge on ei ole püsiv, kuna väiksemgi
ergutusvoolu muutus  I
D  kutsub esile suure emj muutuse  De , mis on ebamugav tarbijale.
e
Harva kasutatakse ka generaatoreid, kus tööpunkt on põlvest kõrgemal asuval osal (punkt C),
kuna siin on piiratud pinge reguleerimisvõimalus (miks?). Eeliseks on aga emj suur
stabiilsus. 
Kui on koostatud skeem vastavalt joonisele  ning see juhendaja poolt kontrollitud, võite
asuda tühijooksu karakteristiku ülesvõtmisele. Järgnevalt on kirjeldatud karakteristiku
ülesvõtmist teise mooduse järgi. Selleks jätke tarviti  R  generaatoriga ühendamata, esialgu
T
13
ka ergutusvool sisselülitamata, aga ergusvoolu reguleeriv reostaat  R  seadke maksimaalsele
e
takistusele. Pange generaator pöörlema, mõõtke ära generaatori klemmidel tekkinud emj.
Seejärel lülitage sisse ergutusvool, suurendage ettevaatlikult ja sujuvalt ergutusvoolu.
Ergutusvoolu suurendamisel peab genereeritav emj kasvama, see on tunnuseks, et
ergutusväli on samasuunaline jääkväljaga. 
Suurendage ergutusvoolu sammuga umbes 0,2 A, kuni emj kasvab väärtuseni
e = 5
1
75
1
U
. Selliselt saame tühijooksukõvera kasvava haru.
nom
Katse käigus ei tohi ergutusreostaati kunagi tagasi nihutada, sest siis satute
hüstereesikõvera teisele harule!
Seejärel registreerime samade ergutusvoolude korral kõvera kahaneva haru.
Mõõtmistulemused on sobiv esitada järgmise tabeli kujul.
e
e + e
Jrk nr
I
e
e =
I
  korral
I
  korral
2
e
e
Mõõtmisandmete põhjal joonistage generaatori tühijooksukarakteristikud ja märkige
keskmistatud kõverale generaatori tööpunkt.
6.3.2. Väliskarakteristiku ülesvõtmine
Väliskarakteristik U = f (I )  võetakse üles konstantsel pöörlemiskiirusel n ja ergutusvoolul
I .
e
Vooluringi skeem on endine, ainult nüüd on ka tarviti  R  vooluringi ühendatud. Seejärel
T
paneme generaatori pöörlema ning reguleerime ergutusmähises niisuguse ergutusvoolu, mille
juures nimikoormusvoolu  I
 korral oleks generaatori klemmidel nimipinge U
. 
nom
nom
Seejärel vähendame koormusvoolu sammuga umbes 0,2 A kuni nullini ja registreerime igale
koormusvoolule vastava klemmipinge. 
Katsetulemuste tabel:
Ie = const = K A
I
U
Joonestage väliskarakteristik, määrake sellelt U , U
 ja arvutage dU  protsentides.
0
nom
14
6.3.3. Reguleerimiskarakteristiku ülesvõtmine
Mõõteskeem on samane eelmise osa skeemiga . 
Paneme generaatori pöörlema ja reguleerime tühijooksurežiimis ergutusvoolu selliseks, et
generaatori klemmipinge võrduks nimipingega.
Seejärel lülitame sisse koormuse ja muutes koormusvoolu sammuga umbes 0,2 A nullist kuni
nimiväärtuseni, seame ergutusvoolu muutmise teel generaatori klemmipinge alati võrdseks
nimipingega.
Katsetulemuste tabel:
U = const = U
= K V
nom
I
Ie
Joonestada generaatori reguleerimiskarakteristik ja määrata sellelt dI .
e
Lõpuks tehke veel kaks asja:
1.  Mõõtke tahhomeetriga generaatori ankru pöörlemiskiirus nominaalse klemmipinge korral
tühijooksurežiimis ja nimikoormusel. Kui hästi on täidetud kõigil mõõtmistel nõutav
tingimus  n = const ?
2.  Ühendage tarviti  R  külge  ostsillograaf ja hinnake samadel tingimustel genereeritud
T
alalispinge pulsatsiooni suurust. Mitu protsenti moodustab pulsatsioon klemmipingest
antud generaatori korral?  
7.  Küsimused ja ülesanded
1.  Milline oleks ideaalne alalispinge? Kirjutage valem ja joonistage vastav graafik.
2.  Kas alalisvoolumasinate ankru, induktori ja ikke magnetjuhid võib teha massiivsetena või
peab nad ikkagi koostama isoleeritud terasplekkidest?
3.  Jätkake tabelis 2 toodud ankru asendite ja harude rida kuni hetkeni T.
4.  Kui ankrumähis pöörleb nurksagedusega 628 rad/s, siis mitu pööret ta teeb minutis?
5.  Viiekeeruline täisnurkne pool külgedega 5 cm ja 10 cm pöörleb kiirusega 100 pööret
minutis homogeenses magnetväljas induktsiooniga 1,2 T. Milline on seda pooli läbiv
võimalik maksimaalne ja minimaalne aheldusvoog ning genereeritava emj maksimaalne
väärtus?
Kuidas on orienteeritud pool maksimaalse ja minimaalse aheldusvoo korral magnetvälja
jõujoonte suhtes? Tehke vastav skits .
6.  Selgitage, kuidas jadaergutusmootor töötab vahelduvvooluga toitmisel.
7.  Joonistage nelja poolusega e kahe pooluspaariga (kaks N poolust ja kaks S poolust)
generaatori skeem. Minimaalselt mitu pooli, harja ja lesta peab sellel generaatoril olema
ja kuidas nad peaks paiknema?
8.  Miks ei tohi tühijooksu karakteristiku ülesvõtmisel ergutusvoolu reostaati “tagasi”
nihutada?
15

Document Outline

• LK 9. Alalisvoolugeneraatori uurimine
  • 1. Üldist
  • 2. Alalisvoolugeneraatorid
    • Tabel 1
      • Ankrumähise asend
      • I haru
      • II haru
    • Tabel 2
      • Ankrumähise asend
      • I haru
      • II haru
  • 3. Alalisvoolumasinate liigid
  • 4. Ankru elektromotoorjõud ja generaatori klemmi
  • 5. Alalisvoolugeneraatori karakteristikud
  • 6. Praktiline osa: Võõrergutusega alalisvoolugen
    • I
    • U
    • I
  • Küsimused ja ülesanded