title: Μοντελοποίηση και δυναμική ανάλυση γεννήτριας ΣΡ παράλληλης διέγερσης για διάφορα λειτουργικά σενάρια
title: Modelling and dynamic analysis of a DC generator with parallel excitation under different operational scenarios
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Αργυρίου, Άγγελος
Publisher: name: Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής
Year: 2023
Subjects: Ηλεκτρικές μηχανές
Γεννήτριες
Μοντελοποίηση
Δυναμική ανάλυση
Προσομοίωση
Γεννήτριες συνεχούς ρεύματος παράλληλης διέγερσης

description: Ένας μεγάλος κλάδος της επιστήμης των ηλεκτρικών μηχανών είναι οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος (ΣΡ). Είναι οι διατάξεις εκείνες οι οποίες μπορούν να μετατρέψουν μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική υπό την μορφή συνεχούς τάσης και συνεχούς ρεύματος. Ο μηχανισμός τους αυτός, της λεγόμενης ηλεκτρομηχανικής μετατροπής ενέργειας, βασίζεται στην συνύπαρξη δύο ταυτόχρονων φαινομένων του ηλεκτρομαγνητισμού: του φαινομένου της δημιουργίας μαγνητικού πεδίου από ρευματοφόρους αγωγούς και του φαινομένου της δημιουργίας εξ επαγωγής τάσης στα άκρα αγωγού εξαιτίας της περιστροφής του μέσα σε σταθερό μαγνητικό πεδίο. Αυτά τα δύο φαινόμενα εκτυλίσσονται σε μία γεννήτρια εξαιτίας δύο βασικών τυλιγμάτων της: του τυλίγματος διέγερσης και του τυλίγματος τυμπάνου. Το πρώτο χρησιμοποιείται για την δημιουργία του μαγνητικού πεδίου στο διάκενο της γεννήτριας, ενώ το δεύτερο για την δημιουργία τάσης και κατ’επέκταση ρεύματος, άρα και ισχύος. Η ροή αυτής της ισχύος αποτελείται από διάφορα στάδια στα οποία εμφανίζονται απώλειες (ηλεκτρικές, μηχανικές κ.τ.λ.). Οι απώλειες αυτές δεν είναι ποτέ μηδενικές, άρα η ηλεκτρική ισχύς μίας γεννήτριας θα είναι πάντα μικρότερη από την μηχανική ισχύ. Ο βαθμός απόδοσης των γεννητριών ΣΡ κυμαίνεται από 85% έως 95%, κάτι το οποίο αποδυκνύεται σε αυτή την εργασία τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά. Εκτός από την ισχύ μίας γεννήτριας, εξίσου σημαντικό ενδιαφέρον εμφανίζουν μία σειρά από ηλεκτρικά και μηχανικά μεγέθη, όπως οι στροφές, το ρεύμα τυμπάνου, η ηλεκτρομαγνητική ροπή κ.ά., τα οποία υποδηλώνουν αριθμητικά την συμπεριφορά της σε διάφορες μεταβολές στης οποίες υπόκειται. Αυτές οι μεταβολές μπορούν να παρατηρηθούν είτε πειραματικά σε ένα εργαστηριακό περιβάλλον είτε μέσω προσομοίωσης σε Η/Υ. Η δεύτερη περίπτωση, η οποία αποτελεί αντικείμενο αυτής της εργασίας, απαιτεί θεωρητική κυκλωματική και συστημική ανάλυση, πειραματική μέτρηση χαρακτηριστικών μεγεθών και συνολικά μοντελοποίηση της γεννήτριας. Η μοντελοποίηση αυτή βασίζεται σε νόμους της ηλεκτροτεχνίας, της κλασσικής μηχανικής και του ηλεκτρομαγνητισμού, αλλά και σε βασικές αρχές συστημάτων αυτομάτου ελέγχου. Αφού γίνει αυτή η μοντελοποίηση της γεννήτριας, το σύστημα, πλέον, της γεννήτριας μπορεί να προσομοιωθεί σε κατάλληλο πρόγραμμα και να παρατηρηθούν οι μεταβολές όλων των ηλεκτρικών και μηχανικών μεγεθών της. Να γίνει, δηλαδή, δυναμική ανάλυση. Αυτά τα μεγέθη πρέπει να έχουν κάποιες αρχικές τιμές, οι οποίες να αποτελούν τις αρχικές συνθήκες της γεννήτριας. Αφού γίνει αυτό, μπορούν προγραμματιστικά να υπεισέλθουν σε μεταβατικά φαινόμενα και να αποκτήσουν τελικές τιμές, οι οποίες αποτελούν τις τιμές μόνιμης κατάστασης. Σε αυτό το πλαίσιο μπορούν να πραγματοποιηθούν διάφορα λειτουργικά σενάρια, με μεταβολές διαφορετικών εισόδων του συστήματος κάθε φορά, να παρατηρηθούν αυτά τα μεταβατικά φαινόμενα, να επαληθευθούν θεωρητικά οι τιμές μόνιμης κατάστασης και να προκύψουν συμπεράσματα για την συμπεριφορά της γεννήτριας.